Способы прокладки теплопроводов из самокомпенсирующихся труб

Применение труб с непрерывным компенсатором дает заметный эффект при изготовлении труб, укладке их на местности и, главным образом, в процессе эксплуатации труб. Основной эффект — самокомпенсация продольной деформации трубы от изменений температуры и других осевых воздействий. Повышается способность труб следовать рельефу местности, а в плане — располагаться по кратчайшей линии. При использовании усилений появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали в качестве материалов для труб и навивки. Наконец, экономический эффект повышения надежности теплопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.

При эксплуатации теплопровода из СК труб благодаря наличию винтовых гофров обеспечивается равномерная по длине трубы компенсация температурных деформаций.

Самокомпенсирующиеся трубные секции заводского изготовления представляют собой законченные модули, при необходимости легко заменяемые, из которых высокомеханизированными методами монтируется теплопровод, укладываемый непосредственно в грунт (рис. 1).

труба тепловой сеть компенсатор

При закреплении концов прямолинейного участка из СК труб любой протяженности положение теплопровода условно фиксируется по всем винтовым линиям трубы, расположенным посередине гофрированных и гладкостенных участков. Гофр, являясь гибким элементом, компенсирует удлинение участка трубы в пределах шага винтовой линии.

Расчеты, выполненные специалистами ВНИПИэнергопрома при проектировании тепловых сетей из труб со спиральными гофрами, показали, что при сжатии или растяжении труб в спиральном гофре появляется крутящий момент, вызывающий поворот трубы вокруг своей оси. Поэтому в проектах теплопроводов пришлось предусмотреть защемление концов труб в массивных неподвижных опорах. Однако, по данным Института электросварки им. Е. О. Патона [1], защемление труб приводит к снижению их компенсирующей способности в 6, 58, 5 раз и двукратному увеличению жесткости. Способ прокладки теплопроводов из труб со спиральными гофрами, при котором концы труб не требуют защемления, разработан в Ленинградском филиале Энергомонтажпроекта [2]. Сущность этого способа состоит в следующем. Теплопровод сваривается из четного количества труб равной длины, причем трубы стыкуются так, чтобы спиральные гофры справа и слева от стыка имели противоположное направление (т. е. если справа от стыка гофры расположены по часовой стрелке, то слева — против и наоборот).

В этом случае при сжатии или растяжении труб их линейные деформации компенсируются в промежутках между сварными стыками, а концы труб не вращаются, следовательно, отпадает необходимость в их защемлении. Это дает возможность применять при сооружении тепловых сетей стандартные неподвижные опоры, используемые при прокладке гладкостенных труб с компенсаторами, и принимать в расчетных схемах концы труб свободными от защемления. В местах сварных стыков теплопровода предусматривается установка скользящих или катковых опор, которые обеспечивают разгрузку труб от собственной массы и массы рабочей среды (пара или воды) и, вместе с тем, не препятствуют повороту стыка при сжатии или растяжении спиральных гофров. При нагреве гофры сжимаются и сварные стыки труб закручиваются на некоторый угол. Если же теплопровод остывает, они поворачиваются в обратную сторону на тот же угол.

Автором был предложен способ прокладки теплопроводов, когда спирально-гофрированные трубы, отличающиеся повышенной компенсирующей способностью, можно применять совместно с гладкостенными [3]. Для этого в теплопровод вваривается участок из двух труб одинаковой длины со спиральными гофрами. Длина участка l₁, м, выполняющего роль компенсатора, зависит от расстояния между неподвижными опорами L и температуры теплоносителя и определяется по формуле:

где: — коэффициент линейного расширения материала труб, мм/(м•⁰С); t — разность между температурой теплоносителя и окружающей среды в момент монтажа, ⁰С; _Т — компенсирующая способность спирально-гофрированной трубы.

При монтаже компенсатор из труб со спиральными гофрами может быть растянут на величину, соответствующую компенсирующей способности при сжатии, что позволяет вдвое увеличить общую компенсирующую способность. Институтом электросварки им. Е. О. Патона и Рижским отделением Всесоюзного института «Теплоэлектропроект» предложен [4] метод предварительного напряжения самокомпенсирующих труб с пониженной продольной жесткостью, снабженных или винтовыми, или кольцевыми гофрами, при помощи высоконапорной среды — воды, воздуха, газа — с давлением, меньшим испытательного. Величина внутреннего давления Р для предварительного напряжения трубы:

.

где: — температурный коэффициент расширения материала трубы; t — перепад температуры, ⁰С; Е — модуль упругости материала, Па; - толщина стенки трубы, мм; R — внутренний радиус трубы, мм; k — коэффициент снижения продольной жесткости.

Коэффициент k показывает, во сколько раз удлинение трубы с кольцевыми или винтовыми гофрами больше удлинения такой же обычной гладкой трубы и k=2030.

Однако, поскольку спирально-гофрированные трубы обладают большей жесткостью, чем сильфонные и другие компенсаторы, применяемые обычно для растяжки приспособления в данном случае не годятся. Монтажную растяжку рекомендуется выполнять при гидравлических испытаниях, когда компенсатор растягивается в результате роста давления воды на заглушку. Для этого достаточно один из концов не закреплять в неподвижной опоре.

После введения предварительного нагружения напряженно-деформированное состояние защемленного теплопровода будет иметь значения, приведенные в табл. 1.

Усилия и крутящий момент, действующие на неподвижные опоры при этом приведены в табл. 2.

Табл. 2.

Компенсатор из спирально-гофрированных труб — самый дешевый из всех известных конструкций аналогичного назначения. Он может серийно изготавливаться на трубопрокатных заводах. Он прост в обслуживании, не требует устройства специальных камер, необходимых при использовании компенсаторов других типов, хорошо приспособлен для выполнения теплои гидроизоляционных защитных покрытий.

Применение труб с непрерывным компенсатором дает заметный эффект при изготовлении труб, укладки их на местности и, главным образом, в процессе эксплуатации теплопроводов. Основной эффект — самокомпенсация продольной деформации труб от изменений температуры и других осевых воздействий. Повышается способность теплопроводов следовать рельефу местности, а в плане располагаться по кратчайшей линии. При использовании усилений появляется возможность применения тонколистовой термически обработанной стали в качестве материалов для труб и навивки. Наконец, экономический эффект повышения надежности теплопровода, работающего в условиях значительных перепадов температуры, благодаря снятию опасных продольных напряжений.