8.1 Расчёт п-образных компенсаторов

П-образные компенсаторы применяются при всех способах прокладки. К преимуществам этих компенсаторов следует отнести небольшие усилия, передаваемые на неподвижные опоры, и большую компенсирующую способность. К недостаткам - большие габариты и увеличенное гидравлическое сопротивление. Кроме того, увеличивается металлоёмкость и трудоёмкость строительства.

Компенсирующая способность П-образного компенсатора определяется его размерами: вылетом l_в, створом l_c и радиусом отвода R. Размеры представлены на рисунке 8.1 и в таблице 8.2.

Для гибких компенсаторов применяются крутоизогнутые отводы с радиусом гиба, равным диаметру трубы, а также нормально изогнутые отводы с радиусом гиба не менее трёх диаметров трубы.

В целях снижения расчётного температурного удлинения рекомендуется устанавливать П-образные компенсаторы с предварительной 50% растяжкой. В этом случае компенсатор рассчитывается на удлинение по формуле:

Δl_p = 0,5Δl = 0,5αlΔt. , (8.2)

где Δl_p – удлинение компенсатора, м.

Рисунок 8.1 - П-образный температурный компенсатор

Компенсирующая способность П-образного компенсатора при растяжке в холодном состоянии на половину ожидаемого удлинения определяется по формуле:

(8.3)

где ∆ - компенсирующая способность компенсатора, м;

σ – допустимое напряжение на изгиб; σ = 160 МПа для компенсаторов из стали 10Г2С, ВМСт2сп, Ст3сп, ВМСт3сп и σ = 120 МПа для компенсаторов из стали 10, 20, Ст2сп;

А – расчётный параметр, м³;

Е – модуль упругости, МПа; для углеродистой стали Е = 2 ^.10⁵ МПа;

l - участок трубы между неподвижными опорами, м;

m — коррекционный коэффициент на уменьшение жёсткости трубы при увеличении диаметра.

; (8.4)

где R – радиус отвода компенсатора, м;

l_в - вылет компенсатора. м;

l_c - створ компенсатора, м;

k - коэффициент жёсткости Кáрмана.

Для расчёта коэффициента жёсткости Кáрмана необходимо определить коэффициент трубы по формуле:

(8.5)

где h - коэффициент трубы;

δ - толщина стенки трубы, м;

d_ср = (d_н–δ/2) - средний диаметр трубы (по середине толщины трубы), м;

d_н - наружный диаметр трубы, м.

Коэффициент Кáрмана k и поправочный коэффициент т определяются:

• для нормально гнутых отводов с радиусом гиба R = (3…4) d_н –

, при h>1; , при h 1; ;

• для крутоизогнутых штампованных отводов с радиусом гиба R = d_н –

k = 1; m = l.

Расстояния между неподвижными опорами трубопроводов с П–образными компенсаторами приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Условный диаметр dУ, мм	25	32	40…50	70	80	100	125
Расстояние между опорами, м	50	50	60	70	80	80	90
Условный диаметр dУ, мм	150	175	200	250	300	350	400
Расстояние между опорами, м	100	100	120	120	120	140	160

Размеры компенсаторов представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2

Условный диаметр dУ, мм	Вылет Н, мм	Створ В, мм	Тип
25, 32, 40	1650	1605	НКК–1
50, 70, 80	2250	1605	НКК–4
100, 125, 150	3150	2600	НКК–7
175, 200, 250	3000	2340	НКК–8
300, 350, 400	6000	2940	НКК–8

Рассчитанная компенсирующая способность компенсатора должна быть больше удлинения трубы.

∆ > ∆l. (8.6)

Результаты расчёта компенсаторов приводятся в таблице 8.3.

Таблица 8.3 - Размеры компенсаторов

Сила упругого отпора компенсатора (сила, действующая на неподвижную опору) определяется по формуле:

, (8.7)

где Р_x – сила упругого отпора компенсатора, Н;

d_н – наружный диаметр трубы, м;

d_в – внутренний диаметр трубы, м;

I_xs – момент инерции упругой линии оси компенсатора, м⁴.

Момент инерции упругой линии оси компенсатора

, (8.8)

где n_в , n_с – отношение длины вылета и спинки компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора;

L_пр – приведённая длина оси компенсатора, м;

y_s – координата упругого центра, м.

Координата упругого центра:

(8.9)

Приведённая длина оси компенсатора:

, (8.10)

где n_П – отношение длины плеча компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора.

Отношение длины плеча, вылета и спинки компенсатора к радиусу гиба отвода компенсатора определяются в соответствии с рисунком 8.1.