ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (1226285), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Рисунок 3.2 – Схема реакции динамических давлений, возникающих на углах поворота при движении потока газа

Используя выражение (3.1) и произведя математические преобразования, получим

кг, (3.2)

где Q = Fv – объем проходящего потока в единицу времени, м³/с (F - площадь поперечного сечения трубопровода, м²).

Если β = 90°, то

кг.

Амплитуда возмущающей силы ΔR на угле поворота при пульсирующем потоке представляет разность переменной силы R_max и ее рабочей величины R_раб

кг. (3.3)

где Δv – абсолютное отклонение скорости от ее рабочего значения, м/с;
β – угол изменения направления движения потока, град.

Если β = 90°, то

кг.

Из зависимости (3.3) видно, что вибрации, возникающие от движения пульсирующего потока газа, особенно сильно проявляются в местах резкого изменения направления трубной обвязки, где пульсации скорости и давления вызывают значительные реактивные силы, а потому участки трубопроводов с большими углами поворота находятся в самых неблагоприятных условиях. Кроме того, углы поворота в трубопроводе резко повышают турбулентность движения пульсирующего потока. В то же время плавное, даже многократное изменение па правления движения потока значительных вибраций в трубопроводе не вызывает.

Максимальное усилие R_max от пульсирующего потока, действующее на трубопровод, определится как

кг. (3.4)

Усилия, возникающие в трубопроводе при плавном угле поворота (см. рисунок 3.3), получим из преобразования следующей зависимости:

m₁v₁ – m₂v₂ cos β = R sin β/2. (3.5)

Величина R равна

кг. (3.6)

Рисунок 3.3 – Схема реакции динамических давлений, возникающих в плавном угле поворота при движении потока жидкости или газа

Если β = 90°, то

кг.

Максимальное усилие R_max от пульсирующего потока газа, действующее на трубопровод при плавном угле поворота, может быть найдено по аналогии, как это было сделано для резкого угла поворота:

кг.

Во всех случаях, когда движущийся по трубопроводу поток газа изменяет свое направление (в отводах, тройниках, коленах, а также переходах и других изменениях сечения трубы), возникают реактивные силы. Величина этих сил определяется скоростью массы движущейся жидкости или газа и углом изменения направления.

Поскольку скорость потока движущейся жидкости или газа на выходе из цилиндров поршневых нагнетательных машин меняется периодически, то и в трубной обвязке соответственно возникают периодические реактивные силы от изменения движения потока или местного сопротивления. Частота этих реактивных сил находится в прямой зависимости от скорости вращения вала нагнетательной установки.

Возмущающая сила ΔR с плавным углом поворота при пульсирующем потоке может быть определена по следующей зависимости:

Н. (3.8)

Выражение (3.8) представляет максимальное амплитудное увеличение реактивной силы на колено трубопровода но сравнению с R_раб при угле поворота β = 90°.

Для суждения о значимости сил, возникающих в трубной обвязке от действия пульсирующего потока, достаточно определить величину амплитуды возмущающего усилия на угле поворота в нагнетательном трубопроводе компрессора типа ВВ-3,5/10, имеющего следующую характеристику:

Внутренний диаметр d, мм ………………………………. 50

Рабочее давление Р, кг/см ………………………………… 130

Угол поворота β, град …………………………………. 90

Степень неравномерности амплитуды пульсаций

давления δ …………………………………………………. 0,12

Максимальная амплитуда возмущающей реактивной силы определяется пульсацией давления

кг = 690 Н.

В данном расчете принята весьма упрощенная расчетная схема, поскольку для определения амплитуд усилии, связанных с изменением массы, температуры и коэффициента плотности в зависимости от времени, требуются большие математические вычисления. Однако даже этот расчет амплитуды возмущающей силы при изменении направления движущегося пульсирующего потока в трубной обвязке дает представление о реальной величине возникающих периодических усилий в трубопроводе при работе компрессора.

Таким образом, периодические изменения давления газа в результате взаимодействия движущегося пульсирующего потока с внутренней поверхностью трубы могут вызвать механические колебания трубопроводов, связанного с ними оборудования и опорных конструкции.

3.2.2 Температурное изменение длины трубопровода

Известно, что трубопроводы под действием температуры транспортируемой по ним среды изменяют свою длину. Например, с изменением температуры на 100° трубопровод меняет свою длину на 1,2 мм на каждый метр. Без компенсирующих устройств удлинение вызывает в трубопроводе большие напряжения, сопровождающиеся деформацией труб. Для защиты трубопровода от разрушающих температурных напряжений применяют различные компенсирующие устройства. Компенсация температурных деформаций во многих случаях осуществляется за счет гибкости труб на углах поворота. Гибкостью трубопровода называют отношение фактической длины трубы к кратчайшему расстоянию между двумя точками, которые она соединяет.

Трубопроводы принято считать жесткими, если на опорах они не имеют шарнирных соединений и изгибаются или поворачиваются только в результате деформаций.

В нежестких трубопроводах не возникает напряжения при температурных удлинениях. В таких системах нагрузки от давления в продольном направлении обычно передаются без специальных компенсирующих конструктивных элементов. Каждый пролет нежесткого трубопровода, расположенного в одной плоскости, должен иметь не менее трех шарнирных соединений.

В практике эксплуатации нагнетательных установок могут применяться также системы трубопроводов свободного перемещения, которые не воспринимают никаких нагрузок (кроме трения) независимо от причин возникновения последних. Трубопроводы свободного перемещения рекомендуется применять при необходимости предохранить технологические сосуды, нагнетательные машины и другое оборудование от воздействия температурного удлинения трубопровода. Свободное перемещение трубопроводов в таких случаях можно обеспечить применением компенсирующих устройств или гибких шлангов.

Поглощение температурных удлинений трубопровода может быть осуществлено самокомпенсацией (естественной компенсацией) с использованием поворотов и изгибов, встречающихся на трассе. В этом случае температурные удлинения компенсируются в результате деформации труб на отдельных участках, состоящих из колен и прямых труб (см. рисунок 3.4). Деформация труб сопровождается поперечным перемещением деформируемых участков. Величина поперечного перемещения трубопровода в некоторых случаях (например, при тупых углах) может существенно превышать величину теплового удлинения. Компенсирующая способность трубопровода зависит от конфигурации трассы и схемы расстановки па ней неподвижных опор.

1

1

2

3

2

3

1 – неподвижные опоры; 2 – расположение холодных труб;

3 – расположение горячих труб

Рисунок 3.4 – Температурная деформация трубопроводов

Наличие на трубопроводе гнутых колен повышает его гибкость и увеличивает компенсирующую способность.

При самокомпенсации необходимо обеспечить свободу поперечных перемещений труб.

На газопроводах высокого давления специальные компенсаторы обычно не ставят. Необходимая эластичность обеспечивается только самокомпенсацией.

Преимуществами самокомпенсации являются: простота устройства, отсутствие необходимости в уходе, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Расчет самокомпенсации заключается в нахождении усилий и напряжений, возникающих в трубопроводе.

3.3 Предложения по увеличению надежности трубопровода напорной части воздушной магистрали компрессора

Для предотвращения чрезмерных напряжений в стенках труб, а также для предупреждения расстройства фланцевых соединений применяют компенсаторы.

Различают следующие основные типы компенсаторов: П-образные, лирообразные, линзовые, сальниковые.

Линзовые и сальниковые компенсаторы на коммуникациях нагнетательных установок ввиду опасности течи применяют редко и только при низком давлении.

133

В большинстве случаев используют компенсаторы, выполненные при помощи изгиба самих труб, т.е. П-образные, лирообразные и другой конфигурации (см. рисунок 3.5). Однако наиболее широкое распространение получили П-образные компенсаторы, состоящие из прямолинейных участков и колен. Эффект действия этих компенсаторов определяется главным образом гибкостью криволинейных участков. Колена трубопроводов диаметром до 10 см обычно изготовляют путем холодного или горячего гнутья. Гнутые колена обладают значительной гибкостью.

Лирообразные и П-образные компенсаторы пригодны для любых давлении: особенно удобно их применять на трубопроводах малых и средних диаметров.

Исследование показало, что при изменении направления потока на 90° гидравлическое сопротивление сварных колен не отличается от загнутых того же радиуса.

Для повышения гибкости криволинейных участков трубопроводов при изгибе нередко создают складки на внутренней поверхности колен. Проведенными исследованиями также установлено, что складки на компенсаторах не увеличивают их гибкости.

а) б)

Рисунок 3.5 – Компенсаторы: а – П-образные; б – лирообразные

Кроме того, изготовление компенсаторов со складками обычно вызывает производственные затруднения, а их применение сопровождается дополнительными гидравлическими сопротивлениями и повышением вибрации трубопроводов.

Разгрузка трубопроводов от температурных напряжений достигается компенсацией, которая может быть осуществлена следующими способами:

а) самокомпенсацией, т.е. путем использования естественной гибкости трубопровода ;

б) установкой специальных компенсаторов (лирообразных и П-образных).

Рассматриваемый трубопровод напорной части воздушной магистрали компрессора представлен на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 – Трубопровод напорной части воздушной магистрали компрессора

По рисунку 3.6 видно, что трубопровод напорной части воздушной магистрали компрессора представляет из себя П-образный компенсатор. Однако, исходя из анализа, проведенного во втором разделе выпускной квалификационной работы, ясно, что из-за частых изломов сечения А-А (см. рисунок 3.6), данный компенсатор не обладает достаточной гибкостью. Поэтому решено увеличить пролет трубопровода и ввиду стеснянных габаритов расположения флянца компрессора и тормозной магистрали электровоза заменить профиль на лирообразный.

При этом определим допустимый пролет по номограмме для определения допустимой длины пролета трубопровода, представленной на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Номограмма для определения допустимой длины пролета трубопровода

Характеристики

Список файлов ВКР