СТБ EN 13941 - 2009 Проектирование и монтаж систем предварительно изолированных трубопроводов централизованного отопления

Подождите немного. Документ загружается.

СТБ EN 13941-2009

Для тройников с локально увеличенной толщиной стенок, увеличенная толщина стенок может

быть включена в расчеты, только если степень такого увеличения в проходной трубе является

минимумом из следующих значений:

измеренный с обеих сторон отвода.

Степень увеличения толщины стенки в отводе должна быть минимумом следующего выражения:

1 Отвод

2 Проходная труба

Рисунок C.11 — Тройник с увеличенной толщиной стенок

208

СТБ EN 13941-2009

C.7.7 Другие элементы

C.7.7.1 Небольшие угловые отклонения

Таблица C.13 — Коэффициенты усиления напряжений при малых угловых отклонениях

k не должен быть задаваться ниже соответствующего значения для стыковых сварных швов.

Эти коэффициенты усиления напряжений используются только в случае, если отсутствует риск

локального вспучивания и выполнены условия, перечисленные в таблице C.4.

Рисунок C.12 — Малые угловые отклонения

Коэффициент усиления напряжения при малых угловых отклонениях и угловом смещении может

использоваться при анализе усталости. Однако, в комбинации с высокими осевыми напряжениями

(холодная установка), необходимо соблюдать пределы, указанные в таблице C.4.

C.7.7.2 Редукторы

Редукторы с определенными радиусами кривизны r и r

Таблица C.14 — Коэффициенты усиления напряжений для редукторов

ЗАМЕЧАНИЕ Смотрите также раздел А.5.

209

СТБ EN 13941-2009

α задается в градусах.

Рисунок C.13 — Редуктор

Выражение для k действительно только, если выполнены следующие требования:

− проходные участки концентрические;

− α < 30°;

− и d

min.

l,n

и d

o,max

оба меньше 100.

Для труб, имеющих большие продольные нагрузки (например, холодный монтаж) необходимо

оценить, допустимо ли перераспределение сил в большой и малой трубах, и необходимо

проверить напряжения в редукторе и в малой трубе. В этих случаях можно ожидать, что

потребуются редукторы с α < 30

C.7.7.3 Заглушки

Необходимо изучить соответствующий международный или национальный стандарт.

C.7.7.4 Компенсаторы однократного использования (SUC'S)

На рисунках C.14 - C.16 показаны основные типы компенсаторов однократного использования.

Все критические места и сварные швы, указанные на рисунках, должны быть проверены при

анализе напряжений, с учетом соответствующих коэффициентов усиления напряжения, согласно

типу сварного шва.

Метод конечных элементов может быть альтернативным вариантом для использования

коэффициентов усиления напряжений.

Анализы должны содержать полный температурный цикл.

При расчетах нужно предположить, что компенсатор не полностью уплотнен (обе стороны

трубопровода не находятся в контакте друг с другом).

Гофрированная оболочка, используемая при сборке компенсатора, должна соответствовать

стандарту EN 13480-3:2002, Приложение C.

210

СТБ EN 13941-2009

Рисунок C.14 — Компенсатор однократного использования, Тип 1

Рисунок C.15 — Компенсатор однократного использования, Тип 2

Рисунок C.16 — Компенсатор однократного использования, Тип 3

211

СТБ EN 13941-2009

C.7.8 Полиуретановая пена (PUR) и полиэтиленовая оболочка (PE)

Поперечная сила, действующая между полиуретановой пеной и трубой, имеющей оболочку и

стальной трубой, соответственно, должна быть рассчитана.

Пена PUR/PE оболочка:

Пена PUR / стальная труба:

где

F сила трения на единицу длины, смотрите Приложение B;

диаметр полиэтиленовой оболочки;

диаметр стальной трубы.

В зонах расширения необходимо рассчитать боковое давление почвы, действующее на

полиуретановую пену/полиэтиленовую оболочку стальной трубы.

где

P пассивное давление почвы, действующее на единицу длины, рассчитанное на основе D

Предельное состояние: Смотрите раздел7.4.4.

PUR

формальное напряжение. Для небольших труб, типичным разрушением является разрыв

при растяжении, и для больших труб, это может быть разрушение при сдвиге.

C.8 Анализ усталости

C.8.1 Данные по усталостной прочности

SN-кривые в диапазоне пластичной усталости определяются с помощью цикла управляемых

деформаций, и деформаций, преобразованных в формальные напряжения с помощью σ= E ε.

Усталостная прочность выражается с помощью серии SN-кривых, каждая из которых отражает

конкретные детали конструкции. Кривые были выведены на основе данных испытаний на

усталость, полученных с помощью соответствующих лабораторных образцов, проверяемых под

действием контролируемых напряжений или, для используемых деформаций, превышающих

предел текучести (пластическая усталость), при контролируемой деформации. Непрерывность при

переходе от низко циклового к высоко цикловому режиму достигалась путем выражения данных по

пластической усталости с помощью диапазона псевдоупругих напряжений (то есть, диапазон

деформации, умноженный на модуль упругости, в случае необходимости, откорректированный для

пластичной области деформаций).

Для типов стали, обычно используемой для изготовления изолированных труб, можно

использовать коэффициенты k = 5000 Н/мм

и m = 4, в результате получим:

S = 5000  N

-1/4

Н/мм

;

SN-кривая должна использоваться с коэффициентами усиления напряжений, рассчитанными или

212

СТБ EN 13941-2009

измеренными как значения в горячей точке. Кривая учитывает влияние стыкового сварного шва.

Снижение для наружного слоя, температурная и пластическая текучесть тоже учитывается.

Влияние электрохимической среды не учтено. Срок службы при пластической усталости может

быть сокращен из-за влияния состава воды, при значениях рН, типичных для централизованного

теплоснабжения. Предельное состояние для усталости (вышеуказанная SN-кривая) в комбинации

с воздействиями, определенными в разделе 7 и методом моделирования, описанного в

Приложениях B и C, дает результаты в пределах существующей практики для обычных

строительных деталей, используемых в предварительно изолированных системах

централизованного теплоснабжения.

N число циклов

Рисунок C.17 — SN-кривая

Расчетные кривые усталостной прочности расположены, приблизительно, на три

среднеквадратичных отклонения logN ниже усредненной кривой, откорректированной для

первоначальных результатов испытаний с помощью регрессивного анализа. Таким образом, они

определяют вероятность разрушения, приблизительно, 0,1 %.

Кривая предполагает, что амплитуда напряжения вычисляется в предположении чисто линейного

поведения упругого материала для стали, также выше предела текучести.

Если будут использоваться другие SN-кривые, основанные на использовании цикла

контролируемых деформаций, (например, испытания по одной оси на отполированных стержнях),

то необходимо учитывать соответствующие уменьшение дефектов поверхности и сварных

деталей, и следует применить соответствующую теорему для перерасчета напряжений, значения

которых выше напряжения текучести, обратно в деформации (например, гипербола Ньюбера для

перерасчета напряжений обратно в пластические деформации).

C.8.2 Данные по усталостной прочности, детальное проектирование

Метод расчета, описанный в стандарте EN 13445-3, может использоваться при условии, что

a) выполнен детальный анализ воздействий (величина и распределение), например,

взаимодействие почвы с трубой и увеличение реакции почвы под дорожным покрытием,

b) выполнен детализированный анализ напряжений и деформаций,

c) можно гарантировать, что при возникновении напряжений, действующих но нескольким осям

(например, изгибы, под действием большого изгибающего момента, обусловленного высокой

боковой реакцией грунта), используемое преобразование расчетных упругих напряжений в

пластическую деформацию для используемой кривой усталости, даст безопасные результаты;

это может особенно быть важно при больших отношениях d

/t и

213

СТБ EN 13941-2009

d) предполагается, что срок службы при пластической усталости может зависеть от состава

воды, при значениях рН, типичным для централизованного теплоснабжения.

C.8.3 Расчетная усталостная долговечность

Запас прочности можно определить, поделив расчетное число циклов на γ

fat

Таблица C.15 — Парциальный коэффициент прочности при цикловом воздействии

Класс проекта A Класс проекта B Класс проекта C

fat

5 6,67 10

Или критерий разрушения выражается с помощью гипотезы Палмгрена-Майнера:

где

число циклов в диапазоне напряжений Δσ

в период расчетного срока службы;

число циклов в диапазоне напряжений S

, произошедших до момента разрушения.

C.9 Дальнейшие воздействия

Если анализы дают слишком высокие значения напряжений или слишком низкую усталостную

долговечность, то необходимо предпринять следующие действия:

a) Система может быть сделана более гибкой в зонах расширения.

b) Уменьшение малых угловых отклонений: использование вместо этого искривленных труб.

c) Увеличение толщины стенок тройников: для других элементов увеличение толщины стенок

обычно дает очень слабое уменьшение напряжений.

Использование стали с более высоким напряжением текучести дает критическое увеличение

только для усталостной долговечности (предельное состояние B1).

214

СТБ EN 13941-2009

Приложение D (информативное) Расчет тепловых потерь

D.1 Основные принципы

Приложение D имеет статус способа применения.

Толщина изоляции может быть выбрана с учетом экономики и технических условий. Необходимо

учитывать следующие обстоятельства:

a) размеры трубы,

b) уровень температуры,

c) стоимость монтажа, цена неиспользованного тепла и теплопотерь между метом нагрева и

местом потребления,

d) риск конденсации,

e) близость силовых кабелей или других термочувствительных сервисных сетей,

f) требования по температуре поверхности и экологические требования,

g) требования по максимальной температуре окружающей среды на станции нагревания, и т.д.

Приложение содержит рекомендации по приближенному расчету теплопотерь в один метр пары

подземных трубопроводов.

D.2 Теплопотери в пару трубопроводов

Теплопотери для подающего трубопровода Ф

и для сливного трубопровода Ф

рассчитываются с

помощью выражений:

= U

- t

) - U

- t

)

= U

- t

) - U

- t

)

Полные теплопотери будут равны:

где

Ф, +Ф

=2 (U1-U

) (2-t

)

где

и U

коэффициенты теплопотерь;

и t

температуры в подающем и в возвратном трубопроводах;

температура грунта с ненарушенной структурой на глубине Z.

При симметричной конструкции трубопровода коэффициенты теплопотерь могут быть рассчитаны

с помощью выражений:

где

тепловое сопротивление почвы;

тепловое сопротивление изолирующего материала;

тепловое сопротивление при теплообмене между подающим и сливным трубопроводами.

215

СТБ EN 13941-2009

Тепловое сопротивление представляет собой удельное сопротивление изоляции.

Полный коэффициент теплопотерь равен:

D.3 Тепловое сопротивление почвы

где

откорректированное значение глубины z, чтобы переходное тепловое сопротивление R

на поверхности почвы состояло из:

= Z + R

· λ

;

Z расстояние от поверхности до середины трубы;

обычно может оцениваться как 1.5 - 2 Вт/мK для влажной почвы;

Для сухой почвы λ

≈ 1,0 Вт/мK

обычно может оцениваться как 0,0685 м²K/Вт.

D.4 Тепловое сопротивление изоляционного материала

где

PUR

диаметр изоляционного материала;

внешний диаметр отвода магистрального трубопровода;

коэффициент теплопроводности для полиуретановой изоляции (PUR);

Предел для λ

, указанный в стандарте EN 253, составляет λ

= 0,033 Вт/мK.

Для практических расчетов λ

= 0,030 Вт/мK или согласно спецификации изготовителя.

Коэффициент теплопроводности увеличивается с течением времени. При расчетах теплопотерь

необходимо использовать значение λ, усредненное по всему периоду эксплуатации

трубопроводной системы.

D.5 Тепловое сопротивление при теплообмене между подающим и сливным

трубопроводом

где

С расстояние между центральными осями двух труб

216

СТБ EN 13941-2009

Библиография

[1] В 1594:2000, Системы газоснабжения – Трубопроводы для максимального рабочего давления

превышающего 16 бар – Функциональные требования

[2] ENV 1991-3:2003, Еврокод 1: Основы проектирования и воздействий на конструкции – Часть

3: Нагрузки от движения транспортных средств по мостам

[3] CEN/TR 1295-2, Строительное проектирование подземных трубопроводов при различных

условиях нагрузки – Часть 2: Обзор национальных методов проектирования

[4] ENV 1993 (все части), Еврокод 3: Проектирование cтальных конструкций

[5] ASME B 31.1, Трубопроводы теплоснабжения

[6] В 10253-2, Стыковая сварка фитингов для трубопроводов – Часть 2: Не легированные и

ферритные легированные стали со специальными требованиями по инспектированию

[7] В 13445-3, Невоспламеняющиеся резервуары высокого давления – Часть 3: Проектирование

[8] М. Braunstorfinger, Einfluss von Verkehrslasten gemäss DIN 1072 auf eingeerdete Rohre mit geringer

Scheitelüberdeckung, издание в журнале “Rohre-Rohrleitungsbau-Rohrleitungstransport’, Номер 4,

август 1972

217