Проектирование подземных бесканальных, предварительно термически напряженных, теплопроводов со стартовыми компенсаторами

Abstract

Актуальность. Значимым направлением в теплоснабжении является проектирование подземных бесканальных тепловых сетей, которые позволяют существенно снизить капиталовложения по сравнению с надземными или полностью канальными сетями. Использование оптимального количества стартовых компенсаторов позволяет проектировать протяженные прямолинейные участки подземных бесканальных теплопроводов. В настоящее время проектирование и строительство предварительно термически напряженных бесканальных трубопроводов тепловых сетей вызывает существенные вопросы у специалистов. Современной специализированной литературы по данному направлению не так много. Бесканальная прокладка требует более строгого внимания к решению вопросов компенсации температурных расширений. Таким образом, уточненные методы расчета компенсации температурных расширений труб и применение бесканального способа прокладки участков тепловых сетей позволяют экономить десятки миллионов рублей. Цель: разработка методики расчета компенсации температурных расширений подземных бесканальных, предварительно термически напряженных, стальных трубопроводов водяных тепловых сетей со стартовыми компенсаторами. Методы: математическое моделирование напряженно-деформированного состояния участка бесканального теплопровода со стартовыми компенсаторами; численное решение тестовой задачи для участка теплопровода с известными характеристиками с использованием разработанной методики. Результаты. Предложена методика расчета подземных бесканальных, предварительно термически напряженных, трубопроводов тепловых сетей со стартовыми компенсаторами на компенсацию температурных расширений. Методика позволяет определить оптимальное количество стартовых компенсаторов на протяженных участках теплопроводов за счет максимального использования запасов прочности. Получены графические зависимости величины напряжения от длины участка и количества установленных на нем стартовых компенсаторов. Построение по разработанной методике подобных зависимостей позволяет получать полную картину напряженно-деформированного состояния для участков теплопроводов со стартовыми компенсаторами.

Relevance. The important research field in heat supply is design of underground trenchless heat supply networks which can significantly reduce capital expenditures compared to above-ground or fully trenched networks. Using the optimal number of expansion joints allows designing extended rectilinear sections of underground trenchless heat supply pipelines. Currently, design and construction of ther-mally pre-stressed trenchless pipelines of heating networks raises acute questions in specialists. There is not much up-to-date information in this topic. Trenchless laying requires more strict approach to solutions for compensation of temperature expansions. Thus, the refined methods for analysis of thermal expansion compensation in pipes and utilization of trenchless laying of heating network sections can save dozens of millions of rubles. The aim of the research is to develop a technique for analyzing compensation of temperature expansions in underground trenchless thermally pre-stressed steel pipelines of water heating networks with expansion joints. Methods: mathematical modeling of the stress-strain state of a section of a trenchless heat supply pipeline with expansion joints; numerical solution of the test problem for the section of the heat supply pipeline with known parameters using the developed technique. Results. This paper introduces a technique for analysis of underground trenchless thermally pre-stressed pipelines of heating networks with expansion joints compensating temperature expansions. This technique allows using the optimum number of expansion joints on extended sections of heat supply pipelines due to the maximum use of the strength reserve. The research gave characteristic curves of the stress value depending on length of the section and the number of the expansion joints installed on it. The construction of such curves using the proposed method allows obtaining a complete picture of the stress-strain state for sections of heat supply pipelines with expansion joints.