Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит два раза в месяц 10 (114) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
. № 10 (114) . Май, 2016 г. Тепловые потери от горячей среды к холодной через теплоизоляционные конструкции участка трубопроводов выражаются в виде суммарных тепловых потерь, Вт: ΣQ тп = (q L +q M ) м, (где q L , Вт/м — часовые линейные потери тепла на единицу длины (линейная плотность теплового потока) через стенку трубопровода, антикоррозионное покрытие, теплоизоляционный и покровный материалы, воздушная среду и стенку канала, а для действующих сетей дополнительно слой ржавчины и слой накипи на стенках трубопроводов, Вт/м — часовые местные потери тепла на единицу длины рассматриваемого объекта через теплопроводные нелинейные включения в теплоизоляционных конструкциях, которыми могут быть арматура, крепежные детали, подвижные и неподвижные опоры, сальниковые или сильфонные компенсаторы, воздушники или дренажные устройствам длина рассматриваемого участка трубопроводам коэффициент дополнительных местных потерь теплоты к линейным потерям q L ), применяется при отсутствии данных поили невозможности их опреде- ления. Значения коэффициентам принимается для металлических трубопроводов от 5% до 20%, для неметаллических до Суммарная плотность теплового потока подающими обратным трубопроводами через стенку канала, Вт/м: г к вк ср.з нг вк 2 1 R R R t t q q L L , (2) t вк — расчётная температура воздуха в канале, г к вк н2 и2 н1 и1 г к вк ср.з нг н2 и2 ср.з в2 н1 и1 ср.з в1 вк 1 1 1 R R R R R R R R R R t R R t R R t t L L L L L L L L ; (где ср.з нг t — средняя за отопительный сезон температура грунта по Термическое сопротивление теплоотдаче от воздуха в канале к поверхности стенки каналам °C/Вт: вк к вк α π 1 D R (где к — коэффициент теплоотдачи на поверхности стенки канала по [2], Вт (м 2 × Внутренний и наружный эквивалентные диаметры каналам к к к вк δ 2 δ δ 2 h b h b D , (5) h b h b D 2 нк , (где b, h — наружные размеры канала риск толщина стенки канала. Линейное термическое сопротивление теплоотдаче от наружной стенки канала к грунту, м °C/Вт: к к 1 R , (где l к — коэффициент теплопроводности стенки канала, Вт (м Термическое сопротивление теплоотдаче от наружной стенки канала к грунту, м °C/Вт: г 25 , 0 г λ 5 , 0 7 , 5 5 , 3 ln h b b h h H R , (где Н — глубина заложения оси трубопровода от поверхности земли, мг коэффициент теплопроводности грунта, принимаемый по [2], Вт (м Линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты слоем теплоизоляционного материала трубопровода из закона теплопроводности Фурье, м °C/ Вт: а ни ан и и δ 2 δ δ 2 ln λ π 2 1 D D R L , (где н — наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м аи толщины антикоррозионного покрытия и изоляции трубопроводами коэффициент теплопроводности слоя изоляции, Вт (м Линейное термическое сопротивление теплоотдаче наружной стенки теплоизоляционной конструкции трубопровода в окружающую среду, м °C/Вт: н пи ан н, (где d п — толщина покровного слоям н — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности покровного слоя теплоизоляционной конструкции, Вт (м 2 × °C), который является суммой двух слагаемых н = a л + a к, (где a л, Вт (м 2 × °C) — коэффициент теплоотдачи лу- чеиспускаением, который можно определить по формуле Стефана-Больцмана: н п н пл 273 100 С , (где С — коэффициент лучеиспускания Стефана-Боль- цмана, который для поверхностей абсолютно четных тел, поглощающих все падающие лучи и ничего не отражающих, равен 0,277 ×10 -6 Вт (м Ка для серых тел, 251 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May к которым относятся наружные поверхности неизолиро- ванных трубопроводов и поверхности теплоизоляционных конструкций, находится в пределах (Вт (м 2 ×К 4 ); п t , °C — температура излучающей поверхности покровного слоя теплоизоляции трубопровода кВт (м 2 × °C) — коэффициент теплоотдачи конвекцией от горизонтального трубопровода к воздуху, который можно определить по формулам Нуссельта: – при естественной конвекции воздуха: 4 п и а н н п к δ δ δ 2 16 , 1 α D t t , (13) – при вынужденной конвекции воздуха (ветер или принудительная вентиляция): 3 , 0 п и а н 7 , 0 к δ δ δ 2 65 , 4 α D w , (где w, мс — скорость воздуха (ветра, которая при отсутствии данных принимается 10 м/с. Значение коэффициента теплоотдачи a нот наружной поверхности покровного слоя теплоизоляционной конструкции трубопровода с температурой (п £ 150 °C), можно определить в соответствии си) по прибли- жённой формуле для канальной прокладки: н п н 052 , 0 3 , 10 α t t (Из формулы (2), с учетом подстановки (9) ивы- водится формула для определения необходимой толщины слоя теплоизоляционного материала d и трубопроводам аи иiВiiDi (Где число В — безразмерное значение величины натурального логарифма, которое находится по формуле: L L R q t t B и н вк и (В качестве примера был рассчитан участок трубопроводов тепловых сетей от ЦТП-ц41 по ул. Орджоникидзе г. Новосибирска, длиной L = 166 м, при двухтрубной прокладке в непроходных каналах рис. 1. Продолжительность отопительного сезона в Новосибирске составляет 221 сутки или t з = 5304 ч. Расчётная температура наружного воздуха для Новосибирска но = –37 °C. На рассматриваемом участке тепловая сеть двухтрубная, проложена в непроходных каналах марки КЛ х, диаметр трубопроводов х мм, глубина заложения 2 м. Рас- чётный температурный график на ТЭЦ принят 150/70 °C. Коэффициент дополнительных местных потерь теплоты Км = 1,2. Расчёт проводился по нормативной линейной плотности теплового потока по методике [1] и по СП В расчёте, рекомендуемом СП [2] учитывается только эквивалентный внутренний диаметр канала, поэтому не учитывается значение линейного термического сопротивления кондуктивному переносу тепла слоем стенки канала, что влияет также на определение температуры воздуха в канале. Кроме того, в СП [2] не учитывается коэффициент стоимости теплопотерь, который для Новосибирска, например, составляет 0,95. Расчёты были проведены для различных типов тепловой изоляции и сведены в таблицу 1. Как показали расчёты, во многих случаях требуемая толщина изоляции при расчёте по методике [1], учитывающей местные условия эксплуатации, оказывается выше. Рис. 1. Подземная прокладка трубопроводов в непроходных каналах Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. Таблица 1. Сравнение толщины тепловой изоляции и теплопотерь трубопроводами по методике [1] и по СП [2] Тип изоляции Расчёт по методике [1] Расчёт по СП [2] t вк , из, м d из2 , м Q тп , МВт t вк , из, м d из2 , м Q тп , МВт Маты минераловатные прошивные марки 100 15,098 0,09 0,08 39,39 15,420 0,08 0,07 Маты минераловатные прошивные марки 125 15,019 0,10 0,09 40,15 15,244 0,09 0,08 Маты из супертонкого базальтового волокна 0,06 0,05 39,25 14,667 0,06 0,05 Маты из стеклянного штапельного волокна URSA марки М 15,103 0,09 0,08 39,41 15,175 0,08 0,08 Маты из стеклянного штапельного волокна URSA марки М 15,245 0,09 0,08 39,41 15,317 0,08 0,08 41,81 Пенополиуретан заливочный ППУ-3313марки 50 14,574 0,06 0,05 37,65 15,435 0,05 0,04 42,22 Пенополиуретан заливочный ППУ-3313марки 70 15,255 0,06 0,06 39,92 15,233 0,06 0,05 Скорлупы из пенополи- уретана ПИР/ППУ марки 50 14,989 0,04 0,04 39,03 15,273 0,04 0,03 Скорлупы из пенополи- уретана ПИР/ППУ марки 30 14,224 0,04 0,03 36,48 15,101 0,03 0,03 41,06 Бутадиен-акрилонитрил K-flex марки ES, ST 14,803 0,05 0,04 38,41 15,378 0,04 0,04 42,03 Бутадиен-акрилонитрил K-flex марки ECO 15,255 0,05 0,05 41,44 15,356 0,05 0,04 Выводы. Проведённые расчёты позволяют выбрать оптимальную толщину тепловой изоляции трубопроводов систем теплоснабжения и оценить потери теплоты. Неуч т местных условий эксплуатации и неточное определение температуры среды в канале может вызвать занижение толщины тепловой изоляции трубопроводов и увеличенные потери теплоты трубопрово- дами. Литература: 1. Методика определения тепловых потерь через теплоизоляционные конструкции трубопроводов водяных сетей систем теплоснабжения / ВО. Потапкин, Ю. А. Кичкайло // Новосибирск ОАО «Новосибирскгортеплоэ- нерго», 2009. — 92 с. СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41–03–2003: введ. в действ. 2013–01–01. — Москва Минрегион России, 2012. 253 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий Кузин Николай Владимирович, кандидат технических наук, доцент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия Встатье получено аналитического решение для расчета пластического смещения поверхности дорожного асфальтобетонного покрытия. Решение выполнено интегрированием зависимости пластической деформации по толщине асфальтобетонного слоя. Ключевые слова пластическая деформация, асфальтобетон, дорожное покрытие. В настоящее время в РФ наблюдается интенсивная автомобилизация, приведшая к увеличению нагрузки надо- рожную одежду, возрастанию интенсивности движения и повышению доли тяжелых и очень тяжелых грузовых автомобилей в составе транспортного потока. Поэтому срок службы дорожных конструкций, запроектированных в соответствии со всеми требованиями ОДН 218.046–01 [1], не всегда соответствует фактическим значениям, установленным при диагностике автомобильных дорог. В настоящее время специалисты в области механики дорожных конструкций разрабатывают методы расчета, дополняющие нормативные критерии [1]. Среди современных разработок отметим попытки модификации критериев прочности и условий пластичности [2, 3] для расчета асфальтобетонных покрытий по сопротивлению сдвигу [4, 5], атак же методы расчета пластических деформаций в дискретных материалах [6–10], которые применяются для расчета пластических смещений в асфальтобетонных покрытиях при их проектировании по критериям ровности [11]. Выполняя критический обзор этих методов укажем что. Для учета возникновения сложного напряженного состояния используются методы, созданные для расчета минимального главного напряжения в грунтовом полупространстве [12–16] или слое конечной толщины из зернистых материалов (щебень, гравий и т. п. В основе расчетов по сопротивлению сдвигу грунтов земляного полотна лежат модифицированные условия пластичности, обоснованные экспериментально для грунтов Применение указанных нами решений требует экспериментального обоснования путем испытаний асфальтобетонных образцов в лабораторных условиях при варьировании температуры, величины нагрузки, количества приложений повторных нагрузок и многих других факторов. Поэтому для расчета пластического смещения асфальтобетонного покрытия автор предлагает интегрировать функцию пластических деформаций, предложенную в его исследованиях [23, 24]. Предлагаемое интегральное уравнение имеет вид: dz D z Е Е Е LnN к р К U h осн в паб аб дин паб 0 1 2 5 , 2 2 1 1 1 (где р — давление от колеса на покрытие, МПа К дин — максимальное значение динамического коэффициента аб — коэффициент Пуассона асфальтобетона N — число приложенных нагрузок Е паб — продольный модуль, характеризующий величину пластической деформации, МПа h — толщина слоям Ев и Е осн — модули упругости соответственно асфальтобетона в рассчитываемом слое и подстилающего слоистого полупространства, МПа D — диаметр отпечатка шины расчетного автомобиля, м. Интегрирование зависимости (1) производится методом замены переменной. Принимая, что 5 2 2 D z Е Е х осн в Получим: (Формула (2) позволяет прогнозировать величину пластического смещения поверхности рассчитываемого асфальтобетонного слоя. Смещение поверхности пакета слоев определяется суммой пластического смещения поверхности каждого асфальтобетонного слоя этого пакета Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. Литература: 1. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. — М ГСДХ Минтранса России, 2001. — 146 с. Александрова, Н. П, Александров АС, Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск СГУПС, 2015. — с. 219–225. 3. Александрова, Н. П, Александров АС, Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии с. 47–54. 4. Чусов, В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — с. 221–227. 5. Новиков, А. Ю. Учет поврежденности монолитных и дискретных материалов при проектировании дорожных конструкций // Молодой ученый. — 2016. — № 8. — с. 265–270. 6. Александров, АС, Киселева НЮ. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — с. 49–59. 7. Александров, АС. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — с. 22–34. 8. Семенова, Т. В, Гордеева С. А, Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета с. 247–254. 9. Александров, АС. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок монография. — Омск СибАДИ, 2014. — 152 с. Семенова, Т. В, Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобиль- но-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — с. 68–73. 11. Герцог, В. Н, Долгих Г. В, Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5 (57) — с. 45–57. 12. Александров, АС, Долгих Г. В, Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — с. 17–22. 13. Александров, АС, Долгих Г. В. Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — с. 9–22. 14. Александрова, Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна В сборнике Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — с. 236–246. 15. Александров, АС. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / АС. Александров // В сборнике Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — с. 217–228. 16. Александрова, Н. П, Семенова Т. В, Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). с. 49–54. 17. Александров, АС, Александрова Н. П, Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — с. 14–17. 18. Чусов, В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 4 (61). — с. 49–57. 19. Александров, АС, Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — с. 4–17. 20. Александров, АС, Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск Си- бАДИ, 2013. — с. 228–235. 21. Долгих, Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — с. 43–49. 22. Александров, АС, Долгих Г. В, Калинин А. Л. Применение критерия Друкера-Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — с. 26–29. 23. Кузин, Н. В. Учет упруговязкопластических свойств асфальтобетонных покрытий и оснований при проектировании дорожных одежд / Автореф. канд. техн. наук. — Омск СибАДИ, 2008. — 19 с. Александров, АС, Александрова Н. П, Кузин Н. В. Методы теории наследственности в расчетах пластических деформаций материалов и грунтов при воздействии повторяющихся нагрузок // Транспортное строительство с. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов Кузин Николай Владимирович, кандидат технических наук, доцент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия В статье приведена методика испытаний асфальтобетонных образцов на сжатие при различных температурах и напряжениях. Получены экспериментальные зависимости деформации от напряжений, которые могут быть применены для математического моделирования модуля пластичности асфальтобетона от различных факторов. |