281 / 457
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
281
)
( 1
2
ппм
х
y
ппм
x
z
кн
f
S
m f
mQ p
.
(5)
Подставим следующие исходные данные в (5) для опоры ОС-700:
S
х
= 0,133 м
2
;
f
ппм
= 0,35;
m
x
= m
y
=
m
= 0,3;
Q
z
= 220 000 H. В результате получим значение необходимого обжатия верхнего слоя
ППМ изоляции хомутами
p
кн
= 2,1 МПа, что несколько превышает заявленный производителем пре-
дел прочности ППМ изоляции при сжатии (1,5 МПа). Учитывая сложно-напряженное состояние
внутри слоев изоляции, максимальное эквивалентное напряжение внутри слоев изоляции (по форму-
лам Ляме [5]) может быть определено по формуле:
]
[ ])
[
( 1
2
2
2
2
2
ппм
ви
ни
ппм
х
y
ппм
x z ви
ппм
r r f
S
m f
mQr
,
где
r
ви
,
r
ни
– внутренний и наружный радиус слоя изоляции соответственно. Подставив значения для
ОС-700
r
ви
= 0,36 м,
r
ни
= 0,415 м, получим значение максимального напряжения
σ
ппм
= 13,014 МПа,
что существенно превышает предел прочности ППМ изоляции. Даже если перейти от нормативных
нагрузок к фактическим (которые, как правило, меньше в 2–3 раза) неизбежно последует вывод, что
опоры данного типа существенно проигрывают в прочности неизолированным.
Справедливо упомянуть, что все компоненты напряжений в данном случае имеют отрица-
тельный знак, т.е. это напряжения сжатия, которые для материалов типа пенобетонов менее опасны,
чем напряжения растяжения. Растягивающие напряжения в слоях теплоизоляции безусловно способ-
ны развиваться в результате температурного расширения металла трубопровода. Максимальное зна-
чение эквивалентного растягивающего напряжения возникает во внутреннем граничном слое изоля-
ции и может быть оценено формулой:
]
[
1
1
1 2
32
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
ппм
ни
ви
и
ви
ни
ви
ни
и
с
в
ви
в
ви
c
ви
Т н
Рппм
r
r
r r
r r
E
r r
r r
E
r t
r
,
где
r
в
,
r
н
– внутренний и наружный радиус трубопровода соответственно;
E
с
,
E
и
– модули упругости
материалов трубопровода и изоляции, соответственно; μ
с
, μ
и
– коэффициенты Пуассона материалов
трубопровода и изоляции, соответственно; α
Т
– коэффициент температурного расширения материала
трубы; Δ
t
– величина нагрева трубопровода [5]. Не обладая необходимым количеством исходных
данных о прочностных свойствах изоляции и используя ориентировочные значения, можно прибли-
зительно оценить величину растягивающих напряжений для внутренних слоев ППМ изоляции трубо-
провода Ду700 при его нагреве на 70 градусов как 10 – 15 МПа, что также значительно превышает
заявленный предел прочности.
В результате исследования можно сделать следующие выводы:
а) действительные тепловые потери неизолированных опор горячих трубопроводов превы-
шают нормативные;
б) основная часть тепловых потерь приходится на контакт «опора/опорная конструкция»;
в) используются два типа изолированных опор горячих трубопроводов с низкими тепловыми
потерями (хомутовые и диэлектрические);
г) диэлектрические опоры с изолирующей прокладкой в контакте (рис.3, 4) обладают доста-
точной прочностью;
д) прочность хомутовых опор (рис.2, 5) в значительной степени зависит от прочностных
свойств теплоизоляции. Рассмотренная ППМ изоляция не обладает прочностными свойствами харак-
терными для неизолированных опор.
e) при использовании изолированных хомутовых опор необходимы исследования вопросов
прочности используемых изоляционных материалов и выработка новых рекомендаций для проекти-
ровщиков теплосетей.
Литература:
1. Бабурова А.В. Пути уменьшения потерь теплоты в тепловых сетях Усть-Илимской ТЭЦ // Естествен-
ные и инженерные науки – развитию регионов Сибири. 2011. Т.2. С.58 – 60.
2. Меснянкин С.Ю., Викулов А.Г., Викулов Д.Г. Современный взгляд на проблемы теплового контак-
тирования твердых тел // Успехи физических наук. 2009. Т. 179. № 9. С.945 – 970.
3. Канев С.Н., Ивашкевич А.А., Лупанос В.М. Расчет теплопотерь в системах теплоснабжения // Уче-
ные заметки ТОГУ. 2014. № 4. C. 20–25.
4. Damien Cusick. Pipe Insulation Support Saddles // Insulation Outlook. 2002. № 3. P. 30–35.
5. Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин. М., Машиностроение, 1973. 456 c.