- Sistem de alimentare cu caldura a unor consumatori urbani si industriali

MEMORIU JUSTIFICATIV

I.  Prezentare generala

Proiectul contine calculul unui sistem de alimentare cu caldura a unor consumatori urbani si industriali. Agentul termic folosit este preparat intr-o centrala electrica de termoficare (C.E.T.)

Sistemul alimentat cu agent termic contine drept consumatori:

-9 microraioane din zona urbana;

-3 consumatori industriali.

II. Prezentarea datelor de baza

1. Necesarul de caldura

Necesarul de caldura pentru sursa, care constituie sarcina termica a centralei electrice de termoficare, este:

Necesarul de caldura, in baza calculelor efectuate, este precizat in tabelele urmatoare:

2. Reteaua de transport si distributie

Reteaua de distributie si transport are o configuratie arborescenta. Reteaua are in componenta doua conducte de acelasi diametru: una de tur si una de retur pentru agentul termic.

Amplasarea conductelor se face astfel:

-aerian - pe traseul dintre sursa si zona urbana, si pe traseul dintre sursa si zona industriala;

-subteran in canal de beton armat - pe traseele din zona urbana;

3. Parametrii agentilor termici

Pentru transportul si distributia caldurii intre sursa si punctele termice, temperaturile nominale tur/retur ale agentului termic, sunt:

-pentru consumatorii industriali: 120/60 ^oC;

-pentru consumatorii urbani: 120/60 ^oC.

Parametrii nominali pentru instalatiile interioare de incalzire sunt:

-pentru consumatorii industriali: 120/60 ^oC;

-pentru consumatorii urbani: 75/55 ^oC.

Acesti parametrii corespund temperaturii exterioare minime conventionale de calcul t_ec= -12 ^oC.

4. Reglarea furnizarii caldurii

Reglarea furnizarii caldurii se face in varianta reglarii calitative, dupa caz aplicindu-se reglarea mixta.

Prin reglare calitativa se intelege modificarea temperaturii din conducta de tur si de retur, mentinind debitul de agent constant.

5. Racordarea consumatorilor

Pentru consumatorii urbani se prevede adoptarea schemei cu racordare indirecta (prin schimbator de caldura) cu prepararea apei calde de consum in doua trepte serie-paralel.

Pentru consumatorii industriali racordarea se va face intr-o treapta in paralel cu instatia de incalzire si cu acumulare (racordare directa simpla utilizind corpuri de incalzire statice (serpentine, registre) sau aeroterme.)

III. Solutiile alese

1. Reglarea furnizarii caldurii

Dupa intocmirea graficelor de reglare s-au constatat diferente intre cele doua grafice de reglare, pentru consumatorii urbani si pentru consumatorii industriali, si datorita faptului ca exista o singura sursa si o singura retea de distributie s-a desprins concluzia adoptarii graficului urban de furnizare a caldurii (pe conducta de ducere) pentru toti consumatorii. Pentru consumatorii industriali a rezultat necesitatea corectarii graficului de reglare si necesitatea elaborarii unui grafic de variatie a debitului. Astfel pentru consumatorii industriali s-a impus adoptarea solutiei in varianta reglarii mixte.

Pentru a asigura temperatura optima a apei calde de consum se limiteaza inferior temperatura agentului termic pe conducta de ducere la valoarea de 70 ^oC.

2. Regimul hidraulic al sistemului

Pentru a definii regimul hidraulic nominal de functionare a retelei termice a fost necesar sa se elaboreze:

-planul de situatie al retelei de transport si distributie;

-amplasarea si incarcarea termica a punctelor termice;

-calculul hidraulic;

-echilibrarea hidraulica;

-graficul piezometric.

Din graficul piezometric elaborat rezulta:

-inaltimea de pompare a pompelor de circulati ;

-presiunea necesara in regim static si in regim de functionare, in zona de aspiratie a pompelor de circulatie: si ;

-valoarea presiunii disponibile excedentare in fiecare punct de racordare si locul de amplasare a rezistentelor locale necesare pentru eliminarea excedentarului.

3. Solicitarile mecanice ale conductelor retelei

In scopul comportarii in limite admisibile din punct de vedere mecanic a conductelor retelei termice s-au efectuat urmatoarele calcule mecanice:

-stabilirea grosimii peretilor conductelor;

-stabilirea distantelor intre reazamele mobile;

-verificarea deplasarii laterale maxime in cazul configuratiilor elastice naturale L, Z;

-verificarea tensiunii maxime de incovoiere in cazul configuratiilor elastice naturale L, Z;

-dimensionarea compensatoarelor curbate in forma de U;

-determinarea fortelor ce actioneaza asupra reazamelor fixe;

-verificarea rezistentei in sectiunea cu solicitare maxima.

Toate calculele au fost efectuate in baza schemei termodinamice a retelei.

Pentru reteaua din microraionul1 calculele au fost limitate la stabilirea lungimii maxime a tronsoanelor, delimitate de punctele fixe si de sistemele de preluare a deformatiilor (compensatoare U, coturi, compensatoare cu presetupa); cu ajutorul lungimii maxime s-a putut elabora schema termodinamica din microraionul1.

4. Schemele de racordare ale consumatorilor la reteaua de distributie

Tinind seama de solutia de principiu indicata in tema, pentru racordarea consumatorilor s-au elaborat schemele punctelor termice atit pentru consumatorii urbani cit si pentru consumatorii industriali, indicindu-se in acestea buclele de reglare automata in premiza functionarii cu debit constant de agent in reteaua primara.

1. CALCULUL GRAFICULUI DE REGLARE A FURNIZARII CALDURII

1.1 Metode de reglare a furnizarii caldurii

Variantele prin care debitul de caldura transmis cladirilor poate fi modificat sint urmatoarele:

reglare calitativa prin modificarea temperaturii din conducta de ducere si de intoarcere, mentinind debitul de agent constant;

reglarea cantitativa prin modificarea debitului de agent, mentinind constanta temperatura acestuia, in conducta de ducere; in aceasta varianta temperatura din conducta de intoarcere este variabila, rezultind din procesul de incalzire a constructiei considerate;

- reglare mixta (calitativ- cantitativa) prin modificarea atat a debitului de agent,cat si a temperaturii acestuia;

1.2 Reglarea furnizarii caldurii

Pentru trasarea graficului variatiei temperaturii agentului termic care sta la baza reglarii furnizarii de caldura, vom lua in considerare urmatoarele ipoteze :

-se neglijeaza aporturile de caldura din spatiile neincalzite;

-se considera ca fiind omogen cimpul de temperatura din interiorul cladirilor;

-se considera ca fiind acelasi tip de corpuri de incalzire in fiecare tip de consumator.

Graficul de reglare a furnizarii caldurii contine variatia agentului din conducta de ducere proprie constructiilor urbane, variatie care devine impusa pentru constructiile industriale deoarece sistemul are o singura sursa si o singura retea de distributie. Ca urmare pentru consumatorii industriali a aparut ca obligatorie modificarea locala a debitului de agent, in sensul reducerii acestuia, reglarea pentru consumatorii industriali devenind calitativ - cantitativa. Modificarea procentuala a debitului de agent a fost pusa in evidenta printr-o curba de variatie in functie de debitul nominal pentru toata perioada de incalzire.

Tinind seama de procesul de preparare a apei calde de consum alimentat prin aceasta retea, s-a impus limitarea temperaturii apei din conducta de ducere la o valoare minima, respectiv 70 ^oC, valoare la care, la limita, are loc prepararea apei calde de consum. A rezultat punctul de fringere a graficului de reglare.

Daca se tine seama de existenta aporturilor gratuite de caldura, cu cuantificarea lor efectiv aleatoare, de la cladire la cladire sau de la incapere la incapere, se poate desprinde concluzia ca ar fi necesar cate un grafic de reglare pentru fiecare cladire sau incapere.

Adaptarea consumatorilor, la conditiile specifice locale in care se desfasoara procesul de incalzire, este evident ca nu se poate realiza prin grafice proprii de reglare; adaptarea devenind posibila numai prin prevederea unor bucle de reglare capabile sa modifice fluxul de caldura prin modificarea debitului in functie de nevoile reale de caldura. O rezolvare in acest sens este ca fiecare corp de incalzire sa aiba cate un robinet termostatic. O alta rezolvare este aceea de a controla temperatura medie din mai multe incaperi, diferite ca pozitie, ale cladirii (incaperi de colt, incaperi cu doi pereti exteriori, incaperi cu un perete exterior, incaperi de la nivele limita etc.); prin controlul acestei temperaturi medii se poate modifica debitul la intrarea in diferitele ramuri ale cladirii.

In graficele calculate pentru cladirile urbane s-a pus in evidenta efectul unor aporturi de caldura din cladirile urbane asupra temperaturii tur/retur, la diverse temperaturi exterioare. A rezultat, tinind cont de aceste aporturi cuantificate calitativ, diminuarea temperaturii tur/retur si a caderii de temperatura din instalatia interioara.

Graficul de reglare se poate considera ca un instrument de lucru pentru fixarea regimului termic de functionare, indicind nivelul general acoperitor al temperaturilor agentilor termici. Pentru corectarea fluxului de caldura preluat din retea, in sensul apropierii lui cu nevoia reala, este necesara prevederea de bucle de reglare in instalatia interioara si exterioara.

2. CALCULUL NECESARULUI DE CALDURA

2.1. Calculul necesarului de caldura pentru incalzire si apa calda pentru M1.

Acest calcul se afla intr-un tabel centralizator, fiecare coloana a acestuia reprezentind:

-coloana 1: tipul blocurilor din microraionul 1;

-coloana 2: numarul de nivele al fiecarui tip de bloc;

-coloana 3: suprafata fiecarui tip de bloc (S_bloc);

-coloana 4: suprafata bruta (S_br):

;

-coloana 5: numarul de apartamente conventionale (N_ap.c.):

unde: S_ap.c. reprezinta suprafata unui apartament mediu conventional

;

-coloana 6: indicele specific de consum pentru incalzire, pentru un apartament mediu conventional (q_i):

;

-coloana 7: indicele specific de consum pentru prepararea apei calde, pentru un apartament mediu conventional (q_ac):

;

-coloana 8: sarcina termica de incalzire (Q_i):

;

-coloana 9: sarcina termica pentru prepararea apei calde de consum (Q_ac^med):

;

-coloana10: numarul total de blocuri din fiecare tip;

-coloana11: sarcina termica de incalzire, pe tipuri (Q_i^tip):

;

-coloana12: sarcina termica pentru prepararea apei calde de consum, pe tipuri (Q_ac^med.itp):

.

Insumind valorile rezultate pentru Q_i^tip si Q_ac^med.tip, rezulta sarcina totala de incalzire si sarcina totala pentru prepararea apei calde:

Pentru determinarea necesarului de caldura pentru celelate microraioane este necesar sa calculam densitatea termica pentru incalzire si pentru prepararea apei calde.

Acest calcul este in tabelul centralizator in care cele doua densitati termice au urmatoarele formule de calcul:

in care S_M1 reprezinta suprafata microraionului M1.

2.2. Calculul necesarului de caldura pentru incalzire si prepararea apei calde pentru cele 9 microraioane.

Acest calcul este in tabelul centralizator, fiecare coloana a acestuia reprezentind:

-coloana 1: numarul microraionului;

-coloana 2: suprafata fiecarui microraion (S_M);

-coloana 3: densitatea termica pentru incalzire (D_i(M1));

-coloana 4: densitatea termica pentru preparare apei calde (D_ac(M1));

-coloana 5: sarcina termica de incalzire (Q_i(M)):

;

-coloana 6: sarcina termica pentru prepararea apei calde (Q_ac(M)^med):

;

Insumind valorile obtinute rezulta sarcina termica pentru acoperirea nevoilor urbane:

2.3. Necesarul de caldura pentru industrie.

Aceste valori se afla in tabelul centralizator.

Sarcinile termice de incalzire au fost calculate cu urmatoarele relatii:

in care n reprezinta numarul de ordine: n=10..

Sarcina termica pentru prepararea apei calde se calculeaza ca fiind cota parte din sarcina termica de incalzire aferenta fiecarei industrii:

.

Necesarul de caldura pentru acoperirea nevoilor industriale va fi:

.

Sarcina termica a centralei electrice de termoficare va fi:

3. CALCULUL HIDRAULIC AL RETELEI

Calculul hidraulic consta in alegerea diametrelor conductelor ce alcatuiesc tronsoanele retelei si in determinarea pierderilor de sarcina ce apar la circulatia agentului prin conducte; acest calcul necesita luarea in consideratie a urmatoarelor:

-date referitoare la planul si configuratia retelei;

-date despre natura agentului termic din retea si parametrii nominali ai acestuia;

-tipul de solutie ales la reglarea furnizarii caldurii;

-sarcinile termice nominale, pe procese consumatoare de caldura, la fiecare abonat;

-natura agentului termic din instalatiile fiecarui abonat si parametrii nominali ai acestuia.

In urma calculului hidraulic se poate trasa graficul piezometric al sistemului, care va permite analizarea regimului de presiuni la sursa, in retea si la consumatori: alegerea sistemului de racordare al consumatorilor, stabilirea pozitiei numarului si marimii statiilor intermediare de pompare si a statiilor de pompare din centrala, alegerea echipamentului de automatizare si control, alegerea pozitiei optime a diafragmelor de echilibrare.

Calculul hidraulic urmeaza urmatoarele etape de calcul:

-calculul debitului de agent termic pe tronsoanele retelei;

-dimensionarea tronsoanelor retelei;

-echilibrarea hidraulica a retelei;

-calculul pierderilor de sarcina pe tronsoanele retelei si pe circuitele de alimentare ale consumatorilor;

-trasarea graficului piezometric si interpretarea acestuia.

3.1. Calculul debitului de agent termic pentru consumatorii industriali.

Consumatorii industriali sunt legati la reteaua de transport si distributie printr-o racordare directa simpla pentru instalatia de incalzire. prepararea apei calde de consum se face intr-o treapta, in paralel cu instalatia de incalzire si este prevazuta cu acumulare (fig. 1).

Fig.1. Schema de racordare a instalatiei de preparare a apei calde de consum intr-o treapta cu acumulare, in paralel cu sistemul de incalzire.

F - filtru; DD' - diafragma de laminare; RDT - regulator direct de temperatura; RD - regulator de debit; AC - rezervor de acumulare; S - schimbator de caldura; PC - pompa de circulatie.

Calculul a fost elaborat tinind cont de aceasta schema de racordare si este in tabelul centralizator, fiecare coloana a acestuia reprezentind:

-coloana 1: numarul consumatorului;

-coloana 2: sarcina termica de incalzire (Q_i);

-coloana 3: sarcina termica pentru prepararea apei calde (Q_acc);

-coloana 4: temperatura agentului termic pe conducta de ducere (T_1i) - valoarea acesteia fiind data in tema;

-coloana 5: temperatura agentului termic pe conducta de intoarcere (T_2i) - valoarea acesteia fiind data in tema;

-coloana 6: temperatura minima a agentului termic pe conducta de ducere, pentru prepararea apei calde de consum (temperatura impusa Ti=70 C);

-coloana 7: temperatura agentului termic pentru prepararea apei calde de consum pe conducta de intoarcere (T₃=35 C);

-coloana 8: caldura specifica a apei (c);

-coloana 9: debitul de agent termic pentru incalzire (G_i)

;

-coloana10: debitul de agent termic necesar pentru prepararea apei calde de consum (G_acc)

;

-coloana11: debitul total de agent termic necesar fiecarui consumator (G_pti)

.

3.2. Calculul debitului de agent termic pentru consumatorii urbani.

Consumatorii urbani au instalatiile interioare racordate la reteaua de transport si distributie prin intermediul unui schimbator de caldura (racordare indirecta). Pentru prepararea apei calde se utilizeaza schema cu doua trepte serie - paralel (fig. 2).

Fig.2. Schema de racordare a instalatiei de preparare a apei calde de consum in doua trepte, serie-paralel cu sistemul de incalzire.

SA I, SA II - treptele de preparare a apei calde de consum; RDT - regulator direct de temperatura; RPD - regulator de presiune; F - filtru; RD - regulator de debit.

Calculul a fost elaborat tinind cont de aceasta schema de racordare si este   in tabelul centralizator, fiecare coloana a acestuia reprezentind:

-coloana 1: numarul consumatorului;

-coloana 2: sarcina termica de incalzire (Q_i);

-coloana 3: sarcina termica pentru prepararea apei calde (Q_acc);

-coloana 4: sarcina termica pentru prepararea apei calde, necesara treptei a doua de incalzire (Q_acc^II);

unde: t_ac - temperatura apei calde, t_ac = 60 C;

t_ar - temperatura apei reci, t_ar = 10 C;

t_int - temperatura intermediara, t_int = T₂' - (8.10) C;

in calcule am ales t_int = 41.8 C.

-coloana 5: temperatura agentului termic pe conducta de ducere (T₁=120 C)

-coloana 6: temperatura agentului termic pe conducta de intoarcere (T₂ =60 C)

-coloana 7: temperatura minima a agentului termic pe conducta de ducere, pentru prepararea apei calde de consum (temperatura impusa T'₁ = 70 C);

-coloana 8: temperatura agentului termic pentru prepararea apei calde, pe conducta de intoarcere, corespunzatoare punctului de fringere (T₂' = 41.7 C);

-coloana 9: caldura specifica a apei ( c );

-coloana10: debitul de agent termic pentru incalzire (G_i)

;

-coloana11: debitul de agent termic necesar pentru prepararea apei calde de consum (G_acc)

;

-coloana12: debitul total de agent termic necesar fiecarui consumator (G_PTi)

.

3.4.Calculul hidraulic.

Acest calcul este in tabelul centralizator, fiecare coloana a acestuia reprezentind:

-coloana 1: numarul tronsonului;

-coloana 2: debitul total de agent termic pentru fiecare tronson (G);

-coloana 3: diametrul nominal al conductelor (D_n). Acesta rezulta din nomograme in functie de debitul de agent termic;

-coloana 4: lungimea fiecarui tronson (L);

-coloana 5: lungimea caracteristica fiecarui tronson (L_c);

-coloana 6: pierderile specifice de sarcina. Acestea rezulta din nomograme in functie de debitul de agent termic. Ele au fost stabilite pe baza calculelor economice, astfel:

a)    pentru magistrale p_s=3.6 mmCA/m;

b)   pentru reteaua de distributie p_s=810 mmCA/m;

c)    pentru bransamente p_s=1530 mmCA/m.

-coloana 7: viteza agentului termic. Rezulta din nomograme, ea poate oscila intre 0,4 si 3 m/s.

-coloana 8: pierderile specifice de sarcina pentru fiecare tronson (p_tr);

-coloana 9: pierderile specifice de sarcina pentru fiecare tronson in mCA/m;

-coloana10: pierderile specifice de sarcina cumulate (p_cum);

-coloana11: presiunea disponibila excedentara carre ramine de eliminat prin rezistente locale, dupa epuizarea posibilitatilor de echilibrare a retelei prin dimensionare (p_ex).

unde: p₁ = caderea de presiune dintre CET si consumatorul cel mai dezavantajat;

p₂ = caderea de presiune dintre CET si consumatorul pentru care calculam excedentarul;

p₃ = presiunea la consumatorul cel mai dezavantajat:

p₃ = 15 mCA

p₄ = presiunea la consumator:

-pentru consumatorii industriali: p₄^I = 15 mCA;

-pentru consumatorii urbani:

-racordati direct: p₄^PT = 8 mCA

-racordati indirect: p₄^PT = 10 mCA

3.5. Graficul piezometric.

In studiile privind regimurile hidraulice de functionare a sistemelor ce folosesc apa fierbinte ca agent termic, ca si in cadrul proiectelor de retele de apa fierbinte, se obisnuieste sa se elaboreze graficul piezometric al conductelor, grafic ce in esenta este constituit de linia piezometrica din reprezentarea grafica a structurii ecuatiei lui Bernoulli, scrisa pentru nodurile retelei pe circuitele de alimentare.

Inainte de trasarea efectiva a graficului piezometric este necesar sa se cunoasca:

-cotele de nivel ale terenului pe traseul retelei, in scopul intocmirii profilului longitudinal al acestuia (asimilat cu profilul longitudinal al retelei);

-inaltimile hidrostatice ale instalatiilor interioare de incalzire;

-presiunile maxime admise de instalatiile de incalzire si de cele de racordare;

-parametrii nominali de temperatura si caderile de presiune (pierderile de sarcina) din instalatiile de racordare si din instalatiile interioare.

La elaborarea unui grafic piezometric se impune respectarea urmatoarelor conditii care asigura buna functionare a sistemului:

pe conducta principala de intoarcere din centrala, presiunea agentului trebuie mentinuta la o valoare constanta de 1015 mCA; aceasta conditie vizeaza stabilitatea presiunii fluidului din punctul de vedere al efectului pierderilor de agent din zonele neetanse si al variatiilor de volum provocate de variatiile de temperatura; de asemenea , aceasta conditie are in vedere evitarea fenomenului de cavitatie la pompele de circulatie din centrala;

presiunea din conducta de intoarcere, la consumatorii racordati direct trebuie sa fie mai mare decit inaltimea hidrostatica a instalatiei interioare, in scopul evitarii golirii acesteia;

presiunea din conducta de ducere, la limita instalatiilor consumatorilor, trebuie sa fie mai mica decit presiunea maxima admisa de instalatiile respective; presiunea maxima admisa de o instalatie este dictata de elementul component cu rezistenta cea mai mica la efectul presiunii interioare a agentului; aceasta conditie are in vedere evitarea avariilor in instalatii;

in orice punct al sistemului se impune ca presiunea sa fie mai mare decit presiunea de vaporizare a apei la temperatura maxima de functionare, in scopul evitarii fierberii acestui agent; probabil;itatea de fierbere a apei este mai mare pe conducta de ducere din instalatiile interioare racordate direct, fara modificarea apei de retea, mai precis in punctul de cota maxima al acestor instalatii, intilnite de regula in hale industriale;

presiunea disponibila din instalatiile de racordare a consumatorilor trebuie sa fie egala, in conditii de calcul, cu suma pierderilor de sarcina corespunzatoare circulatiei debitului nominal de agent. Cand presiunea disponibila este mai mare decit pierderile de sarcina, se introduc rezistente hidraulice suplimentare pentru eliminarea sarcinii hidraulice excedentare. Cand presiunea disponibila este mai mica decit pierderile de sarcina, se introduc pompe pentru ridicarea presiunii.

4. CALCULUL DE REZISTENTA AL RETELELOR TERMICE

In ansamblul unei retele de conducte termice, partea mecanica (tevi, armaturi, suporturi, compensatoare) prezinta cea mai mare importanta, deoarece determina, prin calitatea materialelor folosite si a executiei, prin nivelul solutiilor adoptate, functionarea eficienta si neintrerupta a sistemului de alimentare cu caldura.

In calculul mecanic al retelelor termice se include:

-calculul grosimii peretelui tevilor pe baza tensiunii generate de presiunea

interioara;

-calculul distantelor dintre reazemele mobile ale conductelor;

-verificarea tensiunii de incovoiere datorita deformatiei termice in cazul configuratiilor elastice naturale in forma de L sau Z;

-calculul compensatoarelor curbate in forma de U;

-calculul fortelor care actioneaza asupra reazemelor fixe ale conductelor;

-verificarea rezistentei tevilor in sectiunea cu solicitarea maxima.

Sarcinile (incarcarile) conductelor care genereaza starile de tensiune in materialul acestora pot fi impartite in urmatoarele categorii:

-sarcini permanente, provenind din: presiunea interioara, greutatea proprie totala a conductelor si armaturilor, elasticitatea compensatoarelor de dilatare (compensatoare curbate, configuratii naturale in forma de L si Z etc.);

-sarcini periodice (temporare) provenind din: actiunea vintului, frecarea in reazemele mobile si in compensatoarele cu presetupa, frecarea in pamint sau in izolatie, in cazul montarii conductelor fara canal (direct in pamint sau in izolatie rigida);

-sarcini temporare incidentale provenind din: incalzirea neuniforma rapida a conductelor, tasarea unor reazeme mobile etc.

In cazul conductelor amplasate aerian calculul mecanic va cuprinde asolut toate etapele enumerate mai sus.

In cazul retelelor subterane fara canal tehnic calculul mecanic va cuprinde aceleasi etape cu exceptia celei care se refera la calculul distantei intre reazamele mobile. Pentru aceste tipuri de retele se va efectua calculul lungimii maxime admise si calculul deformatiilor datorate diferentei de temperatura.

Calculul mecanic se va efectua pentru cele doua tipuri de retele:

-reteaua care alimenteaza zona urbana si zona industriala - retea aeriana;

-reteaua din microraionul 1 - retea amplasata subteran, fara canal tehnic, conductele fiind preizolate cu spuma rigida de poliuretan si protejate cu manta de polipropilena de mare densitate.

Inaintea calculului efectiv s-a elaborat schema termomecanica a retelei; schema care contine urmatoarele:

-punctele fixe; acestea se prevad la limita sursei, la limita fiecarui abonat, in nodurile de ramificatie, inainte si dupa schimbarile de directie la distante rational alese fata de virfurile de unghi, pe tronsoanele rectilinii la o anumita distanta care sa nu depaseasca lungimea admisa in vederea evitarii pericolului de flambaj (lungimile maxime admise depind de diametrul conductei si tipul compensatorului);

-compensatoarele de dilatare L, Z, U, presetupe etc.;

-robinetele de sectionare (de izolare) in caz de avarie;

-toate conductele pe care le contine reteaua, cu precizarea pozitiei pe care le ocupa conductele una fata de alta (privind spre consumator conducta de ducere se afla in dreapta iar conducta de intoarecere se afla in stinga).

Reteaua din microraionul1 (amplasata subteran), va contine, in planul de situatie, toate elementele specifice unei scheme termomecanice. Trebuie introduse cotele utile constructorului pentru transpunerea in teren a traseelor si a punctelor importante din retea.

4.1. Calculul mecanic al retelei amplasata aerian.

Acest calcul a fost elaborat pentru doua reazeme fixe ale retelei.

4.1.1. Calculul fortelor care actioneaza asupra reazamului fix F4.

determinarea grosimii peretilor conductelor:

in care: p_i - presiunea interioara;

D_i = D_n - diametrul nominal al conductei

 - coeficient de calitate a sudurii:

 = 1 pentru tevi trase ();

 = 0.9 pentru tevi sudate elicoidal ().

_a - rezistenta admisibila:

in care: _r = rezistenta la rupere: _r = 3700 daN/cm² (OL37)

c_s = coeficient de siguranta:

c_s = 3.75 pentru tevi trase ();

c_s = 3 pentru tevi sudate elicoidal ().

c - coeficient de adaos: c = 0.5 mm.

Aceste calcule au fost centralizate in tabelul centralizator.

Valorile marimilor constructive care intra in formulele de calcul mecanic ale

conductelor:

Dn	I	w	gt
mm	cm4	cm3	kg/m

unde: I - momentul de inertie;

W - modulul de rezistenta al conductei;

g_t - greutatea totala pe unitatea de lungime a conductei.

determinarea distantei intre suporturile mobile:

in care: W - modulul de rezistenta al conductei;

g_t - greutatea totala pe unitatea de lungime a conductei;

_ai - tensiunea admisibila de incovoiere:

_ai - 500.600 daN/cm² pentru conducte amplasate

aerian;

_ai - 200.250 daN/cm² pentru conducte amplasate

subteran.

dimensionarea compensatorului U:

Calculul deplasarii laterale din zona coturilor compensatorului U este in tabelul centralizator; in care:

 - coeficient de dilatare liniara a otelului:

;

t - variatia de temperatura (diferenta dintre temperatura finala si initiala a agentului termic):

t = 110 ^oC;

-L - lungimea tronsonului;

L - deplasarea laterala din zona coturilor:

Calculul lungimii B a compensatorului U si a reactiunii X a acestuia au fost in tabelul centralizator; in care:

_a - tensiunea admisibila:

_a = 1000 daN/cm²;

-E - modul de elasticitate:

-D_n - diametrul nominal al conductei:

D_n = 0.6 m;

-H - inaltimea compensatorului U. Se alege in functie de diametrul nominal al conductei:

pentru D_n = 0.6 m alegem H = 7.5 m;

-R - raza de curbura a coturilor rigide:

R = 1.2 ^. D_n = 1.5 ^. 0.6 = 0.9 [ m ];

-B - lungimea compensatorului U rezulta din urmatoarea relatie:

B=3,96 m

-X - reactiunea compensatorului U:

X=3195,38 daN

Cifra 2 apare datorita faptului ca montarea conductelor se face in ipoteza pretensionarii acestora.

-calculul fortei de frecare:

-fortele generate de presiunea interioara:

calculul configuratiei Z:

-deplasarile laterale ale conductelor in zona cotului:

in care:  - coeficientul de dilatare liniara al otelului:

;

t - variatia de temperatura (diferenta dintre temperatura finala si initiala a agentului termic):

t = 110 ^oC;

L₁, L₂, L₃ - lungimile bratelor configuratiei elastice:

L₁ = 50 m

L₂ = 40 m

L₃ = 60 m

n - raportul dintre L₃ si L₁:

n =

q - raportul dintre L₂ si L₁:

q =

 = 0 deoarece unghiurile dintre laturile configuratiei sunt de 90^o.

-componentele deplasarii punctului A sub efectul dilatarii termice:

in care: x₀ = L₁+L₃ =110 m

y₀ = L₂ = 40 m

-coordonatele centrelor de greutate ale tronsoanelor AB, BC si CD:

-momentele statice ale sistemului in raport cu axele x si y:

-coordonatele centrului de greutate al sistemului:

-momentele de inertie ale sistemului in raport cu axele x si y:

-momentele de inertie ale sistemului in raport cu axele x_G si y_G:

-componentele X si Y ale fortei P aplicata in punctul A:

-momentele de incovoiere in punctele A, B, C si D se determina translatind componentele X si Y in punctul G (devenind X_G si Y_G):

-momentul maxim de incovoiere va fi:

M_max = max (M_A, M_B, M_C, M_D) = 3222,22 daN

-tensiunea maxima la incovoiere:

-unghiul pe care il face forta de frecare cu bratul L₁:

-componentele fortei de frecare pe directiile x si y:

-fortele generate de presiunea interioara:

calculul fortelor din compensatorul cu presetupa:

-fortele generate de presiunea interioara:

-forta de compresiune:

in care: a - coeficient de presare a garniturii

b - latimea garniturii de etansare strinse

suma fortelor care actioneaza, in plan vertical, asupra reazemului fix F4:

suma fortelor care actioneaza, in plan orizontal, asupra reazemului fix F4, pe directia axiala:

suma fortelor care actioneaza, in plan orizontal, asupra reazemului fix F4, pe directia transversala:

4.1.2. Calculul fortelor care actioneaza asupra reazamului fix F17.

determinarea grosimii peretilor conductelor:

in care: p_i - presiunea interioara;

D_i = D_n - diametrul nominal al conductei

 - coeficient de calitate a sudurii:

 = 1 pentru tevi trase ();

 = 0.9 pentru tevi sudate elicoidal ().

_a - rezistenta admisibila:

in care: _r = rezistenta la rupere: _r = 3700 daN/cm² (OL37)

c_s = coeficient de siguranta:

c_s = 3.75 pentru tevi trase ();

c_s = 3 pentru tevi sudate elicoidal ().

c - coeficient de adaos: c = 0.5 mm.

Aceste calcule au fost centralizate in tabelul de mai jos :

Valorile marimilor constructive care intra in formulele de calcul mecanic ale conductelor:

unde: I - momentul de inertie;

W - modulul de rezistenta al conductei;

g_t - greutatea totala pe unitatea de lungime a conductei.

determinarea distantei intre suporturile mobile:

in care: W - modulul de rezistenta al conductei;

g_t - greutatea totala pe unitatea de lungime a conductei;

_ai - tensiunea admisibila de incovoiere:

_ai - 500.600 daN/cm² pentru conducte amplasate

aerian;

_ai - 200.250 daN/cm² pentru conducte amplasate

subteran.

Aceste calcule au fost centralizate in tabelul urmator :

dimensionarea compensatorului U:

Calculul deplasarii laterale din zona coturilor compensatorului U este in tabelul centralizator; in care:

 - coeficient de dilatare liniara a otelului:

;

t - variatia de temperatura (diferenta dintre temperatura finala si initiala a agentului termic):

t = 110 ^oC;

-L - lungimea tronsonului;

L - deplasarea laterala din zona coturilor:

Calculul lungimii B a compensatorului U si a reactiunii X a acestuia au fost realizate mai jos :

_a - tensiunea admisibila:

_a = 1000 daN/cm²;

-E - modul de elasticitate:

-D_n - diametrul nominal al conductei:

D_n = 0.25 m;

-H - inaltimea compensatorului U. Se alege in functie de diametrul nominal al conductei:

pentru D_n = 0.25 m alegem H = 2.5 m;

-R - raza de curbura a coturilor rigide:

R = 1.2 ^. D_n = 2 ^. 0.25 = 0.5 [ m ];

-B - lungimea compensatorului U rezulta din urmatoarea relatie:

B=1,88 m

-X - reactiunea compensatorului U:

X=1901,22 daN

Cifra 2 apare datorita faptului ca montarea conductelor se face in ipoteza pretensionarii acestora.

-calculul fortei de frecare:

-fortele generate de presiunea interioara:

calculul configuratiei L (  = 0^o ):

-deplasarile laterale ale conductelor in zona cotului:

in care:  - coeficientul de dilatare liniara al otelului:

;

t - variatia de temperatura (diferenta dintre temperatura finala si initiala a agentului termic):

t = 110 ^oC;

L₁, L₂ - lungimile bratelor configuratiei elastice:

L₁ = 60 m

L₂ = 50 m

n - raportul dintre L₂ si L₁:

n = 0,83

 = 0 deoarece unghiurile dintre laturile configuratiei sunt de 90^o.

-componentele deplasarii punctului A sub efectul dilatarii termice:

in care: x₀ = L₂ = 50 m

y₀ = L₁ = 60 m

-coordonatele centrelor de greutate ale tronsoanelor AB, BC:

-momentele statice ale sistemului in raport cu axele x si y:

-coordonatele centrului de greutate al sistemului:

-momentele de inertie ale sistemului in raport cu axele x si y:

-momentele de inertie ale sistemului in raport cu axele x_G si y_G:

-componentele X si Y ale fortei P aplicata in punctul A:

-momentele de incovoiere in punctele A, B, si C se determina translatind componentele X₃ si Y₃ in punctul G (devenind X_G si Y_G):

-momentul maxim de incovoiere va fi:

M_max = max (M_A, M_B, M_C) = 591,958 daN

-tensiunea maxima la incovoiere:

-unghiul pe care il face forta de frecare cu bratul L₁:

-componentele fortei de frecare pe directiile x si y:

-fortele generate de presiunea interioara:

calculul fortelor din compensatorul cu presetupa:

-fortele generate de presiunea interioara:

-forta de compresiune:

in care: a - coeficient de presare a garniturii

b - latimea garniturii de etansare strinse

suma fortelor care actioneaza, in plan vertical, asupra reazemului fix F17:

suma fortelor care actioneaza, in plan orizontal, asupra reazemului fix F17, pe directia axiala:

suma fortelor care actioneaza, in plan orizontal, asupra reazemului fix F17, pe directia transversala: