Расстояние между неподвижными опорами тепловых сетей: ВСН 36-86 Инструкция на строительство тепловых сетей бесканальным способом с изоляцией поропластом на основе смолы СФЖ-514

Расстояние между опорами трубопроводов | НПП «НЕФТЕПРОММАШ»

Основная нагрузка трубопроводов приходится на опорные конструкции. Элементы удерживают трубы в проектном положении, предотвращают их провисание. Расчет оптимального расстояния между опорами — необходимый этап конструирования тепловых сетей.

СНиП 2.09.03-85 регламентирует проектирование промышленных сооружений, в том числе опор стальных трубопроводов. Строительные нормы и правила определяют минимальный шаг — 6 м, кратный 3 м. В случаях, когда трасса подходит к различным постройкам, пересекает автомобильные, железные и прочие пути сообщения, допускается применять другие размеры.

Расстояние от опоры до сварного шва должно позволять провести местную термическую обработку, контроль соединения неразрушающими методами. Для труб диаметрами до 50 мм предписывают дистанцию минимум 0,5 см, диаметром свыше 50 мм — не менее 2 см.
На вычисление величины пролета между опорными конструкциями влияет принцип их работы.

Как рассчитать расстояние между скользящими опорами

Неподвижные конструкции дают трубам перемещаться по направляющим, поддерживают их при сезонных смещениях, распределяют тепловые деформации.

Величина пролета между устройствами зависит от их прочности. Параметр рассчитывают, исходя из следующих показателей:

• внутреннее давление теплоносителя;
• масса теплопроводов без рабочих сред;
• ветровая нагрузка;
• силы, возникающие при тепловых удлинениях арматуры (силы упругой деформации, изгибающие моменты гибких компенсаторов, включая углов поворотов для компенсации; силы трения в подвижных устройствах и сальниковых компенсаторах).

Для подвижных конструкций при работе с арматурой по «Сортаменту труб тепловых сетей» существуют готовые таблицы в справочниках и онлайн-калькуляторы. Приведенные там величины относятся к прямым участкам сетей и верны в случаях:

• жидких или газообразных транспортируемых веществ;
• отсутствия дополнительных нагрузок на трубопроводы;
• прокладывании линий над землей и в тоннелях (для верхних рядов арматуры).

Для вычисления шага между прочих участках применяют коэффициенты. Для конструкций на бетонных подушках существуют отдельные таблицы.

Расстояние между опорами трубопроводов таблица СНИП

Сильфонное компенсирующие устройство СКУ | Granat

Основным элементом компенсационного устройства является осевой сильфонный компенсатор, установленный в защитный кожух, который обеспечивает защиту сильфона от поперечных усилий, изгибающих и крутящих моментов, а также от механических повреждений и попадания грунта между гофрами. Компенсационные сильфонные устройства имеют малые габариты, могут устанавливаться в любом месте трубопровода при любом способе его прокладки, не требуют строительства специальных камер и обслуживания в течении всего срока эксплуатации. Срок их службы, как правило, соответствует сроку службы трубопроводов. Применение СКУ обеспечивает надежную и эффективную защиту трубопроводов от статических и динамических нагрузок, возникающих при деформациях, вибрации и гидроударах. Блягодаря использованию при изготовлении сильфонных узлов из высококачественных нержавеющих сталей, СКУ способны работать в самых жестких условиях. Осевые сильфонные компенсаторы и компенсационные устройства отыскали обширное применение в тепловых сетях г.Санкт-Петербурга и Ленинградской области, Москвы и др.областей. ООО «Гранат» изготавливает сильфонные узлы СКУ по чертежам Треста «Ленгазтеплостроя» в соответствии с требованиями ГОСТ,ТУ и др. нормативными документами.

Монтаж компенсаторов

Монтаж компенсаторов производится в соответствии с проектом трубопровода, выполненным проектной организацией. При монтаже компенсаторов следует избегать скручивающих и изгибающих относительно продольной оси изделия нагрузок. Не допускается их провисание от собственного веса, нагружение моментами или силами от массы труб, арматуры, механизмов.

При монтаже компенсаторов сильфонных необходимо учитывать требования к выбору неподвижных опор:

• распорное усилие компенсатора,
• усилие жесткости компенсатора,
• трение в направляющих и скользящих опорах,
• величина центробежной силы, возникающей в перегибе трубопровода.

Расчет нагрузок на концевые и промежуточные неподвижные опоры при различных способах установки компенсаторов выполняется на этапе проектирования тепловой сети и приводится в специальной литературе. Чтобы исключить появление несоосности патрубков компенсатора при эксплуатации трубопровода, компенсаторы следует располагать между опорами, имеющими одинаковую осадку в грунте. Растяжение сильфонов при монтаже компенсаторов производится на трассе с использованием специальных растягивающих устройств и приспособлений. Компенсаторы не требуют обслуживания в процессе эксплуатации и относятся к классу неремонтируемых изделий, поэтому для них не требуется сооружения специальных камер, а при надземной прокладке – площадок для обслуживания.

Указание мер безопасности

При монтаже и эксплуатации сильфонных компенсирующих устройств должны соблюдаться нормы и требования безопасности, действующие на объектах применения: требования СНиП по проектированию тепловых сетей, по производству и приемке работ наружных сетей и сооружений водоснабжения, канализации и теплоснабжения, по технике безопасности в строительстве, а также правил пожарной безопасности, «Правил безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», требования действующих законодательств по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

Указания по эксплуатации

Изделия допускается применять в районах строительства с расчетной наружной температурой для проектирования систем отопления не ниже минус 40°С. Сейсмичность районов строительствам не более девяти баллов по шкале Рихтера. Изделия допускается применять при содержании хлоридов в сетевой воде не более 250 мг/кг.

Изделия должны устанавливаться на прямолинейных участках трубопроводов, ограниченных неподвижными опорами. Между неподвижными опорами допускается размещать только одно изделие. Допускается отклонение от прямолинейности в плане и профиле с обязательной установкой направляющих опор в тех же местах не менее двух перед каждым компенсирующим устройством. Способ присоединения к трубопроводу – сварка. При любых способах прокладки трубопроводов, кроме подземного бесканального, установку компенсирующих устройств следует предусматривать, как правило, у одной из неподвижных опор. На бесканальных подземных тепловых сетях размещение изделия должно осуществляться в середине участка трубопровода, ограниченного неподвижными опорами. До и после компенсирующего устройства необходимо устанавливать направляющие опоры, исключающие перемещение трубопроводов в радиальном направлении. При бесканальной прокладке трубопровода установка направляющих опор не требуется. Примеры схем размещения сильфонного компенсирующего устройства, направляющих и неподвижных опор приведены на рисунке:

• сильфонное компенсирующее устройство концевая неподвижная опора
• концевая неподвижная опора направляющая опора
• направляющая опора промежуточная неподвижная опора
• промежуточная неподвижная опора где 0,9
• коэффициент запаса, учитывающий неточности расчета и погрешности монтажа; компенсирующая способность компенсатора, мм
• компенсирующая способность компенсатора, мм

a — средний коэффициент линейного расширения трубной стали при нагреве от 0°С до t°С, мм/м°С;

t- расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе, °С;

tPO — расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления, принимаемая равной средней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки по главе СНиП Строительная климатология и геофизика», °С.вижных опор приведены на рисунке:

• На участках трубопроводов с сильфонными компенсирующими устройствами не допускается применение подвесных опор.
• При выборе неподвижных опор должны учитываться следующие факторы:
  • распорное усилие компенсатора;
  • усилие жесткости компенсатора;
  • трение в направляющих и скользящих опорах;
  • величина центробежной силы, возникающей при перегибе трубопровода.
• Расчет нагрузок на концевые и промежуточные неподвижные опоры при различных способах установки сильфонных компенсирующих устройств выполняется на этапе проектирования тепловой сети и приводится в специальной литературе.
• Максимальное расстояние между неподвижными опорами трубопровода определяется по формуле: Изделия не требуют обслуживания в процессе эксплуатации и относятся к классу неремонтируемых изделий, для них не требуется сооружения специальных камер, а при наземной прокладке – площадок для обслуживания.

Указания по монтажу

Монтаж изделий производится в соответствии с проектом трубопровода, выполненным проектной организацией.

• Перед монтажом изделия должны быть проверены на соответствие их технических характеристик проекту тепловой сети, а также на отсутствие механических повреждений.
• При перемещении компенсирующих устройств в период монтажа должны быть приняты меры, предохраняющие изделие от толчков, ударов и исключающие загрязнение или затопление грунтовыми водами его внутренней полости.
• При выполнении сварочных работе торцы изоляции компенсирующего устройства следует защищать жестяными разъемными экранами толщиной 0,8…1 мм для предупреждения ее возгорания. Монтаж изделий разрешается производить при температуре воздуха не ниже минус 30°С.
• Перед приваркой изделия к трубопроводу проверяются отклонения соединений изделия с трубопроводом, которые не должны превышать следующих значений:
  • допуск соосности патрубков – 2 мм;
  • допуск параллельности торцов присоединительных патрубков и присоединяемых труб – 3 мм.
  • Максимальный сварочный зазор между патрубком и трубопроводом – 2 мм.
• Изделие следует устанавливать на теплопроводах так, чтобы направление стрелки (при ее наличии) на корпусе компенсирующего устройства совпадало с направлением движения теплоносителя.
• Изделия монтируются на трубопроводе с предварительной растяжкой.
• Длина компенсатора при монтаже L монт., мм определяется по формуле:

где L стр. — строительная длина компенсатора в состоянии поставки, мм;

λ — компенсирующая способность компенсатора, мм
а — коэффициент линейного расширения трубной стали, применяемый 0,012 мм/м °С;
t _наим — наименьшая температура воздуха при эксплуатации,
L — длина участка компенсатора между неподвижными опорами, на котором монтируется компенсатор, м.

Расчет максимально допустимого расстояния между ССК стартовые сильфонные компенсаторы

Расчет максимально допустимого расстояния между ССК

3. 4.23. Между двумя неподвижными опорами теплопровода необходимо установить стартовый сильфонный компенсатор (или, так называемый, Е-компенсатор), после чего теплопровод заполняется теплоносителем и нагревается до температуры, равной 50 % от максимальной рабочей. При этом стартовый компенсатор должен сжаться на полную величину рабочего хода. После выдержки при указанной температуре (как правило, в течение суток) кожухи стартового компенсатора завариваются между собой. Тем самым, сильфон исключается из дальнейшей работы теплопровода. И так на всем теплопроводе между каждой парой неподвижных опор. Компенсация температурных расширений в дальнейшем происходит за счет знакопеременных осевых напряжений сжатия — растяжения. Таким образом, стартовые компенсаторы срабатывают один раз, после чего система превращается в неразрезную.

Максимально допустимое расстояние, м, между ССК составляет:

                                      [15]

Диапазон температур предварительного нагрева, при которых может быть осуществлена заварка:

                                              [16]

                                              [17]

t_э — температура, при которой монтируется ССК.

При проектировании следует учитывать, что t_э может изменяться в пределах от нуля (при длительной остановки нагрева системы) до расчетной температуры наружного воздуха, принимаемой для расчета отопления (при глубине прокладки менее 0,7 м). Поэтому рекомендуется принимать t_п.н. близко к средней, определенной по формуле:

                                                           [18]

С помощью нагрева до температуры t_п.н и заварки стартового компенсатора осуществляется растяжка трубопровода на величину ∆L:

                                        [19]

где ∆t_п.н = t_п.н — t_э

При этом уровень напряжений в защемленной зоне будет приблизительно равен:

σ_ос = а · Е · (t_o — t_мин) · 10^-3, Н/мм²

Если по конструктивным соображениям расстояние между стартовыми компенсаторами требуется уменьшить, в формулу [19] вместо максимально допустимого значения L_{ст. к} подставляется реальное.

В местах установки ССК должны иметь прямолинейные участки длиной не менее 12 м.

Расстояние от ССК до места установки ответвления должно быть не менее L_ст.к/3.

Пример:

Определить предельное допустимое расстояние между стартовыми компенсаторами, температуру предварительного нагрева и величину растяжки при следующих исходных данных. Трубопровод диаметром 426 мм с толщиной стенки 7 мм с изоляцией, наружный диаметр кожуха изоляции 560 мм, площадь поперечного сечения трубы 92 см², материал — сталь марки Ст20, давление в рабочем состоянии 1,6 МПа, наибольшая температура теплоносителя 130 °С, при монтаже компенсаторов — 10 °С, вес трубопровода с изоляцией и водой с учетом коэффициента перегрузки 2122 Н/м. Трубопровод имеет глубину заложения в грунте Z = 1,1 м, окружающий грунт — песок.

Определяем допускаемое осевое напряжение по формуле [8]

Удельная сила трения по формуле [7] составляет:

f_тр = 0,4[(1 — 0,5 · 0,5) · 1,2 · 15 · 10³ · 1,13 · 14 · 560 · 10^-3 + 512] = 11294 Н/м,

Предельно допустимое расстояние между стартовыми компенсаторами — по формуле [15]:

Температура предварительного нагрева — по формуле [16]

по формуле [17]

Примем среднее значение t_п.н = 70 °C, тогда осевые напряжения в рабочем состоянии составят:

σ_ос = 0,012 (130 — 70) · 2 · 10² = 144,0 МПа < 176,5 МПа Н/мм²

Определяем ∆L по формуле [19]

Где ∆t_п.н = 70 — 10 = 60 °C.

В практике проектных и монтажных работ допускается использовать приближенные формулы для определения расчетного сжатия стартового компенсатора ∆L, мм:

∆L = 0,5 (t₁ — t_монт) L_ст.кα

∆L = (t_пн — t_монт) L_ст.кα

сильфонные компенсаторы ск, сильфонный компенсатор ску, сильфонный неразгруженный компенсатор, проектирование сильфонные компенсаторы, технические условия ТУ сильфонные компенсаторы, проектирование компенсаторов для канальной и бесканальной прокладки, СНиП,ИЯНШ,ТУ

Start Express Online

Загрузите версию для Android

Начните прямо сейчас

Начать работу с программой очень просто.

Для работы в системе необходимо зарегистрироваться с помощью адреса своей электронной почты. После подтверждения адреса вы сможете с ним входить в систему.

Ваши данные хранятся на сервере и доступны вам в любое время. Обмен с сервером производится по защищенному протоколу.

Расчеты производятся на сервере, скорость их выполнения не зависит от производительности вашего устройства.

Начать работу

Расчетное ядро

Для расчетов используется ядро программного комплекса СТАРТ.

Расчетное ядро обновляется одновременно с выпусками новых версий СТАРТ.

С помощью StartExpress можно определить:

• компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах;
• компенсирующую способность поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте;
• толщину стенки или предельное давление для труб согласно выбранному нормативному документу;
• расстояния между промежуточными опорами трубопровода из условий прочности и жесткости;

Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при прокладке трубопроводов над землей и в подземных каналах осуществляется для участков, расположенных между двумя неподвижными (мертвыми) опорами. При известном расстоянии между неподвижными опорами определяется требуемый вылет для П-образного компенсатора, Z-образного поворота и короткое плечо для Г-образного поворота, исходя из допускаемых компенсационных напряжений. Это избавляет проектировщиков от необходимости пользоваться устаревшими номограммами для Г-, Z- и П-образных участков.

Расчет поворотов Г-, Z-образной формы и П-образных компенсаторов при бесканальной прокладке трубопроводов в грунте позволяет по заданному вылету для П-образного компенсатора или Z-образного поворота и длине короткого плеча Г-образного поворота определить допустимое расстояние между неподвижными опорами, то есть ту длину участка защемленного в грунте трубопровода, которая может быть скомпенсирована при заданном температурном перепаде. Рассматриваются П-образные компенсаторы и повороты Г-, Z-образной формы с произвольными углами. Для тех же трубопроводных участков можно выполнить проверочный расчет – при заданных габаритах определить напряжения, перемещения и нагрузки на неподвижные опоры.

В настоящий момент пользователю доступны два вида элементов:

• Прямые участки трубопровода. Поверочный расчет и подбор толщины стенки, расчет длины пролетов.
• Трубные компенсаторы различной конфигурации (Г,Z,П-образные) и расположения (вертикальный и горизонтальный наземной прокладки, подземной канальной прокладки, подземной в грунте). Поверочный расчет и подбор параметров компенсатора.

Нормативные документы, в соответствии с которыми производится расчет:

• РД 10-249-98 — Трубопроводы пара и горячей воды
• ГОСТ 55596-2013 — Тепловые сети
• CJJ/T 81-2013 — Тепловые сети (стандарт КНР)
• СНИП 2-05.06-85 — Магистральные трубопроводы
• СП 36.13330.2012 — Магистральные трубопроводы
• ГОСТ 32388-2013 — Технологические трубопроводы

Интерфейс пользователя

Адаптивный дизайн автоматически учитывает текущие размеры и ориентацию экрана.

Приложение оптимизировано для работы на различных устройствах — от настольного компьютера до смартфона.

• Браузеры

  • Microsoft Edge 12
  • Internet Explorer 11
  • Internet Explorer 10^*
  • Internet Explorer 9^***
  • Chrome 24+
  • Chrome 17+^**
  • Firefox 10+
  • Safari 7+
  • Safari 6^**
  • Opera 24+
  • Opera 16+^**

• Планшеты и смартфоны (встроенные браузеры)

  • Windows 10 Mobile
  • Windows Phone 8
  • iOS 8+
  • Android 4.4+

Всегда под рукой, всегда последняя версия

Для работы достаточно иметь соединение с Интернет.

Ваши данные и результаты расчетов хранятся на сервере, и вы можете иметь к ним доступ везде, где бы вы ни находились.

Новые версии выходят для всех типов устройств одновременно.

Высокая скорость расчета

Скорость расчета не зависит от производительности вашего устройства.

Все расчеты выполняются на серверах, оснащенных самой последней версией ядра СТАРТ.

Число процессоров, задействованных для расчетов, изменяется динамически в зависимости от нагрузки.

Начать работу прямо сейчас!

Обоснование способов прокладки | PROECTU.RU

В проекте выполнены тепловые внутриплощадочные сети.

Потребители тепла по надежности теплоснабжения относятся ко второй категории (п. 4.2 СНиП 41-02-2003 Актуализированная редакция СП 124. 13330.2012).

Система теплоснабжения двухтрубная, закрытая, схема подключения зданий к тепловым сетям – зависимая (в соответствии с разделом 6 СНиП 41-02-2003 Актуализированная редакция СП 124.13330.2012).

Протяженность тепловых сетей на площадке ПСП составляет 635,0 м.

Протяженность тепловых сетей от площадки ПСП до площадки ВЖК составляет 220,0 м. Протяженность тепловых сетей на площадке ВЖК составляет 340,0 м.

Способы прокладки и конструктивные решения тепловых сетей приняты в соответствии с требованиями разделов 9, 10, 12 СНиП 41-02-2003 Актуализированная редакция СП 124.13330.2012.

Проектом предусмотрена совместная надземная прокладка тепловых сетей с трубопроводами различного назначения на низких отдельно стоящих опорах.

При переходе через автодороги трубопроводы прокладываются на высоких опорах (6,0 м от поверхности земли).

С целью предотвращения деформации при тепловом удлинении трубопроводов устанавливаются П-образные компенсаторы, а также используются местные повороты трассы и переходы через дороги для естественной компенсации. Расстановка неподвижных опор и компенсаторов на плане сетей теплоснабжения произведена согласно прочностному расчету по программе «СТАРТ». Расстояния между подвижными и неподвижными опорами из расчета на прочность, жесткость, допустимую величину прогиба по программе «СТАРТ» и в зависимости от диаметра трубопровода приведены в таблице ниже (Таблица 1).

Расстояние между неподвижными опорами трубопроводов на участках самокомпенсации принимается не более 60% от указанных в таблице.

На тепловых сетях в качестве неподвижных опор приняты опоры по серии 5.903-13,

выпуск 7-95, скользящие опоры приняты по серии 5.903-13, выпуск 8-95.

Тепловые сети проектируются с уклоном, обеспечивающим их опорожнение. В соответствии с требованиями СНиП 41-02-2003 Актуализированная редакция СП 124.13330.2012 уклон тепловых сетей принят не менее 0,002 в сторону дренажных устройств (спускных кранов).

На трубопроводах тепловых сетей предусмотрены штуцера с запорной арматурой: в низших точках – для опорожнения трубопроводов в период испытаний, ремонтов и аварий, в высших точках – для выпуска воздуха. В рабочем состоянии вентили на спускниках и воздушниках закрываются  и заглушаются. Опорожнение сетей предусматривается в сбросные колодцы. Отвод от спускника предусматривается гибким шлангом в мокрый (сбросной) колодец. Для перекачки из сбросных/мокрых колодцев в привозную емкость или в систему производственно-дождевой канализации предусматривается погружной насос «Гном». Температура сбрасываемой воды при этом составляет не более 40 ºС. Для защиты грунтов от растепления сбросные колодцы выполнены с теплоизоляцией сегментами из экструзионного пенополистирола ТУ 5767-004-77909577-2012 толщиной 100 мм.

По трассе тепловых сетей предусмотрена инженерная  подготовка и вертикальная планировки территории, обеспечивающая  при авариях отвод горячей воды  от основания строительных конструкций на расстояние, исключающее тепловое влияние на вечномерзлый грунт.

Для оценки коррозионной активности сетевой воды, предусмотрена установка на тепловых сетях индикаторов коррозии в соответствии с требованиями РД 153-34.1-17.465-00.

В качестве запорной арматуры принимаются задвижки стальные фланцевые, для выпуска воздуха и спуска воды применяются краны шаровые стальные приварные. Арматура, установленная на тепловых сетях принята с классом герметичности «А». Климатическое исполнение арматуры – ХЛ1.

Выбор материала трубопроводов произведен с учетом температуры наиболее холодной пятидневки района эксплуатации (минус 50

^оС).

Диаметры трубопроводов тепловых сетей выбраны согласно гидравлическому расчету, произведенному по нормируемым потерям давления, с учетом расхода и скорости движения теплоносителя по данному трубопроводу и обеспечивают оптимальные параметры теплоносителя у потребителей.

В проекте приняты трубы номинальным диаметром DN от 50 до 200.

Для трубопроводов тепловых сетей приняты трубы стальные бесшовные горячедеформированные по ТУ 14-3-11-28-2000, материал труб низколегированная сталь марки 09Г2С по ГОСТ 19281-2014. Применение кипящей стали не допускается.

Расчетный срок эксплуатации труб 25 лет.

Решения по антикоррозионной защите и тепловой изоляции трубопроводов приняты в соответствии с требованиями разделов 11, 13 СНиП 41-02-2003 Актуализированная редакция СП 124.13330.2012, СНиП 41-03-2003 Актуализированная редакция СП 61.13330.2012,

СП 41-103-2000, РД 153-34.0-20.518-2003. Антикоррозийное покрытие трубопроводов: эпоксидная эмаль ЭП — 969 по ТУ 6-10-1985-84 (три покровных слоя).

Перед нанесением антикоррозионного покрытия поверхность труб предварительно обезжиривается, очищается от ржавчины и окалины до степени 2, обеспыливается по

ГОСТ 9.402-2004.

Для тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей используются цилиндры и полуцилиндры теплоизоляционные из минеральной ваты по ГОСТ 23208-2003 и маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционые марки 125 по ГОСТ 21880-2011. Толщина изоляции рассчитана по нормативной плотности теплового потока и принята с учетом коэффициента уплотнения при монтаже и составляет 60 мм (в соответствии с приложением В     СП 61.13330.2012).

Покровный слой для защиты изоляции трубопроводов – сталь тонколистовая оцинкованная ГОСТ 14918-80, толщиной 0,5 мм.

Воздухоспускные и дренажные трубопроводы изолируются совместно с соответствующими трубопроводами основных тепловых сетей.

Тепловая изоляция труб, арматуры и опор выполняется по сериям 7.903.9-2, 7.903.9-3 (применительно).

Опознавательная окраска производится эмалью ПФ-115 ГОСТ 6465-76 в два слоя по грунтовке ГФ-021 ГОСТ 25129-82 в один слой. Цвет эмали соответствует ГОСТ 14202-69.

Изготовление, монтаж и испытания трубопроводов тепловых сетей производится в соответствии с требованиями СНиП 3.05.03-85, СНиП 3.05.05-84.

Трубопроводы тепловой сети подлежат испытанию гидравлическим способом. До начала испытания  выполняется промывка трубопроводов.

В соответствии с СНиП 3.05.03-85 трубопроводы тепловой сети подлежат испытанию на прочность и герметичность давлением, равным 1,25 рабочего, но не менее 1,6 МПа. Испытательное давление выдерживается в течение 10 минут и затем снижено до рабочего давления.

Сварные швы трубопроводов тепловых сетей подлежат 100% визуально-измерительному контролю и радиографическому контролю в объеме 3% от общего количества стыков.

Техническое обслуживание, ремонт и консервацию тепловых энергоустановок, предусмотренных в настоящем проекте выполнять в соответствии с «Правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок», утвержденных приказом Министерства энергетики РФ от 24.03.03 № 115.

Для обеспечения надежности, безопасности и безаварийной работы тепловых энергоустановок обеспечивается:

• поддержанием энергетического оборудования в исправном и работоспособном состоянии. Сроки планово-предупредительного ремонта устанавливаются в соответствии с требованиями заводов–изготовителей. Перечень оборудования, подлежащего планово-предупредительному ремонту, разрабатывается ответственным лицом и утверждается руководителем эксплуатирующей организации;
• наличием материально-технической базой расходных материалов и оборудования, в том числе аварийный запас;
• контролем за техническим состоянием оборудования и соблюдением режимов работы;
• обновлением оборудования путем ремонта, модернизации и реконструкции с использованием современных энергосберегающих технологий;
• повышением квалификации обслуживающего персонала;
• наличием нормативно-технической, исполнительной и оперативной документации.

Компенсаторы тепловых сетей, расчет

Компенсаторы тепловых сетей. В данной статье речь пойдет о выборе и расчете компенсаторов тепловых сетей.

Для чего же нужны компенсаторы. Начнем с того, что при нагревании любой материал расширяется, а, значит трубопроводы тепловых сетей, удлиняются при повышении температуры теплоносителя проходящего в них. Для безаварийной работы тепловой сети используются компенсаторы, которые компенсируют удлинение трубопроводов при их сжатии и растяжении, во избежание защемления трубопроводов и их последующей разгерметизации.

Стоит отметить, что для возможности расширения и сжатия трубопроводов проектируются не только компенсаторы, но и система опор, которые, в свою очередь, могут быть как «скользящими» так и «мертвыми». Как правило,в России регулирование тепловой нагрузки качественное — то есть, при изменении температуры окружающей среды, температура на выходе из источника теплоснабжения изменяется. За счет качественного регулирования подачи тепла — количество циклов расширения- сжатия трубопроводов увеличивается. Ресурс трубопроводов снижается, опасность защемления — возрастает. Количественное регулирование нагрузки заключается в следующем — температура на выходе из источника теплоснабжения постоянна. При необходимости изменения тепловой нагрузки — изменяется расход теплоносителя. В этом случае, металл трубопроводов тепловой сети работает в более легких условиях, циклов расширения- сжатия минимальное количество, тем самым увеличивается ресурс трубопроводов тепловой сети. Следовательно, прежде чем выбирать компенсаторы, их характеристики и количество нужно определиться с величиной расширения трубопровода.

Формула 1:

δL=L1*a*(T2-T1)где

δL — величина удлинения трубопровода,

мL1 — длина прямого участка трубопровода (расстояние между неподвижными опорами),

мa — коэффициент линейного расширения (для железа равен 0,000012), м/град.

Т1 — максимальная температура трубопровода (принимается максимальная температура теплоносителя),

Т2 — минимальная температура трубопровода (можно принять минимальная температура окружающей среды), °С

Для примера рассмотрим решение элементарной задачи по определению величины удлинения трубопровода.

Задача 1. Определить на сколько увеличится длина прямого участка трубопровода длиной 150 метров, при условии что температура теплоносителя 150 °С, а температура окружающей среды в отопительный период -40 °С.

δL=L1*a*(T2-T1)=150*0,000012*(150-(-40))=150*0,000012*190=150*0,00228=0,342 метра

Ответ: на 0,342 метра увеличится длина трубопровода.

После определения величины удлинения, следует четко понимать когда нужен а когда не нужен компенсатор. Для однозначного ответа на данный вопрос нужно иметь четкую схему трубопровода, с ее линейными размерами и нанесенными на нее опорами. Следует четко понимать, изменение направления трубопровода способно компенсировать удлинения, другими словами поворот с габаритными размерами не менее размеров компенсатора, при правильной расстановке опор, способен компенсировать тоже удлинение,что и компенсатор.

И так, после того, как мы определии величину удлинения трубопровода можно переходить к подбору компенсаторов, необходимо знать, что каждый компенсатор имеет основную характеристику — это величину компенсации. Фактически выбор количества компенсаторов сводится к выбору типа и конструктивных особенностей компенсаторов.Для выбора типа компенсатора необходимо определить диаметр трубы тепловой сети исходя из пропускной способности труби необходимой мощности потребителя тепла.

Таблица 1. Соотношение П- образных компенсаторов изготовленных из отводов.

Таблица 2. Выбор количества П- образных компенсаторов из расчета их компенсирующей способности.

Задача 2 Определение количества и размеры компенсаторов.

Для трубопровода диаметром Ду 100 с длиной прямого участка 150 метров, при условии, что температура носителя 150 °С, а температура окружающей среды в отопительный период -40 °С определить количество компенсаторов .бL=0,342 м (см. Задача 1).По Таблице 1 и Таблице 2 определяемся с размерами п образных компенсаторов (с размерами 2х2 м может компенсировать 0,134 метра удлинения трубопровода) , нам нужно компенсировать 0,342 метра, следовательно Nкомп=бL/∂х=0,342/0,134=2,55 , округляем до ближайшего целого числа в сторону увеличения и того — требуется 3 компенсатора размерами 2х4 метра.

В настоящее время все большее распространение получают линзовые компенсаторы, они значительно компактнее п — образных, однако, ряд ограничений не всегда позволяет их использование. Ресурс п- образного компенсатора  значительно выше чем линзового, из-за плохого качество теплоносителя. Нижняя часть линзового компенсатора как правило «забивается» шламом, что способствует развитию стояночной коррозии металла компенсатора.

Опора трубопровода — Справочник химика 21

    Расстояния между неподвижными опорами трубопровода определяют индивидуально, исходя из конфигурации трубопровода, величины теплового удлинения участка и компенсирующей способности компенсаторов. Расстояния между подвижными опорами на горизонтальных участках трубопроводов должны приниматься по нор мам с учетом агрегатного состояния транспортируемой среды (жидкости, газа), диаметра трубы и уклона трубопровода. [c.309]







    Материалы и конструкции фундаментов резервуаров и опор трубопроводов должны быть рассчитаны на возможность охлаждения при больших разливах и утечках сжиженного газа, а также на промерзание фундаментов от охлаждения хранимым сжиженным газом. Глубина заложения фундаментов и нагрузки на грунт должны исключать возможность недопустимых осадок, перекосов и повреждений от морозных вспучиваний грунта при розливе и утечках сжиженного газа. [c.177]

    Резонансные колебания вызывают вибрацию трубопроводов, которая нарушает герметичность уплотнений и разрушает арматуру, а это особенно опасно в случаях сжатия взрывоопасных или токсичных газов. Частыми следствиями вибраций бывает расшатывание опор трубопроводов и повреждение зданий. Вибрации искажают показания расходомеров, выводят из строя приборы и усиливают шум. Колебания давления повышают механические напряжения в деталях цилиндров и механизма движения и заметно сказываются на долговечности клапанов. Известны случаи, когда с устранением резонансных колебаний срок службы клапанов увеличивался в несколько раз.  [c.273]

    Приток тепла из окружающей среды происходит как через теплоизолирующее пространство, так и через подвески, опоры, трубопроводы — тепловые мосты . Задача конструктора криогенного оборудования заключается в сведении к минимуму теплопритоков нередко без успешного решения этого вопроса нельзя создать те или иные типы криогенных систем. Работы Д. Дьюара, создавшего в 1892 г. теплоизолированный сосуд с вакуумным пространством между двойными стенками, положили начало созданию высокоэффективной теплоизоляции. [c.207]

    За состоянием подвесок и опор трубопроводов, проложенных над землей, обеспечивают технический надзор во избежание опасного провисания и деформации, которые могут вызвать аварию и утечку продукта. Всякие неисправности в подвесках и опорах трубопроводов немедленно устраняют. В коммуникациях трубопроводов резервуарного парка и насосной предусматривают возможность быстрой перекачки нефтепродукта из одного резервуара в другой в случае аварии. [c.114]

    Вследствие повреждения фланцев и прокладок нарушается плотность соединений при выходе из строя подвесок и опор трубопроводы могут провисать при некачественной сварке или износе возможны утечки продукта через сварные соединения. Кроме того, трубопроводы могут забиваться твердыми отложениями (коксом, парафином и др.) и ледяными пробками (в зимнее время). При транспортировании водорода стальные трубопроводы могут подвергаться обезуглероживанию. Нарушения технологического режима (превышение давления, температуры) способствуют более интенсивному износу или аварийному выходу из строя трубопроводов при воздействии высокой температуры (выше проектной) наблюдается явление ползучести материала трубопроводов. [c.237]

    Рекомендации по определению расстояния между опорами трубопровода. [c.213]

    При оиределении расстояния между опорами трубопровод, лежащий на свободных опорах, рассматривают как неразрезную балку. Максимальный изгибающий момент [c.256]

    Повреждения или разрывы сварных стыков и их исправление. Основные причины повреждения сварных стыков — недоброкачественная сварка, перекос корпуса аппарата из-за плохого качества монтажа или усадки фундамента, проседание опор трубопроводов, плохая компенсация и др. В зависимости от характера и степени повреждения и качества стыка место повреждения частично или полностью переваривают. [c.224]

    Вибрация аппаратуры и трубопроводов — очень опасное явление, приводящее к усиленному износу и разрушению деталей машин, просадке фундаментов под оборудованием и опорами трубопроводов, выкрашиванию стен, образованию трещин в перекрытиях, истиранию труб и образованию трещин в сварных соединениях, нарушению герметичности фланцевых соединений, выходу из строя приборов контроля и автоматики, поломке арматуры (особенно чугунной), разрушению термоизоляции. [c.196]

    Максимальное расстояние между опорами трубопроводов определяют, рассматривая трубопровод как балку, свободно лежащую на двух опорах. [c.525]

    I — насос 2 — электродвигатель 5 — соединительная муфта 4 — рама из швеллеров 5 — бетонный фундамент 6 — гнезда для анкерных болтов 7 — закладные детали для опор трубопроводов. [c.238]

    Трубопроводы 2 — опоры трубопроводов 3 — приямок для установки водомера 4 приямок для вывода ответвлений. [c.242]

    КОМПЕНСАТОРЫ И ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДОВ [c.300]

    При монтаже трубопроводов применяют трубоукладчики, краны, тали и другие грузоподъемные механизмы. При монтаже внутрицеховых трубопроводов сварные стыки, которые должны быть доступны для осмотра, удаляют не менее чем на 50 мм от опор или подвесок продольный шов сварных труб располагают так, чтобы его было удобно осматривать фланцевые соединения располагают непосредственно у опор. Трубопроводы не должны пересекать оконные и дверные проемы. Над этими проемами нельзя устанавливать арматуру, фланцевые и резьбовые соеди-314 [c.314]

    При прокладке сетей на низких опорах трубопроводы объединяют в пучки щириной не более 15 м. Если для ремонта трубопроводов используется кран, устанавливаемый на автомобильной дороге, то конкретная щирина пучка трубопроводов определяется длиной стрелы крана. В тех случаях, когда сети на низких опорах расположены вне зоны доступности крана, движущегося по автодороге, для движения автокранов и пожарных машин предусматривается свободная полоса шириной в 4,5 м вдоль пучка трубопроводов. Для пересечения технологических трубопроводов, размещенных на низких опорах, с внутризаводскими автодорогами проектируются специальные железобетонные мосты. Ширина полосы, в которой размещены трубопроводы на низких опорах, должна обеспечивать возможность прокладки дополнительных трубопроводов при расширении завода. [c.166]

    Для снижения стоимости строительства рекомендуется проектировать прокладку тепловых сетей совместно с технологическими трубопроводами на общих эстакадах или низких опорах. Трубопроводы пара и воды должны быть проложены с уклоном, чтобы обеспечить возможность опорожнения и дренажа трубопроводов. [c.174]

    Распорное усилие, возникающее в компенсаторе при давлении среды, воспринимается шарнирами компенсатора и на неподвижные опоры трубопровода не передается. [c.470]

    За состоянием подвесок и опор трубопроводов, проложенных над землей, должен быть обеспечен технический надзор во избежание [c.234]

    При определении условий применения концепции ТПР на стадии проектирования имеется возможность выбора (варьирования) геометрических размеров, трассировки и опор трубопровода конструкционного материала технологии изготовления режимов эксплуатации технологии эксплуатационного обслуживания систем контроля течи с достаточным уровнем чувствительности. [c.24]

    Полная вертикальная составляющая, действующая на опору трубопровода, равна [c. 247]

    Указания по определению нагрузок, действующих на опоры трубопроводов и допускаемых пролетов между ними. [c.213]

    Опора трубопровода неподвижная………… [c.59]

    В ряде случаев полное завершение работ пулевого цикла до монтажа некоторых групп оборудования нецелесообразно. Так, сооружение некоторых лотков и мелких фундаментов под опоры трубопроводов до установки на фундаменты крупногабаритных и тяжеловесных аппаратов мешает производству монтажных работ. Как правило, многие лотки и мелкие фундаменты разрушаются нри перемещениях тяжеловесных аппаратов по территории установки. [c.299]

    Расположение опор трубопровода под сварными стыками не допускается. Стык должен быть смещен в сторону от опоры на расстояние не более 1 Л1 в зависимости от диаметра трубопровода. [c.268]

    Неподвижные опоры должны удерживать участок трубопровода и не позволять ему перемещаться в любом направлении. При помощи неподвижных опор трубопровод разделяют на участки, чтобы обеспечить нормальное поглощение его линейных удлинений компенсаторами или само-компенсацией. Эти опоры помимо восприятия вертикальной нагрузки, слагающейся из веса собственного трубопровода, веса транспортируемого по нему продукта и изоляции, снеговой (ледовой) нагрузки для наружных трубопроводов, также воспринимают большие горизонтальные нагрузки, возникающие при температурных деформациях. [c.37]

    Прочностной расчет трубопровода позволяет обосновать необходимость применения линзовых компенсаторов, выбрать места их включения, тип и параметры. Чтобы выдать задание строительному подразделению на проектирование конструкций под опоры трубопровода и эстакад, проектировщик должен располагать данными о реакциях в опорах. Для сложных трубопроводов (пространственных, разветвленных, с опорами различных типов, со значительной долей негоризонтальных участков) простые приближенные рекомендации оказываются неприменимыми. Здесь необходим полный прочностной расчет трубопровода независимо от того, является он горячим или холодным. Часто регламентируются усилия (силы, моменты), приложенные к присоединительным штуцерам аппаратов, и особенно машин насосов, компрессоров и др. В этих случаях приходится так выбирать конфигурацию трубопровода, точки приложения и тип опор, чтобы реакции в соответствующих концевых точках трубопровода не выходили из заданных пределов. Для этого необходим прочностной расчет как для горячего, так и для холодного трубопровода. [c.27]

    Связи опор. При расчете принимается, что опора трубопровода приложена к некоторой его точке и в этой точке налагает на трубопровод определенные связи. Связь характеризуется направлением, т. е. единичным вектором ис. По линии, определяемой этим вектором, перемещения запрещаются или ограничиваются. Связи делятся на угловые и линейные в зависимости от вида ограничиваемого или запрещаемого перемещения. Одной опоре могут соответствовать не более трех угловых и трех линейных связей. Вектор реакции связи / с есть сила или момент в зависимости от вида связи. Он направлен по линии действия связи и может быть выражен как Яс = Хис, где X — скалярная величина, возможно отрицательная, ее называют реакцией связи. Именно реакции связи и подлежат определению. Если связь запрещает перемещение, то она называется жесткой. Связь, ограничивающую перемещение, называют упругой (пружинной). [c.33]

    Подтягивание трубопроводов к насосу, неперпендикуляр-ность подсоединения трубопроводов к патрубкам насоса, недостаточность опор трубопроводов при монтаже недопустимы. Вследствие подтягивания трубопроводов к насосу может произойти поломка фланцев патрубков, задевание рабочих колес за уплотнения, разрушение муфтового соединения, вибрация вала все это нарушает работу концевых уплотнений. [c.94]

    Основой всей системы текстовой документации на трубопроводы, включая сметы и проект тепловой изоляции трубопроводов, является спецификация по линии (ее называют также монтажной спецификацией, монтажной ведомостью, трубным журналом и т. д.). Это означает, что при составлении любого последующего документа используется (прямо или косвенно) информация, содержащаяся в спецификациях по линиям. На основании спецификаций по линиям делают сводные спецификации на блок. Они делятся на спецификации по арматуре и по материалам. (Под материалами подразумеваются все элементы трубопровода кроме арматуры.) Может также отдельно выпускаться сводная спецификация креплений (опор) трубопроводов. [c.45]

    Подсистема СС в свою очередь делится на несколько фрагментов, формирующих заказные спецификации по отдельным видам элементов трубопровода по арматуре — ССА, материалам — ССМ, деталям крепления (опорам) трубопровода — ССО, нестандартным деталям — ССН. Фактически каждый фрагмент подсистемы СС выполняет одну работу — выбирает элементы своего класса из ХЗЛ, суммирует одинаковые элементы трубопровода, упорядочивает их в соответствии с требованиями выходного документа, подготавливает и печатает заказную спецификацию. Подсистема Сметы производит все предварительные операции по составлению сметы каждой линии (сборку элементов в узлы, выделение элементов, не входящих в узлы, необходимые дополнительные работы и т. п.), непосредственное составление сметы, формирование и печать выходного документа. Эта подсистема подробно описана в гл. V. [c.49]

    Элементы, для которых в информационном фонде не имеется сведений, относятся к нестандартным. Для них в специальной графе указывается ключевое слово НЕСТ, остальные сведения задаются произвольным текстом для нестандартной детали указывается ее вес. Нестандартная деталь может быть описана на нескольких перфокартах. Арматура задается при помощи четырехзначного шифра для нее может быть дополнительно указан ряд характеристик, таких как например, давление срабатывания предохранительного клапана или пропускная способность регулирующего клапана. Детали крепления (опоры) трубопроводов идентифицируются системой по ключевому слову К, сопровождаемому десятичными цифрами. Опоры трубопроводов могут быть стандартными или [c.51]

    Материалодройоды и другие коммуникации, пропускаемые через стены и перекрытия, следует, как правило, группировать с целью сокращения числа мест их прохождения, если это не вызывает удлинения коммуникаций. Устройство неподвижных опор трубопроводов в ограждающих конструкциях не допускается. [c.97]

    При прокладке сетей на низких опорах трубопроводы объединяют з гтучет шириной не более 15 м, с учетом длины стрелы крана, устанавливаемого на авто.мобильной дороге. Для пересечения технологических трубопроводов, размещенных на низких опорах, с внутризаводскими автодорогами проектируются специальные железобетонные мосты. [c.40]

    Атзх,х(у,г)— ТО же для максимальной отметки закрепления неподвижной опоры трубопровода А/1,х(у.2)— коэффициент, равный значению ускорения в долях g для соответствующей первой собс1-венной частоты по спектру ответа ПЗ, при направлении сейсмического воздействия х(у, г) с учетом максимальной отметки закрепления неподвижной опоры трубопровода 3 2)— перемещение центра тяжести у-го участка тру- [c.496]

    Кроме того, были заменены пришедшие в негодность деревянные колодки в опорах трубопроводов, укреплена общая опорная ферма нагнетательных трубопроводо в III и IV ступеней. [c.185]

    За последние годы появились работы [12, 13], где рассмотрены расчетные усилия в трубопроводах с изменяющейся площадью поперечного сечения и другими неоднородностями. В основу предложенного метода расчета динамических усилий положено уравнение энергетического баланса импульса, анализ которого позволяет сделать вывод, что усилие, возникающее на участке трубопровода с неоднородностью, определяется потерей полного давления и величиной сил трения. Другим источником вибраций являются колеба-ниЯ обуславливаемые незфавновешйн1тпстт.т си.тг инерции движущихся частей компрессорных машин. Эти колебания распространяются через жесткое соединение трубопровода с компрессором или через фундамент и грунт к опорам трубопровода, при этом они вызывают сильную вибрацию, особенно в условиях резонанса. Необходимо поэтому, чтобы отношение вынужденной частоты возмущающих сил к частоте собственных колебаний лежало вне пределов  [c.170]

    Подвижные опоры должны поддерживать трубопровод и обеспечивать его свободное перемещение под влиянием тепловых деформаций. Эти опоры воспринимают вертикальную и горизонтальную нагрузки. Вертикальная нагрузка слагается из веса тех же элементов, что и для неподвижных опор. Горизонтальные нагрузки на подвижные опоры возникают за счет трения опоры при ее перемещении под влиянием тепловото удлинения трубопровода. Величина трения в подвижных опорах зависит от конструкции опоры. Например, коэффициент трения для скользящей опоры принимается равным 0,3, для катковой опоры при осевом перемещении трубопровода — 0,1, а при боковом перемещении перпендикулярно оси — 0,3 (на участках самокомпенсации или вблизи гибких компенсаторов). Широко применяемые скользящие опоры рассчитаны на вертикальные нагрузки, величина которых зависит от диаметра трубопровода, температуры транспортируемой среды и конструкции опоры. Допустимые вертикальные нагрузки для одной и той же опоры с повышением температуры трубопровода уменьшаются. Например, для скользящей приварной опоры трубопровода Оу 50 мм, работающей при температуре 150°С, верти- [c.38]

методов теплопередачи | Безграничная физика

Проводимость — это передача тепла посредством физического контакта.

Цели обучения

Оценить, почему определенные характеристики необходимы для эффективного проведения.

Ключевые выводы

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ

• В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть своей кинетической энергии.
• Электропроводность — это наиболее важная форма передачи тепла внутри твердого объекта или между твердыми телами, находящимися в тепловом контакте.
• Проводимость наиболее важна в твердых телах и меньше в жидкостях и газах из-за наличия пространства между молекулами.
• Скорость теплопередачи за счет теплопроводности зависит от разницы температур, размера области контакта, толщины материала и тепловых свойств материалов, находящихся в контакте.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ

• теплопроводность : мера способности материала проводить тепло

Проводимость

Проводимость — это передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте.(Материя неподвижна в макроскопическом масштабе — мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое от электрической плиты на дно кастрюли, является примером теплопроводности.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. Например, температура подушки в вашей комнате может быть такой же, как у металлической дверной ручки, но дверная ручка на ощупь холоднее. В целом, хорошие проводники электричества (металлы, такие как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) являются плохими проводниками тепла.

Описание проводимости под микроскопом

В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть своей кинетической энергии. Тепло передается за счет теплопроводности, когда соседние атомы колеблются друг относительно друга или когда электроны перемещаются от одного атома к другому. Электропроводность является наиболее важным средством передачи тепла внутри твердого тела или между твердыми объектами, находящимися в тепловом контакте. Проводимость выше в твердых телах, потому что сеть относительно близких фиксированных пространственных отношений между атомами помогает передавать энергию между ними посредством вибрации.

Жидкости и газы обладают меньшей проводимостью, чем твердые тела. Это связано с большим расстоянием между атомами в жидкости или (особенно) в газе: меньшее количество столкновений между атомами означает меньшую проводимость.

Микроскопическая иллюстрация проводимости : Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этой иллюстрации молекула в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую энергию перед столкновением, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, молекула в области более высоких температур (слева) имеет высокую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

(Средняя) кинетическая энергия молекулы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две молекулы сталкиваются, происходит передача энергии от горячей молекулы к холодной (см. Рисунок выше). Кумулятивный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному телу. Таким образом, тепловой поток зависит от разницы температур [латекс] \ text {T} = \ text {T} _ \ text {hot} — \ text {T} _ \ text {cold} [/ latex].Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие. Благодаря тому, что количество столкновений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения. Если прикоснуться ладонью к холодной стене, рука остынет быстрее, чем при прикосновении к ней кончиком пальца.

Факторы, влияющие на скорость теплопередачи

Помимо температуры и площади поперечного сечения, еще одним фактором, влияющим на проводимость, является толщина материала, через который передается тепло.Передача тепла с левой стороны на правую осуществляется серией столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Если ночью вам станет холодно, вы можете взять более толстое одеяло, чтобы согреться.

Влияние толщины на теплопроводность : Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой. Температура материала: [латекс] \ text {T} _2 [/ latex] слева и [латекс] \ text {T} _1 [/ latex] справа, где [latex] \ text {T} _2 [/ latex] больше, чем [latex] \ text {T} _1 [/ latex].Скорость теплопередачи прямо пропорциональна площади поверхности [латекс] \ text {A} [/ latex], разности температур [латекс] \ text {T} _2− \ text {T} _1 [/ latex] , и проводимость вещества [латекс] \ text {k} [/ latex]. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине [латекса] \ text {d} [/ latex].

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, выведенное из экспериментов и подтвержденное экспериментами.Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую ​​как та, что на рисунке выше, определяется как [latex] \ frac {\ text {Q}} {\ text {t}} = \ frac {\ text {kA } (\ text {T} _2− \ text {T} _1)} {\ text {d}} [/ latex] где [latex] \ text {Q} / \ text {t} [/ latex] — это скорость теплопередачи в Джоулях в секунду (Вт), [латекс] \ text {k} [/ latex] — теплопроводность материала, [латекс] \ text {A} [/ latex] и [латекс] \ text { d} [/ latex] — это его площадь поверхности и толщина, а [latex] \ left (\ text {T} _2− \ text {T} _1 \ right) [/ latex] — это разница температур на плите.

Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения жидкости, например двигателя автомобиля, охлаждаемого водой в системе охлаждения.

Цели обучения

Проиллюстрируйте механизмы конвекции с фазовым переходом

Ключевые выводы

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ

• Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества в жидкостях. Твердые тела не могут переносить тепло за счет конвекции.
• Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры. Этот принцип одинаково применим к любой жидкости.
• Конвекция может передавать тепло намного эффективнее, чем теплопроводность. Воздух — плохой проводник и хороший изолятор, если пространство достаточно мало для предотвращения конвекции.
• Конвекция часто сопровождает фазовые изменения, например, когда пот испаряется с вашего тела. Этот массовый поток во время конвекции позволяет людям охладиться, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ

естественная конвекция : Способ передачи тепла.Жидкость, окружающая источник тепла, получает тепло, становится менее плотной и поднимается вверх. Окружающая, более холодная жидкость затем перемещается, чтобы заменить ее. Затем эта более холодная жидкость нагревается, и процесс продолжается, образуя конвекционный поток.

положительная обратная связь : контур обратной связи, в котором выходной сигнал системы усиливается с чистым положительным усилением каждый цикл.

Пример

Расчет теплопередачи конвекцией: конвекция воздуха через стены дома.

Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через щели и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее.Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час.

Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12,0 × 18,0 × 3,00 м в высоту, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в ваттах за единицу времени, необходимую для нагрева входящего холодного воздуха на 10,0 ºC, заменяя тем самым тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия:

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы [латекс] \ text {Q} = \ text {mc} \ Delta \ text {T} [/ latex].Скорость теплопередачи тогда равна [латекс] \ text {Q} / \ text {t} [/ latex], где [латекс] \ text {t} [/ latex] — это время оборота воздуха. Нам дано, что [латекс] \ Delta \ text {T} [/ latex] составляет 10,0ºC, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить [латекс] \ text {Q} [ /латекс]. Удельная теплоемкость воздуха — это средневзвешенное значение удельной теплоты азота и кислорода, которое составляет [латекс] \ text {c} = \ text {cp} \ cong1000 \ text {J} / \ text {kg} \ cdot \ текст {C} [/ latex] (обратите внимание, что для этого процесса необходимо использовать удельную теплоемкость при постоянном давлении).6 \ text {J}} {1800 \ text {s}} = 4,64 \ text {кВт} [/ latex].

Эта скорость передачи тепла равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью лампочками мощностью 100 Вт.

Новые дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не 30 минут для дома в этом примере. Обычно используются погодоустойчивые уплотнения, уплотнения и улучшенные оконные уплотнения. В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более крайние меры для достижения жесткого стандарта более 6 часов на один оборот воздуха.Еще более продолжительное время оборота вредно для здоровья, потому что требуется минимальное количество свежего воздуха для подачи кислорода для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей. Термин, используемый для процесса, при котором наружный воздух проникает в дом из трещин вокруг окон, дверей и фундамента, называется «инфильтрация воздуха».

Конвекция

Конвекция (проиллюстрирована на) — это согласованное коллективное движение ансамблей молекул в жидкостях (например, жидкостях, газах). Конвекция массы не может происходить в твердых телах, поскольку в твердых телах не может происходить ни объемного течения, ни значительной диффузии.Вместо этого диффузия тепла в твердых телах называется теплопроводностью, которую мы только что рассмотрели.

Конвекционные камеры : Конвекционные камеры в гравитационном поле.

Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества. В случае с Землей атмосферная циркуляция вызывается потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам. (Обратите внимание, что вращение Земли вызывает изменение направления воздушного потока в зависимости от широты.). Примером конвекции является автомобильный двигатель, охлаждаемый потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает поток холодной воды к поршням.

Хотя конвекция обычно сложнее, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и выполнить несколько простых, реалистичных расчетов ее эффектов. Естественная конвекция вызывается подъемными силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры. Этот принцип одинаково применим к любой жидкости.Например, таким образом поддерживается теплая кастрюля с водой на плите; океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую.

Конвекция в горшке с водой : Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого резервуара с водой. Попадая внутрь, передача тепла другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается плотность и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно.Этот процесс повторяется.

Конвекция и изоляция

Хотя воздух может быстро передавать тепло за счет конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором. Количество доступного пространства для воздушного потока определяет, действует ли воздух как изолятор или проводник. Например, расстояние между внутренней и внешней стенами дома составляет около 9 см (3,5 дюйма) — достаточно для эффективной работы конвекции. Дополнительная изоляция стен препятствует воздушному потоку, поэтому потери (или приток) тепла уменьшаются.Точно так же зазор между двумя стеклами окна с двойным остеклением составляет около 1 см, что предотвращает конвекцию и использует низкую проводимость воздуха для предотвращения больших потерь. Мех, волокна и стекловолокно также используют преимущества низкой проводимости воздуха, удерживая его в пространствах, слишком маленьких для поддержания конвекции. У животных мех и перья легкие и поэтому идеально подходят для их защиты.

Конвекция и фазовые изменения

Некоторые интересные явления происходят, когда конвекция сопровождается фазовым переходом.Это позволяет нам охладиться потоотделением, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Тепло от кожи требуется для испарения пота с кожи, но без воздушного потока воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим и, таким образом, испарение продолжается.

Другой важный пример сочетания фазового перехода и конвекции происходит при испарении воды из океана. При испарении воды тепло уходит из океана.Если водяной пар конденсируется в жидких каплях при образовании облаков, тепло выделяется в атмосфере (это выделение тепла является скрытой теплотой). Таким образом, происходит общий перенос тепла от океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков — огромных кучевых облаков, которые поднимаются на 20 км в стратосферу. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии, и эта энергия позволяет воздуху становиться более плавучим (теплее, чем его окружение) и подниматься.По мере того, как воздух продолжает подниматься, происходит все больше конденсации, которая, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, поскольку процесс усиливается и ускоряется. Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы.

Кучевые облака : Кучевые облака создаются водяным паром, поднимающимся из-за конвекции. Возникновение облаков происходит за счет механизма положительной обратной связи.

Радиация

Излучение — это передача тепла посредством электромагнитной энергии

Цели обучения

Объясните, как энергия электромагнитного излучения соответствует длине волны

. 4 [/ latex] где [латекс] \ сигма = 5.{4}} [/ latex] — это постоянная Стефана-Больцмана, [latex] \ text {A} [/ latex] — это площадь поверхности объекта, а [latex] \ text {T} [/ latex] — это его абсолютная температура в кельвинах.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ

• черное тело : Теоретическое тело, аппроксимированное дырой в полой черной сфере, которое поглощает все падающее электромагнитное излучение и не отражает его; он имеет характерный спектр излучения.
• излучательная способность : способность поверхности к излучению энергии, обычно измеряемая на определенной длине волны.

Радиация

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня или солнца. Тем не менее, пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности.Точно так же вы можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее и не заглядывая внутрь — она ​​просто согревает вас, когда вы проходите мимо.

В этих примерах тепло передается за счет излучения. Горячее тело излучает электромагнитные волны, которые поглощаются нашей кожей, и для их распространения не требуется никакой среды. Мы используем разные названия для электромагнитных волн разной длины: радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Излучение от огня : Большая часть тепла от этого огня передается наблюдателям через инфракрасное излучение.Видимый свет, хотя и впечатляющий, передает относительно мало тепловой энергии. Конвекция отводит энергию от наблюдателей по мере подъема горячего воздуха, в то время как здесь проводимость пренебрежимо мала. Кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, поэтому вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него.

Энергия электромагнитного излучения зависит от его длины волны (цвета) и изменяется в широком диапазоне; меньшая длина волны (или более высокая частота) соответствует более высокой энергии.Мы можем записать это как:

[латекс] \ text {E} = \ text {hf} = \ frac {\ text {hc}} {\ lambda} [/ latex]

где [latex] \ text {E} [/ latex] — энергия, [latex] \ text {f} [/ latex] — частота, [latex] \ lambda [/ latex] — длина волны, а [latex] ] \ text {h} [/ latex] — это константа.

Поскольку при более высоких температурах излучается больше тепла, изменение температуры сопровождается изменением цвета. Например, электрический элемент в печи светится от красного до оранжевого цвета, а высокотемпературная сталь в доменной печи светится от желтого до белого.Ощущаемое вами излучение в основном инфракрасное, которое еще ниже по температуре.

Излучаемая энергия зависит от ее интенсивности, которая представлена ​​высотой распределения.

Спектр излучения: (а) График спектров электромагнитных волн, испускаемых идеальным излучателем при трех различных температурах. Интенсивность или скорость излучения излучения резко возрастает с температурой, и спектр смещается в сторону видимой и ультрафиолетовой частей спектра.Заштрихованная часть обозначает видимую часть спектра. Очевидно, что сдвиг в сторону ультрафиолета с температурой приводит к смещению видимого внешнего вида от красного к белому и к синему при повышении температуры. (b) Обратите внимание на изменения цвета, соответствующие изменениям температуры пламени.

Теплообмен

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение. Скорость передачи тепла излучением во многом определяется цветом объекта. Черный наиболее эффективен, а белый — наименее.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет жарче, чем прилегающий серый тротуар в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем серый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем серый. Таким образом, ясной летней ночью асфальт будет холоднее серого тротуара, потому что черный цвет излучает энергию быстрее, чем серый.

Идеальный излучатель, часто называемый черным телом, имеет тот же цвет, что и идеальный поглотитель, и улавливает все падающее на него излучение.Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает все излучения. (Идеальная, полированная белая поверхность выглядит как зеркало, а растрескавшееся зеркало выглядит белым.)

Существует умная связь между температурой идеального излучателя и длиной волны, на которой он излучает больше всего излучения. Он называется законом смещения Вина и определяется по формуле:

.

[латекс] \ lambda_max \ text {T} = \ text {b} [/ latex]

где [латекс] \ text {b} [/ latex] — константа, равная [латексу] 2.{-3} \ text {m} \ cdot \ text {K} [/ latex].

Серые объекты обладают одинаковой способностью поглощать все части электромагнитного спектра. Цветные объекты ведут себя аналогичным, но более сложным образом, что придает им определенный цвет в видимом диапазоне и может сделать их особенными в других диапазонах невидимого спектра. Возьмем, к примеру, сильное поглощение кожей инфракрасного излучения, которое позволяет нам быть очень чувствительными к нему.

Хорошие и плохие радиаторы : черный объект — хороший поглотитель и хороший радиатор, а белый (или серебристый) предмет — плохой поглотитель и плохой радиатор.{4}} [/ latex] — постоянная Стефана-Больцмана, A — площадь поверхности объекта, а T — его абсолютная температура в градусах Кельвина. Символ e обозначает коэффициент излучения объекта, который является мерой того, насколько хорошо он излучает. Идеальный черный (или черное тело) излучатель имеет [латекс] \ text {e} = 1 [/ latex], тогда как идеальный отражатель имеет [латекс] \ text {e} = 0 [/ latex]. Реальные объекты находятся между этими двумя значениями. Например, нити вольфрамовых лампочек имеют [латекс] \ text {e} [/ latex] около 0,5, а углеродная сажа (материал, используемый в тонере для принтеров) имеет (самый известный) коэффициент излучения около 0.99.

Уровень излучения прямо пропорционален четвертой степени абсолютной температуры — чрезвычайно сильная температурная зависимость. Кроме того, излучаемое тепло пропорционально площади поверхности объекта. Если разнести угли костра, произойдет заметное увеличение радиации из-за увеличения площади излучающей поверхности.

Чистая скорость передачи тепла

Чистая скорость передачи тепла излучением (поглощение минус излучение) зависит как от температуры объекта, так и от температуры его окружения.4) [/ латекс]

, где e — коэффициент излучения только объекта. Другими словами, не имеет значения, белое, серое или черное окружение; баланс излучения в объект и из него зависит от того, насколько хорошо он излучает и поглощает излучение. Когда [латекс] \ text {T} _2> \ text {T} _1 [/ latex], количество [latex] \ text {Q} _ \ text {net} / \ text {t} [/ latex] положительно. ; то есть чистая теплопередача идет от более горячих объектов к более холодным объектам.

Идеальный возврат — температура обратного теплоносителя — CIBSE Journal

Что может быть проще тепловых сетей — перекачка горячей воды по трубам не может быть слишком сложной задачей, не так ли? Принцип может быть простым, но вы не можете разработать экономически эффективные схемы централизованного теплоснабжения с использованием стандартного подхода к обслуживанию зданий — расчета на пик с температурой обратного потока 82/71 ° C недостаточно.

Данные о производительности показывают, что многие из недавно построенных тепловых сетей в Великобритании неэффективны из-за высоких тепловых потерь. ¹ Есть ряд основных причин, почему: переоценка пикового потребления тепла с добавлением совокупной прибыли; отсутствие учета работы системы при малых нагрузках; недостаточная осведомленность о величине тепловых потерь; ввод в эксплуатацию и эксплуатация без достижения проектных характеристик. Помимо стоимости этих тепловых потерь, серьезной проблемой является перегрев в некоторых коммунально-отапливаемых зданиях.

Распространенным решением для снижения тепловых потерь является применение большей изоляции. Это немного упрощенно и демонстрирует отсутствие анализа. Мы должны разбить проблему потери тепла на отдельные факторы, которые на нее влияют: площадь поверхности; температура; а также уровни утепления.

В этой статье рассматривается важность достижения низких температур обратного потока, поскольку это помогает минимизировать площадь поверхности и температуру. Конечно, необходима хорошая изоляция. На многих объектах я видел плохо настроенную и установленную изоляцию; например, неизолированные или плохо изолированные опоры для труб, клапаны и комплекты для ввода в эксплуатацию.

Температура обратки — ключевой показатель эффективности тепловой сети. Низкая температура обратки приводит к большему перепаду Т, что означает, что для той же мощности потребляемой мощности требуется меньший расход. Это означает, что необходимы насосы и трубы меньшего размера — первые снижают капитальные затраты и энергопотребление, а вторые уменьшают площадь поверхности и, следовательно, тепловые потери. Обратный трубопровод охладителя также снижает тепловые потери. Снижение температуры обратки для увеличения дельты Т имеет много преимуществ по сравнению с повышением температуры подачи.Более низкие температуры могут повысить эффективность котлов, тепловых насосов и ТЭЦ. Повышение температуры подачи можно выгодно рассматривать как часть системы с регулируемой температурой, в которой температура подачи будет повышаться только во время пикового потребления.

Температура обратной линии тепловой сети определяется индивидуальной температурой обратной линии пяти процессов: производство горячей воды (ГВС); система отопления помещений; установка — например, блоки интерфейса тепла (HIU) — работа без нагрузки; действие любых байпасов на тепловую сеть; и теплообменники на тепловых сетях.

В бытовых схемах HIU обычно устанавливает температуру ГВС и температуру обратной магистрали. Для ГВС следует избегать использования емкостных водонагревателей, поскольку для предотвращения появления легионеллы необходимо, чтобы температура хранимой воды для ГВС составляла 60 ° C, а для достижения температуры обратной линии ниже 60 ° C при нагреве водонагревателя до 60 ° C требуются сложные средства управления и ввод в эксплуатацию. В Скандинавии 50 ° C является допустимой температурой для проточного водонагревателя и обычно может обеспечивать температуру обратной воды ниже 30 ° C, практически не требуя ввода в эксплуатацию.

Чтобы лучше понять работу HIU, для разработки теста HIU было использовано финансирование исследований DECC. ² Тестирование детализирует характеристики производства горячей воды, подачи горячей воды и работы в режиме ожидания. Протестированные HIU от крупнейших поставщиков Великобритании, и на рисунках 1 и 2 справа показаны их характеристики на испытательном стенде. Ключевыми результатами тестирования являются средневзвешенная по объему температура возврата (VWART). На рисунках показан VWART для ГВС, режима ожидания и отопления помещений. Исходя из них, общий VWART рассчитывается, чтобы представить комбинированную среднюю температуру обратки, основанную на типичном сочетании ГВС и отопления помещения.Мгновенное производство ГВС из HIU имеет тенденцию приводить к низким температурам в обратном трубопроводе. Но между HIU есть различия.

Для отопления помещений тест предполагает хорошую установку радиатора, работающего при 70/40 ° C, но между HIU наблюдались значительные различия, все развивающиеся температуры были намного выше, чем температуры вторичного возврата 40 ° C. На практике температура в обратном трубопроводе обычно даже выше, поскольку в настоящее время в Великобритании редко можно увидеть радиаторы, работающие для достижения температуры в обратном трубопроводе до 40 ° C.В Великобритании нам необходимо следовать скандинавскому опыту и использовать предварительно настроенные TRV, которые устанавливают достаточно низкий расход радиаторов, чтобы достичь температуры возврата 40 ° C.

Резервный VWART показал наибольшие различия между HIU из-за ряда подходов, используемых производителями для поддержания тепла в HIU для обеспечения быстрой подачи ГВС. Возникают ключевые вопросы: как быстро следует подавать ГВС? Каковы штрафы за потерю тепла за более быструю подачу горячей воды? Каков оптимальный баланс между стоимостью дополнительных тепловых потерь и более быстрой подачей горячей воды?

На Рисунке 2 показан объем первичного потока ЦТ, потребляемый типичным HIU, обслуживающим новую квартиру с двумя спальнями, за год.График показывает важность производительности HIU в режиме ожидания. В совокупности тесты показывают диапазон производительности HIU, доступных на рынке Великобритании. Разработчики и разработчики должны лучше понимать характеристики HIU, чтобы гарантировать, что установленные и введенные в эксплуатацию HIU обеспечивают самые низкие температуры обратки.

Байпасы могут устанавливаться на тепловых сетях для промывки, поддержания минимального расхода насоса или температуры системы, а также для очистки воды. Все это может вызвать резкий скачок температуры в обратной магистрали, если их влияние не будет полностью продумано (см. Панель «Как байпасы могут повысить температуру в обратной линии»).

Как байпасы могут повысить температуру обратки

На рисунке 3 показано подключение нового здания к существующей действующей тепловой сети, обслуживающей 460 квартир. В новом здании из более чем 200 квартир несколько байпасов для промывки оставлены открытыми, и скорость потока увеличивается с 10-20 м ³ / час до 60 м ³ / час, а дельта T уменьшается с 25-30K до менее 5K. Между периодами времени 2000–2 500 ЦТС в новое здание иногда отключается. В это время расход падает ниже 10 м ³ / час (ниже, чем раньше, потому что в апреле потребности в отоплении ниже; также был использован небольшой байпас, используемый для поддержания качества воды в магистрали ЦТ в новое здание. закрытый — дальнейшее снижение расхода).Теперь (позже указанного периода), когда все байпасы закрыты, температура обратной воды постоянно ниже 50 ° C.

Обычно над каждым HIU устанавливают байпасы для промывки. На другом объекте подрядчик по проектированию и строительству спроектировал эти байпасы для промывки путем промывки в точках подключения HIU перед установкой HIU.

Часто байпасы устанавливаются в верхней части стояков для поддержания минимального расхода насоса. Рисунок 4 демонстрирует влияние этих «малых» минимальных потоков, которые, будучи небольшими при пиковых нагрузках, очень значительны при низких нагрузках ЦТ.

На Рисунке 4 показаны измеренные данные о температуре подачи и возврата с 15-минутными интервалами за пятимесячный период с августа по конец декабря. Он демонстрирует влияние байпасов с «маленькими» фиксированными расходами, которые часто используются для обеспечения постоянного поддержания минимального расхода насоса. Контролируемые данные расхода и температуры обратного потока для системы, в которой нет таких байпасов, показаны в виде кривой продолжительности потока (оранжевая линия) на рисунке 4. Кривая продолжительности потока представляет собой данные за шесть месяцев, отсортированных в порядке убывания, и показывает, сколько в то время как скорость потока составляет лишь часть пикового значения.Синяя линия — это температура возврата, зарегистрированная в каждой из точек измерения расхода на кривой продолжительности потока. Чтобы смоделировать влияние постоянно работающего байпаса с фиксированным расходом, к зарегистрированным данным возврата ЦТ был добавлен расход 4,2 м ³ / час при 80 ° C, и были рассчитаны комбинированные расход и температура возврата. При высоких расходах имитируемый байпасный поток оказывает незначительное влияние, но при низких расходах байпас более чем вдвое увеличивает возвратный поток ЦТ, поэтому более половины обратного потока составляет вода при 80 ° C — отсюда очень значительное увеличение обратная температура.Расход 4,2 м ³ / час составляет 10% от измеренного пикового расхода, но только 5,6% от максимального расчетного расхода установленного насосного агрегата.

Чтобы предотвратить такое повышение температуры обратного потока, не следует устанавливать байпасы. Вместо этого насосный агрегат должен иметь достаточно большой диапазон изменения, чтобы работать при минимальном потоке в системе. Этого можно добиться: не переоценивать пик; использование нескольких насосов меньшего размера; отсутствие полной пиковой избыточности; или использование небольших жокейных насосов вместе с большими насосами с пиковым расходом. ³

Более низкая температура возврата означает, что проектировщики могут уменьшить размеры труб. Уменьшение трубы на один размер снижает производительность на 36%, а уменьшение трубы на два размера снижает производительность на 62%. Наихудший вариант системы тепловых сетей в Великобритании может быть спроектирован на основе дельта Т 20 ° C — температура подачи / возврата 80 ° C / 60 ° C. Но на основе более точных технических характеристик и обратной связи с данными о производительности HIU, трубы могут быть рассчитаны по размеру из расчета 80/40 ° C для тепла помещения (снижение расхода на 50%) и 80/20 ° C (снижение расхода на 67%). тариф) на ГВС.Это потенциально может позволить уменьшить диаметр трубы на два размера.

Уменьшение труб на один размер снижает потери тепла в среднем на 10% (при исходных температурах), а уменьшение труб на два размера приводит к снижению потерь тепла в среднем на 19%.

Как правило, большинство новых тепловых сетей работают при дельте Т около 5K — обычно 80/75 ° C из-за плохой конструкции и / или ввода в эксплуатацию. Но если может быть достигнута температура возврата 45 ° C, а также трубы на два размера меньше, то тепловые потери снижаются на 43% при неизменных технических характеристиках изоляции.

Новые тепловые сети в Великобритании будут продолжать работать плохо, пока отрасль не начнет учиться на действующих схемах. Существуют данные, показывающие, что типичная пиковая диверсифицированная тепловая нагрузка для новой квартиры в Лондоне составляет 2,5 кВт ³ и что HIU, доставляющий ГВС, может генерировать дельту T до 60K (тесты HIU), поэтому проекты ЦТ должны начать отражать это. данные для уменьшения размеров оборудования и трубопроводов — и то, и другое снизит капитальные и эксплуатационные расходы. Разработчикам необходимо оценить эксплуатационные характеристики своих схем, чтобы они могли учиться на своих ошибках.Клиенты и сетевые операторы должны понимать, существует ли большой разрыв между дизайном и эксплуатационными характеристиками их сетей, прежде чем соглашаться на владение новыми тепловыми сетями.

Свод правил для тепловых сетей CIBSE / ADE может помочь в решении этих и других ключевых проблем.

Артикул:

1. Использование данных для оптимизации тепловых сетей, стр. 34–36, CIBSE Journal, май 2016 г.
2. HIU отопление, Fairheat.
3. Энергоэффективное централизованное теплоснабжение на практике — важность достижения низких температур обратки , M, Crane.2016, Технический симпозиум CIBSE, стр. 10.

Мартин Крейн — директор Carbon Alternatives

(PDF) Воздействие добычи полезных ископаемых на наземные трубопроводы

IOP Conf. Серия: Наука о Земле и окружающей среде 362 (2019) 012152

5. Выводы

В горнодобывающих районах надземные трубопроводы защищены от воздействия горных деформаций

недр в основном за счет использования компенсаторов.В трубопроводах централизованного теплоснабжения имеются расширительные петли

и сильфонные компенсаторы, которые защищают трубопроводы от теплового воздействия, а

дополнительно — от воздействия горных работ. Типичный надземный трубопровод состоит из одной, двух или трех ниток

, проложенных на неподвижных и скользящих опорах, прикрепленных к невысоким железобетонным или стальным столбам. В горнодобывающих районах

скользящих опор смещаются относительно трубопровода, а смещения неподвижных опор

передаются на трубопроводы и должны передаваться компенсаторами.

Воздействие горных деформаций грунта вызывает дополнительные силы и изгибающие моменты

, действующие на трубопровод [11], и может вызвать исчерпание возможного диапазона компенсации из-за значительных перемещений

неподвижных опор. Оценка возможности передачи воздействия подземной добычи

наземными трубопроводами должна включать:

• оценку технического состояния трубопроводов и опор на основании проведенной инвентаризации

на месторождении,

• оценка текущей способности передавать деформации грунта компенсаторами,

• кинематический анализ трубопроводов с учетом предельных значений смещений опор

, исходя из прогнозных значений горных деформаций грунта,

• статический и прочностный анализ выбранных, характерных элементов или участков трубопроводов.

Оценка возможности переноса воздействия подземной добычи на

трубопроводов и инвентаризационные работы могут быть поддержаны компьютерной программой с подходящей базой данных

.

Благодарности

Статья является результатом исследовательской работы Центрального горного института

(№ 10070417-132).

Ссылки

[1] А. Ковальский, «Deformacje powierzchni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym» («Поверхностные деформации

в угольном бассейне Верхней Силезии»), Катовице: Główny Instytwa

, 2015.

[2] J. Kwiatek et al., «Ochrona obiektów budowlanych na terenach górniczych» («Защита

построек в горных районах»), Катовице: Główny Instytut Górnictwa, 1997.

[3] J. Kwiatek, «Obiekty budowlane na terenach górniczych» («Сооружения в горнодобывающих районах»),

Катовице: Główny Instytut Górnictwa, 2007.

[4] Й. Горецкий, «Sieci cieplne» («Теплосети»), 2-е издание, Oficyna Wydawnicza

Politechniki Wrocławskie, Wrocław, 1997.

[5] K. Krygier, «Sieci ciepłownicze — Materiały pomocnicze do ćwiczeń» («Трубопроводы централизованного теплоснабжения

— Вспомогательные материалы для упражнений», 3-е издание, Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej,

, Warszawskiej,

, Варшава, 2001,

, Варшава,

. ] M. Urdea, «Естественные эластичные компенсаторы», Academic Journal of Manufacturing Engineering,

, том 8, выпуск 3/2010, стр. 102–107.

[7] А. Шкаровски и Л. Жатовски, «Ciepłownictwo» («Централизованное отопление»), Wydawnictwo WNT,

Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Варшава, 2017.

[8] Дж. П. Элленбергер, «Руководство по расчетам трубопроводов и трубопроводов. Строительство, проектирование, изготовление

,

и экспертиза », Elsevier, 2010.

[9] Д. Кутар,« Математическое моделирование горизонтальных перемещений надземных газопроводов.

Отчеты по исследовательским проектам », EUREKA: Physics and Engineering, № 1, 2017.

[10] Дж. Мукова и П. Чернота,« Газопроводы в подземных районах », Журнал Польского общества инженеров-минералов

стр.67–76, январь-июнь 2013 г.

[11] П. Калиш и М. Земба, «Влияние горных работ на трубопроводы», Acta Montanistica

Slovaca, vol. 19, выпуск 3, стр. 111–117, 2014.

Максимальное и минимальное расстояние до оросителей: стандартные спринклерные спринклеры

Минимальным и максимальным расстояниям между наиболее распространенными спринклерными головками — и от головок до стен — уделяется особое внимание в NFPA 13

Одиночный пожарный спринклер может покрыть впечатляюще большую площадь, а современные правила пожарной безопасности позволяют одной головке защитить более 200 квадратных футов в некоторых средах.Но размещение дождевателей — это не только квадратные метры. Размещение спринклеров слишком близко к стенам, друг к другу или к препятствиям может повысить вероятность распространения огня. В первой части нашей серии статей о максимальном и минимальном расстоянии между разбрызгивателями мы внимательно изучаем правила для стандартных разбрызгивателей , например:

QRFS также предлагает вам ознакомиться с нашей подборкой коммерческих пожарных спринклеров, включая стандартные модели распылителей, от ведущих производителей пожарной безопасности.

Опасения по поводу поздней или неудачной активации создают потребность в фиксированных расстояниях от головок дождевателей до стен (и друг друга)

Библия установщика коммерческих спринклеров: NFPA 13 : Стандарт для установки спринклерных систем.Правила NFPA 13 по расстоянию в первую очередь гарантируют, что разбрызгиватели будут распылять, когда и где они должны распылять.

В этой статье мы сосредоточимся на правилах для стандартных спринклеров — широко используемого типа спринклера, который служит стандартом для работы спринклера. В справочнике NFPA 13 Handbook объясняется, что они «доказали свою эффективность в отношении широкого спектра опасностей и применений за счет регулировки плотности сброса воды».

Несколько десятилетий назад, когда стандартных спринклеров были далеко и далеко наиболее распространенный тип, эти правила могут быть все, что подрядчик должен был знать.Но эксперты, стоящие за NFPA 13, добавили новые правила для новых типов спринклеров, поручив сегодняшним установщикам отслеживать минимальные расстояния и требования к препятствиям для различных спринклеров.

Зачем установщикам эти правила? Короче говоря, тепло активирует пожарные спринклеры. Следовательно, каждая головка находится в месте, которое подвергает ее термочувствительные части слою горячих газов, которые накапливаются при пожаре. Как мы объясняли в нашей статье о спринклерах с боковыми стенками, где стены встречаются со стенами или стены встречаются с потолком, более прохладные воздушные карманы могут оставаться заблокированными, задерживая активацию.А из-за повышения температуры возникает аналогичная проблема с разбрызгивателями, размещенными слишком далеко под потолком.

Тепло может недостаточно быстро накапливаться вокруг спринклеров, установленных слишком далеко под потолком. Подобные конструкции могут задержать активацию спринклера, что приведет к выходу огня из-под контроля. Источник: Futrell Fire

Еще одна проблема, по-прежнему важная для определения расстояний между разбрызгивателями: холодная пайка. Если один разбрызгиватель выходит на другой, второй разбрызгиватель охлаждается. В результате спринклер может не разряжаться вовремя — или вообще.Правильный интервал может предотвратить возникновение этой нежелательной проблемы.

Расстояние до оросителей зависит от типа системы и конструкции спринклера

Максимальное и минимальное расстояние между стандартными спринклерами и от головок до стен зависит от двух основных факторов:

• Характеристики оросителя . Конструкция и характеристики пожарных спринклерных головок существенно влияют на требования к расстоянию и препятствиям. В главах с 10 по 15 NFPA 13 (2019) подробно изложено это руководство.
• Ориентация оросителя . NFPA 13 содержит правила, относящиеся к подвесным, вертикальным и боковым головкам, в подразделах в главах выше.

Требования к расстоянию между спринклерными головками также могут варьироваться в зависимости от типа конструкции, то есть от наличия горючих материалов или неподвижных препятствий. В NFPA 13 тип установленной спринклерной системы также играет роль в определении максимального расстояния между пожарными спринклерами. Спринклерные системы можно разделить на два типа:

• Системы, разработанные с использованием метода спецификации труб .Проектировщики используют опасности здания, водоснабжение и плотность размещения спринклеров, чтобы определить подходящий размер трубы для спринклеров на ответвлениях.
• Гидравлические спринклерные системы . Разработчики полагаются на математический анализ способности труб распределять воду по головкам пожарных оросителей.

Максимальное расстояние спринклера от стен коррелирует с этими требованиями к расстоянию. По мере увеличения максимального расстояния между оросителями увеличивается и максимально допустимое расстояние от стен.

NFPA 13 изменяет эти требования. для небольших помещений, изогнутых поверхностей и наклонных стен. Кроме того, установщики могут иногда размещать специально оборудованные или специально разработанные спринклеры близко друг к другу. Одним из таких исключений является спринклер для установки в стойку, который используется, когда спринклеры, установленные на потолке, не могут эффективно защитить предметы, хранящиеся на стойках. NFPA 13 также допускает близкое расстояние для головок, оборудованных перегородками — чашей или дискообразными принадлежностями, которые предотвращают преждевременное охлаждение распылителя одного спринклера другой головкой.

Эта комбинированная защита головки и перегородка снабжены проводами для защиты от ударов, а металлический диск в форме диска сверху предотвращает холодную пайку.

Максимальное расстояние между стандартными вертикальными и подвесными оросителями зависит от степени опасности помещения

Для стандартных вертикальных и подвесных оросителей NFPA 13 устанавливает максимальное расстояние от спринклера до оросителя с использованием пяти таблиц. В таблицах с 10.2.4.2.1 (a) по 10.2.4.2.1 (d) установлены требования к расстоянию и защитным зонам для четырех типов опасности:

• Легкая опасность (10-15 футов).За исключением головок в скрытых горючих помещениях, все спринклеры этой категории имеют максимально допустимое расстояние между ними 15 футов (4,6 метра).
• Обычная опасность (15 футов). Все спринклеры в этих средах имеют максимальную высоту 15 футов (4,6 метра).
• Особая опасность (12-15 футов). Правила различаются в зависимости от типа системы. Системы трубопроводов и гидравлически рассчитанные системы с плотностью не менее 0,25 галлона в минуту на квадратный фут имеют 12-футовый (3.7 метров) максимальное расстояние между оросителями. Гидравлически рассчитанные системы с меньшей плотностью имеют стандартный максимум 15 футов (4,6 метра).
• Склад с высокими сваями (12-15 футов) . Гидравлически рассчитанные системы с плотностью не менее 0,25 галлона в минуту на квадратный фут имеют максимум 12 футов (3,7 метра). Гидравлически рассчитанные системы с плотностью ниже 0,25 имеют стандартный максимум 15 футов (4,6 метра).

В соответствии с правилами NFPA 13 для сред со светоопасной средой, расстояния между подвесными головками (белые кружки) в этом образце схемы трубопровода спринклера не превышают 15 футов.Источник: 3D Fire Design

Два исключения заслуживают упоминания:

• Спринклеры в некоторых скрытых от света, горючих помещениях (см. 10.2.6.1.4) предъявляют особенно подробные требования. Максимальный интервал варьируется от 10 до 15 футов.
• Там, где места для особо опасных помещений и отсеки для хранения с высокими сваями сделаны из твердых конструктивных элементов, расстояние между ними может увеличиться до 12,5 футов. Однако это не относится к расчетным системам с плотностью менее 0,25 галлона в минуту на квадратный фут.

Опасности и проблемы, связанные с холодной пайкой, определяют максимальное расстояние между стандартными распылительными головками бокового спринклера

Спринклерные головки

обычно устанавливаются на стене. Когда было бы трудно использовать трубы в потолке или когда верхние спринклеры просто не выглядели бы хорошо, спринклеры для боковых стенок предоставляют дизайнерам альтернативу. В то время как расстояние между спринклерами — довольно простая тема для подвесных и вертикальных типов, в NFPA 13 есть подробные правила для стандартных боковых спринклерных головок.

Во-первых: установщики не могут измерить эти расстояния от внутренних краев . Также они не всегда могут измерить минимально возможную длину.

Из издания NFPA 13

от 2019 г.

10.3.4.1.1 Максимально допустимое расстояние между разбрызгивателями на боковой стенке должно основываться на расстоянии по средней линии между разбрызгивателями на ответвлении.

10.3.4.1.2 Максимальное расстояние между разбрызгивателями боковых стенок или стеной должно измеряться вдоль склона потолка.

В разделе 10.3.4 NFPA 13 поясняется, что максимальное расстояние также зависит от возможных опасностей:

• Светоопасные зоны допускают максимальное расстояние 14 футов (4,3 метра).
• Для обычных опасных зон допускается расстояние всего 10 футов (3 метра).
• Боковые перегородки, защищающие пространства под потолочными дверями, имеют максимальные расстояния для светоопасных зон, даже при установке в обычных опасных средах.

Чтобы остановить холодную пайку, спринклеры на боковых стенках, расположенные на противоположных или соседних стенах, не должны находиться в пределах максимальной зоны защиты другого спринклера.Кроме того, установщики не могут размещать эти спринклеры вплотную друг к другу без перемычки (балка, обычно размещаемая над дверью или окном) или потолка (пониженная часть потолка) между ними. Это может остановить бесполезное распыление спринклера или предотвратить холодную пайку одной боковой головки другой. Однако эта перемычка или потолок не может превышать 16 дюймов в ширину, если она не защищена подвесной головкой.

На этой схеме представлен вид в разрезе перекрытия, защищенного боковой стенкой и наклонной спринклерной головкой.Источник: NFPA 13 Handbook

Минимальное расстояние : За некоторыми исключениями, NFPA 13 требует не менее шести футов между всеми стандартными спринклерными пожарными спринклерами

В то время как максимальные расстояния между спринклерными оросителями различаются в зависимости от опасностей в помещении и типов пожарных спринклерных систем, минимальное расстояние между спринклерными оросителями и головкой зависит от двух факторов:

• Оборудованы ли спринклеры (правильно) перегородками?
• Это устанавливаемые в стойку спринклерные головки?

Правила NFPA 13 для боковых головок очень похожи на правила для подвесных и вертикальных головок.Эти указания, приведенные в разделах 10.2.5.4 (вертикальный и вертикальный) и 10.3.4.4 (боковая стенка), требуют зазора 6 футов между головами. Это минимальное расстояние измеряется от центра каждой спринклерной головки (или «по центру»).

Перегородки позволяют уменьшить расстояние между головками, когда они:

• Защита исполнительных элементов (термочувствительные лампы и звенья)
• Состоит из «твердого и жесткого материала, который будет оставаться на месте до и во время работы спринклера».
• Не более 8 дюймов и не более 6 дюймов
• Имеют верхнюю часть на 2–3 дюйма выше стойки и дефлекторов боковины
• Имеют днище, которое «простирается вниз до уровня, по крайней мере, даже с» подвеской и боковыми дефлекторами

NFPA 13 делает последнее исключение для спринклеров в стойке.Поскольку спринклеры в стойке предназначены для работы даже на небольшом расстоянии друг от друга, их можно размещать на расстоянии ближе шести футов друг от друга (10.2.5.4.3).

Все стандартные спринклеры имеют минимальное расстояние четыре дюйма от стен и максимальное расстояние, которое зависит от формы и размера помещения.

Все стандартные спринклерные головки — наклонные, вертикальные и боковые — имеют одинаковое минимальное расстояние спринклера от стен : четыре дюйма. Для головок боковых стенок это расстояние от торцевой стенки (10.3.4.3.1). Подвесные и вертикальные оросители сохраняют это минимальное расстояние от всех стен (10.2.5.3). При этом эти головки держатся подальше от источников холодного воздуха, которые могут задержать их активацию, или поверхностей, которые могут блокировать намеченный рисунок распыления.

Четыре дюйма гарантируют своевременную активацию головок. Источник: NFPA 13 Handbook

Тем не менее, NFPA 13 может гораздо больше сказать о максимальных расстояниях между пожарными спринклерами и стенами. Для всех типов головок максимальное расстояние между головками и стенами составляет половину максимального расстояния, разрешенного между двумя спринклерными головками (последняя подробно описана в разделах выше).Например, вертикальный спринклер в обычной опасной среде может находиться на расстоянии до 15 футов от соседней головки. Та же самая голова может находиться на половине этого расстояния — до 7,5 футов — от стены.

Для наклонных и вертикальных головок NFPA 13 содержит более подробные требования к расстоянию от стен, в том числе:

Исключения для неровных или наклонных стен (10.2.5.2.2).

Когда две стены встречаются под узким углом, разбрызгиватель, расположенный всего в нескольких футах от этих стен, может оказаться на значительном расстоянии от углового пространства, которое он должен защищать.Это просто причуда дизайна, и NFPA 13 делает поправку на эти комнаты необычной формы. Он предписывает большее максимальное расстояние между головой и углом, где стены пересекаются под нечетными углами .

Таким образом, в то время как расстояние от головок до стены обычно не может превышать 0,5-кратное максимально допустимое расстояние от спринклерной головки до спринклерной головки (0,5 x максимальное расстояние 15 футов между спринклерами = 7,5 футов), если имеется резкий угол в глубоком углу, этот максимум к углу перескакивает на 0.75 (0,75 x 15 ’= 11,5’), как показано на изображении ниже:

Источник: NFPA 13 Handbook

Исключения для небольших помещений (10.2.5.2.3).

Светоопасные отсеки площадью менее 800 квадратных футов могут подчиняться другим правилам. Когда эти маленькие комнаты имеют беспрепятственную конструкцию, максимальное расстояние спринклеров от стен становится 9 футов. Для получения дополнительной информации см. Упомянутый выше раздел в NFPA 13.

Продолжение следует: Правила NFPA 13 относительно расстояния до спринклерных головок

На этом мы завершаем первую часть нашего обзора правил NFPA 13 относительно максимального и минимального расстояния разбрызгивателя от стен и между головками.Мы лишь прикоснулись к подробным рекомендациям стандарта по безопасному и эффективному размещению дождевателей, поэтому следите за новостями.

Если вы ищете универсальные стандартные распылительные спринклерные головки, обратите внимание на выбор QRFS головок, внесенных в списки UL и утвержденных FM. В нашем ассортименте головок Tyco, Senju, Victaulic и Viking представлен широкий спектр отделок, типов реакции и температур для широкого спектра зданий и применений.

Посмотрите наш полный перечень коммерческих пожарных спринклеров.

Вопросы? Позвоните нам по телефону +1 (888) 361-6662 или по электронной почте [электронная почта защищена].

Этот блог изначально был размещен на QRFS.com/blog. Посетите нас на Facebook.com/QuickResponseFireSupply или в Twitter @QuickResponseFS.

Материал, представленный на сайте Мысли в огне и QRFS.com, включая весь текст, изображения, графику и другую информацию, представлен только в рекламных и информационных целях. Каждое обстоятельство имеет свой уникальный профиль риска и требует индивидуальной оценки.Содержание этого веб-сайта никоим образом не исключает необходимости в оценке и совете специалиста по безопасности жизнедеятельности, услуги которого следует использовать во всех ситуациях. Кроме того, всегда консультируйтесь со специалистом, таким как инженер по безопасности жизнедеятельности, подрядчик или местный орган власти, имеющий юрисдикцию (AHJ; начальник пожарной охраны или другое государственное должностное лицо), прежде чем вносить какие-либо изменения в вашу систему противопожарной защиты или безопасности жизни.

Расширение и поддержка трубы | Спиракс Сарко

Расширительные элементы

Расширительный фитинг («C» Рис. 10.4.4) — это один из способов компенсации расширения. Эти фитинги размещаются внутри линии и предназначены для компенсации расширения без изменения общей длины линии. Их обычно называют компенсирующими сильфонами из-за сильфонной конструкции компенсирующей втулки.

Другие расширительные фитинги могут быть изготовлены из самого трубопровода. Это может быть более дешевый способ решить проблему, но для установки трубы требуется больше места.

Полный цикл

Это просто один полный оборот трубы, и на паропроводах его предпочтительно устанавливать в горизонтальном, а не вертикальном положении, чтобы предотвратить накопление конденсата на стороне входа.

Сторона, выходящая по потоку, проходит ниже по потоку, поэтому необходимо внимательно следить за тем, чтобы она не была установлена ​​неправильно, поскольку в нижней части может скапливаться конденсат. Когда полные петли должны устанавливаться в ограниченном пространстве, необходимо следить за тем, чтобы петли неправильной формы не поставлялись.

Полный контур не создает силы, противодействующей расширению трубопроводов, как в некоторых других типах, но при давлении пара внутри контура возникает небольшая тенденция к раскручиванию, что создает дополнительную нагрузку на фланцы.

Эта конструкция сегодня используется редко из-за места, занимаемого трубопроводами, и теперь более доступны патентованные сильфоны расширения. Однако крупные потребители пара, такие как электростанции или предприятия с большими внешними распределительными системами, по-прежнему склонны использовать расширительные устройства с полным контуром, поскольку обычно имеется пространство и относительно низкая стоимость.

Подковообразная или лировая петля

Иногда используется этот тип при наличии свободного места.Лучше всего укладывать ее горизонтально, чтобы петля и основная часть находились в одной плоскости. Давление не приводит к раздуванию концов петли, но имеет очень небольшой эффект распрямления. Это связано с конструкцией, но не вызывает смещения фланцев.

Если какое-либо из этих устройств оснащено петлей, расположенной вертикально над трубой, то точка слива должна быть предусмотрена на стороне входа, как показано на рисунке 10.4.8.

Шлейфы расширения

Расширительная петля может быть изготовлена ​​из отрезков прямых труб и колен, приваренных к стыкам (Рисунок 10.4.9). Индикация расширения трубы, которая может быть умещена в этих узлах, показана на рисунке 10.4.10.

Из рисунка 10.4.9 видно, что глубина петли должна быть в два раза больше ширины, а ширина определяется из рисунка 10.4.10, зная общую величину расширения, ожидаемого от труб по обе стороны петли.

Шарнир скользящий

Иногда они используются, потому что они занимают мало места, но важно, чтобы трубопровод был жестко закреплен и направлялся в строгом соответствии с инструкциями производителя; в противном случае давление пара, действующее на площадь поперечного сечения муфтовой части соединения, имеет тенденцию разрывать соединение в противовес силам, создаваемым расширяющимися трубопроводами (см. Рисунок 10.4.11). Несоосность приведет к изгибу скользящей втулки, а также может потребоваться регулярное обслуживание сальника.

Сильфонный компенсатор

Компенсирующий сильфон, рис. 10.4.12, имеет то преимущество, что не требует уплотнения (как и тип скользящего соединения). Но у него есть те же недостатки, что и у скользящего соединения, поскольку давление внутри имеет тенденцию расширять фитинг, следовательно, анкеры и направляющие должны выдерживать эту силу.

Сильфон может включать ограничительные стержни, которые ограничивают чрезмерное сжатие и чрезмерное удлинение элемента. В нормальных условиях эксплуатации они могут мало функционировать, поскольку большинство простых сильфонов способны выдерживать небольшие поперечные и угловые перемещения. Однако в случае выхода из строя анкера они ведут себя как стяжные шпильки и сдерживают осевые силы давления, предотвращая повреждение агрегата и одновременно снижая возможность дальнейшего повреждения трубопроводов, оборудования и персонала (Рисунок 10.4.13 (б)).

Там, где ожидаются большие силы, в устройство следует встроить какую-либо дополнительную механическую арматуру, например, шарнирные распорки (рисунок 10.4.13 (c)).

В зависимости от относительного положения анкеров и направляющих сильфона всегда существует более одного способа компенсации относительного движения между двумя смещенными в поперечном направлении трубами. С точки зрения предпочтения осевое смещение лучше углового, которое, в свою очередь, лучше бокового. По возможности следует избегать угловых и боковых движений.

Рисунки 10.4.13 (a), (b) и (c) дают приблизительное представление о влиянии этих движений, но при любых обстоятельствах настоятельно рекомендуется получить консультацию специалиста от производителя сильфона относительно любых установка сильфона компенсатора.

Растяжка компенсаторов тепловых сетей. Технология монтажа деформационных швов

Компенсаторы для тепловых сетей. В данной статье речь пойдет о выборе и расчете компенсаторов для тепловых сетей.

Для чего нужны компенсаторы? Начнем с того, что при нагревании любой материал расширяется, а значит, трубопроводы тепловых сетей удлиняются при повышении температуры проходящего по ним теплоносителя. Для безаварийной работы тепловой сети используются компенсаторы, компенсирующие удлинение трубопроводов при их сжатии и растяжении, во избежание защемления трубопроводов и последующей их разгерметизации.

Стоит отметить, что для возможности расширения и сжатия трубопроводов рассчитаны не только компенсаторы, но и система опор, которые, в свою очередь, могут быть как «скользящими», так и «мертвыми».Как правило, в России регулирование тепловой нагрузки качественное — то есть при изменении температуры окружающей среды изменяется температура на выходе из источника теплоснабжения. За счет качественного регулирования подачи тепла увеличивается количество циклов расширения-сжатия трубопроводов. Снижается ресурс трубопроводов, увеличивается риск защемления. Количественное регулирование нагрузки таково — температура на выходе из источника теплоснабжения постоянная. Если необходимо изменить тепловую нагрузку, изменяется расход теплоносителя.В этом случае металл трубопроводов тепловых сетей работает в более легких условиях, циклы расширения-сжатия минимальны, что увеличивает ресурс трубопроводов тепловых сетей. Поэтому перед выбором компенсаторов необходимо определить их характеристики и количество с учетом величины расширения трубопровода.

Формула 1:

δL = L1 * a * (T2-T1), где

δL — длина удлинения трубопровода,

mL1 — длина прямого участка трубопровода (расстояние между неподвижными опорами),

мА — коэффициент линейного расширения (для железа 0.000012), м / град.

T1 — максимальная температура трубопровода (берется максимальная температура теплоносителя),

T2 — минимальная температура трубопровода (можно взять минимальную температуру окружающей среды), ° С

В качестве примера пусть Рассмотрим решение элементарной задачи по определению длины удлинения трубопровода.

Задача 1. Определить, насколько увеличится длина прямого участка трубопровода длиной 150 метров при условии, что температура теплоносителя 150 ° С, а температура окружающей среды в отопительный сезон -40 ° С.

δL = L1 * a * (T2-T1) = 150 * 0,000012 * (150 — (- 40)) = 150 * 0,000012 * 190 = 150 * 0,00228 = 0,342 метра

Ответ: длина газопровода увеличится на 0,342 метра.

После определения величины удлинения вы должны четко понимать, когда вам нужен компенсатор, а когда нет. Для однозначного ответа на этот вопрос необходима четкая схема трубопровода с нанесенными на него линейными размерами и опорами.Следует четко понимать, что изменение направления трубопровода способно компенсировать удлинения, то есть поворот с размерами не меньше размеров компенсатора при правильном размещении опор способен компенсировать такое же удлинение, как и у компенсатора.

Итак, после того как мы определили длину удлинения трубопровода, можно переходить к выбору компенсаторов, необходимо знать, что каждый компенсатор имеет главную характеристику — это величина компенсации.Фактически выбор количества компенсаторов сводится к выбору типа и конструктивных особенностей компенсаторов. определить диаметр трубы тепловой сети исходя из пропускной способности трубы и необходимой мощности потребителя тепла.

Таблица 1. Соотношение П-образных компенсаторов из отводов.

Таблица 2. Выбор количества П-образных компенсаторов в зависимости от их компенсирующей способности.

Задача 2 Определение количества и размеров компенсаторов.

Для трубопровода диаметром DN 100 с длиной прямого участка 150 метров при температуре несущей 150 ° C и температуре окружающей среды в отопительный сезон -40 ° C определить количество компенсаторов bL = 0,342 м (см. Задание 1). По Таблице 1 и Таблице 2 определяем размеры n-образных компенсаторов (при размерах 2х2 м можно компенсировать 0,134 метра удлинения трубопровода), нам нужно компенсировать 0,342 метра, поэтому Ncomp = bL / ∂x \ u003d 0.342 / 0,134 = 2,55, округляем до ближайшего целого числа в сторону увеличения и что — требуется 3 компенсатора размером 2х4 метра.

В настоящее время все большее распространение получают линзовые компенсаторы, они намного компактнее П-образных, но ряд ограничений не всегда позволяет их использовать. Ресурс П-образного компенсатора при условии, что качество охлаждающей жидкости оставляет желать лучшего, намного выше, чем у линзового. Нижняя часть линзового компенсатора обычно «забита» шламом, что способствует развитию стояночной коррозии металла компенсатора.

Величину смещения (компенсирующую способность) компенсаторов обычно выражают как комбинацию положительных и отрицательных числовых значений (±). Отрицательное (-) значение указывает на допустимое сжатие компенсатора, положительное (+) значение указывает на его допустимое расширение. Сумма абсолютных значений этих значений и есть полное смещение компенсатора. В большинстве случаев компенсаторы работают на сжатие, компенсируя тепловое расширение трубопроводов, реже (охлаждаемые среды и криогенные продукты) — на растяжение.

Предварительное растяжение во время монтажа необходимо для рационального использования полного смещения компенсатора в зависимости от характера трубопровода, условий монтажа и предотвращения напряженных состояний.

Пики расширения трубопровода зависят от минимальной и максимальной рабочих температур. Например, минимальная температура трубопровода Tmin = 0 ° C, а максимальная T max = 100 ° C. Т.е. перепад температур При = 100 ° С. При длине трубопровода L, равной 90 м, максимальное значение удлинения его трубопровода AL составляет 100 мм.Представьте, что для установки на такой трубопровод используются компенсаторы со смещением ± 50 мм, т.е. с полным смещением 100 мм. Также представим, что температура окружающей среды на этапе их установки Т у равна 20 ° С. Характер работы компенсатора в таких условиях будет следующим:

• при 0 ° С — компенсатор растягивается на 50 мм
• при 100 ° С — компенсатор будет сжат на 50 мм
• при 50 ° С — компенсатор будет в свободном состоянии
• при 20 ° C — компенсатор растягивается на 30 мм

Следовательно, предварительное растяжение на 30 мм при монтаже (Т у = 20 ° С) обеспечит его эффективную работу.При повышении температуры с 20 ° C до 50 ° C при вводе трубопровода в эксплуатацию компенсатор вернется в свободное (ненапряженное) состояние. При повышении температуры трубопровода от 50 ° C до 100 ° C смещение компенсатора относительно свободного состояния в направлении сжатия будет рассчитано на 50 мм.

Определение значение предварительное растяжение

Допустим, длина трубопровода 33 метра, максимальная / минимальная рабочая температура + 150 ° C / -20 ° C соответственно.При такой разнице температур коэффициент линейного расширения a составит 0,012 мм / м * ° C.

Максимальное удлинение трубопровода можно рассчитать следующим образом:

ΔL = α * L * Δ т
=
0,012 х 33 х 170 = 67 мм

Предварительное растяжение PS определяется по формуле:

PS = (ΔL / 2) — ΔL (Ty-Tmin): (Tmax-Tmin)

Таким образом, при установке компенсатора он должен устанавливаться с предварительным натяжением PS равным 18 мм.

На рис. 1 показано расстояние, необходимое для установки компенсатора в трубопроводе, определяемое как сумма значений длины компенсатора lq в свободном состоянии и предварительного натяжения PS.

На рис. 2 видно, что при установке с одной стороны компенсатор фиксируется фланцем или приваривается.

Технология монтажа деформационных швов.

1.1.общие сведения о компенсаторах.

Все трубопроводы подвержены температурным деформациям при изменении температуры транспортируемого продукта и окружающей среды. Линейное удлинение 1 м трубопровода при его нагреве на 1 ° C называется коэффициентом линейного удлинения.

Поскольку трубопроводы длинные, их общее удлинение может достигать больших значений.

Термическое удлинение участка трубопровода? L определяется по формуле:

Из-за теплового удлинения в трубопроводе возникают значительные продольные силы, которые оказывают давление на концевые неподвижные точки (опоры), пытаясь сдвинуть их с места.Эти силы настолько велики, что могут разрушить опоры, вызвать продольный изгиб трубопровода (рис. 1, а) или привести к разрыву фланцевых и сварных соединений.

Для защиты трубопровода от дополнительных нагрузок, возникающих при изменении температуры, он спроектирован и конструктивно выполнен таким образом, чтобы он мог свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения материала и соединений труб. Способность трубопровода деформироваться под действием теплового удлинения в пределах допустимых напряжений в материале трубы называется компенсацией теплового удлинения.Способность трубопровода компенсировать тепловые удлинения за счет упругости конструкции линейного сечения и упругих свойств металла без использования специальных устройств, встроенных в трубопровод, называется самокомпенсацией.

Самокомпенсация осуществляется за счет того, что на трубопроводе помимо прямых участков между неподвижными опорами имеются повороты или изгибы (изгибы). Поворот или изгиб, расположенный между двумя прямыми участками, компенсирует значительную часть удлинения за счет упругости конструкции, а остальное компенсируется за счет упругих свойств металла прямолинейного участка трубопровода.

Если самокомпенсация трубопроводов не может быть использована при проектировании и установке или недостаточна для защиты трубопровода от сил, возникающих в результате теплового удлинения, устанавливаются специальные устройства, называемые компенсаторами.

В зависимости от конструкции, принципа действия компенсаторы делятся на четыре основные группы: П-образные, линзовые, волнистые и сальники.

П-образные компенсаторы имеют большую компенсирующую способность (до 600-700 мм) и используются в трубопроводах для широкого диапазона давлений и температур.П-образные компенсаторы наиболее широко используются в технологических трубопроводах из-за относительной простоты их изготовления в эксплуатации. К их недостаткам можно отнести большой расход труб, большие габаритные размеры и необходимость возведения специальных опорных конструкций.

П-образные компенсаторы

особенно неэкономичны для трубопроводов большого диаметра, так как значительно удорожают строительство и увеличивают расход труб.

П-образные компенсаторы изготавливаются полностью гнутыми из одной трубы или свариваются с помощью гнутых, круто гнутых или сварных отводов.Гнутые и сварные компенсаторы с круто гнутыми ответвлениями могут устанавливаться на трубопроводы любого давления и температуры. При этом компенсирующая способность трубопроводов с круто изогнутыми отводами выше, чем у изогнутых, за счет более длинных прямых участков.

П-образные компенсаторы из сварных отводов применяют для трубопроводов номинальным диаметром не более 500 мм. Для трубопроводов пара и горячей воды такие компенсаторы могут применяться на трубопроводах III и IV категорий на номинальное давление до 64 кгс / см2.

П-образные компенсаторы, как правило, устанавливаются в горизонтальном положении с соблюдением необходимого уклона газопровода. При ограниченной площади компенсаторы можно устанавливать в вертикальном и наклонном положении петлей вверх или вниз, при этом они должны быть оборудованы дренажными устройствами и вентиляционными отверстиями.

Для трубопроводов, требующих демонтажа для очистки, компенсаторы П-образные изготавливаются с присоединительными концами на фланцах.

Конструкция П-образных компенсаторов и их размеры должны быть указаны в проекте.

Они состоят из ряда линз, последовательно соединенных в трубопроводе. Линза сварной конструкции состоит из двух тонкостенных штампованных стальных полулинз и благодаря своей форме легко сжимается. Компенсационная способность каждого объектива относительно невелика (10-16 мм). Количество линз компенсатора выбирается в зависимости от требуемой компенсирующей способности. Для уменьшения сопротивления движению изделия внутри компенсатора устанавливаются стаканы. Для слива конденсата в самых нижних точках каждой линзы привариваются сливные штуцеры.Линзовые компенсаторы применяются на давление нагнетания до 6 кгс / см2 при температуре до + 450 ° С. Устанавливаются на газопроводах и паропроводах диаметром от 100 до 1600 мм.

Преимущество линзовых компенсаторов перед П-образными — малые габариты и вес; Недостатки — малые допустимые давления, малая компенсирующая способность и большие продольные силы, передаваемые на неподвижные опоры.

Волнистые компенсаторы — это самые современные компенсаторы. Они обладают большой компенсационной способностью, небольшими размерами и могут использоваться при относительно высоких давлениях и температурах.

Отличительной особенностью гофрированных компенсаторов по сравнению с линзовыми компенсаторами является то, что гибкий элемент представляет собой тонкостенную стальную гофрированную высокопрочную и упругую оболочку. Профиль волны имеет омега-форму или U-образную форму, так что гибкий элемент может сжиматься, удлиняться и изгибаться при приложении нагрузки. Технология изготовления гибкого элемента компенсатора основана на принципе гидравлической вытяжки (придания формы) волн в цилиндрической оболочке с уклоном в ее высоту (для этого используются специальные гидравлические прессы).

Компенсаторы осевые волнистые КВО-2 устанавливаются на прямых участках трубопроводов и на поворотах.

Компенсаторы шарнирно-сочлененные волнистые универсальные КВУ-2 и КВУ-3 устанавливаются в П-образных, Z-образных и угловых шарнирно-сочлененных трубопроводных системах по 2-3 в каждой системе.

Шарнирно-сочлененные двойные компенсаторы

КВШ устанавливаются в угловых, Z-образных и П-образных системах, а также на ответвлениях.

Компенсаторы

КВУ и КВШ устанавливаются на участках трубопроводов со значительными перепадами температур или на больших расстояниях между жесткими опорами, на которые передаются относительно небольшие силы.

Компенсаторы волнистые предназначены для работы при температуре от -40 до + 450 ° С.

Технические характеристики гофрированных компенсаторов приведены в таблице 1.

Состоит из двух вставленных друг в друга сопел. В зазоре между патрубками устанавливается сальниковое уплотнение с грундбуклой.

Сальники-компенсаторы обладают высокой компенсирующей способностью, небольшими размерами, но из-за сложности герметизации сальников в технологических трубопроводах используются редко, и их нельзя использовать для трубопроводов горючих, токсичных и сжиженных газов.

Основными недостатками компенсаторов сальника являются: необходимость систематического контроля и обслуживания их в процессе эксплуатации, относительно быстрый износ набивки сальника и, как следствие, отсутствие надежной герметичности.

Компенсаторы сальникового уплотнения устанавливаются на водяных, паровых и тепловых трубопроводах, а также на трубопроводах, транспортирующих негорючие жидкости. Благодаря небольшим размерам они легко размещаются в камерах и проходных туннелях.Компенсаторы сальника стальные используются на номинальное давление до 16 кгс / см2, а чугун (из серого чугуна марки не ниже Сч 15-32) — до 13 кгс / см2 при температуре не выше 300оС. По конструкции компенсаторы сальника делятся на односторонние и двусторонние, ненагруженные (не создающие большой осевой силы на неподвижных опорах) и ненагруженные. Компенсаторы присоединяются к трубопроводу сваркой или на фланцах.

1.2. установка компенсаторов.

Перед установкой компенсаторов в проектное положение необходимо проверить их внешним осмотром. Как правило, перед окончательным подключением к трубопроводу все компенсаторы должны быть предварительно растянуты или сжаты на величину, указанную в проекте, и установлены на трубопроводах вместе с распорным (или компрессионным) устройством, которое снимается только после окончательное крепление трубопроводов к неподвижным опорам. Величина предварительного растяжения компенсатора указана на чертежах.

Растяжение применяется для «горячих» трубопроводов, а для «холодных» — сжатие. Операция растяжения или сжатия называется холодным напряжением в трубе и выполняется для уменьшения напряжения в металле во время теплового расширения трубы.

О деформационных швах составляется акт независимо от способа его выполнения, в котором указываются строительные длины деформационных швов до и после уравновешивания.

Компрессоры U-образной формы обычно устанавливаются горизонтально и, как исключение, только вертикально или наклонно.При установке таких компенсаторов вертикально или наклонно в нижних точках по обе стороны от компенсаторов необходимо размещать дренажные патрубки для отвода конденсата, а в верхней части — форточки.

Для обеспечения нормальной работы П-образный компенсатор устанавливается как минимум на трех подвижных опорах (рис. 5). Две опоры размещаются на прямых участках трубопровода, соединенного с компенсатором (при этом край опоры должен находиться на расстоянии не менее 500 мм от сварного шва), третья опора размещается под задней частью компенсатора, обычно на специальном столбец.

Для предварительной растяжки П-образного компенсатора используется винтовое устройство, состоящее из двух зажимов, между которыми устанавливаются винт и распорка с натяжной гайкой.

Перед растяжкой измерьте длину компенсатора в свободном состоянии, а затем, вращая гайку, разбавьте ее до необходимого количества. Прокладка устанавливается параллельно задней части компенсатора. В проекте указывается стык, на котором будет растягиваться компенсатор. Если нет указания, то во избежание перекоса стык нельзя использовать для растяжения.Непосредственно рядом с компенсатором. Для этого в соседнем стыке нужно оставить зазор.

При подъеме компенсаторы должны держаться за три точки, а не за распорку. Только после прихватки стыков и герметизации компенсатор отключается от подъемного оборудования. Также необходимо проверить надежность установки проставки.

П-образные компенсаторы устанавливаются в проектное положение с помощью одного или двух кранов.

При групповом расположении П-образных компенсаторов параллельных трубопроводов (один внутри другого) и в некоторых других случаях предварительное растяжение компенсаторов заменяется растяжением трубопровода в холодном состоянии.В этом случае при установке компенсаторов трубопровод собирается обычным способом, но в одном из стыков (сварном или фланцевом) оставляется зазор, равный заданной величине расширения компенсатора.

Перед растяжкой убедитесь, что все сварные соединения на этом участке трубопровода заварены, что неподвижные опоры окончательно закреплены.

При установке компенсаторов без предварительного натяжения, для удобства установки трубопровода в стык, предназначенный для растяжения, вставить патрубок длиной, равной размеру растяжки, и прихватить электросваркой к обоим краям стыка. трубопровод.Иногда на концах соединяемых труб приваривают кольцевые буртики и с углов устанавливают временные хомуты. Удлиненные соединительные тяги проходят через отверстия в них, и, путем затягивания гайки, временное спейсер вставка кольцо установлено между концами шва зажимается. После сварки стыка хомуты снимаются.

Фланцевое соединение, оставленное на растяжку, временно (без постоянных прокладок) стягивают удлиненными шпильками, устанавливая их через одну и оставляя отверстия для постоянных болтов.Диаметр и количество штифтов для холодного натяжения трубопроводов указывается в проекте.

После установки компенсаторов в проектное положение, сварка всех соединений (за исключением одного) и обеспечения трубопровода на всех неподвижных опор с обеих сторон шва, удалить временный распорное кольцо и затянуть соединение для сварки путем затягивания гайки на удлиненные шпильки. Для фланцевого соединения перед окончательной затяжкой устанавливается прокладка, предусмотренная проектом.После затяжки фланцевого соединения неразъемными болтами удлиненные шпильки удаляются, а на их место устанавливаются неразъемные болты или шпильки.

При установке линзовых компенсаторов необходимо следить за тем, чтобы сливные патрубки (если есть) находились в нижнем положении, а направляющая чашка компенсатора была приварена в направлении движения продукта.

Линзовые компенсаторы рекомендуется устанавливать на трубы, узлы или блоки перед подъемом в проектное положение.Собранный узел или блок с линзовыми компенсаторами необходимо защитить от деформации и повреждений при транспортировке, подъеме и установке. Для этого на компенсаторах используется дополнительная жесткость. После установки узлов на опоры и фиксации временные жесткости снимаются.

При установке вертикальных участков трубопроводов необходимо принять меры, исключающие возможность сжатия и деформации компенсаторов под действием силы тяжести трубопроводов.Для этого параллельно компенсаторам на трубопроводах приваривают три кронштейна, которые срезают в конце монтажа трубопровода.

Линзовые компенсаторы растягиваются на половину своей компенсирующей способности.

Линзовый компенсатор растягивается при установке после его сварки или окончательного соединения на фланцах с трубопроводом, а также после установки всех опор и подвесов трубопроводов и закрепления трубопроводов в неподвижных опорах.

В этом случае компенсационный шов растягивается путем затягивания монтажного шва, ближайшего к компенсационному шву, в котором специально оставляется соответствующий дополнительный зазор.

Обжатие компенсатора осуществляется после окончательного соединения с трубопроводом, но до его фиксации на неподвижных опорах. Для сжатия или растяжения линзового компенсатора используется устройство, состоящее из двух зажимных хомутов, прикрепленных к трубопроводу с обеих сторон компенсатора, и удлиненных прижимных стержней с гайками.

При установке нескольких линзовых компенсаторов на трубопроводе в проекте необходимо предусмотреть фиксированные опоры за каждым компенсатором, чтобы исключить возможность прогиба трубопровода в сжатом состоянии и обеспечить более равномерную деформацию всех компенсаторов, установленных на трубопроводе. , так как фактическая жесткость всех компенсаторов может быть неодинаковой.

Для гофрированных компенсаторов перед установкой проверьте строительную длину; с помощью проставок и штифтов установите зазор, соответствующий предварительному растяжению.

Осевые компенсаторы монтируются в следующей последовательности. Сначала их одним концом приваривают к трубопроводу. Между вторым концом и свариваемой трубой проверьте зазор, равный значению предварительного растяжения, растяните компенсатор с помощью гаек со шпильками на нем, приварите второй конец компенсатора к трубопроводу, а затем снимите шпильки и гайки.

При установке шарнирных или карданных компенсаторов их приваривают к трубопроводу обоими концами в соответствии со схемой монтажа, не снимая болтов, удерживающих щеки шарниров и предохраняющих компенсатор от изгиба.

При установке компенсаторы сальника должны устанавливаться строго по линии трубопровода, без перекосов, во избежание заклинивания движущихся частей и повреждения набивки компенсатора. Направляющие устройства трубопроводов в точках присоединения к компенсаторам сальникового уплотнения должны плотно сжимать трубы с установленными на них роликами и центрировать трубу по горизонтальным и вертикальным поверхностям, не создавая больших продольных сил трения.

Компенсаторы сальника после монтажа не растягиваются, так как при приваривании компенсатора к трубопроводу он раздвигается на величину, указанную в проекте и определяемую расстоянием между рисками, прилагаемыми к его корпусу и стеклу.При этом необходимо оставить зазор между упорными кольцами на патрубке и в корпусе компенсатора на случай, если температура упадет по сравнению с температурой воздуха в момент монтажа. Минимальное значение зазора для участка трубопровода длиной 100 мм должно составлять 30 мм при температуре наружного воздуха во время установки ниже -5 ° C, 50 мм от -5 ° C до + 20 ° C, 60 мм выше + 20 ° C. При установке необходимо следить за тем, чтобы в случае выхода из строя неподвижных опор подвижная часть трубы не вырвалась из корпуса компенсатора.В большинстве случаев для этого на скользящую часть трубы приваривается обод, чтобы он не мешал работе компенсатора.

Информационный документ

Data Center Power and Cooling

Содержание

Температурные аспекты центра обработки данных. 3

Указания по температуре и влажности в центре обработки данных. 3

Лучшие Лрактики. 4

Схема горячего и холодного коридора 5

Заполнение стойки. 6

Решения по локализации.6

Кабельный органайзер 7

Взаимосвязь между теплом и энергией 8

Энергосбережение на объектах Cisco. 8

Решения Cisco для монтажа в стойку. 8

Варианты и описание стоек Cisco. 9

Решения для развертывания в несколько стоек. 9

Рекомендации по электропитанию центра обработки данных. 9

Обзор .. 10

Энергетическое планирование. 10

Соберите требования к питанию ИТ-оборудования. 10

Соберите параметры мощности и охлаждения объекта.14

Разработайте решение PDU. 15

Блок распределения питания (PDU) серии Cisco RP 15

Базовые блоки PDU серии Cisco RP. 15

PDU Cisco серии RP с измеряемым входом. 16

Типы входных разъемов PDU серии Cisco RP. 16

Для получения дополнительной информации. 17

Приложение: Примеры проектов. 18

Пример 1: Среднее развертывание (стойка и блейд-сервер) 18

Пример 2: Большое развертывание (блейд-сервер) 19

Температурные характеристики центра обработки данных

Охлаждение — основной фактор затрат в центрах обработки данных.Если охлаждение реализовано плохо, мощность, необходимая для охлаждения центра обработки данных, может соответствовать или превышать мощность, используемую для работы самого ИТ-оборудования. Охлаждение также часто является ограничивающим фактором мощности центра обработки данных (отвод тепла может быть более серьезной проблемой, чем подача питания на оборудование).

Требования к температуре и влажности в центре обработки данных

Технический комитет 9.9 Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) разработал широко принятый набор руководящих принципов для оптимальных заданных значений температуры и влажности в центре обработки данных.В этих рекомендациях указываются как требуемый, так и допустимый диапазон температуры и влажности. Рекомендации ASHRAE 2015 по тепловому режиму представлены в Рекомендациях и передовых практиках ASHRAE по тепловому оборудованию для силового оборудования центров обработки данных 2016. Рисунок 1 иллюстрирует эти рекомендации.

Рис. 1. Пределы температуры и влажности для ASHRAE и NEBS

Хотя рекомендации ASHRAE определяют несколько классов с разными рабочими диапазонами, рекомендуемые рабочие диапазоны одинаковы для каждого класса.Рекомендуемая температура и влажность указаны в Таблице 1.

Таблица 1. ASHRAE Class A1 — A4 Рекомендуемый диапазон температуры и относительной влажности

Эти температуры описывают температуру воздуха на входе в ИТ-оборудование. Однако в центре обработки данных есть несколько мест, где можно измерять и контролировать среду, как показано на рисунке 2.Эти точки включают:

● Серверный вход (точка 1)

● Вытяжка сервера (точка 2)

● Температура подачи напольной плитки (точка 3)

● Температура возвратного воздуха блока отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) (точка 4)

● Температура подачи блока кондиционирования воздуха компьютерного зала (точка 5)

Рисунок 2. Пример диаграммы воздушного потока в центре обработки данных

Как правило, блоки HVAC центра обработки данных регулируются в зависимости от температуры возвратного воздуха.Установка температуры возвратного воздуха блока HVAC в соответствии с требованиями ASHRAE приведет к очень низким температурам на входе в сервер, поскольку температуры возврата HVAC ближе к температурам выхлопных газов сервера, чем температуры на входе.

Чем ниже температура приточного воздуха в центре обработки данных, тем больше затраты на охлаждение. По сути, система кондиционирования в дата-центре — это холодильная установка. Система охлаждения отводит тепло, генерируемое в прохладном центре обработки данных, во внешнюю среду.Требования к мощности для охлаждения центра обработки данных зависят от количества удаляемого тепла (количества ИТ-оборудования в центре обработки данных) и разницы температур между центром обработки данных и наружным воздухом.

Расположение стоек на фальшполе центра обработки данных также может существенно повлиять на затраты на электроэнергию и мощность, связанные с охлаждением, как показано в следующем разделе.

Лучшие Лрактики

Хотя этот документ не является полным руководством по проектированию центра обработки данных, в нем представлены некоторые основные принципы и передовые методы управления воздушным потоком центра обработки данных.

Схема горячего и холодного коридора

Схема расположения горячих и холодных коридоров в центре обработки данных стала стандартной (рис. 3). Расположение стоек в ряды с горячим и холодным коридорами сводит к минимуму перемешивание воздуха в центре обработки данных. Если теплый воздух может смешиваться с приточным воздухом сервера, воздух, подаваемый системой кондиционирования, должен иметь еще более холодную температуру для компенсации. Как описано ранее, более низкие температуры приточного воздуха приводят к увеличению потребления энергии охладителем и ограничивают эффективность охлаждения центра обработки данных, создавая горячие точки.

Рис. 3. Схема горячего и холодного коридора

Напротив, отказ от разделенных горячих и холодных коридоров приводит к смешиванию воздуха на входе в сервер. Воздух должен подаваться от напольной плитки при более низкой температуре, чтобы соответствовать требованиям к входному отверстию сервера, как показано на Рисунке 4.

Рисунок 4. Смешивание воздуха на входе в сервер

Заполнение стойки

Стойки должны быть заполнены самым тяжелым и наиболее энергоемким оборудованием внизу.Размещение тяжелого оборудования внизу помогает снизить центр масс стойки и снижает риск опрокидывания. Оборудование с высокой энергоемкостью также имеет тенденцию втягивать больше воздуха. В типичном центре обработки данных, в котором воздух подается через перфорированную плитку пола, размещение энергоемкого оборудования рядом с нижней частью стойки дает этому оборудованию лучший доступ к самому холодному воздуху.

Незанятое пространство в стойке также может привести к попаданию горячего воздуха обратно в холодный коридор. Панели-заглушки — это простая мера, которую можно использовать для предотвращения этой проблемы, как показано на Рисунке 5.

Рисунок 5. Использование заглушек для предотвращения короткого замыкания и обхода воздушного потока

Таким образом, заполняйте стойки снизу вверх и заполняйте все промежутки между оборудованием или в верхней части стойки заглушками.

Решения для сдерживания

Эффективным продолжением концепции горячего и холодного коридора является сдерживание воздушного потока. На рисунке 6 изображена локализация горячего коридора. Герметизация обеспечивает полное разделение потоков горячего и холодного воздуха, что позволяет снизить потребление энергии в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха за счет повышения температуры выходящего холодного воздуха.Поскольку нет смешивания воздуха, нет необходимости устанавливать более низкую температуру воздуха для компенсации. Такой подход увеличивает температуру воздуха, возвращающегося в систему HVAC, что повышает эффективность системы HVAC.

При локализации горячего коридора следует проявлять осторожность, чтобы не создавать давления в горячем коридоре. IT-системы спроектированы таким образом, чтобы иметь почти нулевую разницу давлений между воздухозаборником и выхлопом. Противодавление в горячем коридоре может привести к усилению работы вентиляторов в системе.

Рисунок 6. Пример сдерживания воздушного потока в горячем коридоре

Кабельный органайзер

В максимально возможной степени необходимо удалить препятствия для воздушного потока из впускных и выпускных отверстий оборудования, установленного в шасси. Отсутствие достаточного воздушного потока может привести к увеличению потребления энергии вентиляторами оборудования для компенсации повышенного сопротивления воздушного потока. Если установлена ​​дверца стойки, она должна быть перфорированной и открываться не менее чем на 65 процентов.Прочные двери из стекла или любого другого материала неизбежно приводят к проблемам с воздушным потоком, и их следует избегать. Пожалуйста, обратитесь к руководству по установке оборудования, чтобы узнать о конкретных требованиях к оборудованию.

Правильная организация кабелей имеет решающее значение для уменьшения блокировки воздушного потока. Cisco UCS значительно сокращает количество необходимых кабелей. Однако по-прежнему важно правильно натянуть кабели, чтобы обеспечить наилучший воздушный поток (Рисунок 7).

Рисунок 7. Cisco UCS Power и сетевые кабели

Взаимосвязь между теплом и мощностью

Вся мощность, потребляемая ИТ-оборудованием, преобразуется в тепло.Хотя мощность обычно указывается в ваттах (Вт), а тепло — в британских тепловых единицах (БТЕ) ​​в час (БТЕ / час), эти единицы фактически взаимозаменяемы. Хотя мощность почти всегда указывается в ваттах, тепловая нагрузка обычно указывается в ваттах или БТЕ / час. Преобразование из ватт в БТЕ / час составляет 1 Вт = 3,412 БТЕ / час. Так, например, сервер, потребляющий 100 Вт, производит примерно 341,2 БТЕ / ч тепловой энергии.

Экономия энергии на предприятиях Cisco

Чтобы тщательно изучить влияние передовых методов повышения энергоэффективности, Cisco провела исследование эффективности центров обработки данных в исследовательских и опытно-конструкторских лабораториях Cisco.В рамках этого исследования были применены следующие передовые практики:

● По возможности отключено резервное питание

● Использованы программы энергосбережения

● Использовано моделирование вычислительной гидродинамики (CFD)

● Применена виртуализация

● Использованы заглушки

● Переставлены решетки пола

● Температура охлажденной воды была повышена с 7 ° C до 9 ° C (44 ° F до 48 ° F)

Это исследование продемонстрировало значительные улучшения в эффективности питания и охлаждения центра обработки данных.Несмотря на то, что увеличение количества установок оборудования привело к небольшому увеличению нагрузки на ИТ (с 1719 до 1761 киловатт [кВт]), накладные расходы на охлаждение центра обработки данных снизились (с 801 до 697 кВт). Общая эффективность использования энергии (PUE) снизилась с 1,48 до 1,36. Окупаемость проверки концепции составила от 6 до 12 месяцев. Идеи этого пилотного проекта применяются на всех предприятиях Cisco и, по прогнозам, позволят сэкономить 2 миллиона долларов США в год.

Решения Cisco для стоек

Стойка Cisco R42612 — это стойка промышленного стандарта EIA-310-D, оптимизированная для Cisco UCS.Он поддерживает все блейд-серверы, стоечные серверы и серверы хранения Cisco UCS. Стандартные стойки и стойки расширения доступны для развертывания с одной или несколькими стойками.

Стойка Cisco R42612 обеспечивает высочайший уровень надежности, структурной целостности и безопасности для критически важных сред. Конструкция 19-дюймовой стойки 42RU обеспечивает функции питания, охлаждения и прокладки кабелей, а также прочность и стабильность, необходимые для современных стоечных корпусов. См. Технические характеристики в таблице 2.

Характеристики стойки Cisco R42612 включают следующее:

● Передняя и задняя двери перфорированы для максимального потока воздуха.Замки включены для дополнительной безопасности. Двери также снимаются без инструментов для удобного обслуживания. Разделенные задние двери минимизируют необходимый зазор в задней части стойки, а регулируемая передняя дверь может поворачиваться справа налево или слева направо.

● Легкие, состоящие из двух частей боковые панели легко устанавливаются и снимаются, а замки обеспечивают дополнительную безопасность.

● Вентилируемый верхний кожух имеет прорези для доступа к кабелю и большое отверстие для доступа к кабелю со щеточной вставкой, которая помогает обеспечить надлежащий воздушный поток.

● Интегрированные лотки PDU позволяют устанавливать блоки PDU серии 0RU Cisco RP без инструментов.

● Кронштейны переднего и заднего стабилизаторов входят в комплект стоек.

● Доступен соединительный комплект для соединения соседних стоек расширения в ряду.

● Ролики обеспечивают мобильность при необходимости.

● Маркировка RU на всех направляющих стойки упрощает установку оборудования.

Опции и описание стойки Cisco

Оптимизация воздушного потока через стойку Cisco включает устранение обхода воздуха и обеспечение правильной прокладки кабелей.У стоечного решения Cisco есть варианты, которые могут вам помочь. Следует соблюдать осторожность, чтобы исключить смешивание горячего и холодного воздуха. Точно так же следует использовать правильную организацию кабелей, чтобы уменьшить сопротивление воздушного потока.

Таблица 2. Спецификация стойки Cisco R42612

Многостоечные решения для развертывания

Доступен дополнительный комплект для соединения стоек, который позволяет соединить две или более стойки вместе. В комплект входит все необходимое оборудование. Двери не нужно снимать, чтобы соединить стойки вместе. При соединении стоек нет необходимости в боковых стабилизаторах.

Перед соединением стоек убедитесь, что пол может выдержать вес всего оборудования и самих стоек.

Дополнительные сведения см. В Руководстве по установке PDU с измеряемым входом Cisco R42612 в стойку и серии RP.

Рекомендации по электропитанию центра обработки данных

Поставка электроэнергии на уровне объекта требует тщательного планирования. Тщательное планирование энергопотребления требует понимания требований к энергопотреблению и избыточности серверов. Плохое планирование резервирования может привести к каскадным сбоям и простоям.

Обзор

Правильное развертывание решений по электропитанию в центре обработки данных предполагает соответствие требований ИТ-оборудования возможностям PDU и объекта.Хорошее планирование питания включает следующие шаги:

Шаг 1. Соберите требования к электропитанию ИТ-оборудования.

● Резервирование питания

● Количество требуемых розеток питания (количество силовых соединений между серверным БП и БРП)

● Мощность

Шаг 2. Собрать параметры мощности и охлаждения объекта. Этот шаг включает в себя сбор базовой информации о центре обработки данных:

● Входное напряжение

● Одно- или трехфазное питание

● Доступные заглушки

● Доступное охлаждение

Шаг 3.Разработайте решение PDU. PDU — это то, что соединяет ИТ-оборудование и источник питания в центре обработки данных. После того, как параметры объекта и параметры ИТ-оборудования определены, можно спроектировать решение PDU. На этом этапе необходимо убедиться, что требования к ИТ-оборудованию соответствуют возможностям объекта. Это также включает проверку того, что решение обеспечивает надлежащую избыточность.

Планирование электропитания

Описанный здесь процесс предполагает, что вы сначала решаете, сколько серверов установить в стойке, а затем проектируете объект вокруг стойки.Однако часто при разработке ИТ-решения требования к оборудованию. В этом случае процесс может потребоваться итеративно. Например, если потребности в ИТ-оборудовании не могут быть удовлетворены с учетом возможностей предприятия, количество оборудования, развернутого на стойку, может потребоваться уменьшить.

Сбор требований к питанию ИТ-оборудования

Шаг 1. Резервирование питания

Первым шагом в определении размера решения PDU является решение, какой тип резервирования требуется конечному пользователю.Очевидно, что истинное резервирование сети переменного тока предъявляет требования к самому объекту, поскольку для этого требуются отдельные и независимые источники питания переменного тока, которые должны подаваться на стойки в центре обработки данных. Однако уровни резервирования также определяют количество источников питания, установленных в самом оборудовании, и, следовательно, количество требуемых вилок питания.

При определении количества необходимых PDU и розеток будет полезна некоторая базовая терминология:

● Неизбыточное питание (N): запитываемое устройство получает питание от одного источника переменного тока и оснащено минимальным количеством источников питания.Время простоя может быть вызвано отключением источника питания или электроснабжения.

● Резервирование N + 1 (N + 1): запитываемое устройство получает питание от одного источника переменного тока, но оборудовано как минимум одним резервным источником питания. Потеря сетевого питания приводит к простою, но устройство может выдержать потерю хотя бы одного источника питания.

● Резервирование сети (2N): запитываемое устройство оснащено вдвое большим количеством источников питания. Чтобы обеспечить истинное резервирование сети, половина блоков питания должна получать питание от одного источника переменного тока, а другая половина должна быть подключена к отдельному независимому источнику питания переменного тока.Резервирование 2N позволяет системе выдерживать потерю любого источника питания или одного источника питания переменного тока.

Как правило, для полного резервирования сети 2N требуется вдвое больше блоков PDU, необходимых для развертывания электросети в одной сети без резервирования источников питания. Чтобы обеспечить истинное резервирование сети, каждый независимый источник питания переменного тока должен иметь достаточную мощность, чтобы выдерживать полную нагрузку. Когда оба источника питания переменного тока подключены к сети, нагрузка может распределяться между источниками входного сигнала. Распределение нагрузки установленных устройств приведет к тому, что каждый канал будет иметь небольшую нагрузку.Однако, если один из источников питания выходит из строя, результатом является мгновенный всплеск мощности на оставшемся источнике. Если каждый источник питания не рассчитан на полную ожидаемую нагрузку, потеря избыточного питания может вызвать перегрузку оставшегося источника питания и привести к простою из-за каскадных отказов.

Для получения дополнительной информации о том, как подключать блоки питания к PDU для каждого варианта резервирования, см. Раздел «Резервирование источника питания» в Руководстве по установке корпуса сервера Cisco UCS 5108.

Шаг 2. Количество требуемых силовых розеток

Как правило, минимальное количество необходимых разъемов питания PDU для решения PDU на уровне стойки зависит от типа ИТ-оборудования и желаемого уровня резервирования питания. Пожалуйста, обратитесь к руководству по установке оборудования для вашего оборудования, чтобы получить точные требования. Для удобства в таблице 3 перечислены количество и типы подключений к источникам питания, необходимые для выбранного оборудования Cisco UCS и Cisco Nexus.

Таблица 3. Требуемые подключения питания переменного тока

Примечание: 1: Для резервирования сети требуются два источника питания и устанавливаемые в стойку блоки распределения питания (см. Шаг 1 в разделе «Планирование электропитания» выше).

Примечание: 2: Обычно для серверного корпуса Cisco UCS требуется как минимум два блока питания для неизбыточной работы. Только небольшие конфигурации (требующие менее 2500 Вт) могут питаться от одного блока питания. Cisco UCS Manager включает минимальное количество блоков питания (PSU), необходимое для поддержки запрошенного бюджета мощности и соблюдения выбранной политики резервирования.

Примечание. Коммутаторы Cisco Nexus серии 9000 предлагают универсальный блок питания, поддерживающий входное напряжение 277 В переменного тока.Для более высокого входного напряжения требуется другой тип входного разъема, Saf-D-Grid.

При выборе кабеля следует учитывать безопасность. Организации часто спрашивают: «Можно ли использовать кабель, который соединяет розетку C13 на PDU с розеткой C20 на оборудовании?» Заманчиво использовать эти кабели, потому что в PDU обычно намного больше розеток C13, чем розеток C19. Однако, хотя эти кабели имеются в продаже, их использование, как правило, не рекомендуется. Силовые соединения C19 — C20 рассчитаны на более высокий ток, чем соединения C13 — C14.Использование кабеля, идущего от розеток C13 на стороне PDU к розеткам C19 на стороне оборудования, может привести либо к срабатыванию выключателя, если розетки PDU сработаны, либо, что еще хуже, к потенциальной опасности возгорания и безопасности.

Шаг 3. Мощность

Общая нагрузка, которую может выдержать PDU, зависит от номинала входной вилки объекта. Если фактическая нагрузка превышает номинальную мощность на входной вилке в течение достаточного периода времени, входной выключатель сработает, и питание будет прервано на все, что получает питание от этой вилки.Чтобы разработать решение PDU, которое помогает гарантировать, что питание не прерывается, необходимо каким-то образом оценить нагрузку оборудования на PDU.

Существуют различные способы оценки мощности развертывания ИТ-оборудования в вашем центре обработки данных. Выбранный подход зависит от цели конечного пользователя. В высшей степени консервативный подход, такой как распределение мощности на основе номеров лицевых панелей, снижает риск, но увеличивает капитальные затраты. По оценкам Uptime Institute, 1 киловатт серверной мощности стоит 25 000 долларов США для центра обработки данных уровня IV или 11 000 долларов США для центра обработки данных уровня 1.

Фактическое энергопотребление сервера зависит от многих факторов. Во-первых, и это наиболее очевидно, мощность сервера сильно зависит от конфигурации. Даже для оборудования с аналогичной конфигурацией энергопотребление может варьироваться от системы к системе. Параметры конфигурации платформы, например параметры BIOS и OSPM, влияют на энергопотребление. Кроме того, запущенное приложение очень сильно влияет на энергопотребление. Рабочие нагрузки, в которых не используется процессор с плавающей запятой (FPU), потребляют гораздо меньше энергии.Корпоративные приложения редко, если вообще когда-либо, используют FPU, тогда как научные рабочие нагрузки (высокопроизводительные вычисления [HPC]) требуют большого количества FPU. Учитывая всю изменчивость, любое общее число мощности, которое используется для расчета бюджета мощности, должно быть консервативным.

Следствием избыточного выделения мощности является увеличение стоимости. Следствием недостаточной мощности является повышенный риск простоя. Отдельные компании должны найти подход, который позволит им достичь надлежащего баланса затрат и рисков.

Существует несколько вариантов прогнозирования мощности серверов Cisco UCS, перечисленных здесь. Каждый подход к распределению мощности имеет свои преимущества и недостатки. Если вам неясно, какой из подходов использовать, Cisco предлагает начать с использования подхода калькулятора мощности.

Вариант 1. Распределение мощности лицевой панели. Номинальная мощность лицевой панели сервера — это максимальная номинальная мощность для данной системы. Например, шасси Cisco UCS 5108 имеет до четырех блоков питания на выходе по 2500 Вт, а входная мощность переменного тока составляет 2790 вольт-ампер (ВА) при 200 В переменного тока.Полные спецификации мощности можно найти в Руководстве по подготовке площадки для Cisco UCS и Руководствах по установке и обновлению для Cisco UCS серии C.

● Для обеспечения резервирования 2N требуются все четыре источника. Другими словами, системе предоставляется удвоенная мощность, необходимая для того, чтобы выдержать потерю подачи электроэнергии.

● Таким образом, потребляемая мощность лицевой панели корпуса Cisco UCS 5108 составляет 5580 ВА.

● При питании от лицевой панели PDU Cisco RP208-30M1P-4-8 или RP208-30M1P-6-36 имеет достаточную емкость для поддержки только одного корпуса сервера Cisco UCS.Однако маловероятно, что фактическая мощность шасси Cisco UCS 5108 когда-либо достигнет номера лицевой панели 5580 ВА.

Вариант 2. Калькулятор мощности Cisco UCS: ИТ-отрасль признала, что подготовка центров обработки данных с помощью лицевой панели слишком консервативна. Пользователи редко настраивают серверы таким образом, чтобы они были оснащены максимальным количеством ЦП и производительностью, памятью, дисками, вводом-выводом и т. Д. Калькуляторы мощности могут помочь, позволяя пользователям вводить свою конфигурацию для более точной оценки энергопотребления.

● Хотя калькуляторы мощности предоставляют улучшенные средства для оценки мощности, они могут быть несколько консервативными. Даже для данной конфигурации системы мощность может широко варьироваться в зависимости от приложения.

● Для калькулятора мощности Cisco UCS 100-процентное значение мощности представляет собой максимальное энергопотребление, которое может быть достигнуто в системе. Приложение, используемое для измерения этого значения, использует интенсивные вычисления с плавающей запятой и чрезвычайно интенсивно использует процессор и память.Следовательно, 100-процентное значение мощности, вероятно, является значением мощности, которое может быть достигнуто с помощью приложения HPC.

● Реально развертывания корпоративной Cisco UCS не приблизятся к 100-процентному максимальному значению мощности, даже если загрузка ЦП достигнет 100 процентов. Например, база данных, которая увеличивает загрузку ЦП до 100 процентов, скорее всего, приблизится только к 50-процентному значению использования мощности, указанному калькулятором мощности.

● Таким образом, для оценки мощности типичного корпоративного развертывания Cisco UCS с использованием калькулятора мощности Cisco предлагает использовать 50 процентов в качестве фактора рабочей нагрузки системы.

Вариант 3. Прямое измерение мощности: при оценке мощности вы не можете получить более точную оценку, чем прямое измерение. Прямое измерение почти наверняка даст более низкое значение мощности, чем определенное с помощью вычислителя мощности (даже при 50 процентах) или лицевой панели.

● Однако резервирование пропускной способности цепи на основе этого значения приводит к высокому риску ложных срабатываний выключателя. Рабочие нагрузки в центре обработки данных со временем развиваются.

● То, что представляет собой максимальную реалистичную мощность сегодня, может быть значительно ниже максимальной мощности, достижимой при внедрении нового программного обеспечения или рабочих нагрузок.

● Опытные конечные пользователи, принимающие на себя риск такого подхода, тщательно контролируют свои рабочие нагрузки и обычно учитывают соответствующий запас прочности.

● Группы питания Cisco UCS Manager — отличный способ получить экономические преимущества от экономичного выделения ресурсов питания при сохранении системы безопасности при эксплуатации, которая восстанавливает неиспользуемую емкость (рис. 8). Группа питания — это набор шасси, серверов, межкомпонентных соединений и / или расширителей матрицы, которые все получают питание от одного и того же блока PDU.Пользователи могут назначить группе явный бюджет мощности. Это позволяет пользователям безопасно увеличивать подписку на PDU.

● Для обеспечения центра обработки данных логическим способом использования ограничения является объединение всех серверов, потребляющих питание от одной цепи, в единую группу. Затем можно установить ограничение мощности для группы, которая защищает центр обработки данных от срабатывания автоматических выключателей.

Рис. 8. Power Capping

● Ограничение мощности может дать значительные преимущества, но его также можно использовать неправильно.Если ограничение мощности установлено ниже фактической максимальной мощности, это повлияет на производительность сервера. В общем, снижение производительности — это механизм ограничения мощности. Дополнительные сведения об ограничении мощности группы Cisco см. В разделе «Управление питанием» в техническом документе Cisco Unified Computing System: интегрированный подход .

Сбор параметров мощности и охлаждения объекта

Прежде чем можно будет разработать решение для стойки и PDU, вы должны понять возможности центра обработки данных, а также требования к оборудованию.На предприятии должно быть достаточно места, электроэнергии и охлаждения:

● Пространство: физическое пространство в стойке измеряется в единицах стойки (RU), то есть в единицах вертикального пространства. 1RU места составляет 1,75 дюйма в стойке; 42RU — это объем вертикального пространства, доступного в стойке Cisco R42612. Пространство обычно является наименее ограничивающим фактором плотности развертывания ИТ-оборудования. Часто количество оборудования, которое может быть развернуто в стойке, ограничено способностью обеспечивать питание или отвод тепла.

● Электропитание: для количественной оценки мощности цепи питания переменного тока в центре обработки данных пользователи должны знать ее напряжение и максимально допустимый ток. Часто полезный ток меньше максимального номинального тока. В США номинальные характеристики всех силовых цепей должны быть снижены на 20 процентов, чтобы соответствовать Национальному правилу противопожарной защиты (NFPA) 70: Национальному электротехническому кодексу. Например, в США номинальная мощность 20-амперной (А) цепи снижена до 16 А.

Для однофазной силовой цепи:

◦ Максимальная мощность = среднее напряжение, умноженное на средний ток

Для трехфазной силовой цепи:

◦ Максимальная мощность = среднее межфазное напряжение, умноженное на средний ток и 1.732, где постоянная 1,732 является результатом того факта, что не все три фазы вырабатывают одинаковую мощность одновременно. Напряжение и ток каждой фазы проходят через ноль в разное время.

◦ Более высокая допустимая мощность трехфазных цепей позволяет использовать меньшее количество цепей питания для фиксированной нагрузки. Многие поставщики PDU предлагают PDU, которые принимают трехфазное питание и подают однофазное питание на розетки оборудования. Обратите внимание, что во многих центрах обработки данных возможность отвода тепла, как правило, является большим ограничением, чем возможность подачи электроэнергии.Для центров обработки данных без надлежащего охлаждения увеличение мощности подачи питания никак не влияет на плотность стоек.

● Охлаждение: вся мощность, подаваемая на ИТ-оборудование, преобразуется в тепло. Во многих центрах обработки данных возможность охлаждения серверов является ограничивающим фактором плотности развертывания стоек. Такие факторы, как использование конструкций с горячими и холодными коридорами, использование заглушек и расположение плиток на полу, влияют на фактическое количество оборудования, которое может быть охлаждено на стойке.Большинство объектов построено с учетом ограничений на охлаждение. Однако, поскольку эксплуатационные методы влияют на достижимую мощность, истинная холодопроизводительность может изменяться со временем на любом данном предприятии. Единственный способ сделать какие-либо предположения относительно охлаждающей способности данного центра обработки данных — это спросить кого-нибудь, кто знаком с ограничениями этого объекта.

Разработка решения PDU

Последний шаг в процессе проектирования решения по энергоснабжению — согласование возможностей объекта с требованиями к питанию ИТ-оборудования.Эти два параметра были определены в предыдущих разделах.

Шаг проектирования лучше всего пояснить на конкретных примерах, приведенных в приложении в конце этого документа.

Блок распределения питания (PDU) серии Cisco RP

PDU

Cisco ^{серии RP — идеальный выбор для гибкого, надежного, простого в развертывании распределения питания с защитой ответвлений. Кроме того, Cisco предлагает полную линейку продуктов для вычислений, стоек и питания, которые оптимизированы и сертифицированы для блейд-серверов и стоечных серверов Cisco UCS.Серия RP включает опции для измерительных входов для удаленного мониторинга для оптимизации использования энергии и защиты цепей.}

В рамках этих типов предложения PDU делятся на блоки, предназначенные для электрических вилок американского типа, и блоки, разработанные для вилок международного типа, которые поддерживают одно- и трехфазный вход. После определения желаемого входа, требований к разъему оборудования, возможностей мониторинга, желаемых выходов и варианта монтажа можно определить конкретный номер детали Cisco.

Базовые блоки PDU серии Cisco RP

Базовые модели PDU серии Cisco RP экономично и эффективно распределяют мощность с одного входа до 24 розеток. Базовый PDU доступен в двух вариантах монтажа: горизонтальном и вертикальном. Горизонтальные блоки распределения питания устанавливаются в стойку и занимают одно или два места в стойке (1RU или 2RU). Горизонтальные PDU идеальны для небольших развертываний или для минимизации перегрузки силового кабеля, создаваемой несколькими вертикальными PDU. Из-за своего меньшего размера горизонтальные PDU имеют меньше розеток.Вертикальные (0RU) блоки распределения питания можно устанавливать на задней или боковой стороне стойки. Стойка Cisco R42612 может поддерживать до шести вертикально установленных PDU. Вертикальные блоки распределения питания идеально подходят для крупных развертываний или при ограниченном пространстве в стойке. Базовые блоки PDU Cisco серии RP разработаны, протестированы и одобрены для использования с решениями Cisco. Бюджетные PDU Cisco могут увеличить ценность существующих систем электропитания, одновременно повышая надежность и доступность системы. В таблице 4 приведены технические характеристики базовых блоков PDU Cisco серии RP.

Таблица 4. Технические характеристики базовых блоков PDU серии Cisco RP

PDU Cisco серии RP с измеряемым входом

Блоки распределения питания с измеренным входом серии Cisco RP — отличный выбор для гибкого, надежного и простого в развертывании распределения питания с удаленным мониторингом для оптимизации энергопотребления и защиты цепей.PDU с измерением имеет те же функции, что и базовый PDU, плюс цифровой измеритель нагрузки для удаленного мониторинга тока, позволяющий балансировать нагрузку и предотвращать перегрузки. Эти блоки распределения питания включают гибкие варианты монтажа и уровни мощности от 5,7 кВт до 22,1 кВт. В таблицах 5 и 6 приведены технические характеристики блоков PDU с измеряемым входом серии Cisco RP.

Таблица 5. Спецификации для однофазных БРП с измеряемым входом серии RP

Таблица 6. Технические характеристики трехфазных БРП с измеряемым входом серии RP

Типы входных разъемов PDU серии Cisco RP

PDU

Cisco серии RP поддерживают широкий диапазон типов входного напряжения.Входное напряжение, номинальный ток и регион (Северная Америка или международный) определяют, какая входная вилка требуется. Максимальная мощность PDU для международных версий выше, потому что (1) входная вилка рассчитана на более высокий ток и (2) требования к снижению номинальных значений, определенные Национальным законодательством по противопожарной защите (NFPA) 70: Национальный электротехнический кодекс не применяется за пределами Северной Америки. . Таблица 7 суммирует возможности различных входных штекеров.

Таблица 7. Детали входной заглушки

Для получения дополнительной информации

Внутри Cisco

Стойка Cisco R42612 и блоки распределения питания с измеряемой входной мощностью Cisco серии RP

Руководство по установке стойки Cisco серии R и PDU серии RP

Технические характеристики базовых блоков распределения питания Cisco серии RP

Технические характеристики блоков распределения питания с измеряемой входной мощностью Cisco серии RP

Управление питанием в унифицированной вычислительной системе Cisco: интегрированный подход Официальный документ

Внешний

Одним из отличных источников информации и передового опыта является Green Grid.Green Grid объединяет производителей оборудования, фирмы, занимающиеся проектированием центров обработки данных, и конечных пользователей, и предлагает обширную подробную информацию о стандартах и ​​методах энергоэффективности ИТ.

Кроме того, через Технический комитет 9.9 (TC 9.9) ASHRAE (Американское общество отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха) предоставило отличные рекомендации по объектам центров обработки данных.

Приложение: Примеры проектов

Пример 1: Среднее развертывание (стойка и блейд-сервер)

Первый шаг включает в себя (1) определение требований к резервированию мощности на основе требований доступности, (2) определение количества розеток на основе требований к аппаратному обеспечению решения и требований к избыточности и (3) определение требований к мощности на основе конфигурации оборудования.В этом примере решение включает пару межкомпонентных соединений, блейд-серверы и стоечный сервер. Конкретная конфигурация оборудования описана в Таблице 8.

Таблица 8. Пример 1 Конфигурация решения

В этом примере требование доступности — резервирование сети.Это означает, что требуются два резервных источника питания переменного тока. Во время нормальной работы нагрузка на оборудование распределяется между обоими подачами, при этом одна подача способна поддерживать всю нагрузку оборудования во время запланированной или незапланированной потери одной подачи. Количество и тип сосудов указаны в Таблице 9.

Таблица 9. Пример 1 Требования к розетке

Опять же, эти требования основаны на политике резервного питания.Количество необходимых вилок зависит от желаемого резервирования и ожидаемого энергопотребления. Как правило, для шасси блейд-модуля Cisco UCS 5108 с политикой питания с резервированием сети требуется два блока питания, подключенных к каждому входному каналу переменного тока. Если выбрана другая политика резервирования (N + 1 или неизбыточная), может потребоваться меньше блоков питания и меньше входов.

Следующий шаг — определить, сколько энергии требуется для поддержки решения. Калькулятор мощности Cisco UCS используется для оценки ожидаемого энергопотребления.Расчетная потребляемая мощность колеблется от 1500 Вт в режиме ожидания до 4900 Вт при выполнении максимально возможных рабочих нагрузок в наихудших условиях эксплуатации. См. Рисунок 9 для получения более подробной информации. Расчетное значение типичного энергопотребления составляет 3200 Вт и основано на 50-процентном коэффициенте рабочей нагрузки системы. Как правило, для определения мощности, необходимой для решения, рекомендуется коэффициент рабочей нагрузки системы 50 процентов.

Рисунок 9. Пример 1 Оценка энергопотребления

Следующим шагом является определение доступной мощности и охлаждающей способности, поддерживаемой центром обработки данных.В этом примере используется типичная однофазная розетка для предприятий США. Каждой стойке выделяются две розетки L6-30R, каждая розетка подключена к разным схемам распределения питания переменного тока для поддержки резервирования сети. Каждый источник питания способен обеспечить непрерывную мощность 4992 Вт. Размеры охлаждающего решения соответствуют доступной мощности на стойку. Таким образом, каждая стойка рассчитана на обеспечение приблизительно 5 кВт постоянной мощности и охлаждения для установленного ИТ-оборудования.

Объем места в стойке, необходимый для решения, указан в Таблице 10.Стойка R42612 обеспечивает 42RU полезного пространства стойки.

Таблица 10. Пример 1 Требования к пространству в стойке

Примечание. 33RU физического пространства остается для блоков PDU и / или другого оборудования.Неизрасходованное пространство следует заполнить филенчатыми панелями.

Последний шаг — выбрать соответствующий стоечный PDU. Серия Cisco RP включает четыре модели с L6-30P. Максимальное расчетное энергопотребление для решения составляет 4400 Вт. Каждая вилка L6-30 способна обеспечить 4992 Вт постоянной мощности. Таким образом, один блок распределения питания Cisco RP Series более чем способен поддерживать это решение. Второй PDU Cisco RP Series требуется для поддержки требований избыточности.Например, заказчик планирует контролировать потребление входной мощности с помощью Cisco UCS Manager. Поэтому для этого примера выбрана базовая модель. В стойке Cisco R42612 достаточно места для поддержки варианта горизонтального или вертикального монтажа. Горизонтальный стоечный БРП (RP208-30-1P-U-1) имеет всего шесть розеток (два IEC 320 C13 и четыре IEC 320 C19). Хотя розеток достаточно, розеток IEC 320 C13 недостаточно.

В этом случае можно использовать розетку IEC 320 C19; однако требуется специальный переходной кабель (от IEC 320 C13 до IEC 320 C20).Этот тип переходного кабеля недоступен в Cisco и должен быть приобретен у партнера.

В этом примере выбрана модель вертикального монтажа (RP208-30-1P-U-2). Эта модель имеет достаточное количество розеток, а также дополнительные розетки для поддержки дополнительного оборудования, развернутого в стойке.

Пример 2: Большое развертывание (блейд-сервер)

Первый шаг включает в себя (1) определение требований к резервированию мощности на основе требований доступности, (2) определение количества розеток на основе требований к аппаратному обеспечению решения и требований к избыточности и (3) определение требований к мощности на основе конфигурации оборудования.В этом примере решение включает пару межкомпонентных соединений, блейд-серверы и стоечный сервер. Конкретная конфигурация оборудования описана в Таблице 11.

Таблица 11. Пример 2 Конфигурация решения

В этом примере требование доступности — резервирование сети.Это означает, что требуются два резервных источника питания переменного тока. Во время нормальной работы нагрузка на оборудование распределяется между обоими подачами, при этом одна подача способна поддерживать всю нагрузку оборудования во время запланированной или незапланированной потери одной подачи. Количество и тип сосудов указаны в Таблице 12.

Таблица 12. Пример 2 Требования к розетке

Опять же, эти требования основаны на политике резервного питания.Количество необходимых вилок зависит от желаемого резервирования и ожидаемого энергопотребления. Как правило, для шасси блейд-модуля Cisco UCS 5108 с политикой питания с резервированием сети требуется два блока питания, подключенных к каждому входному каналу переменного тока. Если выбрана другая политика резервирования (N + 1 или неизбыточная), может потребоваться меньше блоков питания и меньше входов.

Следующий шаг — определить, сколько энергии требуется для поддержки решения. Калькулятор мощности Cisco UCS используется для оценки ожидаемого энергопотребления.Расчетная потребляемая мощность колеблется от 6150 Вт в режиме ожидания до 23 500 Вт при выполнении максимально тяжелых рабочих нагрузок в наихудших рабочих условиях. См. Рисунок 10 для получения более подробной информации. Расчетное значение типичного энергопотребления составляет 14 700 Вт и основано на 50-процентном коэффициенте рабочей нагрузки системы. Как правило, для определения мощности, необходимой для решения, рекомендуется коэффициент рабочей нагрузки системы 50 процентов.

Рисунок 10. Пример 2 Оценка энергопотребления

Следующим шагом является определение доступной мощности и охлаждающей способности, поддерживаемой центром обработки данных.В этом примере используется типичная однофазная розетка для предприятий США. Каждой стойке выделяются две розетки 460R9, каждая из которых подключена к разным схемам распределения питания переменного тока для поддержки резервирования сети. Каждый источник питания может обеспечивать постоянную мощность 17,3 Вт. Размеры охлаждающего решения соответствуют доступной мощности на стойку. Таким образом, каждая стойка рассчитана на обеспечение приблизительно 17,3 кВт постоянной мощности и охлаждения для установленного ИТ-оборудования.

Объем места в стойке, необходимый для решения, указан в Таблице 13.Стойка R42612 обеспечивает 42RU полезного пространства стойки.

Таблица 13. Пример 2 Требования к пространству в стойке

Примечание: 4RU физического пространства остается для блоков PDU и / или другого оборудования.