Особенности неподвижных опор трубопроводов

Для массивных конструкций с большим весом необходимы неподвижные опоры, при помощи которых осуществляется фиксация трубопровода в требуемой позиции. Это позволяет равномерно распределить температурные удлинения и выровнять силы, воздействующие непосредственно на ось. Очень важная роль отводится правильному подсчету количества неподвижных опор — именно это определяет срок эксплуатации трубопровода. Материал основания определяется в зависимости от того, из какого материала изготовлены трубы. Расчет, проектирование и монтаж неподвижного основания имеет несколько важных правил, которые обязательно нужно учитывать для максимально продолжительного срока эксплуатации трубомагистрали.

Особенности опор

Температурное напряжение в трубомагистрали определяется точностью размещения креплений подпорок по линии оси труб. Для снижения риска появления изменений температуры и продления длительности эксплуатации всего сооружения требуется учет подходящей расстановки неподвижных оснований системы по магистрали и выполнение соответствующих расчетов прочности еще на стадии составления проекта.

Данный тип опор исключает нагрузку вертикального и горизонтального типа на неподвижную основу трубопровода:

1. Вертикальная включает в себя массу материала трубомагистрали, изоляционного слоя и непосредственно вещества, передаваемого по трубам.
2. Горизонтальная складывается из перемещений температуры, осевого давления, силы трения и вибраций.

Чаще всего монтаж опор для трубопроводной трассы используется при прокладке надземной или подземной бесканальной теплосети.

Разновидности

Все неподвижные конструкции, используемые при монтаже теплотрасс, подразделяются на несколько разновидностей:

• одно-, двуххомутовая;
• щитовая;
• лобовая.

Не ошибиться в подборе поможет правильное вычисление осевых нагрузок, предполагаемых для запланированной трубопроводной системы.

Для производства подпорок под трубомагистраль используется сталь или свинец. При определении наиболее подходящего варианта ориентируются на то, из чего изготовлены сами трубы. В случае применения опор для теплосети необходимо убедиться в наличии электроизоляционных прокладок, установленных заводом-производителем. Они требуются для профилактики агрессивного воздействия блуждающих токов, образующихся в процессе эксплуатации трубопроводной магистрали.

С учетом присутствующих усилий опора может быть неразгруженной и разгруженной.

Неразгруженные опоры представляют собой основу, принимающую и распределяющую напряжение оси, которое возникает в момент давления силы тяжести на транспортируемое вещество. В зависимости от диаметра труб показатель давления может быть чрезвычайно высоким. Чаще всего такие опоры используются при монтаже сети, имеющей компенсаторы сальникового типа.

Разгруженными называют основания, которые не зависят от показателей напряжения, образующегося в результате давления на транспортируемое вещество силы тяжести. Часто такие конструкции применяют при укладке тепловой системы, имеющей компенсаторы гибкого типа, или трубопроводной системы с самостоятельным типом компенсации.

Один из наиболее популярных и комфортных вариантов — одно- или двуххомутовые конструкции. В производстве таких подпорок важны упоры, размещенные с разных сторон. Во время установки хомут прикрепляют с помощью сварки к поверхности трубы, второй — к несущей опорной конструкции.

Неподвижное основание для трубомагистрали может быть обычным или усиленным. Это обусловлено предварительно рассчитанной нагрузкой.

Конструктивные элементы

Основание для горизонтального или вертикального основания используют вместе с приварными упорами. В случае чрезмерно высокого осевого напряжения в трубомагистрали рекомендовано использование опор скобообразного типа и хомутов.

Элементы опорных конструкций в пенополиуретановой изоляции:

• защитный кожух;
• соединительный патрубок из стали;
• несущая плита.

Для изготовления внешней поверхности патрубков может использоваться сталь (наливкой стальной полосы) или полиэтиленовые материалы.

Для надежного предотвращения повреждения кожуха и несущей плиты коррозионными процессами производят покрытие полиэтиленом. Значительно реже может быть использовано дисперсное покрытие из полимеров.

Патрубки имеют следующие параметры:

• стандартная длина — 1300, 1500, 1800 или 2000 мм;
• толщина стенок — 2–10 мм;
• окружность — 32–1020 мм;
• материал производства — легированная или углеродистая сталь;
• внешний теплоизоляционный материал.

Для регионов центральной части России используют патрубки со стандартной высотой теплоизоляционной прослойки, для северных областей целесообразно применение увеличенной теплоизоляции.

Несущая плита неподвижных оснований трубомагистрали в пенополиуретановой изоляции может иметь толщину 16–60 мм. При этом обязательно учитывают характеристики установленных патрубков. Показатели несущей способности плиты могут колебаться от 3,2 до 500 т.

Для производства защитного кожуха используют толстостенную трубу, которую и приваривают к плите. Кожух предотвращает деформацию установленных патрубков благодаря равномерному распределению оказываемого давления.

Правила расчета

Неподвижные опорные конструкции очень важны для правильного функционирования трубопроводной системы. Любые погрешности в их расположении, неправильный выбор подпорок или некачественная установка могут стать причиной опасной аварийной ситуации. В процессе монтажа очень важна сверка высоты конструкций, их размещения по всей магистрали и контроль равномерности осуществляемого давления.

Для профилактики лишних изгибающих напряжений и хаотичных просадок прокладку бесканального типа проводят без подпорок под теплотрассой. В данной ситуации для размещения труб используется нетронутая почва или хорошо утрамбованный песчаный пласт.

Интервал между устанавливаемыми опорами обусловливает показатели изгибающего напряжения в трубомагистрали и стрелы прогиба. Для трубопроводной системы, уложенной в подземных каналах, рекомендованы следующие расстояния:

• Ø трубы 100 мм — 80 м;
• Ø 150 мм — 100 м;
• Ø 200 мм — 120 м;
• Ø 250 мм — 130 м;
• Ø 300 мм — 150 м;
• Ø 600 мм — 160 м.

Максимум расстояния при укладке бесканальной трубомагистрали определяют по результатам предварительных расчетов. Чтобы рассчитать показатель изгибающего напряжения и допустимого искривления теплотрассы, проложенной на свободных опорах, используют многопролетную балку.

Предельное изгибающее напряжение определяют по следующему алгоритму:

M0 = ql² / l²,

где q — показатель допустимой нагрузки на конкретную единицу длины трубопроводной системы;

l — размер пролета от подпорки до подпорки.

Удельная нагрузка вычисляется с использованием следующей формулы:

Q = √qb² + qr²,

где qb — показатель вертикальной нагрузки, сочетающий массу труб, передаваемого вещества и теплоизоляции;

qr — показатель горизонтальной нагрузки с учетом силы ветра.

qr = k × (w² / 2) × (ρ × dи),

где w — показатель скорости ветра;

ρ — плотность воздуха;

dи — наружный диаметр изоляции;

k — величина аэродинамического коэффициента (от 1,4 до 1,6).

Учет ветрового усилия необходим только в случае открытого монтажа надземной трубопроводной системы.

Изгибающее напряжение в центре пролета рассчитывают следующим образом:

Mn = ql² / 24.

В случае промежутка от подпорки 0,2l показатель изгибающего напряжения равняется 0.

Для вычисления стрелы трубного прогиба используют формулу

Ν = ql4 / 384EJ.

Для расчета пролета между свободными подпорками применяют формулу

Mo = ql4 / 12 = ϭ4W, тогда

l = √(12ϭ4W/q).

При выборе пролета между неподвижными опорами для разработанной схемы трубопроводной системы ориентируются на то, чтобы суммарные усилия всех работающих напряжений в сварном шве или другом наиболее слабом сечении не были больше предельно допустимой величины.

Правила монтажа

Установку неподвижных опор для трубопроводной системы проводят с использованием железобетонных оснований согласно предварительно составленному проекту их размещения. При этом в обязательном порядке учитывают допустимые погрешности и отклонения. К примеру, величина отклонения положения детали трубы в помещении не должна превышать 5 мм, а для неподвижной опоры, установленной на наружной теплосети, этот показатель достигает 10 мм.

С учетом норм СНиП, если в проекте не зафиксирована величина допустимого уклона, она автоматически равняется 0,001. При укладке водопроводной и тепловой сети применяют особые стандарты расположения подпорок относительно сварного соединения — 5 или 20 см.

Монтаж неподвижного основания для трубопровода с ППУ покрытием осуществляют с использованием различных конструкций:

• стоек из металла или железобетона в условиях открытой территории;
• потолочных или стеновых кронштейнов из металла для тоннелей трубопроводов.

Для надежной защиты неподвижных опор от влажности используются пенополиуретановый материал или термоусадочная оболочка.

Главные правила монтажа:

1. К основанию неподвижной подпорки и поверхности трубы прикрепляют посредством хомутов или приваривают несколько компенсаторов. Их монтируют между рядом расположенными стойками для нормальных температурных удлинений данной трубопроводной системы.
2. Согласно стандартам СНиП, для трубомагистрали могут использоваться стандартные разъемные крепежи хомутов, соответствующих стандартам МВН–МСЭС 1326-56 и 1324-56. Чаще всего используют конструкции из стальных полос, но, по мнению экспертов, более подходящим вариантом станут изделия из круглой стали.
3. При бесканальном монтаже подземной трубомагистрали оптимальным вариантом станет применение неподвижных щитовых опор. При диаметре труб свыше 700 мм не рекомендовано использование хомутов для креплений.
4. Трубомагистраль фиксируют к швеллеру, размещенному вниз полками. В такой ситуации приварные фланцы создают осевое напряжение на железобетонную плиту, что усиливается ребрами жесткости.
5. Под воздействием осевой нагрузки на щитовые опоры происходят изменения окружающей почвы, что может стать причиной передвижения опоры. Чаще всего такая ситуация возникает непосредственно после монтажа трубопроводной системы, когда грунт еще не приобрел необходимую плотность и твердость.
6. Смещение щитовой опоры под влиянием осевых нагрузок не ухудшает функционирование трубопроводной системы, но только в том случае, если сдвиг не превышает 45–50 мм. Именно по этой причине щитовая опора не считается абсолютно неподвижной конструкцией. Применение неподвижных оснований металлических конструкций в канальном помещении с креплением подпорок посредством балки или стойки может сопровождаться их повышенной податливостью.
7. Плиты после окончательного монтажа трубомагистрали и завершения приваривания упоров бетонируют.

Важно учитывать, что не допускается чрезмерный сдвиг подпорок трубопровода. В частности, это относится к трубам, имеющим компенсаторы сальникового типа, что может стать причиной серьезной и опасной аварии. Это обусловлено вырыванием таких компенсаторов из краев трубы в процессе слишком сильного смещения трубомагистрали по направлению к оси. Применение компенсаторов такого типа на неподвижном основании тепловой трассы требует повышенных показателей жесткости.

Нужно обратить особое внимание на то, что возникновение дополнительной горизонтальной нагрузки присуще опорам, установленным в месте поворота, в конце трубы или в точке перехода диаметров.

Основная задача, которую выполняют неподвижные опоры для трубопроводной системы, — фиксация сети в требуемом положении. Они защищают магистраль от деформации под влиянием температурных колебаний.