Опора трубопровода

Принцип действия

За исключением узлов ТУ 1468-001-00151756 большинство конструктивных исполнений опор трубопроводов могут быть и подвижными, и неподвижными. Основной проблемой длинномерной конструкции из стальных изделий остается линейное расширение конструкционного материала.

Поэтому под трубы устанавливаются, по большей части, подвижные опоры, компенсирующие вертикальные и боковые нагрузки:

  • вспучивание грунта;
  • осыпание почвы на отдельных участках;
  • просадка грунтов с низким расчетным сопротивлением;
  • снеговые и ветровые нагрузки;
  • сейсмическая активность региона;
  • напор воды при затоплении поймы или прохождении путепровода по дну водоема.

В узловых точках монтируются неподвижные опоры, обеспечивающие запас прочности всего трубопровода в целом. Чем большие вертикальные нагрузки испытывают скользящие опоры, тем выше сила трения при продольном смещении труб и износ, соответственно. В расчетах принимают следующие значения сил трения:

  • сталь/фторопласт – 0,1;
  • сталь/сталь – 0,3;
  • сталь/бетон – 0,5.

В отдельных случаях коэффициент трения стали по стали может достигать 0,7 единиц. Перекос башмаков относительно опорных поверхностей приводит к резкому увеличению контактных напряжений.

В большинстве скользящих опор происходит трение поверхности труб об отдельные элементы сборочной единицы. Исключением являются опоры под сварку (приварку) и с прокладками из полимерных материалов. В первом случае сварка позволяет сместить акценты, трутся друг о друга детали самой опоры, труба подобных нагрузок не испытывает. Во втором варианте изнашиваются прокладки, являющиеся расходными элементами.

Это интересно: Приспособления и инструменты для развальцовки медных труб — разъясняем детально

Характеристики подвижности

Подвижные опорные части должны выполнять одновременно несколько функций. Прежде всего, они передают усилия опорной реакции трубы на несущую конструкцию. Желательно, чтобы место приложения вертикальной составляющей опорной реакции не изменялось. В противном случае приходится усложнять решение несущей конструкции. Кроме того, конструкция опорной части должна обеспечивать такое опирание трубы, чтобы напряжения в стенках последней были минимальными.

Необходимость в подвижности опор вызывается перемещением трубопровода под действием теплового расширения. Неподвижные опоры передают продольные нагрузки от трубопровода анкерным несущим конструкциям. Подвижные опоры устанавливают на промежуточные несущие конструкции, предназначенные для передачи вертикальных нагрузок. Горизонтальные нагрузки на промежуточные несущие конструкции пропорциональны коэффициенту трения в подвижных опорах трубопровода.

Горизонтальная подвижность

Продольно-подвижные опоры (катковые и скользящие направляющие) обеспечивают перемещения трубопровода вдоль оси. Шариковые и скользящие опоры обеспечивают подвижность, как в продольном, так и в поперечном к оси трубопровода направлении.

Расчётная сила трения одного трубопровода по опоре определяется умножением расчётной вертикальной нагрузки от этого трубопровода на коэффициент трения, принимаемый равным в опорных частях:

  • скользящих «сталь по стали» — 0,3;
  • катковых — вдоль оси трубопровода — 0,1; не вдоль оси — 0,3;
  • скользящих «сталь по бетону» — 0,5;
  • скользящих «сталь по фторопласту» — 0,1.

Детальные исследования сил сопротивления перемещениям в скользящих опорах «сталь по стали» показали, что среднее значение коэффициента трения находится в пределах 0,5—0,6, а максимальное может превышать 0,7. При испытаниях было отмечено, что башмак опирается на опорный лист крайне неравномерно; это приводит к возникновению больших контактных напряжений, что вызывает царапание, задиры металла и, естественно, сильно увеличивает сопротивление сдвигу.

Специально поставленные эксперименты показали, что при проектном положении катка величина коэффициента трения составляет 0,01—0,03 — это на порядок ниже нормируемого (0,1). Ржавление и засорение опорного листа песком приводит к увеличению коэффициента трения до 0,04—0,08. Перекос и упор в направляющие не приводит к остановке катка или проворачиванию его на месте; каток продолжает перемещаться относительно опорного листа, но коэффициент трения возрастает до 0,1—0,17.

Коэффициент трения фторопласта-4 в паре с твердым контртелом изменяется от исчезающе малых значений до 0,3. Значение коэффициента трения увеличивается с увеличением скорости скольжения, уменьшении давления и снижении температуры. При скорости скольжения не более 1 мм/с, давлении в пределах 100—400 кг/см2 и интервале температур от минус 60°С до 40°С в литературе указывается диапазон изменения значений коэффициента трения 0,008—0,15. ТУ 1468-001-00151756-2015 ограничивает коэффициент трения в узлах опорных скольжения низкого трения (УОСНТ) величиной 0,06 при любых эксплуатационных нагрузках.

Вертикальная подвижность

Пружинно-рычажный механизм опоры постоянного усилия

В технологических трубопроводных системах, которым свойственно не только горизонтальное, но и вертикальное расположение трубопроводов, тепловое расширение приводит к перемещениям трубопровода в вертикальном направлении. Вертикальная подвижность обеспечивается пружинными упругими опорами переменного усилия и опорами постоянного усилия.

Сложение сил в опоре постоянного усилия

Пружины упругих опор регулируются так, чтобы в рабочем состоянии трубопровода опоры воспринимали собственный вес трубопровода (с изоляцией и продуктом). На практике это требование сводится к обеспечению нулевых прогибов от веса в горячем трубопроводе. В упругих опорах вертикальная сила меняется пропорционально перемещению грузонесущей части.

Основным элементом одного из распространенных типов опор постоянного усилия является рычажно-пружинный механизм, который обеспечивает незначительное изменение величины сжатия пружины в определённом интервале перемещений. Другие конструктивные решения опор постоянного усилия основаны на использовании дополнительных пружин, действующих на грузонесущую часть через кулачки и рычаги с криволинейными поверхностями. Дополнительное воздействие приводит к выравниванию линейной характеристики основной пружины: грузонесущая сила в определённом диапазоне перемещений грузонесущей части становится постоянной.

Расстояния между опо­рами трубопроводов по таблице СНИП

Правильно подобранная дистанция между опорными креплениями является одним из условий эксплуатации системы. Опоры позволяют распределить нагрузку, минимизировать напряжение, а в определенных случаях – при обустройстве тепломагистралей, например, распределить температурную нагрузку.

Нормы СНиП включат в себя требования по расстоянию между опорами для трубопроводов с разным диаметром, толщиной стенки и назначением. Такие данные заносятся в специальные таблицы, что значительно облегчает расчеты. Стоит помнить, что таблица содержит не рекомендованные данные, а точное указание, соответствующие СНиП, сколько и какие конструкции нужны.

Таблица расстояния между опорами трубопр­оводов, приведенная в статье, касается скользящих конструкций для стальных труб.

Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Максимальное расстояние между опорами, м Принимаемое расстояние при наземной и подземной укладке, м Принимаемая дистанция при подземной укладке в непроходимых каналах, м
25 2,5 2.5 1,9 1,9
32 2,5 3,2 2,7 2,7
40 2,5 3,9 3,0 3,0
57 2,5 4,9 3,8 3,8
76 3,0 6,4 4,9 3,8
89 3,0 6,9 5,3 4,1
108 3,5 8,3 6,4 4,9
133 4,0 9,6 7,4 5,6
159 4,0 10,4 8,0 6,1
219 4,0 12,8 9,8 6,4
273 4,5 14,7 11,3 7,9
325 5,0 16,6 12,8 8,3
377 5,5 18,3 14,1 9,2
426 6,0 19,8 15,2 9,9
530 7,0 22,7 17,5 11,4
630 8,0 25,6 19,7 12,8
720 8,5 27,7 21,3 13,9
820 9,5 30,3 23,3 15,2
920 10,0 31,9 24,5 16,0
1020 11,0 33,6 25,8 16,8

Расстояния между опо­рами стальных трубоп­роводов при равной величине стенок определяются диаметром. Также влияют характеристики грунта при подземной укладке. Кроме того, при монтаже тепловых трасс согласно СНиП на дистанцию влияет температурная деформация. Для тепломагистралей используют только подвижные опоры с тем, чтобы создать монтажное смещение для компенсации теплового расширения.

Подвески и пружинные блоки

Подвесками называют специальные приспособления, которые используются для крепления коммуникации потолку или балке. В зависимости от метода монтажа опоры на трубу и конструктивных особенностей их разделяют на две группы:

  • Приварные.
  • Хомутовые.

А ещё они могут быть двутяжными или однотяжными (в зависимости от количества тяги). Движение трубы, которая таким приспособлением зафиксирована, обеспечивается за счёт кардановой подвески.

Пружинные блоки крепятся на разные коммуникации и выполняют функцию амортизирующую, распределяя по всему периметру трубы нагрузку и исключая деформацию трубопровода. Это изделие используется как конструктивный элемент подвесок или опор.

Конструкция

  • Хомуты для скользящих опорных элементов. Хомут надежно фиксирует трубы, удерживая конструкцию в нужном положении. Прокладки диэлектрического и антифрикционного типов дополнительно защищают металл, предотвращая его преждевременную усталость. Также хомутовое крепление дает возможность движения труб вдоль оси. Обычно используются U- и П-образные хомуты, опционально – с рёбрами жёсткости.
    Данный метод монтажа применяется для трубопроводов с диаметром сечения в 57–370 мм. Существует несколько типов хомутов:

    • Прутковые;
    • Полосные;
    • Ленточные;
    • Плоские;
    • Бугельные
    • Хомуты с креплением на корпусе;
    • Для бескорпусных конструкций;
    • Направляющие.

Скользящие шариковые опорные элементы. Для обеспечения свободного перемещения труб в местах изгибов, на них устанавливаются шариковые опорные элементы. Чаще всего, подобные элементы используют для трубопроводов больших диаметров. Пята опоры крепится на корпус, заполненный шариками от 30 мм в диаметре. Таким образом, каретка трубопровода всегда будет расположена параллельно плоскости нахождения шариков. Деформации, происходящие из-за изменений температуры и погодных условий, не влияют на расположение опоры.

Хранение

Хранить фасонные элементы необходимо в соответствии с рекомендациями предприятия-изготовителя, а также соблюдая нормативы ГОСТ 30732-2006 и СП 41-105-2002. Для размещения продукции следует выбирать ровные горизонтальные площадки, свободные от камней и иных предметов, способных повредить защитную оболочку и слой теплоизоляции.

Фасонные изделия меньшего диаметра могут укладываться на изделия большего размера. Если предполагается хранение продукции на открытых площадках дольше двух недель, необходимо обеспечить защиту от воздействия прямых солнечных лучей путем устройства навеса или использования непрозрачных рулонных покрытий. Также желательно защитить торцы фасонных элементов от попадания внутрь влаги или загрязнений. Хранение, а также монтаж опор в местах, где существует риск их затопления водой, запрещено.

Контроль состояния и предотвращение аварийности

В 2019 году российские учёные из Института нефтегазовой геологии и геофизики (ИНГГ) Сибирского отделения РАН разработали технологию, позволяющую с помощью изучения акустических шумов следить за состоянием опор трубопроводов. Данный метод подходит также для оценки надежности опор мостов и строительных балок. Изучение акустических шумов, снимаемых со стенок трубопровода, позволяет отслеживать возможное ослабление опорных конструкций, по которым проложен трубопровод, и своевременно предотвращать возможные аварии. Метод, разработанный российскими учёными, позволяет определить снижение устойчивости опор на самой ранней стадии. Метод основан на измерении акустических характеристик в пролётах труб с помощью вертикального геофона и одноканальных цифровых регистраторов. Методика анализа проста, дёшева и не требует существенных затрат вычислительных мощностей.

Особенности и назначение

Опора для труб используется для надежного удержания и закрепления магистрали, при этом не позволяет материалу деформироваться при воздействии температуры, а также эти крепления гасят вибрацию. Опоры стальных технологических трубопроводов или теплоснабжения во многом определяют его надежность в процессе эксплуатации.

Поэтому к выбору и установке выдвигаются повышенные требования и учитываться общепринятые правила, прописанные в ряде документации, имеется специальная таблица на допустимое расстояние между неподвижными или на иные крепления (к примеру — СНиП на опоры металлические для трубопроводов).

Металлические крепления используются в разных отраслях:

  • жилищно-коммунальное хозяйство;
  • атомные и теплоэлектростанции;
  • промышленные предприятия;
  • нефте- и газопроводы;
  • в быту — когда требуется проложить трубопровод теплоснабжения на даче.

Крепления могут принимать на себя такие нагрузки:

  • крутящий момент;
  • вибрации;
  • распорные усилия, вызванные давлением в магистрали;
  • тепловое расширение элементов;
  • поперечные, осевые и вертикальные нагрузки.
Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector