При проектировании чугунных трубопроводов необходимо учитывать силы осевого гидравлического давления

Расчет сил осевого гидравлического давления

При проектировании чугунных трубопроводов необходимо учитывать силы осевого гидравлического давления, возникающие в местах изменения направления трубопровода, уменьшения его диаметра (повороты, тройники, переходы), а также на конце напорного трубопровода, если он заканчивается фланцевой заглушкой.

Значение этих сил может быть достаточно высоким, и они должны быть грамотно рассчитаны и скомпенсированы применением упоров в виде бетонных блоков или раструбно-стопорных соединений (RJ).

Возникновение сил осевого гидравлического давления

При расчете сил осевого гидравлического давления в чугунном трубопроводе можно выделить три частных случая:

  1. действие сил осевого гидравлического давления в узлах (тройники и фланцевая заглушка на конце трубопровода);
  2. на углах поворота (отводы);
  3. при изменении диаметра трубопровода (переходы)

Формулы для расчета силы осевого гидравлического давления

Сила осевого давления, действующая на глухой фланец и на тройник, рассчитывается по формуле:

F=P*S (1),

где F – сила осевого давления (кг);

Р – максимальное внутреннее давление (испытательное давление трубопровода) (кг/см2);

S – площадь сечения трубы (см2).

Силы осевого давления в напорных магистральных трубопроводах, возникающие в местах изменения профиля трассы.

В этом случае сила F осевого гидравлического давления рассчитывается по формуле (2):

F= P*S*2sinα (2),

где

F – сила осевого давления (кг);

Р – максимальное внутреннее давление (испытательное давление трубопровода) (кг/см2);

S – площадь сечения трубы (см2);

α – угол поворота трассы (град).

Сила осевого гидравлического давления, возникающая в местах изменения диаметра трубопроводов (переходы), рассчитывается по формуле (3):

F=P*S*(1-S//S) (3),

где

F – сила осевого давления (кг);

Р – максимальное внутреннее давление (испытательное давление трубопровода) (кг/см2);

S – площадь большего сечения трубы (см2);

S/ – площадь меньшего сечения трубы (см2).

Если посчитать величину данной силы для трубопровода Ду 100 и Ду 300 мм при давлении 16 атм, то они составят соответственно 1,7 т и 13,4 т. Необходимые расчеты силы осевого гидравлического давления Вы найдете в рекомендациях по использованию труб ОАО ЛМЗ «Свободный сокол» (стр.69). Поэтому настоятельно рекомендуем проектировщикам обращать внимание на расчет силы гидравлического осевого давления, так как она может привести к расстыковке раструбных соединений во время опрессовки и эксплуатации трубопроводов из ВЧШГ. Методы компенсации силы осевого гидравлического давления представлены ниже.

Применение укрепительных бетонных блоков для компенсации сил осевого гидравлического давления

Силы осевого гидравлического давления в трубопроводе можно компенсировать с помощью бетонных укрепительных блоков или применением в местах их возникновения труб из ВЧШГ с соединением RJ.

Бетонные укрепительные блоки разрабатываются с учетом конфигурации трубопровода, типа и твердости грунта, наличия либо отсутствия подземных вод. Блок способен компенсировать силы гидравлического осевого давления:

  • либо за счет трения между блоком и грунтом,
  • либо за счет упора в почву.

На практике укрепительные блоки устанавливаются таким образом, чтобы использовать и силу трения, и силы реакции со стороны грунта, в который он упирается.

В руководстве по использованию труб из ВЧШГ ОАО ЛМЗ "Свободный сокол" (стр.71-72) вы можете найти расчет необходимого объема бетона, рассчитанный с учетом,как сил трения с почвой, так и поддержки со стороны упора, в зависимости от плотности грунта.

Активные силы (осевое давление на блок):

F – гидравлическое осевое давление;

М – вес блока;

W – вес почвы;

В – силы опоры на стенки траншеи;

F – сила трения о грунт;

Н – глубина залегания.

Распределение сил при установке блока

Примеры установки укрепительного блока для угла поворота и тройника

Например, из расчета размеров бетонного блока для угла поворота 90° трубопровода Ду 300 мм с испытательным давлением 16 атм при глубине залегания 1,2 м в глинистом грунте по табличным данным (руководство по использованию труб из ВЧШГ ОАО ЛМЗ «Свободный сокол», стр.71) получаем, что объем бетона при плотности 2,3 т/м3 должен быть V = 3,22 м3, а размеры L x h = 2,04 м x 0,70 м.

При заливке бетонного укрепительного блока необходимо выполнять следующие требования:

  • заливать бетон напрямую в окружающий грунт (между блоком и грунтом не должно быть пустого пространства);
  • использовать бетонную смесь с соответствующей прочностью;
  • соединение должно быть доступным для наблюдения во время гидравлических испытаний.

В том случае, если невозможно мертвление с помощью укрепительных блоков из-за стесненных условий (проходные каналы) или из-за низкой прочности грунта, используется соединение типа RJ, которое позволяет распределить сконцентрированные в определенных точках силы давления (повороты, переходы, тройники, фланцевые заглушки) между одной и более трубами, избегая, таким образом, конструирования бетонных укрепительных блоков.

Использование соединений типа RJ для распределения сил осевого давления при невозможности установки укрепительных блоков

Метод состоит в фиксации необходимого количества соединений трубопровода за счет раструбно-стопорного соединения с каждой стороны от угла поворота в целях использования сил трения между участком трубопровода с раструбно-стопорным соединением и грунтом для компенсации сил гидравлического осевого давления. В руководстве по использованию труб из ВЧШГ ОАО ЛМЗ «Свободный сокол» (стр.74) Вы можете найти расчет необходимого количества труб с соединеним типа RJ.

Добавить комментарий

Запрещается использовать формы комментариев на сайте для распространения спама и несанкционированной рекламы на нашем ресурсе.
Запрещаются оскорбления и нецензурная брань.


Защитный код
Обновить