Проектирование трубопроводов из ВЧШГ


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
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.

Распределение сил при установке блока
Распределение сил при установке блока

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.

Примеры установки укрепительного блока для угла поворота и тройника
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
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.

Наши партнеры