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).
При расчете сил осевого гидравлического давления в чугунном трубопроводе можно выделить три частных случая:
- действие сил осевого гидравлического давления в узлах (тройники и фланцевая заглушка на конце трубопровода);
- на углах поворота (отводы);
- 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 ООО ЛТК «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 ООО ЛТК "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.
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 ООО ЛТК «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.
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 ООО ЛТК «Свободный сокол» (стр.74) Вы можете найти расчет необходимого количества труб с соединеним типа RJ.
