Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

СТАЛЬНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ

КОНСТРУКЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ

При напорах более 50 м применяются в основном стальные трубопроводы. Оболочка трубы выполняется из малоуглеродистой стали с расчетным сопротивлением 210—290 МПа (2100—2900 кгс/см2). При больших напорах могут применяться легированные стали с расчетным сопротивлением до 450—500 МПа (4500—5000 кгс/см2). Трубопроводы из обычных углеродистых сталей применяются при температуре окружающей среды не менее— 40 °С. При более низких температурах, до —05 °С, трубопроводы выполняются из сталей в нормализованном или отпущенном состоянии. При специальном обосновании применяются стали повышенной прочности с улучшенными технологическими свойствами — свариваемость, пластичность при холодном деформировании, хладостойкость, прокаливаемость и т. д.

По способу изготовления стальные трубопроводы бывают цельнотянутыми, клепаными или сварными. Цельнотянутые трубы в качестве турбинных водоводов применяют на высоконапорных установках при диаметрах не более 0,6 м. Клепаные трубопроводы в настоящее время в СССР практически не строятся. Сварные трубы из листовой стали являются наиболее эффективными, так как применение автоматической сварки под слоем флюса обеспечивает высокую надежность конструкций и сравнительно низкую стоимость сварочных операций. При высоких напорах иногда применяют предварительно напряженные трубы: бандажированные, автобандажированные, перенапряженные и т. п. При бандажировании на цельнотянутую или сварную трубу надеваются в подогретом состоянии стальные кольца (бандажи), которые после остывания обжимают трубу. Предполагают, что разрыв одного бандажа не повлечет за собой разрыва трубопровода или соседних бандажей. При автобандажировании на трубу в холодном состоянии надеваются стальные кольца или труба обматывается высокопрочной проволокой. Затем торцы трубы заделываются и звено трубы опрессовывается повышенным внутренним давлением воды. После снятия давления стенки трубы остаются слегка волнистыми, что увеличивает потери напора на 20—25 % по сравнению с гладкостенной трубой. В автобандажированных трубах толщина оболочки получается в 3—4 раза меньше, чем у гладкостенного трубопровода. Меньше будет и масса трубопровода, потому что бандажи делают из высокопрочной стали.

Расчет автобандажированных трубопроводов приведен в 0-4, с. 241—243.

Фасонные части трубопровода — компенсаторы, колена, тройники (при питании нескольких турбин от одного трубопровода) и т. п.

Компенсаторы бывают температурные, осадочные и температурно-осадочные. Температурные компенсаторы позволяют трубе свободно перемещаться в осевом направлении при изменении длины трубы. При этом снижаются температурные напряжения в оболочке трубы.

Наиболее распространены сальниковые компенсаторы (рис. 17-8 и 17-9). При напорах до 1000 м применяются сварные компенсаторы (рис. 17-8,6). Материалом прокладки служит резиновый шнур квадратного сечения. При напорах менее 100 м прокладка выполняется из шнура прорезиненной льняной ткани с резиновым сердечником. При диаметрах трубы менее 1 м и напорах больше 1000 м применяются литые, сальниковые компенсаторы (рис. 17-8, а) с прокладкой из бронзы или технической кожи.


Осадочные и температурно-осадочные сальниковые компенсаторы применяются при расположении опор трубопровода на мягких грунтах. Осадочный компенсатор (рис. 17-9, а) имеет внутренний патрубок сферической формы, в котором происходят угловые перемещения трубы при осадках одних участков относительно других. Если осадки трубопровода сопровождаются температурными деформациями, то устраиваются температурно-осадочные компенсаторы, которые представляют собой вставные звенья трубы. На одном конце звена находится осадочный (рис. 17-9, а), а на другом температурный (рис. 17-9, б) компенсаторы.


Тарельчатые и линзовые компенсаторы применяются при малых напорах и больших диаметрах трубы. В холодном климате такие конструкции требуют отепления во избежание замерзания воды между тарелками компенсатора.

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТРУБОПРОВОД И НА ЕГО ОПОРЫ

Силы, действующие на трубопровод, определяются внешними нагрузками и воздействиями. Различают основные нагрузки, существующие в нормальных условиях эксплуатации трубопровода, и особые, возникающие в аварийных случаях при отказе от работы отдельных конструкций и оборудования, при землетрясениях, при испытаниях трубопровода и т. п. Сочетания различных нагрузок и воздействий устанавливаются , в соответствии с практической возможностью их действия. За расчетное сочетание нагрузок принимается наиболее неблагоприятное. Например, в колене трубопровода, выпуклом (рис. 17-10), необходимо рассматривать нагрузки при заполненном водой трубопроводе, так как в этом случае равнодействующая сил от давления воды в колене направлена вверх.

Наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок для трубопровода с вогнутым коленом гюлучаетёя в опорожненном состоянии, когда нет

равнодействующей RA, прижимающей опору к основанию. Расчетная нагрузка на трубопровод или его опоры определяется как произведение нагрузки на соответствующий коэффициент возможной перегрузки (см. СНиП II-50—74, с. 8):


На рис. 17-6,6 приведена схема участка разрезного стального трубопровода, находящегося между неподвижными анкерными опорами и опирающегося на ряд промежуточных опор. Благодаря наличию компенсатора, верхний конец трубопровода может свободно перемещаться на промежуточных опорах при изменении длины трубопровода вследствие из-менения температуры.


Осевая сила, вызванная давлением воды на закрытый затвор или заглушку в конце трубы.


Эта сила вызывает в трубопроводе осевое растягивающее напряжение, если конец трубы может свободно перемещаться вдоль оси (рис. 17-6). Сила Ai передается оболочкой трубы на вышележащую анкерную опору. Если между анкерной опорой и затвором (заглушкой) имеется компенсатор (рис. 17-6, б), то затвор должен быть закреплен в опоре В. В этом случае сила А\ на вышележащую анкерную опору не передается и в трубопроводе осевого растяжения не возникает.


В коническом переходе от диаметра Dy к диаметру D2 возникает осевая сила


Вес колена трубопровода, заделанного в анкерную опору, передается на нее и поэтому не раскладывается на составляющие. На каждую промежуточную опору передается нормальная к оси составляющая веса GT участка трубы длиной, равной расстоянию между серединами смежных пролетов.


Силы трения возникают на опорах и в сальниках компенсаторов при перемещении трубопровода вследствие изменения его длины при изменении температуры и имеют осевое направление, обратное перемещению трубопровода. Если последний закреплен внизу в анкерной опоре, то при повышении температуры он, удлиняясь, перемещается вверх, следовательно, силы трения будут направлены вниз и вызовут осевое сжимающее напряжение в оболочке. При понижении температуры силы трения имеют обратное направление.

Возникающие на промежуточных опорах силы трения Силы трения в компенсаторе сальникового типа вызываются трением трубы о набивку, прижимающуюся к трубе давлением воды. Если А обозначает внутренний диаметр раструба компенсатора, а b — длину набивки, то сила трения Кроме перечисленных сил, на трубопровод и его опоры действуют силы, вызванные движением воды, температурными воздействиями, поперечными деформациями и др. Расчетные зависимости для определения указанных сил даны в 0-4 и 17-2.


К особым нагрузкам и воздействиям относятся: 1) сейсмические воздействия; 2) давление воды в трубопроводе при форсированном подпорном уровне ВБ; 3) давление воды от действия гидравлического удара при полном сбросе нагрузки и для условий аварийного отказа от работы холостого выпуска турбин, а также при нарушении системы регулирования и т. п.; 4) строительные и монтажные нагрузки; 5) испытательные нагрузки; 6) внешнее давление воздуха при неисправных воздухоподводящих устройствах во время аварийного опорожнения трубопровода.


Сейсмическое воздействие определяется по СНиП 1I-A-12—69. При специальном обосновании к основным сочетаниям могут относиться снеговые и ветровые нагрузки на открытый трубопровод, которые определяются, согласно СНиП II-6—74.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики