10880

51

на другой, переходные полиэтилен/сталь и др.

а – фланцевое; б – муфтовое.

Рис. 1.28 Разъемные соединения трубопроводов

Заглушки используют для отключения участков трубопровода на период ремонта, устанавливают на ответвлениях на перспективу развития или на концевых участках труб.

Фасонные изделия предназначены для удобства монтажа при устройстве углов поворота и ответвлений трубопроводов. Это отводы, тройники, крестовины, переходы с одного диаметра на другой. Фасонные изделия, как правило, являются унифицированными деталями заводского изготовления, но могут изготавливаться на заказ в том случае, если требуется выполнить нестандартное соединение или ответвление.

1.6.2 Опоры и компенсаторы тепловых сетей

Опоры трубопроводов устанавливают для восприятия усилий, возникающих в теплопроводах, и передачи их на несущие конструкции или грунт. По способу восприятия нагрузки различают промежуточные подвижные (свободные) опоры и неподвижные (мертвые). Промежуточные опоры предназначены в основном для восприятия вертикальной нагрузки от массы труб, теплоносителя и изоляции. Они рассчитаны также на воспринятие небольшой горизонтальной нагрузки, возникающей от трения опорных конструкций труб на стойках. Неподвижные опоры закрепляют трубопровод в данном месте, не дают трубе перемещаться и воспринимают вертикальную и горизонтальную нагрузку

53

80 мм, низкие опоры (90 мм) используют для прокладки трубопроводов с толщиной тепловой изоляции до 80 мм. Опоры скользящего типа применяют независимо от направления горизонтальных перемещений трубопроводов при всех способах прокладки и для всех диаметров труб.

С увеличением диаметров трубопроводов более 175 мм трение на опорах существенно возрастает. Для уменьшения сил трения применяют опоры качения, разделяющиеся на роликовые, катковые и шариковые.

Роликовые опоры (рис. 1.30) используют при прокладке труб диаметром 175 мм и более при горизонтальных перемещениях труб под углом к оси трассы, прокладке в коллекторах и на отдельно стоящих опорах.

Горизонтальная реакция на свободной опоре роликового типа рассчитывается из условия равновесия действующих силовых моментов.

Рис. 1.30 Роликовая опора

Для того чтобы ролик вращался, необходимо, чтобы момент сил, создаваемый трубопроводом на поверхности ролика, относительно оси вращения превышал сумму моментов сил трения на поверхности ролика и на поверхности цапф относительно той же оси. Плечо трения качения зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Уменьшение горизонтальной реакции в роликовой опоре по сравнению со скользящей достигается за

54

счет того, что радиус цапфы меньше радиуса ролика r/R<1.

Катковые опоры применяются для прокладки труб диаметром 200 мм и более при осевом перемещении труб при прокладке в тоннелях, на кронштейнах, на отдельно стоящих опорах и эстакадах.

Шариковые опоры предназначены для прокладки труб диаметром 200 мм и более при горизонтальных перемещениях труб под углом к оси трассы при прокладке в тоннелях, на кронштейнах, на отдельно стоящих опорах и эстакадах.

В катковых (и шариковых) опорах башмак вращает и перемещает каток (или шарики) по опорному листу, на котором предусматриваются направляющие планки и выточки для предотвращения перекосов, заеданий и выхода катка. При вращении катка (шариков) скольжение поверхностей отсутствует, вследствие чего уменьшается значение горизонтальной реакции. Места приварки башмака к трубопроводу являются опасными в коррозионном отношении, поэтому более перспективными следует считать конструкции свободных опор с хомутовыми и приклеенными башмаками, которые устанавливают без нарушения тепловой изоляции.

Подвесные опоры (рис. 1.31) применяют в тех случаях, когда по условиям размещения трубопроводов относительно несущих конструкций скользящие и катящие опоры не могут быть установлены. Пружинные или подвесные опоры применяются для труб диаметром 150 мм и более в местах вертикальных перемещений труб.

Недостатком простых подвесных опор является деформация (перекосы и изгибы) труб. Вследствие различной амплитуды подвесок, находящихся на различном расстоянии от неподвижной опоры, возрастает температурная деформация трубопровода и возрастает угол поворота подвесок. Подвесные опоры с жесткими подвесками применяют при надземной прокладке теплопроводов на участках, не чувствительных к перекосам: с гибкими компенсаторами и на участках самокомпенсации (углы поворота трассы, подъемы, опуски). При недопустимости перекосов трубы на участках трубопроводов с сальниковыми и осевыми сильфонными компенсаторами предусматривать прокладку трубо-

55

проводов на подвесных опорах не допускается.

а – простая; б – пружинная; в – с контргрузом.

Рис. 1.31 Подвесные опоры

Теплопровод, лежащий на подвижных опорах, под действием весовых нагрузок (веса трубопровода с теплоносителем, изоляционной конструкцией и оборудованием и иногда от ветровой нагрузки) прогибается, и в нем возникают изгибающие напряжения, значения которых зависят от расстояния (пролета) между опорами. В связи с этим основной задачей при проектировании является определение максимально возможного пролета между опорами, при котором изгибающие напряжения не превышают допустимых значений, а также величины прогиба теплопровода между опорами.

Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в отдельных точках, разделения его на независимые по температурным деформациям участки и для восприятия усилий, возникающих на этих участках. Неподвижные опоры устраняет возможность последовательного нарастания горизонтальных усилий и передачу их на оборудование и арматуру. Горизонтальная нагрузка при температурных удлинениях труб может достигать больших значений. Неподвижные опоры по способу закрепления трубы бывают упорные, щитовые и хомутовые. Изготовляют эти опоры, как правило, из стали или железобетона.

56

а – упорная лобовая; б – хомутовая.

Рис. 1.32 Стальные неподвижные опоры

Лобовые опоры это упорные стальные неподвижные опоры, представляют собой стальную несущую конструкцию (балку или швеллер), располагаемую между упорами, приваренными к трубе (рис.

1.32, а, рис.1.33). Несущая конструкция защемляется в строительные конструкции камер, приваривается к мачтам, эстакадам и др. Лобовые опоры применяются в камерах проходных и полупроходных каналах для креп-

ления трубопроводов размерами от 108 до

1420 мм.

Хомутовая опора (рис. 1.32, б) представляет собой стальную конструкцию из двух упоров по одному с каждой стороны несущей конструкции, привариваемых при монтаже к трубопроводу, и одного или двух хомутов, привариваемых к несущей конструкции. Хомутовые опоры применяют для закрепления труб диаметрами от 25 до 377 мм, они удобны для закрепления труб, уложенных на балках, кронштейнах, стойках и т.п. Такие опоры могут служить и в качестве подвижных опор для труб небольших диаметров, если трубу не приваривать к упорам.

Железобетонные неподвижные опоры, обычно выполняют в виде щита (щитовые опоры), устанавливаемого при бесканальной прокладке на фундамент или защемляемого в основании и перекрытии каналов и камер (рис. 1.34).

Железобетонный щит состоит из двухслойной армированной сетки, которая заливается бетоном. С обеих сторон щитовой опоры к трубопроводу

57

приваривают опорные кольца (фланцы с косынками), через которые и передаются усилия. Такая конструкция позволяет обеспечить полную неподвижность фиксируемого участка. При этом щитовые опоры не требуют мощных фундаментов, так как усилия на них передаются центрально.

Рис. 1.34 Неподвижные щитовые опоры

Щитовые опоры используют для неподвижного защемления труб в камерах, непроходных каналах и при бесканальной прокладке. При выполнении щитовых опор в каналах в них делают отверстия для пропуска воды и воздуха.

Неподвижные опоры устанавливают:

−на выходе из источника теплоты, на входе и выходе из ЦТП, насосных подстанций и других зданий для снятия усилий на оборудование и арматуру и предотвращения разрушения несущей конструкции здания при температурных деформациях труб;

−в местах ответвлений трубопроводов для устранения взаимного влияния сил, действующих в перпендикулярных направлениях;

−на поворотах трассы для устранения влияния изгибающих и крутящих моментов, возникающих при естественной компенсации.

Расстояние между неподвижными опорами зависит от типов компенсационных устройств и диаметров трубопроводов, чем больше диаметры труб, тем больше расстояние между опорами. В результате расстановки неподвижных опор трасса тепловых сетей разбивается на прямолинейные участки, имеющие различные длины и диаметры трубопроводов.

Неподвижное закрепление трубопровода производят для предупреждения самопроизвольного его смещения при удлинениях. Но при отсутствии

58

устройств, воспринимающих удлинения трубопроводов между неподвижными закреплениями, возникают большие напряжения, способные деформировать и разрушать трубы. Для устранения (или значительного уменьшения) усилий, возникающих при тепловых удлинениях труб в тепловых сетях, служат компенсационные устройства – компенсаторы.

Компенсация температурных удлиннений трубопроводов требуется при средней температуре теплоносителя более +50°C. Тепловые перемещения теплопроводов обусловлены линейным удлинением труб при нагревании. Теп-

где α − коэффициент линейного удлиннения, мм/м·°С;

L − длина трубопровода между двумя неподвижными опорами, м; t − температура теплоносителя, ° С;

tо− температура окружающей среды, ° С.

Коэффициент линейного удлинения α зависит от материала труб, для стальных труб принимается в зависимости от температуры, в среднем он равен 0,012 мм/м·°С. Для углеродистой стали удлинение 1 м трубы на каждые 100° С

изменения температур составит L=1,2 мм. Для безаварийной работы тепловых сетей необходимо, чтобы компенсирующие устройства были рассчитаны на максимальные удлинения трубопроводов. Исходя из этого при расчете удлинений температура теплоносителя принимается максимальной, а температура окружающей среды – минимальной и равной:

1)расчетной температуре наружного воздуха при проектировании отопления – для надземной прокладки сетей на открытом воздухе;

2)расчетной температуре воздуха в канале – для канальной прокладки

сетей;

3)температуре грунта на глубине заложения бесканальных теплопроводов при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления.

Необходимое число компенсаторов для расчетного прямолинейного участка трубопровода составляет:

где Lуч − длина расчетного прямолинейного участка трубопровода, м;

Lmax − максимально допустимое расстояние между неподвижными опорами. Расчетный участок разбивается на п отрезков длиной L, разделяемых неподвижными опорами. Внутри каждого участка устанавливают компенсатор

выбранного типа.

По принципу действия компенсаторы можно разделить на две группы:

1)радиальные или гибкие устройства, воспринимающие удлинения теплопроводов изгибом (плоских) или кручением (пространственных) криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

2)осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинящих вставок.

Радиальные компенсаторы устанавливают на теплосети любой конфигурации, так как они компенсируют как осевые, так и радиальные усилия. К радиальным компенсаторам, применяемым в тепловых сетях, относятся гибкие и волнистые шарнирного типа.

Гибкие компенсирующие устройства самые распространенные. Наиболее простая компенсация достигается естественной гибкостью поворотов самого трубопровода, изогнутого под углом не более 150°.

Естественная компенсация температурных деформаций происходит в результате изгиба трубопроводов (рис. 1.35). При сооружении теплопроводов стремятся максимально использовать все повороты трубопровода, которые обеспечивают естественную компенсацию. В этом случае в каналах тепловой сети необходимо обеспечивать зазор между стенками канала и наружной поверхностью изолированного трубопровода, размеры зазора должны быть достаточны для свободного удлинения плеч трубы. При бесканальной прокладке трубопроводов для использования естественной компенсации на участках поворотов должны быть сооружены непроходные каналы соответствующих поперечных

60

размеров.

а – при одинаковых длинах плеч б – при разных длинах плеч

Рис. 1.35 Схема работы Г-образного участка теплопровода – угла самокомпенсации

При естественной компенсации на поворотах трассы температурные деформации трубопроводов приводят к поперечным смещениям участков. Величина смещения зависит от расположения неподвижных опор: чем больше длина участка, тем больше его удлинение. Это требует увеличения ширины каналов и затрудняет работу подвижных опор, а также не дает возможности применять современную бесканальную прокладку на поворотах трассы. Максимальные напряжения изгиба возникают у неподвижной опоры короткого участка, так как он смещается на большую величину.

Для естественной компенсации могут быть использованы подъемы и опуски труб, но естественная компенсация не всегда может быть предусмотрена. На прямолинейных участках для компенсации удлинений труб применяют специальные гибкиие компенсаторы различной конфигурации – лирообразные, П-образные, S-образные, Z-образные (рис. 1.36). При подземной прокладке компенсаторы размещают в специальных кирпичных или железобетонных нишах по длине теплотрассы.