Опоры трубопроводов

Одним из основных направлений профессиональной деятельности «Завода сварных деталей трубопроводов» является производство и реализация            неподвижных, подвижных, свободно-подвижных, вертикальных, пружинных, подвесных, хомутовых, скользящих опор трубопроводов по очень доступным ценам.

Опора трубопровода – металлический элемент, предотвращающий повреждения трубы в месте соприкосновения с опорной конструкцией и удерживающий трубопровод в проектном положении.

Главной функцией опоры под трубопроводы, является снятие действующего на трубы силового воздействия и передача нагрузки несущей строительной конструкции. В большинстве случаев такие элементы применяют для крупногабаритных труб, где предусмотрена их закладка в грунт, либо подъём над уровнем земли.

Назначение и конструкция

В зависимости от назначения и устройства, опоры делят на подвижные и неподвижные, но многие конструктивные типы опор применяются как для подвижного, так и неподвижного закрепления трубопровода.

Неподвижные опоры – это конструкции из стали и железобетона в виде трубы, располагающейся на стальном листе, который несет основную нагрузку, и стаканов стальной трубы, выполняющих защитную и теплоизоляционную функцию. Между двумя ближними опорами помещают компенсаторы, воспринимающие нагрузки негативного воздействия внешних факторов: вибраций, перепадов внутреннего происхождения, изменения температурного режима . Неподвижные опоры устанавливают перед тепловым оборудованием и арматурой трубопроводов для предотвращения воздействия на них температурных перемещений труб.

К неподвижным опорам относят абсолютно-неподвижные («мёртвые») и шарнирно-неподвижные опоры. Первые препятствуют линейным и угловым, вторые — линейным перемещениям трубопровода.

Подвижные опоры

Подвижная опора создает условия при которых обеспечивается проектное положение трубопровода и расчётное перемещение относительно опорной конструкции с заданными характеристиками подвижности. Подвеска трубопровода — подвесная опора с местом крепления к опорной конструкции, расположенным выше оси трубопровода.

Для обозначения конструктивных типов опор распространены следующие сокращенные обозначения:

ВП — вертикальных трубопроводов приварная (опора);

КН — катковая направляющая;

КП — корпусная приварная;

КХ — корпусная хомутовая;

ОПБ — опора подвижная бескорпусная;

ОПП — опора подвижная приварная;

ОПХ — опора подвижная хомутовая;

ПГ — подвеска с одной тягой, регулируемой гайками;

ПГ2у — подвеска с двумя тягами, регулируемыми гайками, и опорной балкой из угловой стали;

ПГ2ш — подвеска с двумя тягами, регулируемыми гайками, и опорной балкой из швеллеров;

ПГВ — подвеска с двумя тягами, регулируемыми гайками для вертикальных трубопроводов;

ПМ — подвеска с одной тягой, регулируемой муфтой;

ПМ2у — подвеска с двумя тягами, регулируемыми муфтами, и опорной балкой из угловой стали;

ПМ2ш — подвеска с двумя тягами, регулируемыми муфтами, и опорной балкой из швеллеров;

ПМВ — подвеска с двумя тягами, регулируемыми гайками для вертикальных трубопроводов;

ТО — трубчатая крутоизогнутых отводов;

ТП — тавровая приварная;

ТР — трубчатая;

ТХ — тавровая хомутовая;

УП — уголковая приварная;

ХБ — хомутовая бескорпусная;

ШП — швеллерная приварная.

Области применения, конструктивное исполнение и характеристики опор регламентируются нормативными документами. 

Практически все конструктивные типы опор трубопроводов допускают применение их в качестве неподвижных. Исключение составляют катковые, шариковые опоры, узлы опорные по ТУ 1468-001-00151756-2010 и вертикально подвижные опоры.

Характеристики подвижности

Подвижные опорные части конструкции одновременно выполняют несколько функций:

В первую очередь, они передают усилия опорной реакции трубы на несущую строительную конструкцию. Необходимо, чтобы место приложения вертикальной составляющей опорной реакции не изменялось. В противном случае приходится усложнять решение несущей конструкции. Помимо этого, конструкция опорной части должна обеспечивать такое опирание трубы, чтобы напряжения в стенках последней были минимальными.

Необходимость подвижности опор вызвано перемещением трубопровода под воздействием теплового расширения. Неподвижные опоры передают продольные нагрузки от трубопровода анкерным несущим конструкциям. Подвижные опоры устанавливают на промежуточные несущие конструкции, предназначенные для передачи вертикальных нагрузок. Горизонтальные нагрузки на промежуточные несущие конструкции пропорциональны коэффициенту трения в подвижных опорах трубопровода.

Горизонтальная подвижность

Продольно-подвижные опоры (катковые и скользящие направляющие) обеспечивают перемещения трубопровода вдоль оси. Шариковые и скользящие опоры обеспечивают подвижность, как в продольном, так и в поперечном к оси трубопровода направлении.

Расчётная сила трения одного трубопровода по опоре определяется умножением расчётной вертикальной нагрузки от этого трубопровода на коэффициент трения, принимаемый равным в опорных частях:

скользящих «сталь по стали» — 0,3;

катковых — вдоль оси трубопровода — 0,1; не вдоль оси — 0,3;

скользящих «сталь по бетону» — 0,5;

скользящих «сталь по фторопласту» — 0,1.

Детальные исследования сил сопротивления перемещениям в скользящих опорах «сталь по стали» показали, что среднее значение коэффициента трения находится в пределах 0,5-0,6, а максимальное может превышать 0,7. При испытаниях было отмечено, что башмак опирается на опорный лист крайне неравномерно; это приводит к возникновению больших контактных напряжений, что вызывает царапание, задиры металла и, естественно, сильно увеличивает сопротивление сдвигу.

Специально поставленные эксперименты показали, что при проектном положении катка величина коэффициента трения составляет 0,01-0,03 — это на порядок ниже нормируемого (0,1). Ржавление и засорение опорного листа песком приводит к увеличению коэффициента трения до 0,04-0,08. Перекос и упор в направляющие не приводит к остановке катка или проворачиванию его на месте; каток продолжает перемещаться относительно опорного листа, но коэффициент трения возрастает до 0,1-0,17.

Коэффициент трения фторопласта-4 в паре с твердым контртелом изменяется от исчезающе малых значений до 0,3. Значение коэффициента трения увеличивается с увеличением скорости скольжения, уменьшении давления и снижении температуры. При скорости скольжения не более 1 мм/с, давлении в пределах 100-400 кг/см2 и интервале температур от минус 60°С до 40°С в литературе указывается диапазон изменения значений коэффициента трения 0,008-0,15. ТУ 1468-001-00151756-2010 ограничивает коэффициент трения в узлах опорных скольжения низкого трения (УОСНТ) величиной 0,06 при любых эксплуатационных нагрузках.

Вертикальная подвижность

Пружинно-рычажный механизм опоры постоянного усилия

В технологических трубопроводных системах, которым свойственно не только горизонтальное, но и вертикальное расположение трубопроводов, тепловое расширение приводит к перемещениям трубопровода в вертикальном направлении. Вертикальная подвижность обеспечивается пружинными упругими опорами переменного усилия и опорами постоянного усилия.

Сложение сил в опоре постоянного усилия

Пружины упругих опор регулируются так, чтобы в рабочем состоянии трубопровода опоры воспринимали собственный вес трубопровода (с изоляцией и продуктом). На практике это требование сводится к обеспечению нулевых прогибов от веса в горячем трубопроводе. В упругих опорах вертикальная сила меняется пропорционально перемещению грузонесущей части.

Основным элементом одного из распространенных типов опор постоянного усилия является рычажно-пружинный механизм, который обеспечивает незначительное изменение величины сжатия пружины в определённом интервале перемещений. Другие конструктивные решения опор постоянного усилия основаны на использовании дополнительных пружин, действующих на грузонесущую часть через кулачки и рычаги с криволинейными поверхностями. Дополнительное воздействие приводит к выравниванию линейной характеристики основной пружины: грузонесущая сила в определённом диапазоне перемещений грузонесущей части становится постоянной.