СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

MODERN METHODS OF CALCULATING THE STRENGTH OF PIPELINES AND EQUIPMENT OF HOT WATER SUPPLY SYSTEMS FOR MULTI-STOREY BUILDINGS

Kseniya Rubtsova

master of the 2-TTm-1 group of the Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Russia, Saint Petersburg

Elena Biryuzova

PhD in Tech. Sci., Associate Professor Department of Heat and Gas Supply and Ventilation of the Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

Современная система горячего водоснабжения многоэтажного здания включает в себя подающий и циркуляционный стояки, высота которых может варьироваться в пределах от 45 до 60 м [3]. На поквартирных разводках на каждом этаже многоэтажного здания устанавливаются температурные компенсаторы, закрепленные между неподвижными опорами. Трубопроводы системы ГВС обязательно изолируются [4] во избежание больших тепловых потерь. Все эти факторы приводят к необходимости расчета на прочность всех трубопроводов системы [1, 2].

ABSTRACT

The modern hot water system of a multi-storey building includes a supply and circulation risers, the height of which can vary from 45 to 60 m [3]. On the pantry layouts on each floor of a multi-storey building, temperature compensators are fixed, fixed between the fixed supports. The pipes of the DHW system are necessarily insulated [4] in order to avoid large heat losses. All these factors lead to the need to calculate the strength of all the pipelines of the system [1, 2].

Ключевые слова: система ГВС, жилые здания, многоэтажные здания, расчет на прочность, определение нагрузок.

Keywords: Hot Water Supply system, residential buildings, multi-storey buildings, calculation for strength, definition of loads.

На данный момент специалисты, осуществляющие проектирование, строительство и реконструкцию трубопроводов систем горячего водоснабжения пользуются стандартом СТО 10.001-2009 [6], который распространяется на:

– трубопроводы водяных тепловых сетей из гибких стальных труб с рабочим давлением до 1,6 МПа включительно и рабочей температурой до 150°С включительно;

– трубопроводы водяных тепловых сетей из гибких полимерных труб с рабочим давлением до 1,0 МПа включительно и рабочей температурой до 95°С включительно.

СТО [6] предусматривает определение толщины стенки отводов, тройников и врезок из условия обеспечения их несущей способности от действия внутреннего давления, а также оценку статической и циклической прочности трубопровода.

Оценка статической прочности производится раздельно на действие несамоуравновешенных нагрузок (вес и внутреннее давление) и с учетом всех нагружающих факторов, в том числе температурных деформаций. Если условия статической прочности не выполняются, делается дополнительный расчет на циклическую прочность (выносливость) под действием знакопеременных нагрузок (температуры и давления), обусловленных колебаниями рабочих параметров среды в период заданного срока службы трубопровода.

Рабочее давление и рабочая температура при расчетах прочности и определении нагрузок на опоры и строительные конструкции принимаются в соответствии с требованиями СП 30.13330.2012 [3]. Также, данный документ приписывает рассчитывать водосточные стояки, а также все отводные трубопроводы, в том числе прокладываемые ниже пола первого этажа, на гидростатическое давление при засорах и переполнениях и жестко закреплять во избежание продольных и поперечных перемещений.

Расчетная схема трубопровода должна отражать действительные условия его работы, а метод расчета должен быть максимально актуальным, современным, при этом учитывать возможность использования компьютерной техники.

В качестве расчетной схемы трубопровода следует рассматривать системы трубопроводов с опорами и присоединенным оборудованием. Расчетные значения нагрузок при оценке прочности и устойчивости следует определять как произведение их нормативного значения на коэффициент перегрузки. Расчет трубопровода осуществляется на постоянные, длительные, кратковременные и особые нагрузки.

К постоянным нагрузкам относится - собственный вес труб, деталей, арматуры и обустройств, вес изоляции, предварительная растяжка, силы трения в опорах скольжения, натяг упругих опор. К длительным - внутреннее давление, вес транспортируемой среды – воды, температурный перепад, распорные усилия осевых компенсаторов. К кратковременным – транспортирование отдельных секций, сооружение трубопровода, испытание и пропуск очистных устройств. К особым – нарушение технологического процесса, временные неисправности или поломка оборудования [5].

Для более быстрого расчета прочности трубопроводов в настоящее время используется различное программное обеспечение (ПО), где уже содержатся базы данных с характеристиками основного используемого при проектировании оборудования. С помощью ПО выполняются как статические расчеты на прочность, так и расчеты на циклическую прочность (выносливость) надземных трубопроводов. Учитываются температурные расширения, сосредоточенные и распределенные нагрузки, смещения опор, предварительная растяжка, сжатие некоторых участков, нелинейность (трением в опорах, отклонение подвесок от вертикального положения, односторонние связи в опорах). Грамотно написанная программа позволяет рассчитывать как самокомпенсирующиеся трубопроводы, когда температурные расширения компенсируются за счет гибкости самой трассы, так и трубопроводы со специальными устройствами для компенсации расширений.

Для расчета трубопровода необходимо иметь данные о геометрических размерах трубопровода: вес труб, изоляции и продукта, параметры отводов и тройников, параметры сечений труб и элементов, характеристики осевых и угловых компенсаторов, параметры креплений.

В качестве воздействий на трубопровод учитывается: распор за счет избыточного давления, температурные удлинения, вес всех, дополнительные нагрузки, местные деформации, предварительная растяжка, смещения опор и креплений.

Также должны быть известны общие данные о трубопроводе: температура при которой завершается монтаж трубопровода, нормативный документ, в соответствие с которым будет выполняется расчет продукта, которым производятся испытания трубопровода и т.д.

В качестве результатов расчета программы, в зависимости от реализации, выдают: напряжения во всех элементах трубопровода, в том числе и в изоляции, оптимальные характеристики пружинных опор, которые удалось подобрать, деформации компенсаторов, перемещения узлов, нагрузки на опоры и крепления, усилия во всех элементах трубопровода, коэффициенты запаса устойчивости вакуумных участков. Результаты расчета могут быть представлены в табличной и графической форме.

В качестве вывода можно сказать, что современные технологии позволяют создавать программное обеспечение для быстрого расчета и наглядного вывода полученных результатов на основе того или иного нормативного документа. Поэтому очень важно в такой области как горячее водоснабжение жилых зданий, производить своевременную замену руководящих документов, правил по расчету прочности трубопроводов для обеспечения безопасности населения с учетом опыта зарубежных стран и прошлых лет.

Список литературы:

1. Бирюзова Е.А. Исследование мероприятий по повышению энергоэффективности системы ГВС. [Текст]/ Е.А. Бирюзова, К.И. Огурцова // Вестник гражданских инженеров. № 4(33). – СПб.: СПбГАСУ, 2012. С. 188-192.
2. Бирюзова Е.А. Теплоснабжение. Часть 1. Горячее водоснабжение: учебное пособие. [Текст]/ Е.А. Бирюзова. – СПб.: СПбГАСУ, 2012. – 192 с.
3. СП 30.13330.2012. Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. – М.: Изд-во стандартов, 2012. – 65 с.
4. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. – М.: Изд-во стандартов, 2012. – 56 с.
5. СП 33.13330.2012 Расчет на прочность стальных трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 2.04.12-86. – М.: Изд-во стандартов, 2012. – 28 с.
6. СТО 10.001-2009. Тепловые сети. Нормы и методы расчета на прочность. – М.: ООО «НТП Трубопровод», 2009. – 95 с.