Указания к решению задачи 5

Для нормальной работы проходящего по дну водоёма трубопровода необходимо придать ему надёжную устойчивость.

Устойчивость создается силой веса трубы, силой веса перекачиваемого продукта и силой пригрузки чугунными или железобетонными грузами.

Наиболее распространены утяжеляющие ж/б пригрузы различных типов и размеров: тип УБО, УБК-М, УТК (рис. 6, рис. 7, табл. 10-13 пособия).

Эти грузы следует применять для балластировки трубопроводов на переходах через болота различных типов и малые водотоки, на выпуклых и вогнутых кривых и прямолинейных участках, прилегающих к ним, на углах поворота в горизонтальной плоскости, на участках выхода трубопровода на поверхность.

Рисунок 6. Схема утяжелителей типов УБО для балластировки газопроводов

Рисунок 7. Кольцевые грузы: а – железобетонный; б – чугунный;

1, 2 – верхняя и нижняя половины груза; 3 – болт; 4 – гайка

Таблица 21 – Характеристика грузов типа УБО

Марка груза	Диаметр трубопровода, мм	Габаритные размеры, мм	Объём груза, м3	Масса груза, т
Н	L	В
УБО-1 УБО-2 УБО-3     УБО-4					1,872 1,843 1,455 1,455 1,455 0,75	4,305 4,238 3,346 3,346 3,346 1,725

Таблица 22 – Характеристика грузов типаУБК-М

Марка	Размеры, мм	Расход бетона, м	Масса изделия, т
В	Н	L
УБК-1,4 КБК-1,2 УБК-1,0 УБК-0,8 УБК-0,7 УБК-0,5 УБК-0,4				2,55 1,7 1,44 1,12 0,98 0,68 0,54	4,1 3,46 2,7 2,36 1,6 1,3

Таблица 23 – Характеристика сборных ж/б кольцевых утяжелителей
типа УТК

Марка утяжелителя	Расход материалов на один утяжелитель	Масса, кг
одного утяжелителя	1 м утяжеляющего покрытия
бетон, м3	сталь, кг	на воздухе	на воде
УТК 1020-24-1	0,69	76,94
УТК 1020-24-2	0,88	76,94
УТК 1220-24-1	0,98	88,7
УТК 1220-24-2	1,23	88,7
УТК 1420-24-1	1,24	98,3
УТК 1420-24-2	1,79	98,3

Для балластировки трубопроводов на переходах через водные преграды, болота III типа, где применяется метод протаскивания, используют чугунные или ж/б кольцевые пригрузы. Сборный ж/б кольцевой утяжелитель типа УТК изготовляется из бетона класса В20 плотностью 2,3 т/м³ и состоит из двух симметричных полуколец, которые монтируются на трубе по деревянной футеровке и скрепляются между собой стальными болтами. Аналогичный вид имеют и чугунные грузы (табл. 23).

Таблица 24 – Характеристика чугунных кольцевых грузов

Наружный диаметр трубопровода, мм	Масса груза, кг	Размеры, мм
груза	болтов
r1	r2	r3	В	М	dб	Lб

При расчёте отрицательной плавучести должно быть выполнено условие

Б ³ åБ_i,

где

Бi

–

необходимые нормативные пригрузки,

Б_i = п_i × Бф_i,

где	пi	–	коэффициент перегрузки;
	Бфi	–	фактические нагрузки, которые определяются по формулам.

Определяются пригрузки для компенсации взвешивающего усилия:

где	nВ	–	коэффициент, учитывающий возможное увеличение объёмной массы воды в паводок, при засыпке и т. п. nВ = 1,1;
	ρВ	–	плотность воды с учётом взвешенных частиц грунта, кг/м3;
	V	–	объём воды, вытесненной 1 м. длины трубопровода, м3;
	g	–	ускорение силы тяжести, м/с2.

Определяется пригрузка компенсации гидродинамических воздействий.

Согласно СНиП гидродинамические воздействия на трубопровод Б_В, Н (кгс),определяются по формуле:

где	u	–	средняяскорость течения потока, м/с. Принимается u = 0,5м/с;
	D	–	проекция 1 м. длины трубопровода на плоскость, перпендикулярную вектору скорости потока, м2.

Дополнительная пригрузка для обеспечения устойчивости на сдвиг Б_Г, Н (кгс):

Определяется дополнительная пригрузка на упругий изгиб трубопровода в соответствии с проектным профилем:

а) если рассматривать трубопровод как балку с одним защемленным и опёртым концом, то упругий изгиб трубы Б_изг, Н (кгс), определяется по формуле:

б) с обоими защемленными концами:

в) с обоими шарнирно-опёртыми концами:

где	f	–	стрела прогиба, м. Этой величиной задаются;
	Е	–	модуль упругости материала трубы, Н/м3 (кгс/см2);
	l	–	длина криволинейного участка траншеи, м.

Определяется суммарный вес пригрузки

Б ³ Б_i = (Б_А – g) + Б_В + Б_Г + Б_изг,

где

g

–

масса 1 м. длины трубопровода в воздухе, кг [3].

Сила веса пригрузки G_гр, Н, на весь трубопровод составит:

G_гр = Б × L

Определяется количество грузов, устанавливаемых на трубопроводе:

где

gгр

–

масса одного груза, Н (кгс).

Полученное значение п_оокругляется в большую сторону до целого числа и далее в расчёте обозначается п.

Определяется расстояние между грузами l₁, м:

м.

По предельному сопротивлению на сдвиг по грунту определяется тяговое усилие протаскиваемого трубопровода Т_гр, Н:

Т_гр = k_т× G_гр× f, Н (кгс),

где	kт	–	коэффициент трогания с места, kт = 2,0;
	f	–	коэффициент трения скольжения, f = 0,6 – 1,0;
	Gгр	–	сила веса пригрузки.

Определяется разрывное усилие R_н, Н:

R_н = Т_гр× k,

где

k

–

коэффициент прочности, k = 4.

Согласно ГОСТ принимается количество канатов и приводится их техническая характеристика, выбрать монтажные приспособления можно по справочнику [4].

Так как с таким канатом выполнять такелажные работы тяжело, уменьшаем тяговое усилие, применяя тележки узкой колеи или роликовые опоры.

Тяговое усилие при протаскивании на тележках Т_ук, Н:

Т_ук = k× (Т₁ + Т₂ + Т₃) + Т₄,

где

Т1

–

сила трения качения колес тележки по рельсам, Н, (кгс)

Н, (кгс)

где	gп	–	масса 1 м длины протаскиваемого трубопровода, Н (кгс);
	gт	–	масса тележки на 1 м длины трубопровода, Н (кгс);
	rк	–	радиус колеса тележки, м;
	f1	–	коэфф. трения качения колес тележки по рельсам; f1 = 0,12;
	Т2	–	сила трения в подшипниках осей тележки, Н (кгс);

Н, (кгс)

где	f2	–	масса 1 м длины протаскиваемого трубопровода, Н (кгс);
	gт	–	коэфф. трения скольжения осей в подшипниках; f2 = 0,2;
	rрс	–	радиус оси ската тележки, м;
	Т3	–	усилие, необходимое на преодоление сопротивления ребер у колес при движении их по рельсам, Н (кгс);

, Т₄ = g_кан × f₃, Н (кгс),

где	gкан	–	масса каната на 1 м длины трубопровода, Н (кгс);
	f3	–	коэф. трения скольжения каната о грунт. Принимается f3 = 1.
	Gгр	–	сила веса пригрузки.

По соответствующему ГОСТ подбирается канат соответствующего диаметра.

При протаскивании трубопровода по роликовой дорожке тяговое усилие Т_р.д, Н (кгс),определяется по формуле:

Т_р.д = k× (Т₁^´ + Т₂^´ + Т₃^´) + Т₄^´,

где

Т1

–

сила трения качения трубопровода по роликам, Н (кгс),

Т₁^́

где	f4	–	коэф. трения качения дерева по стали (футеровка); f4 = 0,2;
	gт	–	коэф. трения скольжения осей в подшипниках; f2 = 0,2;
	rр	–	радиус ролика, м; rр = 0,15 м;
	Т2´	–	сила скольжения осей роликов в опорах, Н (кгс);

Т₂^́ Н (кгс),

где	rрс	–	радиус оси ролика, м;
	Т3	–	добавочное сопротивление от неточной укладки осей роликовых опор, Н (кгс);

Т₃^´= 0,4·(Т₁^´ + Т₂^´).

Выбирается канат по ГОСТ с соответствующим диаметром.

Определяется пригрузка для компенсации гидродинамических воздействий по формуле:

Н(0,6 кгс),

Дополнительная пригрузка для обеспечения устойчивости на сдвиг определяется по формуле:

Н(2кгс).

Определяется дополнительная пригрузка на упругий изгиб трубопровода в соответствии с проектным профилем по формуле, рассматриваем трубопровод как балку с обоими защемленными концами:

Н(41,7 кгс);

Определяется суммарный вес пригрузки по формуле:

Б ³ Б_i = (4827 – 2060) + 6 + 20 + 417 = 3210 Н (327 кгс)

Силу веса пригрузки на весь трубопровод определяем по формуле:

G_гр = 3210 × 200 = 642 000 Н (65 510 кгс).

Определяется количество грузов, устанавливаемых на трубопроводе по формуле, принимается g_гр = 4900 Н (500 кгс):

. т.е. п = 131.

Определяется расстояние между грузами по формуле:

м

По предельному сопротивлению на сдвиг по грунту определяется тяговое усилие протаскиваемого трубопровода по формуле:

Т_гр = 2,0 × (642 000 +2060 · 200) × 1 = 2 108 000 Н(214 880 кгс),

Определяется разрывное усилие по формуле:

R_н = 2 108 000× 4 = 8 432 000 Н(859 530 кгс),

Согласно ГОСТ принимается количество канатов и приводится их техническая характеристика.

Так как с канатом выполнять такелажные работы тяжело, уменьшаем тяговое усилие, применяя тележки узкой колеи или роликовые опоры.

Сила трения качения колес тележки по рельсам по формуле:

Н, (512 кгс).

Сила трения в подшипниках осей тележки по формуле:

Н (10,2 кгс).

Усилие, необходимое на преодоление сопротивления рёбер у колес при движении их по рельсам по формуле:

Н (261 кгс);

Т₄ = 35 × 1 = 35 Н (3,6 кгс).

Тяговое усилие при протаскивании на тележках составят по формуле:

Т_ук = [2× (5020 + 100 + 2560) + 35] · 200 = 3 079 000 Н(313 860 кгс).

Разрывное усилие каната по формуле:

R_н = 66 512 · 4 = 265 048 Н (27 120 кгс).

По соответствующему ГОСТ подбирается канат диаметром d = 24 мм.

Сила трения качения трубопровода по роликам по формуле:

Т₁^́ Н (716 кгс).

Сила скольжения осей роликов в опорах по формуле:

Т₂^́ Н (22 кгс).

Добавочное сопротивление от неточной укладки осей роликовых опор по формуле:

Т₃^´= 0,4 · (7027 + 211) = 2893 Н (295 кгс).

Тяговое усилие при протаскивании трубопровода по роликовой дорожке по формуле:

Т_р.д = [2 × (7027 + 211 + 2893) + 35] = 4 059 400 Н (413802 кгс).

Разрывное усилие каната по формуле:

R_н = 101 632 · 4 = 406 648 Н (41 440 кгс).

Выбирается канат по ГОСТ с диаметром d = 32,5 мм.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Назовите средства балластировки первой группы, воздействующие на трубопровод с собственным весом.

2. Назовите средства балластировки второй группы, несущая способность которых зависит от прочностных и деформационных свойств грунтов.

3. При каком методе используют чугунные или ж/б кольцевые пригрузы.

4. Из чего изготавливается сборный ж/б кольцевой утяжелитель типа УТК.

5. Какие основные параметры являются при балластировке одиночными пригрузами.

6. За счет чего обеспечивается устойчивость трубопровода против всплытия.

7. Назовите основные балластирующие устройства и их параметры.

8. Балластировка. Определение.