Домой

 Арктический СНиП > Выпуск 9
СНиП 1(13) 2003
Вернуться к оглавлению

Арктический СНиП.
Выпуск №1(13)2003

   


(547Кб)

ОСОБЕННОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Отставнов А.А.,
   Почетный Строитель Москвы, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник (ГУП НИИ Мосстрой)

   

   Известно, что экономичность и надежность внутренних трубопроводов не зависимо от материала труб во многом зависит от качества и количества установленных на них креплений.
    Качество установки креплений обеспечивается при монтаже системы отопления.
    Количество креплений задается, как правило, в монтажном проекте. Всегда перед разработчиком монтажного проекта возникает дилемма. Чем чаще будут располагаться крепления, тем прочнее будет трубопровод и тем долговечнее будет система отопления. Это - с одной стороны. С другой стороны, чем меньше крепежа будет использовано, тем меньше будет стоимость обустройства креплений и тем экономичнее будет строительство отопительной системы.
    Для устройства систем отопления сегодня используются трубы из различных материалов. По-прежнему массово применяются черные стальные трубы. Началось широкое освоение для этих целей металлополимерных [1], из сшитого полиэтилена [2] и из дополнительно хлорированного ПВХ [3] труб. Намечается массовое применение медных труб [4].
    Ждать от проектировщиков, что они будут разбираться с особенностями крепления трубопроводов из одинаковых по названию, но разных фирм - изготовителей материалов, имеющих существенный разброс в значениях показателей (табл. 1), своевременно было бы наивно (табл. 2).

   Таблица 1
№/№ Материал труб Фирма-изготовитель Показатели
Плотность, г/см3 Коэфф. Линейного расширения,1/oС Модуль упругости, МПа
1. Сталь - 7.830 0.0000012 200000
2. PEX a [2] REHAU 0.930 0.000140 550
WIRSBO 0.938 0.000140 550
PEX b [2] BIR PEX 0.950 0.000120 800
PEX c [3] Cronatherm 0.930 0.000140 600
3. PVC-C KAN-therm [3] 1.524 0.000070 3700
NIBCO [2] 1.570 0.000062 2900
4. МП - 0.930 [1] 0.000026 [1] 1275*
5. Медь KME [4] 8.930 0.000017 32000

* - среднее значение для МПТ производства ТОО НПП «ВладВЭД»


Таблица 2
Наружный
диаметр,
D, мм
Толщина
стенки,
S, мм
Толщина
алюминиевой
фольги, V , мм
Плотность
армирования,
h, %
SDR= D/S E *t, МПа Изготовитель
(поставщик)
16 2.00 0.20 10 8 1270 НИКИМТ
25 2.50 0.20 8 10 1076
14 2.00 0.20 10 7 1270 АО "Каучук-пласт"
16 2.00 0.20 10 8 1270
18 2.00 0.20 10 9 1270
20 2.25 0.24 10.7 8.9 1335
25 2.50 0.24 9.6 10 1231
16 2.25 0.50 22.2 7.1 2456 ТОО НПП "ВладВЭД"
20 2.50 0.50 20.0 8 2240
26 3.00 0.70 23.3 8.7 2563
32 3.20 0.70 31.9 10 2422
40 3.90 0.70 18.0 10.26 2041
48 4.00 0.80 20.0 12 2240
60 4.80 0.80 16.7 12.5 1917
76 5.20 1.00 19.2 14.6 2408
* - средневзвешенная величина, вычисленная при значениях модулей упругости
для алюминия 10000 МПа и для сшитого полиэтилена - долговременный модуль упругости 300 Мпа

    Есть опасения, что проектировщиками будет использован имеющийся опыт по трубопроводным системам из стальных труб, возможно, даже с некоторой корректировкой. Если произойдет завышение количества креплений, то будет перерасход средств на приобретении и установку креплений. Надежность отопительной системы от этого не пострадает. А если будет использован имеющийся опыт без изменения, то это может привести к занижению количества креплений. Это может отрицательно повлиять на гидравлическую устойчивость системы отопления. Трубопроводы систем отопления на горизонтальных участках должны иметь определенный уклон. Так, например, разводки, подающие теплоноситель, должны иметь уклон к нагревательным приборам, а разводки, отводящие теплоноситель, должны иметь уклон от нагревательных приборов. С учетом этого обстоятельства и должны расставляться крепления на таких трубопроводных участках.
    Очевидно, что ни завышение и тем более ни занижение количества креплений не отвечает оптимальному сочетанию экономичности и надежности строящейся отопительной системы здания. Наиболее правильным в этой связи было бы иметь проектировщикам систем отопления пособия, в которых бы учитывались вопросы оптимизации крепления трубопроводов из различных трубных материалов. К сожалению, к настоящему времени таких пособий нет.
    В своде правил "Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб. СП 41-102 -98 " (Госстрой РФ, М. 1999, 33 с.) приводятся данные по расстановке креплений на горизонтальных участках трубопроводов из МП труб нескольких диаметров. Для МПТ с наружными диаметрами 16, 20 и 25 мм рекомендуются расстояние между опорами ℓ = 500, 500 и 750 мм соответственно без указания производителей труб. А для МПТ производства "МЕТАПОЛ" рекомендуются ℓ = 1000 мм для всех диаметров (16, 20, 25, 32, 40 и 50 мм).
    В работе [1] приводятся другие цифры. Для МПТ производства фирмы КИСАН ℓ = 500 мм (для диаметров 14, 16 и 20 мм) и 750 мм (для Д=25 мм) и 2000 мм для нескольких диаметров (32, 40 и 50 мм). В то же время для МПТ производства фирмы КОЭС для труб диаметром14, 16, 20 и 25 мм устанавливаются в два раза большие значения ℓ.
    Согласиться полностью ни с теми, ни с другими рекомендациями нельзя. И вот почему. В качестве критерия оптимизации расстояний между опорами горизонтальных трубопроводов могут быть приняты допустимые значения стрелы прогиба относительно наружного диаметра труб m1 (2-25 % от D), в виде абсолютной величины f (2,4 - 10 мм) или расстояния между опорами m2 (1 - 5% o от ℓ).
    Как видно из выражения (1), полученного нами для определения пролета с учетом в качестве критерия оптимальности стрелы прогиба, как части m1 от наружного диаметра D, именно наружный диаметр влияет на величину этого пролета:

где λf - коэффициент, учитывающий вариант опирания трубопровода на кронштейны (λf = 384); χ- параметр, учитывающий объемные массы материала трубы и теплоносителя, а также геометрические характеристики сечения трубы, Yт, Yп. - плотности материала трубы и продукта (теплоносителя); К1, К2, К3 - коэффициенты (рис. 1), зависящие от величины SDR трубы (отношения наружного диаметра D к толщине стенки S); ω - показатель степени (ω = 0,25); Е - модуль упругости материала, для полимера зависит от температуры.
    Расчеты по (1) показывают, что при соблюдении прочих равных условий пролеты для МПТ диаметрами 32 мм и 50 мм могут отличаться в 1,4 раза. То-есть, если для диаметра 32 мм установлен пролет в 2000 мм, то для диаметра 50 он должен быть 2800 мм либо наоборот, пролет в 2000 мм установлен для диаметра 50 мм, тогда для диаметра 32 мм он должен составить 1430 мм.
    Из (1) также видно, что на величину пролета влияет показатель модуля упругости материала. К сожалению, данных по величинам модуля упругости МПТ в целом в указанных работах не приводится. Нет таких данных и в других рассмотренных нами многочисленных как отечественных, так и зарубежных источниках.
    Нами определены величины модуля упругости МПТ в целом, как средневзвешенное значение, для труб, указанных в СП 41-102 -98 (см. табл.2).
   
    Из этой таблицы видно, что имеются существенные расхождения в показателях металлополимерных труб разных производителей (поставщиков) - SDR, плотности армирования и модулей упругости МПТ в целом.
    Для МП труб НИКИМТ это 25, 20 и 20 % соответственно.
    Для МПТ АО «Каучук-пласт» - 43, 11,5 и 8 %.
    Для МПТ ТОО НПП «ВладВЭД» - 106, 39,5 и 49 %.
    Показатели модуля упругости МПТ в целом определены при одном значении модуля упругости для полиэтилена (300 МПа). Это справедливо только для тех трубопроводов, в которых внутреннее давление во всех точках одинаковое (одинаковыми будут и растягивающие напряжения s в стенках металлополимерных труб). В системах отопления из-за различия в геометрической высоте внутреннее давление в трубопроводе на различных этажах может быть разным. Для МПТ этот фактор не существенен, так как вклад модуля упругости полиэтилена (кратковременное значение в 3 раза больше долговременного его значения, то-есть 900 МПа) в значение модуля упругости МПТ в целом не велико (около 5 %).
    Расчеты по (1) показывают, что для МПТ ТОО НПП «ВладВЭД», для которых имеется наибольшее в 49 % расхождение в значениях (2563 и 1917 МПа) модуля упругости, отличие в величинах пролетов для труб одного диаметра могло бы составить всего 7,5 %.
    Другое дело, когда речь идет о трубопроводах систем отопления, выполненных из труб из сшитого полиэтилена [2] или из дополнительно хлорированного поливинилхлорида [3]. Для таких материалов уровень растягивающих напряжений в стенках труб во многом определяет величину их долговременного модуля упругости. Для таких трубопроводов различие в значениях модуля упругости в 3 раза показывает отличие в пролетах в 1,3 раза.
    Пролет, как функция абсолютного значения стрелы прогиба f, можно вычислить по формуле:


    В этом случае влияние наружного диаметра трубы на пролет другое, чем это вытекает из (1). Для тех же МПТ диаметром 32 и 50 мм имеют место следующие соотношения. Если пролет для Д=32 мм установлен в 2000 мм, то для Д=50 мм он должен составить при прочих равных условиях 2500 мм. И, наоборот, если для Д=50 мм установлен пролет в 2000 мм, тогда для Д=32 мм он должен составлять 1600 мм.
    Выражение, описывающее связь пролета между опорами и прогиб трубопровода как части m2 этого пролета, может быть представлено в виде:

где v - показатель степени, равный 0,33.
    Влияние наружного диаметра трубы на пролет другое и в этом случае, нежели это вытекает из (1 и 3). Для тех же МПТ диаметром 32 и 50 мм имеют место следующие соотношения. Если пролет для Д=32 мм установлен в 2000 мм, то для Д=50 мм он должен составить при прочих равных условиях 2700 мм. И, наоборот, если для Д=50 мм установлен пролет в 2000 мм, тогда для Д=32 мм он должен составлять 1480 мм.
    При проведении оптимизации расстановки креплений нельзя упускать из виду также и то, что превышение допустимых напряжений Ơд в стенках трубопроводов систем отопления в период длительной эксплуатации может привести к их разрушению. Поэтому пролет между опорами ℓƠ должен проверяться по допустимым напряжениям в материале стенки трубопровода по формуле:

где λƠ - коэффициент, учитывающий характер опирания трубы (λƠ = 12).
    Влияние диаметра на величину пролета в этом случае аналогично тому, которое отмечено для (3).
    Все рассмотренное выше относится к трубопроводам, которые могут свободно компенсировать температурные деформации (удлинения или укорочения участков труб между опорами при изменениях температуры).
    Иначе обстоит дело при проходе горизонтальных трубопроводов через различные перегородки. Эти перегородки могут препятствовать осевым и угловым перемещениям труб. В подобных же условиях будут работать трубопроводы в зоне так называемых мертвых точек - в защемленных сечениях. В таких случаях пролет между опорами следует определять с учетом термических деформаций трубопровода. Для этого предлагается формула, включающая перепад температур t (oС) под знаком гиперболического тангенса th:

где α - коэффициент линейного термического расширения материала труб, 1/oС.
    Эффект, аналогичный охлаждению трубопровода, может быть вызван внутренним давлением р, под действием которого он будет находиться. Допустимое расстояние между опорами с учетом внутреннего давления в трубах может быть вычислено по формуле:


    Как показывают расчеты по (6) и (7), значения пролетов между опорами могут отличаться от полученных по формулам (1), (3) и (4) при прочих равных условиях работы трубопроводов на 15 -25 %.
    Второе слагаемое в правой части (6) имеет знак « + » при охлаждении трубопровода (по отношению к периоду монтажа) и знак « - » при его нагревании.
    Влияние наружного диаметра трубы на пролет согласно (6 и 7) приблизительно следующее. Для тех же МПТ диаметром 32 и 50 мм. Если пролет для Д=32 мм установлен в 2000 мм, то для Д=50 мм он должен составить при прочих равных условиях 3125 мм. Если для Д=50 мм установлен пролет в 2000 мм, тогда для Д=32 мм он должен составлять 1280 мм.
    Соотношения пролетов, приведенных как в СП 41-102-98 и [1], так и получаемых по формулам, относительно наружных диаметров металлополимерных труб имеют существенные различия (табл.3).

Таблица 3
Наружный
диаметр, мм
СП 41-102-98 [1] Формулы
  Метапол Кисан Коэс (1) (3, 5) (4) (6, 7)
14 - 1 1 1 1 1 1 1
16 1 1 1 1 1.1 1.07 1.09 1.14
20 1 1 1 1 1.3 0.2 1.27 1.43
25 1.5 1 1.5 1.5 1.54 1.34 1.47 1.79
32 - 1 4 2 1.85 1.51 1.74 2.29
40 - 1 4 2 2.19 1.69 2.01 2.86
50 - 1 4 2 2.6 1.89 2.34 3.57

    Какому соотношению отдать предпочтение, должен решать проектировщик с учетом многих факторов как рассматриваемых сейчас, так и имеющихся в литературе по этому вопросу, например, в [5].
    Здесь же еще следует заметить, что при проведении оптимизации расстановки креплений нельзя упускать из вида бытовой фактор. Имеется в виду неконтролируемые нагружения трубопроводов жильцами. Развешивание на элементах систем отопления белья для сушки, опирание на них при установке оконных карнизов и т.п.
    Как известно, для стальных трубопроводов этот фактор практически не учитывался. Анализ опыта эксплуатации двухтрубных, однотрубных и т.п. систем отопления показывает, что случаи их повреждения по указанным причинам мало известны. Это можно объяснить тем, что модуль упругости стали значительно превосходит модуль упругости других трубных материалов (см. табл.1). В большинстве случаев для восприятия бытового нагружения было вполне достаточно того, что стальные горизонтальные трубопроводы систем отопления с одного конца опирались на мощные чугунные радиаторы, а с другого заделывались тем или иным способом в строительную конструкцию при проходе через стену или перегородку.


    К сожалению, на данном этапе исследованности этого вопроса дать рекомендации, как учесть бытовой фактор для трубопроводов из МПТ и полимерных труб, к тому же в системах отопления с изящными нагревательными приборами, не представляется возможным. Пока что можно рекомендовать оборудовать открытые участки горизонтальных трубопроводов дополнительным креплением между парами опор, предусмотренных проектом.
    В заключение следует заметить, что при соответствующей корректировке, касающейся конкретных свойств материалов труб и характеристик отопительных систем, используемые в статье подходы и формулы, а также номограммы [5] могут послужить эффективному проведению оптимизации крепления трубопроводов из различных материалов.

Литература
    1. Власов Г.С. Металлополимерные и полипропиленовые трубы. Оборудование для санитарно-технических систем. INSIDE MEDIA, М., 2000, 200 с.
    2. Бухин В., Шибиченко И. Напорные трубы из сшитого полиэтилена российского производства. Трубопроводы и экология. №2, 1999, с. 9-11.
    3. Справочник проектировщика. Современные системы отопления и водоснабжения. KAN - therm. Варшава, 1997, 99 с.
    4. KME Kupferrohre in der Haustechnik. KM Ewropa Metall AG, Osnabruck, 2001, 240 s.
    5. Отставнов А.А. О креплении внутренних полимерных трубопроводов. Сантехника. № 5, 2002, с. 12.

   
Информация о фирме
Арктические новости  
Каталог товаров
Прайс-лист
Техническая информация
Обои для рабочего стола
Подписка
Регистрация