Опора для труб

Опора для труб или подвеска для труб – это конструктивный элемент, передающий нагрузку от трубы на несущие конструкции. Нагрузка включает в себя вес самой трубы, ее содержимое, все фитинги, прикрепленные к трубе, а также покрытие трубы, например, изоляцию . Четыре основные функции опоры для труб — фиксировать, направлять, поглощать удары и поддерживать определенную нагрузку. Опоры труб, используемые при высоких или низких температурах, могут содержать изоляционные материалы. Общая расчетная конфигурация узла опоры для труб зависит от нагрузки и условий эксплуатации.

Нагрузки на трубопроводную систему

Первичная нагрузка

Обычно это постоянные или продолжительные типы нагрузок, такие как внутреннее давление жидкости, внешнее давление, гравитационные силы, действующие на трубу, такие как вес трубы и жидкости, силы, возникающие из-за разгрузки или продувки, волны давления, возникающие из-за воздействия водяного/парового удара. .

Постоянные нагрузки:

• Внутреннее/внешнее давление : Труба, используемая для транспортировки жидкости, будет находиться под нагрузкой внутреннего давления. Труба, такая как сердечник трубы с рубашкой или трубы в кожухотрубном теплообменнике и т. д., может находиться под чистым внешним давлением. Внутреннее или внешнее давление вызывает напряжения как в осевом, так и в окружном ( цилиндрическое напряжение, окружное напряжение ) направлениях. Давление также вызывает напряжения в радиальном направлении, но ими часто пренебрегают. Внутреннее давление оказывает осевое усилие, равное давлению, умноженному на внутреннее поперечное сечение трубы. F =P[πd^2/4]. Если внешний диаметр используется для расчета приблизительного поперечного сечения металла как давления, а также поперечного сечения трубы, осевое напряжение часто можно аппроксимировать следующим образом: S =Pd /(4t)
• Собственный вес : это собственный вес трубы, включая жидкость, вес трубопроводной и сантехнической арматуры , а также других встроенных компонентов (например, клапана , теплоизоляционной изоляции и т. д.). Этот вид нагрузок действует на протяжении всего жизненного цикла трубы. В горизонтальных трубах эти нагрузки вызывают изгиб , а изгибающий момент связан с напряжением (механика)#Простые напряжения, нормальными и касательными напряжениями . Изгиб трубы происходит главным образом по двум причинам: распределенная весовая нагрузка (например, вес жидкости) и сосредоточенная весовая нагрузка (например, вес клапана). Вес стояков (вертикальных участков трубы) может поддерживаться зажимами стояков .

Периодические нагрузки:

• Ветровая нагрузка: Трубопроводы, расположенные на открытом воздухе и, таким образом, подвергающиеся ветру, должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать максимальную скорость ветра, ожидаемую в течение срока службы станции. Сила ветра моделируется как равномерная нагрузка, действующая на проецируемую длину трубы перпендикулярно направлению ветра. Давление ветра на различных высотах будет использоваться для расчета силы ветра по следующей формуле. Fw = Pw x S x A, где Fw = общая сила ветра, Pw = эквивалентное давление ветра, S = коэффициент формы коэффициента ветрового сопротивления , A = открытая площадь трубы.
• Сейсмическая нагрузка: Сейсмическая нагрузка Сейсмическая нагрузка – это одна из основных концепций сейсмической техники , которая означает применение к конструкции воздействия, вызванного землетрясением. Это происходит при контакте поверхностей конструкции либо с землей[2], либо с соседними конструкциями[3], либо с гравитационными волнами цунами .
• Гидравлический удар : Гидравлический удар (или, в более общем смысле, гидравлический удар) — это скачок давления или волна, возникающая, когда движущаяся жидкость (обычно жидкость, но иногда и газ) вынуждена внезапно остановиться или изменить направление (изменение импульса). Гидравлический удар обычно возникает, когда клапан внезапно закрывается на конце трубопроводной системы и в трубе распространяется волна давления. Его также называют гидравлическим ударом гидроудара .
• Паровой молот: Паровой молот, скачок давления, создаваемый переходным потоком перегретого или насыщенного пара в паропроводе из-за внезапного закрытия запорного клапана, считается случайной нагрузкой. Несмотря на то, что поток является нестационарным, для целей анализа напряжений в трубопроводе рассчитывается только неуравновешенная сила вдоль сегмента трубы, имеющая тенденцию вызывать вибрацию трубопровода, и применяется к модели трубопровода как статическая эквивалентная сила.
• Сброс предохранительного клапана : Силы реакции от сброса предохранительного клапана считаются случайной нагрузкой. Силу реакции, возникающую при установившемся потоке после открытия предохранительного клапана в установке с открытым сливом, можно рассчитать в соответствии с ASME B31.1, Приложение II, и применить к модели трубопровода как статическую эквивалентную силу.

Вторичная нагрузка

Подобно тому, как первичные нагрузки возникают в результате некоторой силы, вторичные нагрузки вызываются каким-либо смещением. Например, труба, подключенная к резервуару для хранения, может находиться под нагрузкой, если патрубок резервуара, к которому она подключена, опускается вниз из-за осадки резервуара. Аналогично, труба, соединенная с сосудом, вытягивается вверх, поскольку патрубок сосуда перемещается вверх из-за расширения сосуда. Кроме того, труба может вибрировать из-за вибрации вращающегося оборудования, к которому она прикреплена.

Перемещающие нагрузки:

• Нагрузка из-за теплового расширения трубы
• Нагрузка от теплового перемещения оборудования

Труба может расширяться или сжиматься, когда она подвергается воздействию температур выше или ниже соответственно по сравнению с температурой, при которой она была собрана. Вторичные нагрузки часто бывают циклическими, но не всегда. Например, нагрузка из-за осадки резервуара не является циклической. Нагрузка, возникающая из-за движения сопла резервуара во время работы, является циклической, поскольку смещение удаляется во время остановки и снова выходит на поверхность после нового запуска. Труба, подвергающаяся циклическому воздействию горячей и холодной жидкости, аналогичным образом подвергается циклическим нагрузкам и деформации.

Виды трубных опор

Направляющие для труб (цилиндрические направляющие для труб – направляющие-пауки)

• Жесткая поддержка
• Весенняя поддержка
• Демпфер / амортизатор

Жесткая поддержка

Жесткие опоры используются для ограничения трубы в определенном направлении без какой-либо гибкости (в этом направлении). Основной функцией жесткой опоры может быть якорь, опора, направляющая или и опора, и направляющая.

1) Башмак стойки/трубы:

Жесткая поддержка может быть обеспечена как снизу, так и сверху. стойка или основание с зажимом для труб В случае нижних опор обычно используется . Его можно просто удерживать на стальной конструкции, используя только опоры для отдыха. Для одновременного ограничения в другом направлении отдельную пластину или подъемную проушину можно использовать . Анкер для трубы представляет собой жесткую опору, которая ограничивает движение во всех трех ортогональных направлениях и во всех трех направлениях вращения, т.е. ограничивает все 6 степеней свободы . Обычно это сварная стойка , приваренная или прикрепленная болтами к стали или бетону. В случае анкера, прикрепленного болтами к бетону, требуется специальный тип болта, называемый анкерным болтом , который используется для удержания опоры в бетоне. В этом типе опоры нормальная сила и сила трения могут стать значительными. Для уменьшения эффекта трения из графита или ПТФЭ при необходимости используются пластины .

Анкеры для труб (Permali Cold Shoes)

2) Вешалка для штанги:

Это статическое крепление, т.е. оно предназначено для выдерживания только растягивающей нагрузки (на него не должна оказываться никакая сжимающая нагрузка, в этом случае может произойти коробление). Это жесткая опора вертикального типа, обеспечивающаяся только сверху. Состоит из зажима, рым-гайки, тяги и крепления балки. Выбор подвески для стержня зависит от размера трубы, нагрузки, температуры, изоляции, длины сборки и т. д. Поскольку она поставляется с шарниром и зажимом, значительная сила трения не возникает.

3) Жесткая стойка:

Это динамический компонент, т.е. предназначенный для того, чтобы выдерживать как растягивающую, так и сжимающую нагрузку. стойка может быть установлена ​​как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Распорку V-типа можно использовать для ограничения двух степеней свободы . Он состоит из жесткого зажима, жесткой стойки и сварочной скобы. Выбор зависит от размера трубы, нагрузки, температуры, изоляции, монтажной длины. Поскольку он оснащен шарниром и зажимом, в нем не задействована значительная сила трения.

Весенняя поддержка

В пружинных опорах (или гибких опорах) используются винтовые пружины сжатия (для восприятия нагрузок и связанных с ними движений труб из-за теплового расширения). В общих чертах они подразделяются на поддержку с переменным или постоянным усилием. Важнейшим компонентом опор обоих типов являются винтовые пружины сжатия.В подвесках и опорах пружин обычно используются винтовые пружины сжатия.

1. Переменная пружинная подвеска или опора с переменным усилием:

Переменная пружинная подвеска

Опоры переменного усилия, также известные как регулируемые подвески или переменные подвески, используются для поддержки трубопроводов, подвергающихся умеренным (приблизительно до 50 мм) вертикальным термическим перемещениям. Установки VES (опоры с переменным усилием) используются для поддержки веса трубопроводов или оборудования вместе с весом жидкостей (газы считаются невесомыми), при этом допуская определенный объем движения по отношению к поддерживающей их конструкции. Пружинные опоры также могут использоваться для поддержки линий, подверженных относительным перемещениям, обычно возникающим из-за оседания или землетрясений. Устройство VES довольно просто по конструкции: труба практически подвешена непосредственно к винтовой пружине сжатия, как показано на рисунке ниже в разрезе. Основными компонентами являются:

1. Верхняя пластина
2. Нажимная пластина или поршневая пластина
3. Нижняя пластина или опорная пластина
4. Винтовая пружина
5. Талреп в сборе
6. Запирающие стержни
7. Фирменная табличка
8. Можно разделить или покрыть

Обычно клиенты/инженерные консультанты предоставляют следующие данные при отправке запросов на агрегаты с переменным усилием.

1. Горячая загрузка
2. Тепловое движение (с направлением, т.е. вверх или + и вниз или -)
3. Максимальное изменение нагрузки в процентах (LV % max), если максимальное значение LV не указано, то предполагается, что оно составляет 25 % согласно MM-SP58.
4. Типы поддержки, т. е. подвесной тип, тип с креплением на ножках и т. д.
5. Если таковые имеются, необходимы специальные функции, такие как ограничитель хода.
6. Предпочтительная защита поверхности/краска/отделка.

Горячая нагрузка – это рабочая нагрузка опоры в «горячем» состоянии, т.е. когда труба перешла из холодного состояния в горячее или рабочее состояние. Обычно MSS-SP58 определяет максимальное изменение нагрузки (обычно называемое LV) равным 25%.

Отличительные особенности-

• Позволяет двигаться в вертикальном направлении
• Нагрузка на трубу меняется в зависимости от движения

Используется где

• Смещение < 50 мм
• Вариабельность нагрузки < 25%
• Угол наклона стержня должен быть менее 4°.

Изменение нагрузки (LV) или процентное изменение = [(горячая нагрузка ~ холодная нагрузка) x 100]/горячая нагрузка или изменение нагрузки (LV) или процентное изменение = [(ход x жесткость пружины) x 100]/горячая нагрузкаОбычно пружинные опоры устанавливаются сверху, но из-за возможности компоновки или по какой-либо другой причине опора типа «базовый монтаж» крепится к полу или конструкции, а труба «сидит» поверх фланца пружинной опоры.

2.Постоянная пружинная подвеска или опора постоянного усилия:

Колокольчик в CSH

Когда вы сталкиваетесь с большими вертикальными перемещениями (обычно 150 мм или 250 мм), нет другого выбора, кроме как выбрать опору постоянного усилия (CES). Когда процент изменения нагрузки превышает 25 % или указанное максимальное значение LV % в регулируемой подвеске, остается единственный выбор — использовать CES. Для труб, которые имеют решающее значение для работы системы, или так называемых критических трубопроводов, где на трубу не должны передаваться остаточные напряжения , общепринятой практикой является использование CES.При поддержке постоянного усилия нагрузка остается постоянной, когда труба перемещается из холодного положения в горячее. Таким образом, независимо от перемещения нагрузка остается постоянной во всем диапазоне перемещения. Поэтому его называют подвеской постоянной нагрузки. По сравнению с подвеской с регулируемым грузом, где при движении нагрузка меняется, а горячая нагрузка и холодная нагрузка представляют собой два разных значения, определяемых ходом и жесткостью пружины. Блок CES не имеет жесткости пружины.

Наиболее распространенным принципом работы CSH является коленчатый механизм. Рычаг коленчатого рычага вращается вокруг точки опоры. Один конец кривошипного рычага Bell соединен с трубкой «P», другой конец соединен с пружиной с помощью тяги. Таким образом, когда труба перемещается из холодного состояния в горячее, точка P перемещается вниз, и по мере ее перемещения вниз кривошипный рычаг будет вращаться против часовой стрелки, а тяга, соединенная с пружиной, втянется, в результате чего труба опустится из холодного состояния в горячее. пружина сжимается еще больше. Когда труба движется вверх, коленчатый рычаг будет вращаться (по часовой стрелке), а тяга, соединенная с пружиной, вытолкнется, позволяя пружине расшириться или расслабиться.

Другой популярный принцип — трехпружинный или регулировочный пружинный механизм. В этом случае основная нагрузка на трубу принимается на одну главную вертикальную пружину. Там расположены еще две пружины с горизонтальной ориентацией, чтобы уравновесить любую дополнительную нагрузку, поступающую вверх или вниз.

Демпфер или амортизатор

Динамические ограничения: удерживающая система выполняет совершенно другую функцию, чем опоры. Последний предназначен для того, чтобы выдерживать вес трубопровода и обеспечивать его свободное перемещение при нормальных условиях эксплуатации.Система фиксации предназначена для защиты трубопроводов, установки и конструкции от ненормальных условий; оно не должно препятствовать функционированию опор. Условиями, обуславливающими необходимость применения средств ограничения, являются следующие:• Землетрясение.• Нарушение жидкости.• Определенные системные функции.• Влияние окружающей среды.В районах, расположенных на линиях геологических разломов или вблизи них, обычной практикой является защита электростанции от потенциальной сейсмической активности. На таком заводе будет очень большая потребность в динамических ограничителях. Нарушение жидкости может быть вызвано воздействием насосов и компрессоров или иногда жидкостью в жидком состоянии, попадающей в трубопровод, предназначенный для транспортировки газа или пара. Некоторые функции системы, такие как быстрое закрытие клапана, пульсация из-за перекачки и срабатывание безопасности. Предохранительные клапаны будут вызывать неравномерные и внезапные нагрузки в системе трубопроводов. Окружающая среда может вызывать беспокойство из-за высокой ветровой нагрузки или, в случае морских нефтяных и газовых вышек, воздействия океанских волн.Система удержания пассажиров будет спроектирована с учетом всех этих воздействий. Ограничитель — это устройство, которое предотвращает повреждение трубопровода или установки, к которой он подключен, в результате возникновения одного или нескольких из вышеперечисленных факторов.явление. Он предназначен для поглощения и передачи резкого увеличения нагрузки от трубы на конструкцию здания и для гашения любых противоположных колебаний между трубой и конструкцией. Поэтому динамические ограничители должны быть очень жесткими, иметь высокую грузоподъемность и минимизировать свободное перемещение между трубой и конструкцией.

По принципу действия демпферы можно разделить на

• Гидравлический демпфер: Подобно автомобильному амортизатору, гидравлический демпфер построен вокруг цилиндра, содержащего гидравлическую жидкость, с поршнем, который перемещает жидкость от одного конца цилиндра к другому. Смещение жидкости происходит в результате движения трубы, вызывающего перемещение поршня внутри цилиндра, что приводит к созданию высокого давления на одном конце цилиндра и относительно низкого давления на другом. Скорость поршня будет определять фактическую разницу давления. Жидкость проходит через подпружиненный клапан, причем пружина используется для удержания клапана в открытом состоянии. Если перепад давления на клапане превышает эффективное давление пружины, клапан закроется. Это приводит к тому, что демпфер становится жестким, и дальнейшее смещение по существу предотвращается. Гидравлический демпфер обычно используется, когда ось фиксации находится в направлении расширения и сжатия трубы. Поэтому демпфер необходимо выдвигать или втягивать при нормальной работе трубопровода. Демпфер имеет низкое сопротивление движению на очень низких скоростях.
• Механический демпфер: Хотя его применение такое же, как и у гидравлического демпфера, замедление трубы происходит из-за центробежного торможения внутри демпфера. Разъемный маховик вращается с высокой скоростью, заставляя стальные шарики выталкиваться радиально наружу. Маховик раздвигается стальными шариками, вызывая сближение тормозных дисков, что замедляет осевое смещение демпфера. Вращение маховика создается за счет линейного перемещения основного стержня, действующего на шарико-винтовую передачу или подобное устройство. Это также очень дорого.
• Амортизатор поглощает энергию резких импульсов или рассеивает энергию из трубопровода. Информацию о демпфере и приборной панели см. в разделе «Амортизатор» .
• Изолированная опора для труб (также называемая предварительно изолированной опорой для труб) является несущим элементом и сводит к минимуму рассеивание энергии. Изолированные опоры для труб могут быть рассчитаны на сочетание вертикальных, осевых и/или боковых нагрузок как при низких, так и при высоких температурах. Адекватная изоляция трубопровода повышает эффективность трубопроводной системы, не позволяя «холоду» внутри выходить в окружающую среду. Информацию об изолированной трубе см. в разделе «Изолированная труба».

Изолированные опоры (холодная обувь)

• Специально разработанная пружинная опора выдерживает определенную нагрузку, включая вес трубы, товара, фланцев, клапанов, огнеупорного материала и изоляции. Пружинные опоры также позволяют поддерживаемой нагрузке проходить заданный цикл термического отклонения от установленного состояния до рабочего состояния.

Специальные пружинные опоры (переменные пружины)

Материалы

Опоры для труб изготавливаются из различных материалов, включая конструкционную сталь , углеродистую сталь , нержавеющую сталь , оцинкованную сталь , алюминий , ковкий чугун и композиты FRP . Большинство опор труб имеют покрытие для защиты от влаги и коррозии. Некоторые методы защиты от коррозии включают: покраску, цинкование, горячее цинкование или их комбинацию. В случае опор из композитных труб из стеклопластика элементы, необходимые для образования коррозионной ячейки, отсутствуют, поэтому никаких дополнительных покрытий или защиты не требуется.

Стандарты

• Проектирование: ASME B31.1, ASME B31.3, ASME Раздел VIII Сосуды под давлением
• Производство: MSS-SP58 (Материал, проектирование, производство, выбор, применение и установка. Примечание: MSS SP-58-2009 включает и заменяет содержание ANSI/MSS SP-69-2003, MSS SP-77, MSS SP-89). и MSS SP-90), AWS-D1.1, ASTM-A36, ASTM-A53, ASTM-A120, ASTM-A123 и A446, ASTM-A125, ASTM-A153, ASTM-307 и A325, ASTM-C916, АСТМ-Д1621, АСТМ-Д1622, АСТМ-Д1623. Опоры с изоляционными вставками также должны соответствовать стандарту ASTM-C585.
• Системы качества: ISO 9001, ASQC Q-92, CAN3 Z299.
• Тестирование: ANSI B18.2.3.

Амортизатор (гидравлический)