Conducte de presiune

35
Conducte de presiune, forţate 1.6.3.1 – Generalităţi Unul din elementele importante ale unei instalaţii hidroenergetice îl reprezintă conducta care face legătura între castelul de apă şi turbinele centralei, conducta de presiune, numită şi conductă forţată. În cazul presiunilor mijlocii şi mari, aceste conducte se execută din oţel. Traseul conductei trebuie să fie cât mai scurt, deci cât mai apropiat de linia dreaptă care uneşte castelul de apă cu centrala. Pentru a realiza această condiţie, în cele mai multe cazuri sunt necesare lucrări de pământ şi de artă importante. Când costul acestor lucrări devine prea mare, o soluţie este aceea de a frânge traseul în anumite puncte, fiind astfel posibilă adaptarea traseului la schimbările de pantă ale terenului. În punctele de schimbare de pantă sunt necesare masive puternice de ancoraj. Între masivele de ancoraj se introduc reazeme intermediare ale căror fundaţii trebuie executate pe teren sănătos, pentru a nu avea tasări. Conducta trebuie să fie apărată contra avalanşelor, când acest pericol există, iar în lungul conductei apele de ploaie trebuie îndepărtate printr-o canalizare corespunzătoare. Alimentarea diferitelor agregate, montate într-o centrală, poate fi făcută în următoarele moduri: - separat pentru fiecare agregat (figura 1.120); - pe grupe, o conductă alimentând două sau mai multe agregate (figura 1.121); - o conductă unică, care alimentează toate agregatele (figura 1.122).

description

Referat

Transcript of Conducte de presiune

Page 1: Conducte de presiune

Conducte de presiune, forţate

1.6.3.1 – Generalităţi

Unul din elementele importante ale unei instalaţii hidroenergetice îl reprezintă

conducta care face legătura între castelul de apă şi turbinele centralei, conducta de presiune,

numită şi conductă forţată. În cazul presiunilor mijlocii şi mari, aceste conducte se execută din

oţel.

Traseul conductei trebuie să fie cât mai scurt, deci cât mai apropiat de linia dreaptă

care uneşte castelul de apă cu centrala. Pentru a realiza această condiţie, în cele mai multe

cazuri sunt necesare lucrări de pământ şi de artă importante. Când costul acestor lucrări

devine prea mare, o soluţie este aceea de a frânge traseul în anumite puncte, fiind astfel

posibilă adaptarea traseului la schimbările de pantă ale terenului. În punctele de schimbare de

pantă sunt necesare masive puternice de ancoraj. Între masivele de ancoraj se introduc

reazeme intermediare ale căror fundaţii trebuie executate pe teren sănătos, pentru a nu avea

tasări. Conducta trebuie să fie apărată contra avalanşelor, când acest pericol există, iar în

lungul conductei apele de ploaie trebuie îndepărtate printr-o canalizare corespunzătoare.

Alimentarea diferitelor agregate, montate într-o centrală, poate fi făcută în următoarele

moduri:

- separat pentru fiecare agregat (figura 1.120);

- pe grupe, o conductă alimentând două sau mai multe agregate (figura 1.121);

- o conductă unică, care alimentează toate agregatele (figura 1.122).

Prima soluţie are avantajul unei siguranţe mai mari în exploatare şi este soluţia

indicată în cazul debitelor mari. Soluţiile doi şi trei deşi aduc oarecare economii de material

metalic, au dezavantajul unor opriri parţiale sau totale a centralei în cazul reparaţiilor

conductelor sunt în parte anulate de costul ridicat al vanelor şi al racordurilor necesare.

La centralele mari se poate adapta soluţia ca în regiunea superioară conducta să fie

unică, iar în partea inferioară, unde presiunea este mare, conducta să se ramifice în două

conducte paralele.

Dacă se fixează ca grosime utilă maximă a tablelor conductei 30 mm, cu rezistenţa

admisibilă de 1000 kgf/cm2 şi cu un coeficient de slăbire prin cordoanele de sudură

din formula de dimensionare:

(1.163)

Page 2: Conducte de presiune

rezultă:

Fig. 1.120 – Alimentarea separată a agregatelor

Fig. 1.122 – Alimentarea printr-o conductă unică a agregatelor

Page 3: Conducte de presiune

Înlocuind se obţine ca limită pentru conducta cu grosimea tablelor de 30

mm:

Pentru valori mai mari ale produsului va trebui ca grosimea tablelor să fie deci

majorată, ceea ce nu se recomandă din punctul de vedere al calităţii sudurii. O soluţie mai

indicată în afară de soluţia de înlocuire a conductei unice prin două conducte echivalente, este

întrebuinţarea conductelor fretate. Prin fretele montate la cald se introduc în peretele

conductei solicitări de compresiune, adică eforturi unitare diferite ca semn de cele produse de

presiunea apei. Deoarece în frete solicitările iniţiale care apar prin răcirea bandajelor sunt de

tracţiune, adică de acelaşi sens ca cele din presiunea apei, materialul din care se execută

fretele trebuie să fie de o calitate superioară. La dimensionarea tablelor conductelor de

presiune nu se iau în consideraţie solicitările iniţiale de compresiune.

O soluţie care prezintă avantaje economice este propusă de ing. Ferrand. Fretele cu

secţiune 120 x 120 mm la o conductă cu 200 mm sunt trase la rece şi sunt aşezate la 1000

mm una de alta.

După montarea fretelor se exercită o presiune interioară de 2-2,5 ori mai mare ca

presiunea normală din care cauză mantaua reprezintă deci o pânză cu dublă curbură.

Eforturile unitare fiind mai mici decât în mantaua cilindrică, vor rezulta grosimi mai mici de

tablă şi deci economie de material. Dacă, de exemplu, raza de curbură a buclei este egală cu

raza conductei plus înălţimea buclei, bucla reprezintă un inel dintr-o sferă şi efortul unitar va

fi:

(1.164)

adică jumătate din valoarea efortului unitar în mantaua cilindrică. Secţiunea fretei rezultă din

efortul inelar calculat pe lungimea dintre două frete I1 din care se scade ceea ce preia mantaua

cilindrică.

(1.165)

unde a este solicitarea admisă în manta, iar fr în fretă.

Fig.1.121 – Alimentarea pe grupe a agregatelor

Page 4: Conducte de presiune

Pereţii interiori ai conductei nefiind netezi, pierderile de presiune sunt sensibil mărite.

Prin încărcări s-a determinat o pierdere de presiune, din frecarea pe pereţi cu 27% mai mare,

ca în cazul conductelor cilindrice. La acest sistem nu sunt necesare măsuri speciale pentru

limitarea deformaţiilor din temperatură, buclele îndeplinind rolul compensatorilor de dilataţie.

La stabilirea diametrului unei conducte trebuie avute în vedere considerente tehnice şi

economice.

Pierderile de energie, din cauza frecării apei pe pereţii conductei, cresc cu viteza apei

şi sunt invers proporţionale cu diametrul conductei.

Cheltuielile de investiţie şi de exploatare a conductelor scad cu micşorarea

diametrului. Prin micşorarea diametrului se reduce grosimea tablelor (grosimea este

proporţională cu D, iar greutatea cu D2) şi deci consumul de oţel şi suprafaţa exterioară a

conductei de a cărei mărime sunt legate cheltuielile de întreţinere.

Exprimând valorile energiei pierdute şi totalul cheltuielilor de investiţie şi întreţinere

privind conducta, se deduce diametrul optim din condiţia ca suma acestor două costuri să fie

un minim.

O formulă aproximativă stabilită pe acest considerent este:

(1.166)

unde Qmax reprezintă debitul maxim al conductei, în m3/s, iar H presiunea apei în conductă,

inclusiv creşterea presiunii prin lovitura de berbec, introdusă în metri.

Astfel, din formula (1.166) diametrul conductei scade cu creşterea presiunii H. Este

deci raţională construcţia la care diametrul conductei scade de sus, pe măsură ce presiunea

apei creşte şi ajunge la valoarea minimă la intrarea conductei în centrală, adică acolo unde

presiunea apei este maximă. Diametrul conductei trebuie apoi verificat din punctul de vedere

al vitezei apei în conductă, care în cazul conductelor metalice se recomandă să nu depăşească

5-6 m/s.

Viteze mai mari, duc la pierderi de energie şi la mărirea presiunii prin creşterea

efectului loviturii de berbec.

1.6.3.2 – Sisteme constructive

Conductele de presiune pot fi executate sub formă de conducte aeriene, aşezate pe

blocuri de reazem, care depăşesc cu puţin nivelul terenului sub formă de conducte îngropate.

Page 5: Conducte de presiune

În unele cazuri, din cauza configuraţiei terenului poate să apară necesară montarea

conductelor pe o anumită distanţă în galerii.

Conductele aşezate deasupra solului au avantajul că pot fi mai uşor supravegheate şi

întreţinute, în schimb sunt expuse avalanşelor şi pericolului de îngheţ. În condiţiile climaterice

de la noi pericolul de îngheţ însă nu este mare. Se consideră acest pericol înlăturat dacă prin

conductă curge o cantitate de apă, în m3/h egală cu suprafaţa laterală a conductei în m2.

Conductele îngropate au ca avantaje, pe lângă înlăturarea pericolului de îngheţ, o siguranţă

contra avalanşelor şi deformaţii reduse din temperatură. În schimb întreţinerea este dificilă şi

măsurile de protecţie a construcţiei contra acţiunii corozive a terenului umed sunt în general

costisitoare.

Din punctul de vedere al rezemării, conductele forţate pot fi executate după una din

următoarele soluţii:

a) Conducta formată din tronsoane rectilinii este încastrată la extremităţile

tronsoanelor în masive de ancoraj (figura 1.123,a). Masivele de ancoraj trebuie

plasate la toate secţiunile în care traseul prezintă schimbări de înclinaţie sau

aliniament şi la distanţe maxime de 150-200 m unul de altul.

Page 6: Conducte de presiune

Fig.1.123 – Sisteme de rezemare ale conductei: a,b) tronsoane drepte respectiv curbe ancorate în masive; c) tronsoane drepte cu compensatori de dilataţie.

Între două masive de ancoraj conducta este aşezată pe reazeme intermediare executate

cu reazeme mobile. Din cauza variaţiilor de temperatură, apar în conductă forţe axiale

importante de compresiune sau de tracţiune, după cum avem o ridicare sau o scădere a

temperaturii faţă de temperatura la care s-a executat la montaj încastrarea conductei în

masivul de ancorare.

b) Conducta, de asemenea continuă şi încastrată în masivele de ancoraj este executată

între două masive consecutive cu o anumită curbură (figura 1.123,b). Cu cât

săgeata curbei, măsurată faţă de axa care uneşte blocurile de ancoraj, va fi mai

mare, cu atât împingerile în blocul de ancoraj din variaţia temperaturii faţă de cea

montată vor fi mai mici.

c) Prin introducerea unui compensator de dilataţie în fiecare tronson al conductei,

executată după prima soluţie (figura 1.123,c) variaţia temperaturii nu dă naştere la

împingeri în blocurile de ancoraj.

În conductă, din variaţia temperaturii, apar forţe axiale care sunt însă mai reduse decât

în primul caz şi se datoresc frecărilor care apar în reazemele mobile intermediare şi în

manşonul aparatului de compensare.

Page 7: Conducte de presiune

1.6.3.3 – Încărcări

Încărcările principale care acţionează asupra conductei şi a reazemelor sunt

următoarele:

a) Greutatea proprie a conductei, o încărcare verticală uniform repartizată pe lungimea unui

tronson cu diametru şi grosime de tablă constantă. Însemnând cu α înclinaţia axei conductei

faţă de orizontală, se poate descompune încărcarea din greutatea proprie într-o componentă

paralelă cu axa conductei: şi o componentă normală pe această axă:

b) Presiunea apei care se calculează în următoarele alternative:

- Presiunea maximă hidrostatică ps (figura 1.124) care este egală cu înălţimea

Fig.1.124 – Schema unei conducte de presiune şi pierderile de sarcină

coloanei de apă hs, introdusă în metri, înmulţită cu greutatea specifică:

în kgf/cm2

(1.167)

La capătul inferior conducta este strangulată, astfel că secţiunea deschisă reprezintă

numai câteva procente din secţiunea conductei. O parte din energia potenţială, reprezentată în

figură prin hv este consumată pentru producerea vitezei apei în secţiunea liberă, iar o altă parte

hr pentru învingerea frecărilor în conductă.

Pierderile de presiune pentru producerea vitezei este egală cu:

(1.168)

Page 8: Conducte de presiune

unde vi reprezintă viteza apei în centrul secţiunii inferioare a conductei.

Pierderea de presiune prin frecarea apei pe pereţii conductei se poate calcula din

formula:

(1.169)

sau introducând pentru:

(1.170)

se obţine:

(1.171)

unde λ este un coeficient care ţine seama de rugozitatea pereţilor. Pentru determinarea valorii

acestui coeficient sunt date în literatura de specialitate o serie de formule.

- Presiunea maximă hidrodinamică (hd). Prin modificarea bruscă sau foarte rapidă a

regimului de curgere se produc modificări ale presiunilor de care trebuie să se ţină seama la

dimensionarea conductelor. Modificarea de presiune începe imediat lângă vana de închidere şi

se propagă în sus cu viteza ω. Viteza ω rezultă după Allievi din relaţia:

(în m/s)

(1.172)

Pentru conducte metalice K se ia 0.5, iar diametrul şi grosimea tablelor s se introduc în

metri.

Când unda atinge nivelul superior, ea este reflectată în jos şi această oscilaţie se

continuă până este complet amortizată de frecările apei pe pereţii conductei.

Timpul de revenire al undei în secţiunea unde a fost provocată va fi deci:

(1.173)

unde L reprezintă lungimea conductei.

Page 9: Conducte de presiune

Însemnând cu vo viteza medie a apei în conductă şi cu hs înălţimea statică (valorile

iniţiale ale vitezei şi presiunii în conductă), sunt de deosebit trei cazuri pentru calculul

presiunii maxime, după cum urmează:

Cazul 1

Înălţimea maximă a coloanei de apă se calculează din ecuaţia:

(1.174)

unde T este timpul de închidere în secunde iar

reprezintă înălţimea de presiune în cazul unei închideri instantanee.

Cazul 2

Presiunea maximă se calculează din ecuaţia:

(1.175)

Din cele două soluţii ale ecuaţiilor de gradul II, soluţia cu plus reprezintă cazul de închidere al

vanei, iar soluţia cu minus de deschidere.

În figura 1.125 este reprezentată variaţia presiunii hidrodinamice pentru aceste două

cazuri.

Cazul 3

(1.176)

După cum timpul de închidere

(1.177)

Page 10: Conducte de presiune

Presiunea maximă se calculează după cazul 1 sau 2.

Fig.1.125 – Presiunea hidrodinamică

La punerea în funcţiune a centralei, prin deschiderea vanei, presiunea în faţa vanei va

scădea sub presiunea statică.

Se deosebesc de asemenea două cazuri:

Cazul 1:

Presiunea maximă se calculează din ecuaţia:

(1.178)

unde t este viteza medie urmărită în conductă.

Cazul 2:

Presiunea se calculează din:

(1.179)

Diametrul şi grosimea pereţilor fiind variabile, se calculează cu valori ponderate.

Page 11: Conducte de presiune

- Presiunea de probă. Construcţia montată se probează:

Cu presiunea hidrostatică (probă suficientă la instalaţiile mici);

Prin crearea unor suprapresiuni cu maximum 50% mai mari ca presiunea de regim;

Prin crearea unor suprapresiuni dinamice cu ajutorul turbinelor.

Această metodă este întrebuinţată în special la conducte la care separarea în tronsoane, care

pot fi încercate separat, nu este posibilă.

Asupra conductei, presiunea apei se exercită după următoarele direcţii:

- ca presiune interioară normală pe pereţii conductei;

- ca o încărcare axială care poate să fie provocată de una din următoarele cauze:

prin montarea unei vane sau a unui dop.

În acest caz forţa axială va fi:

(1.180)

Această forţă se transmite prin peretele conductei masivului de ancoraj imediat superior:

prin modificarea diametrului conductei.

Trecerea de la diametrul D1

la diametrul D2 se face

printr-un tronson conic cu

lungimea (figura 1.126).

Fig.1.126 – Modificarea diametrului conductei

Forţa axială se calculează ca

presiunea pe inelul rezultat

din suprapunerea secţiunilor cu diametru D1 şi D2.

(1.181)

Presiunea p din formulă se stabileşte pentru secţiunea aflată la distanţa m, măsurată faţă de

secţiunea I şi care rezultă din relaţia:

Page 12: Conducte de presiune

(1.182)

prin introducerea unui compensator de dilataţie (figura 1.127)

Fig.1.127 – Modificarea diametrului conductei prin compensator de dilataţie

Pe suprafaţa frontală a manşonului se exercită presiune:

(1.183)

care se transmite ca o forţă axială prin pereţii conductei până la masivul de ancorare. Această

forţă este importantă în special la compensatorii lenticulari, la care diferenţa între cele două

diametre este mare.

In coturile conductei apar reacţiuni dirijate în spre exteriorul curbei.

Mărimea şi direcţia reacţiunii se pot

calcula fiind rezultanta presiunilor

pe suprafeţele finale ale cotului

(figura 1.128).

Când cele două secţiuni sunt

aceleaşi, reacţiunea Rc este dirijată

după bisectoarea unghiului.

c) Greutatea apei. La calculul

reacţiunilor conductei pe reazeme, intervine componenta

greutăţii apei după normala pe axa conductei. Considerând distanţa dintre reazeme constantă

şi egală cu I, reacţiunea va fi:

Fig.1.128 – Cot vertical

Fig.1.128 – Cot vertical

Page 13: Conducte de presiune

(1.184)

d) Încărcarea cu pământ. Această încărcare intervine numai în cazul conductelor îngropate.

Greutatea pe metru liniar este:

(1.185)

unde e reprezintă adâncimea până la nivelul superior al conductei, iar De diametrul exterior.

Încărcarea verticală gp se descompune într-o componentă normală pe axa conductei

şi o componentă longitudinală care nu poate să depăşească forţa de frecare

dintre pământ şi conductă, egală cu . Pentru coeficientul de frecare se ia .

e) Forţele de frecare. Forţele de frecare apar din următoarele cauze:

- din frecarea apei pe pereţii conductei. Forţa de frecare este egală cu:

(1.186)

unde hr este pierderea de presiune prin frecare pe lungimea şi este dirijată în sensul mişcării

apei.

- din frecările în compensatorii de dilataţie. Forţa de frecare este:

(1.187)

unde b este lungimea etanşării, iar s coeficientul de frecare;

- din frecările reazemelor mobile. Forţele de frecare se calculează din relaţia:

(1.188)

unde Rg, Ra şi Rp reprezintă reacţiunile conductei din greutatea proprie, greutatea apei şi

încărcarea cu pământ, iar f coeficientul de frecare între conductă şi reazem. Coeficientul de

frecare, în funcţie de modul cum este executată rezemarea,

se va lua după cum urmează:

- pentru frecarea conductei pe beton f = 0,60 – 0,75

- pentru frecarea pe o placă metalică fără ungere f =

0,50

Page 14: Conducte de presiune

- pentru frecarea pe o placă metalică cu ungere defectuoasă f = 0,30 – 0,25

- idem, ungere cu grafit f = 0,20

- idem, ungere cu ulei gros f = 0,12 – 0,15

Forţa de frecare în reazeme solicită conducta excentric. Însemnând cu unghiul la centru al

sectorului de rezemare (figura 1.129) poziţia forţei P5 este determinată prin distanţa:

Fig. 1.129 – Forţa de frecare în reazemul mobil

f) Influenţa variaţiilor de temperatură. Această influenţă intervine la conductele fără

compensatori de dilataţie. Pentru o variaţie de temperatură t, faţă de temperatura la care s-a

executat montajul conductei în blocurile de ancoraj, rezultă o forţă axială:

(1.190)

Considerând că montajul se execută la o temperatură de +150 pentru t se recomandă:

- pentru conducta plină

- pentru conducta goală

1.6.3.4 – Ipoteze de încărcare

Încărcările fundamentale sunt considerate:

- greutatea proprie;

- presiunea apei care se ia egală cu presiunea hidrostatică sporită cu presiunea

hidrodinamică, care poate avea loc în cursul unei exploatări normale a centralei;

- greutatea apei;

- încărcarea cu pământ, în cazul conductelor îngropate;

- forţele de frecare;

- influenţa variaţiilor de temperatură.

Conducta trebuie dimensionată la solicitarea cea mai defavorabilă, care rezultă din

combinarea acestor încărcări.

În plus conducta trebuie verificată şi în ipoteza de încărcare cu sarcini fundamentale şi

accidentale.

În categoria încărcărilor accidentale sunt considerate:

- încărcările de probă;

Page 15: Conducte de presiune

- presiunea hidrodinamică care se adaugă la presiunea hidrostatică, în cazul

nefuncţionării regulatorilor de presiune şi turbinei (evacuarea în gol);

- încărcarea cu zăpadă, prin troiene de zăpadă;

- influenţa unei umpleri parţiale (pe jumătate) a conductei.

În categoria încărcărilor excepţionale se consideră influenţa cutremurelor.

1.6.3.5 – Calculul şi dimensionarea conductelor de presiune.

Sub influenţa încărcărilor perpendiculare pe axa longitudinală, conducta se comportă

ca o grindă, atunci cand nu are inele de rezemare şi ca un sistem spaţial când inelele de

rezemare fac parte din construcţia conductei.

Cazul 1

Conductă fără inele de rezemare.

Eforturile unitare se calculează după cum urmează:

a) din presiunea interioară , apar eforturile unitare:

(1.191)

b) din încărcările perpendiculare pe axa conductei (componenţa greutăţii proprii, a

greutăţii lichidului şi a încărcării cu pământ), conducta este supusă la încovoiere. Ţinând

seama de continuitate, momentul maxim se calculează din formula:

(1.192)

unde:

este înclinaţia faţă de orizontală a conductei;

distanţa dintre reazeme.

Efortul unitar după generatoare rezultă:

(1.193)

Acest efort unitar are valoarea maximă în punctele situate pe diametrul vertical. Cum

eforturile maxime de alunecare apar în punctele aflate pe diametrul orizontal, se recomandă ca

Page 16: Conducte de presiune

îmbinările longitudinale ale tablelor să fie plasate pe generatoarele care se află în plane

înclinate cu 450 faţă de planul vertical.

c) Încărcările axiale dau naştere la un efort unitar după generatoare:

(1.194)

La conductele încastrate în blocurile de ancoraj şi executare fără compensatori de dilataţie, se

mai adaugă din variaţia temperaturii:

(1.195)

Cazul 2

Conductă cu inel de rezemare.

În funcţie de condiţiile de rezemare, sistemul se calculează astfel cum s-a arătat în

subcapitolul 1.6.1.

La solicitările longitudinale rezultate din presiunea apei şi greutatea proprie:

(1.196)

se mai adaugă şi efortul unitar din forţele axiale care, ca şi în cazul precedent rezultă din

relaţia (1.194).

Dimensionarea tablelor conductei, după normele Glavghidroenergostroi, se face pe

baza rezistenţei maxime de forfecare, adică:

(1.197)

sau introducând:

se obţine condiţia de dimensionare:

(1.198)

şi

Page 17: Conducte de presiune

Rezistenţele admisibile, după aceleaşi norme, stabilite pentru diferite ipoteze de

încărcare, sunt date în tabela 1.4. Dacă dimensionarea se face pe baza rezistenţelor reduse,

formulele de verificare sunt:

(1.199)

Pentru o dimensionare preliminară se poate lua în consideraţie numai rezistenţa

maximă de întindere. În acest caz, rezistenţele admisibile date în tabela 1.4 se reduc cu 15%

pentru porţiunile de conductă aflate în regiunea racordurilor coturilor şi derivaţiilor, grosimea

tablelor în aceste regiuni trebuind să fie în orice caz cu cel puţin 2 mm mai mare ca grosimea

tronsoanelor alăturate.

Tab

ela

1.4

Rezistenţe admisibile pentru conducte de presiune

Ipoteze de încărcareOL-37

Kgf/cm2

OT-40

Kgf/cm2

Fundamentale 1050 750

Fundamentale şi accidentale 1060 1100

Fundamentale, accidentale şi catastrofale 1900 1300

Verificarea stabilităţii mantalei metalice

Rigiditatea mantalei trebuie verificată în alternativa existenţei unei presiuni exterioare.

Această presiune poate să apară dacă prin închiderea vanei superioare se produce vid în

conductă. În cazul producerii unui vid absolut presiunea este de 1 kgf/cm2.

Considerând un inel de rază R şi grosimea peretelui s, încărcat cu o presiune uniformă

radială exterioară, presiunea critică la care apare pierderea stabilităţii, se calculează din

relaţia:

(1.200)

unde K reprezintă rigiditatea cilindrică a păcii. Înlocuind expresia lui K se obţine:

Page 18: Conducte de presiune

Presiunea exterioară va trebui să fie inferioară presiunii critice reduse cu coeficientul

de siguranţă, care este c = 2:

Din relaţia Pcr se obţine:

sau introducând valorile pentru c, şi E rezultă relaţia:

adică pentru p = 1 kgf/cm2;

Pentru conducta întărită cu inele de rigidizare aşezate la distanţa unul de altul, se

poate folosi relaţia stabilită pentru Pcr de R. Mises:

unde:

n fiind numărul semiundelor în care se împarte cercul paralel în cazul pierderii stabilităţii.

Acest număr se determină astfel ca Pcr să atingă valoarea minimă.

De exemplu, pentru 1/R = 2 şi s/R = 1/200 se obţine n = 6 şi Pcr = 2,18 kgf/cm2.

1.6.3.6 – Calculul masivelor de ancoraj

Masivul de ancoraj reprezentând un reazem fix al conductei trebuie verificată

stabilitatea lui la alunecare şi răsturnare, precum şi presiunile pe teren şi eforturile unitare în

beton în anumite secţiuni periculoase. Pe lângă reacţiunile conductei, normală pe axă şi în

lungul axei, ca o forţă importantă care trebuie mai întâi apreciată, apare greutatea blocului. Ca

o primă condiţie trebuie ca rezultanta R a tuturor forţelor care acţionează asupra masivului

inclusiv greutatea proprie, să cadă în sâmburele central al secţiunii de bază. În al doilea rând,

descompunând rezultanta R în componentele N şi H, normală şi paralelă cu suprafaţa de bază,

va trebui ca raportul H/N să fie mai mic ca tangenta unghiului de 200. Această condiţie

Page 19: Conducte de presiune

considerând coeficientul de frecare între beton şi pământ egal cu 0,7, reprezintă un coeficient

de siguranţă la alunecare egal cu doi.

În cazul când masivul este aşezat simetric faţă de axa conductei iar suprafaţa de bază

este dreptunghiulară, presiunea pe teren se calculează din relaţia:

(1.201)

unde:

A este suprafaţa de bază a blocului, în

cm2;

e excentricitatea componentei normale

N faţă de centrul de greutate al

suprafeţei de bază;

a înălţimea dreptunghiului suprafeţei de

bază.

În figura 1.130 este arătată

variaţia presiunilor pe teren. Presiunile

admisibile se stabilesc de la caz la caz,

în funcţie de natura terenului de

fundaţie.

În cazul terenurilor înclinate şi

stâncoase, se recomandă executarea

suprafeţei de bază în trepte (figura

1.130,b). În acest caz, ca suprafaţă de

bază pentru calculul presiunilor pe teren

se consideră proiecţia suprafeţei de

bază pe un plan pe care rezultanta Rt a

tuturor forţelor este normală.

Fig.1.130 – Masive de ancoraj; presiunile pe teren

Pentru determinarea eforturilor unitare

într-o anumită secţiune prin masiv, se

calculează rezultanta forţelor care

Page 20: Conducte de presiune

acţionează deasupra secţiunii. Această rezultantă se descompune în cele două componente N

şi H (normală şi paralelă cu secţiunea). Eforturile unitare rezultă:

şi

În cazul când min este un efort unitar de întindere, trebuie prevăzute armături din oţel rotund

sau profilat.

În cazul unei conducte cu curbura spre exterior, reacţiunea Rc (vezi figura 1.128) fiind dirijată

în spre exterior, trebuie prevăzute ancoraje care să împiedice ridicarea conductei de pe

reazem. La calculul forţei de ridicare se ţine seama şi de acţiunea forţei centrifuge, a cărei

mărime poate fi calculată din relaţia:

(1.202)

Direcţia acestei forţe este după bisectoarea unghiului şi dirijată în spre exteriorul curbei.

1.6.3.7 – Detalii constructive

Conductele se execută din tronsoane, a căror lungime este fixată de posibilităţile de

transport.

În figurile 1.131 şi 1.132 sunt date două soluţii privind executarea conductelor sudate.

Fig.1.131 – Conductă sudată din mai multe virole

Page 21: Conducte de presiune

Fig.1.132 – Conductă sudată dintr-o virolă

Tronsonul la soluţia din figura 1.131 este format din mai multe virole îmbinate prin

cusături sudate în capete.

Fiecare virolă este executată dintr-o tablă, îmbinarea sudată de închidere de asemenea

cap la cap, fiind plasată alternativ pe o parte şi pe alta a conductei şi sub o înclinaţie de 450

faţă de axa verticală.

La soluţia din figura 1.132 tronsonul este alcătuit din table lungi, îmbinate prin

cusături sudate cap la cap şi apoi tablele fiind îndoite.

Soluţia având avantajul unei reduceri a lungimii cusăturilor sudate şi a unei execuţii

mai simple, în special la folosirea metodei automate sub flux. În schimb este necesar utilaj

mai greu pentru executarea îndoirii.

Îmbinările tronsoanelor pot fi executate sudate sau bulonate.

Soluţia primă, la care îmbinările se

execută prin cusături sudate în capete, are mari

avantaje din punct de vedere hidraulic, prezintă

însă dificultăţi de execuţie la şantier.

În figura 1.133 sunt arătate patru soluţii la care

îmbinarea tronsoanelor este executată cu

buloane, conducta fiind prevăzută cu flanşe

executate din corniere. Etanşarea rostului se

realizează printr-o funie de cânepă ceruită sau

îmbibată cu miniu de plumb, sau printr-un

cordon de cauciuc rotund sau plat.

În figura 1.134 cornierele sunt înlocuite prin cercuri dintr-un profil dreptunghiular

(figura 1.134,a) sau un profil strungit, astfel încât

cordonul de etanşare, prin strângerea inelelor să fie

presat într-un canal (figura 1.134,b).

În figura 1.135 este arătată o soluţie la care

îmbinarea sudată se execută prin suprapunere, soluţie

întrebuinţată în special la ţevile laminate.

Compensatorii de dilataţie sunt de obicei

executaţi în formă de teacă (figura 1.136). Reazemele

Fig.1.133 – Îmbinarea tronsoanelorcu flanşe din corniere

Page 22: Conducte de presiune

intermediare trebuie să se afle la distanţe mici de compensator, deoarece între cele două

reazeme conducta lucrează cu două console.

Un reazem intermediar este arătat în figura 1.137.

Deplasarea conductei în reazem se face prin

alunecare pe o placă metalică prevăzută cu canale

de ungere. Pentru conducte cu diametru mare, se dă

în figura 1.138 soluţia constructivă a unui

reazem mobil, cu rulouri.

În figura 1.139 este arătată o

bifurcaţie a unei conducte cu

diametru de 2000 mm în două

conducte cu diametru de 1400 mm.

Pantalonul este executat din table

îndoite, în construcţie complet

sudată.

Fig.1.136 – Compensator de dilataţie

Fig.1.134 – Îmbinarea tronsoanelor cu flanşe profilate

Fig.1.135 – Îmbinarea tronsoanelor prin sudare

Page 23: Conducte de presiune

Fig.1.137 – Reazem mobil: 1-canal de ungere; 2-conductă pentru unsoare

Page 24: Conducte de presiune

Fig.1.138 – Reazem mobil cu role

În figura 1.140 este arătată rezolvarea aceleiaşi probleme însă pentru cazul

conductelor cu diametru foarte mare. Astfel cum se vede din figură, pantalonul este rigidizat

cu o coastă longitudinală şi cu mai multe coaste transversale articulate.

În figura 1.141 se reprezintă o ramificaţie a conductei principale în apropierea

centralei.

Page 25: Conducte de presiune

Fig.1.139 – Bifurcaţia la conducte cu diametru mai mic

Fig.1.140 – Bifurcaţia la conducte cu diametru mare

Page 26: Conducte de presiune

Fig.1.141 – Ramificaţie la conducte