Технология локального ремонта трубопроводов систем водоснабжения г. Краснодара

(4.2)

Перемещения U₁ для трубы и U₂ для оболочки определим по формулам, полученным при решении задачи Ламе, когда на трубу изнутри действует давление Р, а снаружи - давление Р_к, а на оболочку - изнутри давление Р_к, которые для данного случая имеют вид:

(4.3)

(4.4)

где Р - давление рабочей жидкости внутри трубы;

Р_к - контактное давление на поверхности соприкосновения оболочки с трубой;

Е_Т и Е₀ - модуль упругости материала соответственно трубы и оболочки;

µ_Т и µ₀ - коэффициент Пуассона материала соответственно трубы и оболочки;

а - внутренний радиус трубы;

b - наружный радиус оболочки;

с - наружный радиус трубы и внутренний радиус оболочки.

Подставляя формулы 4.3 и 4.4 в равенство 4.2, получим выражение для определения контактного давления на поверхности соприкосновения оболочки с трубой:

(4.5)

Если принять: гдед_Т, д₀ - толщины стенок соответственно трубы и оболочки, то после подстановки этих величин в выражение 4.5 и преобразований с учетом допущений д_Т² ? 0, д₀² ? 0, получим:

(4.6)

Определим напряжения, которые будут действовать в стенках трубы и оболочки от давления жидкости по формулам, полученным при решении задачи Ламе [23,29]. Для материала трубы в точке А:

(4.7)

(4.8)

или

(4.9)

где у_фA - тангенциальное (касательное) напряжение в точке А трубы;

у_rА - радиальное напряжение в точке А трубы.

Известно, что эквивалентное напряжение определяется как:

(4.10)

Тогда с учетом формул 4.7 и 4.9 получим:

(4.11)

Напряжения в стенке трубы в точке В так же определим по формулам Ляме[23, 29]:

(4.12)

(4.13)

или

(4.14)

Эквивалентное напряжение в материале стенки трубы в точке В определяется разностью выражений 4.12 и 4.14:

(4.15)

Напряжение в стенке оболочки в точке В определим по формулам Ляме:

(4.16)

(4.17)

или

(4.18)

Эквивалентное напряжение в материале стенки оболочки в точке В определяются разностью выражений 4.16 и 4.18:

(4.19)

Напряжение в стенке оболочки в точке D определим по формулам Ляме:

(4.20)

(4.21)

или

(4.22)

Эквивалентное напряжение в материале стенки оболочки в точке D определяется разностью выражений 3.20 и 3.22:

(4.23)

Расчеты сводятся к выполнению условий: и , гдеу_Т и у₀ - допускаемые напряжения соответственно материала трубы и оболочки.

4.2 Результаты исследований

Испытательное давление для проверки прочности покрытия было принято больше встречающегося на эксплуатируемых трубопроводах систем водоснабжения Краснодарского края.

В результате испытаний под давлением 0,8829 МПа все образцы, выдержали приложенное давление без повреждения внутреннего покрытия (оценивалось визуально на наличие появлений трещин и протечек воды в месте дефекта).

Для выяснения критического значения давления для предложенного комбинированного покрытия произведем расчеты при следующих значениях: модуль упругости материала трубы ЕТ = 3000 МПа; коэффициент Пуассона материала трубымТ = 0,4; допускаемое напряжение материала трубы уТ = 48 МПа; модуль упругости материала оболочки Е0 = 21000 МПа; коэффициент Пуассона материала оболочки м0 = 0,28; допускаемое напряжение материала оболочки у0 = 370 МПа.

Внутренний диаметр оболочки составляет 149,8 мм с толщиной стенки о = 4 мм, толщина трубы т= 4 мм. Зададимся давлением рабочей жидкости (воды) внутри трубы 2,2; 2,4; 2,6 МПа. Определим контактное давление на поверхность соприкосновения трубы и оболочки для предложенных давлений по формуле 4.6:

Для каждого предложенного значения Рк определим значения r, A, B0, D, Bt, экв.А в табличной форме.

Таблица 4.1 - Результаты расчета напряжений.

Контактное давление Рк, МПа	r, МПа	A, МПа	B0, МПа	D, МПа	Bt, МПа	экв.А, МПа
1,816	- 1,816	4,616	34,05	32,234	4,232	6,432
1,981	-1,981	5,037	37,14	35,163	4,618	7,018
2,146	-2,146	5,458	40,24	38,091	5,005	7,604

Исходя из условия , можно сделать вывод об обеспечении необходимой прочности покрытия.

Предположим, что толщина стенки оболочки равна нулю, а труба (покрытие) нагружена только внутренним давлением равным 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6 МПа, тогда формулы для расчета напряжений примут вид:

(4.24)

(4.25)

Максимальное сжатие в радиальном направлении и максимальное растяжение в окружном достигаются в точках внутренней поверхности трубы принята:

(4.26)

(4.27)

В точках наружной поверхности трубы при r = с:

(4.28)

(4.29)

Произведем расчет максимальных напряжений в табличной форме.

Таблица 4.2 - Расчет максимальных напряжений.

Внутреннее давление Р, МПа	Напряжения внутренней части трубы, МПа	Напряжения наружной части трубы, МПа
	r		r
1,8	- 1,8	32,83	0	31,03
2,0	- 2,0	36,48	0	34,48
2,2	- 2,2	40,125	0	37,92
2,4	- 2,4	43,77	0	41,37
2,6	- 2,6	47,42	0	44,82

Исходя из условия , проверяя данные расчета максимальных напряжений (таблица 4.2) на его выполнение, можно сделать вывод о превышении допускаемого напряжения для материала внутреннего покрытия трубопровода при внутреннем рабочем давлении равном Р = 2,6 МПа, что в свою очередь приведет к разрушению покрытия.

Рисунок 4.2- Эпюра тангенциальных и радиальных _r напряжений при внутреннем давлении Р = 2,6 Мпа.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ

Экономическая эффективности метода рассчитывается путем сравнения приведенных затрат по заменяемой (базовой) и новой технологии [19, 44]. Приведенные затраты представляют собой сумму себестоимости и нормативных отчислений от капитальных вложений в производственные фонды:

(5.1)

где Зi - приведенные затраты по i-му варианту технологии на единицу строительно-монтажных работ, руб.;

Ci - себестоимость единицы строительно-монтажных работ по i-муварианту технологии, руб.;

Eннормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

Ki - удельные капитальные вложения в производственные фонды на единицу строительно-монтажных работ по i-му варианту технологии, руб.

Таким образом, при выборе методов технологии бестраншейного ремонта предпочтение отдаётся технологии с минимальными приведенными затратами.

Для расчетов экономической эффективности новых технологий, изобретений и рационализаторских предложений используется единый нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений Eн, равный 0,15.

Экономическая эффективность применения новой технологии производства строительно-монтажных работ, новых методов механизации и автоматизации производственных процессов, совершенствования организации производства и труда определяется по разности приведенных затрат в расчете на сопоставимую единицу выполняемых работ. При сравнении различных методов производства работ, применяемых для выполнения нескольких последовательных (или совмещенных) технологических процессов, за единицу измерения принимается конечная продукция (1 км.трубопровода).

Порядок определения показателей себестоимости работ и капитальных вложении при расчетах экономического эффекта производится следующим образом. Для определения прямых затрат по применяемой технологии использовались производственные калькуляции.

Производственные калькуляции по отдельным статьям прямых затрат определялись в следующем порядке:

а) основная заработная плата рабочих определяется по Единым нормам и расценкам на строительные работы с учетом территориального коэффициента, действующего в строительной организации. При определении заработной платы рабочих-повременщиков принимается тарифная ставка разряда работы и средний размер премии, согласно действующим положениям о премировании;

б) затраты на материалы, детали и конструкции определяются на основе производственных норм их расхода и планово-расчетных цен.

Планово-расчетные цены на материалы и конструкции рассчитываются в соответствии с действующими «Указаниями о порядке составления и применения планово-расчетных цен на материалы, продукцию и услуги в строительстве». Они включают: отпускную цену промышленности; наценки сбытовых и снабженческих организаций; транспортные расходы; погрузочно-разгрузочные расходы; затраты на тару и реквизит; заготовительно-складские расходы.

в) расходы на эксплуатацию строительных машин и автотранспорта определяются на основе производственных нормативов количества машино-часов работы отдельных машин и автотранспортных средств, а также установленных ставок арендной платы, планово-расчетных цен на эксплуатацию машин и действующих тарифов на автоперевозки. В случае отсутствия планово-расчетных цен калькулируется расчетная себестоимость;

г) прочие прямые затраты включают расходы по перемещению грунта и вывозке его с территории строительства, а также по перевозке строительных материалов, деталей, конструкций и оборудования автомобильным транспортом в пределах рабочей зоны от приобъектного склада до места укладки и определяются на основе действующих производственных нормативов и тарифов.

Экономия накладных расходов по строительным и монтажным работам определяется на основе расчетов по статьям затрат или расчетов по факторам, от которых зависит величина накладных расходов (сокращение продолжительности строительства, уменьшение затрат на основную заработную плату рабочих, снижение трудоемкости работ).

Величина накладных расходов Н определяется по формуле:

(5.2)

где С_м - сметная стоимость строительно-монтажных работ, включая стоимость конструктивных элементов и материалов по объекту, продолжительность сооружения которого сокращается, руб.;

Н_р - норма накладных расходов в процентах;

1,06 - коэффициент, учитывающий размер плановых накоплений в составе С_м.

Если есть данные о сумме прямых сметных затрат на выполнение работ по базовому решению, то формула (4.2) принимает вид:

(5.3)

где С_мп - сумма прямых сметных затрат на выполнение работ по базовому решению.

Сокращение трудоемкости строительно-монтажных работ и затрат на основную заработную плату рабочих, учитываемых в прямых затратах, приводит к уменьшению накладных расходов, зависящих от этих факторов, экономия по этим группам накладных расходов определяется на основе отчетных данных строительно-монтажных организаций или рассчитывается по нормативам, устанавливаемым министерствами и ведомствами. При отсутствии этих данных можно использовать укрупненные нормативы в размере 0,6 руб. на 1 чел. - день и 15% затрат на основную заработную плату.

Расчет годового экономического эффекта от применения в строительстве новых технологий производится по формуле:

(5.4)

где З₁и З₂- приведенные затраты на единицу объема работ, выполняемых соответственно по базовой (традиционной) и новой технологии, руб.;

А₂ - годовой объем работ, выполняемых в расчетном году с применением новой технологии, в соответствующих единицах измерения.

Используя формулу (5.1) определим приведенные затраты по базисной и предлагаемой (бестраншейной) технологии:

Тогда, годовой экономический эффект от применения в строительстве новой технологии вычислим по формуле (5.4) для годового объема работ равным 1 км трубопровода:

В свою очередь для 1 погонного метра трубопровода годовой экономический эффект будет равен:

При проведении производственных работ по бестраншейному ремонту участка трубопровода диаметром d = 600 мм, длиной 100 м экономический эффект составил:

ВЫВОДЫ

1) Применение тороидальной оболочки в качестве заглаживающего элемента позволяет исключить касательные напряжения на границе трубопровод, ЦПС, оболочка, что позволяет снизить шероховатость получаемого защитного покрытия и, как следствие, снизить потери напора.

2) Применение защитного слоя из цементно-песчаного состава позволит увеличить срок эксплуатации защищаемого трубопровода и снизить эксплуатационные затраты по транспортированию воды и получить экономический эффект - 10726,89 руб./п.м.

3) Предлагаемая технология бестраншейного ремонта трубопроводов предусматривает унификацию применяемого оборудования, минимизацию материальных и трудовых ресурсов и гарантию качества проведенных работ.

Таблица 1 - Стоимость ремонта аварийных участков сети открытым способом и с применением бестраншейной технологии:

Год	Длина трубопровода, м	Себестоимость работ по видам технологий, млн. руб.	Экономия, млн. руб.
		открытая	бестраншейная
1998	1908	7,441	3,658	3,789
1999	2186,5	9,839	5,452	4,387
1-2кв 2000 г.	945,5	4,254	2,306	1,948

Уменьшение затрат при проведении работ бестраншейным методом обусловлено снижением затрат на проведение земляных работ и транспортные перевозки [5].

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абулгафаров С.В., Гринь В.Г., Свистунов Ю.А. Бестраншейные технологии ремонта трубопроводов: Монография. - Краснодар: КубГАУ, 2009 г. - 204 с.

2. Абулгафаров С. В. Совершенствование технологии бестраншейного ремонта трубопроводов оросительных систем (на примере Краснодарского края) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: Краснодар: КубГАУ, 2004 г. - 189 с.

3. Абрамов Н.Н. Водоснабжение: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1982. - 440 с., ил.

4. Абрамов Н.Н. Надежность систем водоснабжения. М.: Стройиздат, 1984. 216 с.

5. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. - М.: Стройиздат, 1962. - 285 с.

6. Алешин Н.П., Потапов А.И., Ермолов И.Н., Акустические методы контроля. - М.: Высшая школа, 1991. - 288 с.

7. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. - М., Недра, 1970. - 216 с.

8. Альтшуль А.Д. О коэффициенте расхода при истечении через затопленное отверстие. // Гидротехника и мелиорация. 1951. № 12.

9. Андрияшев М.М. Гидравлические расчеты водоводов и водопроводных сетей. М.: Стройиздат, 1979 - 104с.

10. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1972. 648 с.

11. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство). - М.: Недра, 1982. - 384 с.

12. Бредихин Б.А. Основы теории упругости. - Краснодар: КГАУ, 2001. - 206 с.

13. Васильев В.М., Пинтурия Р.П., Иванов Д.М. Техническая диагностика трубопроводов - важный элемент эксплуатации сетей. // Водоснабжение и санитарная техника. № 9. 2001 г.

14. Володин Е.А. и др. Справочник металлиста. - М., Машгиз, 1957.

15. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебник для вузов / Калицун В.И., Кедров В.С., Ласков Ю.М., Сафонов П.В. - 3-е изд., перераб. и доп. - М., Стройиздат, 1980, 359 с.

16. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения: Справочник / Под общ.ред. А.М. Курганова, Н.Ф. Федорова - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 440 с.

17. ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.

18. ГОСТ 15140-78 Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии.

19. ГОСТ 22237 - 85 Цементы. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение.

20. ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия.

21. ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

22. ГОСТ 270-75 Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении.

23. ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством.

24. ГОСТ 5525-61 Трубы чугунные и фасонные детали к ним

25. ГОСТ 9583-61 Трубы чугунные и фасонные детали к ним

26. ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные и фасонные детали к ним

27. ГОСТ 3262-62 Трубы стальные водогазопроводные и фасонные детали к ним

28. Гринь В.Г., Облогин О.В. Техническое состояние трубопроводов систем водоснабжения г. Краснодара и пути его улучшения. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Победы в Сталинградской битве. 30 января - 1 февраля 2013 г. г. Волгоград. Том 2. - Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2013. - 300 с.

29. Ильин Ю.А. Надежность водопроводных сооружений и оборудования. М.: Стройиздат, 1985. 241 с.

30. Защита от коррозии трубопроводов промышленного и бытового назначения/ А.Г. Дорофеев, А.В. Мурадов, А.Ф. Шевелев // Новые материалы и новые технологии. Выпуск 17, М. 1986.

31. Корнопелев В.А. Оборудование для внутренней цементно-песчаной санации трубопроводов водоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника № 3, 1997 г.

32. Кряжевских Н.Ф., Кряжевских Ф.Н. Интенсификация работы групповых водопроводов. - Краснодар: «Советская Кубань», 2000. - 368 с.

33. Ли А.Н. Совершенствование технологии нанесения окрасочной изоляции на внутреннюю поверхность трубопроводов с применением торов - разделителей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Новочеркасск. 1997.

34. Максимов В.П. и др. Изоляция стальных труб цементно-песчаным раствором. // Гидротехника и мелиорация. 1977. № 1.

35. Матвеев А.М., Лисконов А.Г., Шумилов В.Н. Пассивная защита стальных трубопроводов в мелиоративном строительстве. М.: «Росоргтеводстрой», 1990, с. 207.

36. Нестеров В.В. Исследование цементно-песчаных и полимерцементных покрытий внутренней поверхности чугунных водопроводных труб. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М.: МИСИ, 1964.

37. Ольгаренко В.И. Рациональное водопользование и реконструкция водохозяйственной сети на оросительных системах Северного Кавказа // Дис… д-р техн. наук в форме научного доклада. - М.: ВНИИГиМ, 1992.

38. Патент 200053 Россия. МКИ F16 L58/02. Способ покрытия внутренней поверхности трубопроводов / В.И. Дрейцер, Л.М. Шаронова, В.Н. Клыгин и др. // Открытия. Изобретения. 1995. № 34.

39. Патент № 2164321 “Способ определения дефекта трубопровода” 2001 г. Гринь В.Г, Абулгафаров С.В.

40. Патент № 2177102 “Устройство для нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода” 2001 г. Гринь В.Г., Абулгафаров С.В.

41. Патент № 2182275 “Устройство для облицовки внутренних поверхностей труб рукавным термопластичным пленочным материалом” 2002 г. Гринь В.Г, Абулгафаров С.В.

42. Продус О.А. Технологии бестраншейного ремонта трубопроводов водоснабжения и канализации пришли в Россию. -- Трубопроводы и экология, № 2,1998.

43. Рейзин Б.Л., Стрижевский И.В., Шевелев В.А. Коррозия и защита коммунальных водопроводов. - М.: Стройиздат, 1979.

44. Сабуренко А.О. Восстановление трубопроводов с применением пневмопробойников // Бестраншейные методы санации и прокладки трубопроводов: Тез.докл. Всерос. сем. - Н.-Новгород. 1997.

45. Стрижевский В.И. и др. Защита подземных металлических сооружений от коррозии. / Справочник. - М.: Стройиздат, 1990. - 303 с.

46. Храменков С.В., Загорский В.А., Дрейцер В.Н., Плешков Л.В. Современные бестраншейные методы ремонта трубопроводов. Водоснабжение и санитарная техника № 3, 1998 г.

47. Храменков С.В., Дрейцер В.Н., Плешков Л.В. Ремонт трубопроводов бестраншейным способом с помощью комбинированного рукава: «ВиСТ», 1998, №7.

48. Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А. Оптимизация восстановления водоотводящих сетей. М.: Стройиздат, 2002 г. - 160 с.

Размещено на Allbest.ru