Техника - молодёжи 2006-06, страница 8
6 2006 №06 ТМ ИДЕИ НАШИХ ЧИТАТЕЛЕЙ ТРЕТЬЯ ВЕЧНАЯ ПРОБЛЕМА Анатолий БИРШЕРТ, кандидат технических наук Прошедший XX в. к двум извечным российским проблемам — дураки и дороги — добавил третью: трубопроводы... Каждую зиму в России происходят многочисленные чрезвычайные ситуации: замерзают системы централизованного теплоснабжения, из которых при этом не успевают слить воду. В жилых помещениях лопаются чугунные радиаторы, стальные стояки и разводные трубы, но самое страшное — лопаются проложенные в промерзшей земле стальные трубы теплотрасс. Почему они лопаются, известно каждому — вода при замерзании увеличивается в объеме на 10%, и помешать ей в этом невозможно. Чугунные стенки радиаторов толщиной более 5 мм и стальные стенки труб такой же толщины лопаются при замерзании в них воды, как яичная скорлупа. Разрушившиеся в результате замораживания элементы внутридо-мовой разводки (радиаторы, стояки и разводные трубы) с большим трудом, но все-таки можно относительно быстро заменить на новый комплект. Что же касается теплотрасс, замурованных в промерзшем грунте, то их перекладку, как правило, откладывают на лето, а оставшуюся часть зимнего отопительного сезона жители аварийного поселка проводят уже без централизованного теплоснабжения (а заодно и без централизованного водоснабжения и канализации, если, конечно, они были в этом поселке). Легко представить, что такое в условиях российских холодов жить без современных атрибутов цивилизации. Можно ли избежать такого нежелательного развития событий? Конечно. Финляндия, а за ней и другие страны уже более десяти лет назад предложили для прокладки теплотрасс и водопроводов в северных условиях толстостенные полиэтиленовые трубы (труба с диаметром условного прохода 110мм имеет стенки толщиной 50 мм). В них из-за упругости полиэтилена замерзание воды уже не приводит к непоправимому разрушению. Упругие полиэтиленовые стенки, распираемые изнутри льдом, растягиваются, и труба не теряет своей герметичности. Для оперативного выхода в рабочий режим после ЧП внутри таких труб прокладывают так называемый тепловой шнур — линейный электронагревательный элемент, который при пропускании через него электрического тока заранее известной величины нагревается и начинает плавить окружающий его лед. Если котельная может начать подавать в замороженную теплотрассу с включенным тепловым шнуром горячую воду, процесс приведения этой трассы в рабочее состояние займет по длительности не месяцы, а минуты, при этом не требуется вскрытия промерзшего грунта. Почему же аварии продолжаются? А для наших скудно финансируемых поселков переход на полиэтиленовые трубы — достаточно дорогое удовольствие (стоимость толстостенной полиэтиленовой трубы более чем на порядок выше стоимости стандартной водогазовой трубы того же диаметра). Из-за ограниченности средств приходится жертвовать надежностью теплоснабжения. Однако представляется, что существует другой выход из положения. Исходя из мирового опыта использования гибких трубопроводов и российских реалий, монтажтепло-трасс диаметром 100-200 мм предлагаю вести не из стандартных во-догазовых, а из тонкостенных (менее 1 мм) стальных оцинкованных холоднотянутых гофрированных труб. Только гофры их должны быть ориентированы не в привычном поперечном, а в продольном направлении. Расчеты показывают, что площадь поперечного сечения трубы должна при замерзании в ней воды увеличиться на 15,5% (с учетом 5% раздутия под рабочим давлением теплотрассы). Для этого достаточно, чтобы радиус вершин гофров был всего в 1,075 раза больше, чем радиус впадин. Нормальная работа трубы, включая и ее замораживание, должна проходить только в области упругих деформаций металла. Для этого профиль гофра должен быть таким, чтобы намерзающий лед из него выдавливался, то есть чтобы внутренний угол между оболочкой гофра и цилиндрической поверхностью с радиусом R был не больше угла между плоскостью дна и образующей конической поверхности обыкновенного конического ведра (эти ведра не разрушаются при замораживании в них воды). Это условие выполняется при числе гофров N меньшем 64 и их высоте (а0) — 0,1Ro (или N < 32 при ao = 0,2Ro). Соединение секций продольно гофрированных труб должно вестись пайкой или склеиванием внахлест концов соединяемых труб, вставляемых друг в друга на расстоянии, требуемом технологией пайки или склеивания соответственно. Никуда не деться и от фланцевых соединений, хотя они и менее желательны. Снаружи гофрированные трубы должны обматываться традиционной теплоизоляцией. Конечно, с точки зрения надежности теплоснабжения, лучше делать гофрированные трубы из легированной стали, но это пожелание — из области фантастики... Представляется, что стоимость тонкостенных продольно гофрированных труб будет сопоставима со стоимостью стандартных водога-зовых. ОН Слева: график уравнения гофрированной поверхности: г = R + a sin (Nj), где г — радиус-вектор между точкой поперечного сечения трубы и началом (полюсом) координат; j — угол между радиус-вектором и полярной осью; R — радиус условного прохода трубы; а — глубина продольных гофр (0,1 < a/R < 0,2); N — число гофр. Справа: расширяющийся лед рвет обычную трубу, но лишь деформирует гофрированную... |
