Существенный объём работ при строительстве зданий любой этажности связан с подвесными трубопроводами (далее ВПТ) различных внутренних систем. С целью обеспечения достаточных условий для производительной и качественной прокладки и последующего надёжного функционирования в течение всего расчётного срока службы устраивать ВПТ из любых материалов необходимо с учётом особенностей, вытекающих из различных практик их проектирования, монтажа и эксплуатации.

Все элементы ВПТ, независимо от функционального назначения трубопроводных систем (холодного/горячего водоснабжения, отопления, холодоснабжения, паропроводов, канализации, водостоков) и различного технологического назначения, а также материалов, из которых они изготовлены (из сталей — чёрная, оцинкованная, нержавеющая; из полимеров: термопластов — полиэтилены ПВД и ПНД, полипропилены ПП, поливинилхлориды НПВХ и ПВХ-Х и т.п.; из композитов — металлопластиковые трубы МПТ и ПП с алюминиевым либо со стеклобазальтопластиковым слоями и т.п. [1]), при проектировании должны подвергаться проверке на прочность, устойчивость и жёсткость.

Крепление [2, 3] элементов ВПТ должно производиться с учётом всех воздействующих на них нагрузок: внутреннего давления транспортируемого вещества, веса собственного и транспортируемой среды, продольных усилий, вызванных температурными изменениями окружающего воздуха или транспортируемого вещества, нагрузок на них при монтаже и эксплуатации, а также некоторых др. факторов. Усилия (напряжения) в элементах ВПТ от воздействия всех нагрузок следует определять согласно общим правилам строительной механики. При этом ВПТ, независимо от диаметра D, необходимо рассматривать как упругий стержень (прямолинейный или криволинейный), поперечное сечение которого остаётся плоским и сохраняет свою круговую форму, а модуль ползучести — зависящим от продолжительности действия нагрузки, температуры и от транспортируемой среды.

Крепление элементов ВПТ должно производиться с учётом всех воздействующих на них нагрузок: внутреннего давления транспортируемого вещества, веса собственного и транспортируемой среды, продольных усилий, вызванных температурными изменениями, нагрузок на них при монтаже и эксплуатации, а также других факторов

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 1

Важнейшим фактором, во многом определяющим эксплуатационную надёжность любых ВПТ, является правильная расстановка на них крепёжных хомутов, удерживающих их в проектном положении, как правило, на подвесках: выбор оптимальных расстояний Х, при которых не будет превышена стрела прогиба f участка ВПТ между соседними хомутами [4]. Значения стрелы прогиба f могут быть приняты в качестве абсолютной величины [Z], относительных значений от наружного диаметра D [M1] или расстояния Х между соседними хомутами [М2]. Важным моментом в креплении ВПТ, влияющим на прогиб, является расположение их элементов. В одном варианте крепления ВПТ между хомутами нет раструбных соединений, причём если в одном из них расположен раструб, то он должен быть обязательно закреплён неподвижно (к этому же варианту относятся трубопроводы с клеевыми и сварными соединениями). В другом варианте крепления ВПТ между хомутами находится раструбное соединение с резиновым уплотнительным кольцом (оно не удерживает осевого нагружения), а также когда к одному из хомутов труба примыкает гладким концом, входящим в закреплённый раструб соседней трубы.

Расчёты по формулам (табл. 1, столбец 2) показывают, что влияние на длину пролётов величины X между крепёжными хомутами, установленными на ВПТ, величин стрел прогибов f может различаться на 5-69 %, а вариантов крепления — на 31 % (табл. 2).

Фасонные соединительные части на ВПТ следует закреплять отдельными хомутами с тем чтобы исключить передачу нагрузок от их веса на трубы.

Что касается металлических (стальных и медных [5]) трубопроводов, то их высокие физико-механические показатели позволяют располагать хомуты на расстояниях друг от друга, преимущественно с учётом конструктивных факторов, диктуемых объёмно-планировочными особенностями помещений, в которых устраиваются ВПТ.

Температурные деформации ВПТ из различного материала при одних и тех же условиях существенно различаются между собой (рис. 1), что обуславливается их свойствами, учитываемыми коэффициентом линейного расширения а.

Эту особенность следует учитывать непременно при выборе вида компенсаторов для ВПТ длиной l при воздействии на них температурных перепадов Δt с целью компенсации их температурных деформаций (удлинений/укорочений):

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 2

Компенсация температурных деформаций ВПТ может быть обеспечена за счёт использования скользящих компенсаторов, раструбных соединений (рис. 2б) либо соответствующей их трассировки (рис. 3). Размеры [м] компенсируемых

участков ВПТ подбираются расчётным путём с использованием следующих выражений, для поворота на 90° (рис. 3а):

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 3

- лирообразного (рис. 3б):

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 4

- П-образного (рис. 3в):

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 5

где R — расчётное сопротивление материала труб, МПа; Е — модуль ползучести материала трубы, МПа.

Жёсткие крепления должны воспринимать продольные усилия Nt, возникающие при изменении температуры в стенках ВПТ с площадью в поперечном сечении F, без учёта компенсации температурных продольных деформаций:

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 6

Расстояние от осей тройников (ответвлений) или от концов отводов до мест установки неподвижного хомута:

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 7

где к — коэффициент для материалов: стали — 50; меди — 40 (твёрдого состояния), 35 (полутвёрдого), 15 (мягкого состояния); ПВХ — 25 (непластифицированного), 30 (хлорированного); ПП — 12,5; ПЭ — 10 (ПНД), 5 (ПВД), 6 (сшитого и РТ); ПБ — 7; МПТ — 8.

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 8

Для производительного и качественного производства крепёжных работ на любых ВПТ необходимо, как правило, использовать типовые технологические процессы, обеспечивающие экономичное крепление их элементов: тщательную разметку места установки креплений; подготовку места установки крепежа; входной контроль качества всех элементов крепежа (подвесок, тяг, пружин, хомутов, полухомутов, прокладок, винтов, болтов, гаек, шайб, дюбелей, шурупов и т.п.); прочную фиксацию несущих элементов крепежа (кронштейнов, подвесок и т.п.) к строительным конструкциям (пристрелку, закрепление с помощью перекладин, шурупов или шпилек и т.п.); расположение элементов ВПТ и деталей крепежа на нём в строго проектном положении; сопряжение крепежа c элементами ВПТ с прочностью, достаточной для удержания его строго в проектном положении в течение всего срока эксплуатации, но без создания чрезмерных контактных давлений на охватываемые стенки (особенно на напорных полимерных трубах), могущих привести к их преждевременному разрушению; прочное скрепление всех деталей крепежа, причём как на строительной конструкции, так и на элементах ВПТ; обязательный контроль качества выполнения всех поименованных технологических процессов и завершённого монтажом ВПТ.

При наличии в производственных помещениях кранового оборудования, ферм и др. элементов здания располагать ВПТ следует так, чтобы они не мешали технологическим процессам производства той или иной продукции. Нельзя прокладывать их над технологическим оборудованием, на которые не допускается попадание влаги. ВПТ следует устраивать с проектным уклоном, при этом минимальный уклон не должен быть менее 5 ‰, в исключительных случаях допускается горизонтальное расположение ВПТ, обратных уклонов необходимо избегать. Максимальное расстояние между ревизиями на прямолинейных участках ВПТ установлено с учётом их диаметра: для ∅ 75-150 мм — не более 20 м, для ∅ 200 мм и выше — не более 25 м. При устройстве ВПТ необходимо также учитывать специфику конкретной трубопроводной системы.

Так, на внутренних водостоках, например, с несколькими (> 2) воронками ВПТ диаметр не должен быть более 300 мм, а воронки следует располагать на расстоянии от поверхности кровли не менее 12 диаметров их выпускных патрубков с тем, чтобы максимально использовать пропускную способность; расстояние от поверхности кровли до ВПТ с одной воронкой не лимитируется. Следует иметь в виду, что к ВПТ присоединять разноуровневые воронки допускается только в случаях, когда обслуживаемая вышерасположенная воронка принимает расход стоков < 1 л/с, при этом водосборная площадь не должна превышать 1 ар. Присоединять такие воронки к ВПТ следует с использованием компенсирующих устройств (компенсирующие раструбы с эластичной их заделкой либо резинотканевые рукава), допускающие подвижку собранных в трубопровод труб с сохранением водонепроницаемости всех соединений. Присоединять к ВПТ воронки, расположенные по разным сторонам деформационных швов (температурных, осадочных и др.), следует с применением компенсирующих стыков, что обеспечивает эластичность соединений (например, устройством вставок и резиновых шлангов соответствующего диаметра).

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 9

На водоотводящих системах вместо ревизий следует устанавливать (под перекрытиями этажей) прочистки на расстоянии 20 м при диаметре 150 мм и 25 м при диаметрах 200 мм и более, доступ через которые обеспечивают к ВПТ с вышележащих этажей. Для этого на ВПТ монтируют косые тройники и отводы под 135° и, при необходимости, потребной длины отрезки труб. Вход в прочистки, закрываемые винтовыми пробками, следует располагать в лючках в уровне полов.

Несущим элементом на ВПТ являются подвески [7], которые воспринимают нагрузки от массы трубопровода и транспортируемой по нему среды (воды, теплохладоносителя или стоков) и передают их затем на строительные конструкции, на которых они соответствующим образом должны быть закреплены. Все элементы (подвески, хомуты, крепёжные детали и т.п.) таких ВПТ и их параметры (длину подвесок, расстояния между ними и т.п.) необходимо принимать на основании соответствующих прочностных расчётов с учётом условий эксплуатации (температурные воздействия, проектный срок службы и т.п.). Для фиксации и крепления ВПТ в нужном положении используются подвесные жёсткие и скользящие (нежёсткие) хомуты. Количество хомутов и элементов подвесной системы у различных моделей подвесных опор может разниться. Жёсткие хомуты удерживают ВПТ в требуемом положении, возможна их пространственная перемещение при эксплуатации как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях путём регулировки имеющихся на хомутовой опоре винтовых соединений. Скользящие хомуты позволяют компенсировать колебания длины ВПТ в связи с возможными перепадами как рабочих, так и климатических изменений температуры.

Подвески подразделяют [8] на нерегулируемые — такие, что привариваются или пристреливаются к строительным конструкциям с помощью жёстких тяг, и регулируемые — снабжаются талрепами, винтовыми стяжками или с верхней регулировкой, которые создают возможность изменять уклон ВПТ.

Подвесные опоры комплектуются, как правило, хомутами (для фиксирования ВПТ), тягами, опорными балками, пружинными блоками (для гашения вибраций ВПТ, причиной которых может быть технологическое оборудование, и тем самым защитить от преждевременного износа фланцевых и сварных соединений) и талрепами (для регулирования уклона ВПТ). В обозначении подвесных опор для ВПТ учитывается их расположение — горизонтальное: ПГ — одной тягой, регулируются гайками; ПМ — одной тягой, регулируются муфтами; ПГ2ш — с двумя тягами, регулируются гайками и с помощью балки из швеллеров; ПМ2ш — с двумя тягами, регулируются муфтами и с помощью балки из швеллеров; ПГ2у — с двумя тягами, регулируются гайками и с помощью балки из угловой стали; ПМ2у — с двумя тягами, регулируются муфтами и с помощью балки из угловой стали либо вертикальное: ПГВ — с двумя тягами, регулируются гайками; ПМВ — с двумя тягами, регулируются муфтами.

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 10

К перекрытиям зданий и опорным конструкциям подвески крепятся приварными проушинами или болтами — при помощи тяг (рис. 4). Длину тяг выбирают в зависимости от проектных требований и регулируют при необходимости с помощью гаек или муфт. Если предполагается, что ВПТ будут подвержены при эксплуатации тепловому удлинению, то в этом случае тяги обязательно следует устанавливать с наклоном в сторону, противоположную предполагаемому направлению деформации.

Возможные повреждения ВПТ при эксплуатации могут иметь различные причины. Одна из них связана с превышением (непроектных) напряжений, возникающих в их элементах при нарушениях состояния опорно-подвесной системы.

При своевременном и правильном учёте рассмотренных монтажно-технологических особенностей ВПТ различного назначения могут быть созданы хорошие предпосылки для производительного и качественного монтажа и надёжного их функционирования в течение всего расчётного срока

Нарушения состояния опор и подвесок весьма разнообразны. Это могут быть обрывы тяг и хомутов, разрушение и защемление пружин, срыв с места неподвижных опор или, наоборот, превращение скользящих опор в неподвижные; нередки случаи защемления труб. Всё это может сопровождаться нерасчётным перераспределением нагрузок, контруклоном (обратным уклоном), возникновением напряжений в некоторых сечениях труб, значительно превышающих проектные их уровни. Если вблизи таких сечений расположены гибы и/или сварные соединения, то возможно ускоренное их повреждение до исчерпания ресурса. Так, из-за дефектов [9] были: а) разрушены и полностью сжаты пружины на подвеске (пружинная подвеска работает как жёсткая тяга — ближайший к ней гиб испытывает повышенные напряжения);

б) оборвана тяга пружинной подвески (ближайшие сварные стыки и основной металл трубопровода находятся под действием повышенных напряжений);

в) чрезмерно наклонены тяги (и из-за отсутствия контргаек стальные ВПТ досрочно выводились из эксплуатации).

В заключение следует отметить следующее. При своевременном и правильном учёте рассмотренных монтажно-технологических особенностей внутренних подвесных трубопроводов различных внутренних систем — холодного и/или горячего водоснабжения, отопления, холодоснабжения, паропроводов, канализации, водостоков и различного технологического назначения могут быть созданы хорошие предпосылки для производительного и качественного монтажа и надёжного их функционирования в течение всего расчётного срока последующей эксплуатации системы.

Монтажно-технологические особенности внутренних подвесных трубопроводов . 11/2015. Фото 11