Příspěvek - potrubí uložené v zemi
8. 1. 2014
1. Uložení potrubí v zemi
Nejčastěji jsou uloženy v zemi dálkovody. Jestliže potrubí není zatěžováno tepelnou roztažností, tj. je vždy přibližně stejně teplé jako okolní zemina, je potrubí uložené přímo v zásypu. Je proto zatěžováno tlakem zeminy, který ji nutí, aby se deformovala podélně a přenášela ohybová napětí ve stěně potrubí (tlak zeminy ho nutí vytvořit na průřezu z kružnice elipsu), čímž se ve skořepině porušuje membránový stav napětí. Zatížení je specifikováno zde.
Parovody, vedení kondenzátu a horkovody však musí mít možnost tepelně dilatovat. Zemina však brání tepelné dilataci potrubí, a to dvěma způsoby:
- V případě dilatace rovné trubky je zde tření mezi zeminou a povrchem trubky.
- V případě ohybu či oblouku (ať přirozenému anebo jako součást U-kompenzátoru, je zemina stlačována, což vytváří velký odpor.
Z těchto důvodů bývají tato potrubí vedena v kolektoru, speciálním kanálu anebo štole, kde je umožněna kompenzace tepelné dilatace potrubí. Jiné řešení mohou být následující systémy nazvané „trubka v trubce“:
1. Vnější trubka je ocelová, pak je mezera, dále izolace a vnitřní trubka, v níž proudí médium. Vnější trubka nese zatížení zeminou, vnitřní zatížení tlakem a teplotou média. Kompenzuje se jen vnitřní trubka, mohou být použity axiální vlnovcové kompenzátory anebo zasypané U-kompenzátory (zde se využije mezera mezi trubkami). Mezi oběma trubkami je vakuum anebo jen nízký tlak vzduchu, což zdokonaluje tepelně-izolační schopnost celého systému.
2. Vnější trubka je plastová, vnitřní trubka je ocelová a mezi nimi je izolace tvořená polyuretanovou pěnou (mezera tak odpadá). Použitím PUR pěny je omezena maximální teplota média. Tepelná roztažnost celého systému se rovná tepelné roztažnosti vnitřní ocelové trubky. Zásyp je pak proveden v kontaktu s vnější trubkou pískem, čímž se snižuje třecí síla na hodnotu, která umožňuje tepelnou dilataci rovné trubky. Uvedené však musí být doplněno vhodnou kompenzací, pro kterou je udělána šachta s vůlemi umožňující dilataci.
2. Odolnost potrubí proti zásypu
Tuhost SN (odolnost proti zatížení typu zásypu) viz základní vzorce zde:
3.Výpočet potrubí zatíženého zásypem
Napětí se vypočítá podle klasického vzorce:
kde M je moment měnící se po obvodu trubky na jednotku délky, viz dále
Z je průřezový modul, obdélníkového profilu s jednotkovou šířkou a výškou totožnou s tloušťkou stěny trubky. Tedy h2/6.
Toto platí za předpokladu, že trubka není délkově omezena a že na jejich koncích nejsou výztuhy nebo dna. Tlakové poměry jsou však po celé délce trubky stejné.
Zjednodušíme zatížení na osamělou sílu, avšak v podélném směru spojitou počítanou na jednotku délky trubky, označíme ji Q. Viz obrázek:
Potom moment na jednotku délky trubky M je závislý na úhlu alfa, není tedy po celém obvodu stejný a je maximální, když alfa je rovná 0°.
kde Ds je střední průměr potrubí, potom maximální moment je, když se alfa rovná 0°. Potom:
Mmax= 0,159.Q.Ds
Druhá, méně konzervativní metoda počítá se spojitým zatížením v příčném i podélném směru trubky, podle obrázku:
Dále postupujeme stejně jako v předchozím případě vyjde, že
Mmax =0,122.q.Ds2
4. Vztlak spodní vody působící na potrubí
Při uložení potrubí do země s výskytem hladiny spodní vody, je vhodné počítat s účinky vztlaku prázdného potrubí. Princip posouzení vychází z vektorového sečítání působících sil. Platí rovnice:
kde FB1 je síla přitížení potrubí zeminou bez vlivu hladiny spodní vody
FB2 je síla přitížení potrubí zeminou s vlivem hladiny spodní vody (tj. zemina pod úrovní spodní vody
FM je síla od hmotnosti potrubí (tíha potrubí)
FV je vztlaková síla potrubí