НЕПОДВИЖНАЯ ОПОРА ИЗ КОРРОЗИЙНО-СТОЙКОЙ (НЕРЖАВЕЮЩЕЙ) СТАЛИ

Полезная модель относится к области строительства жилых домов, производственных и общественных зданий, конструктивному размещению и опорному укреплению водопроводного оборудования и иных трубопроводов, в первую очередь для повышающей безаварийность жесткой фиксации к ограждающим конструкциям стальных трубопроводов системы горячего водоснабжения.
С развитием высотного строительства приобретает актуальность создание систем, способных надежно удерживать трубопроводы в таких зданиях, высотой свыше 120 м. Требования к механическим свойствам вертикально установленных трубопроводных систем для многоэтажных зданий растут. По практическим и санитарным соображениям, таким как срок службы и простота установки, строительные нормы для высотных зданий по всему миру одобряют использование трубопроводов из нержавеющей коррозийно-устойчивой стали. Поскольку базовая разработка предполагает применение неподвижной опоры, основой которой является отрез трубы, включаемый в водопровод, соответственно возникла необходимость создания аналогичной разработки с иными физическими свойствами, то есть основной элемент которой предполагается делать из коррозийно-устойчивой нержавеющей стали.
При проектировании систем трубопроводов для высотных зданий учитывается повышенное давление, требуемое для систем водоснабжения и распределения. Высота здания влияет на силы, воздействующие на водопроводные системы, что обуславливает увеличение силы удержания трубопроводов в таких условиях. Это относится, например, к напорному трубопроводу в системе водоснабжения. Эти требования необходимы для обеспечения безопасной, практичной и надежной системы:
- система должна выдерживать высокое давление высокого столба воды, а также гидравлические удары, которые возникают в течение эксплуатации установки;
- высокий уровень устойчивости к натяжению на трубах в связи с расширением, например, на вертикальных трубах;
- должна применяться простая, безопасная и экономичная технология сборки;
- расширенный ассортимент универсальных опор из одного материала для трубопровода любого диаметра.
Соответственно, опора выполняет основные функции по удержанию в неподвижном состоянии вертикальных трубопроводов из коррозийно-стойкой (нержавеющей) или водогазопроводной оцинкованной стали непосредственно около железобетонных ограждающих конструкций (см. кн. В.А. Волков «Сантехнические работы дома». 2016 г., выложена на сайте «StudFiles» по адресу: https//:studfile.net/preview/5283602/page:4/). Это решение принято в качестве прототипа.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении коррозионной устойчивости стальной опоры для вертикальных трубопроводов высокого давления при подаче напора воды и обусловленного этим расширения материала опоры.
Указанный технический результат достигается тем, что неподвижная опора для крепления вертикального трубопровода к конструкции здания содержит трубную заготовку в виде трубы из коррозийно-устойчивой стали с приваренным к ней фланцем-пластиной из коррозийно-стойкой стали, укрепленным приварными уголками из коррозийно-стойкой стали, приваренными к трубе, и опорные элементы в виде опорной стальной пластины из черной стали с отверстиями под анкеры, приваренной к фланцу-пластине, и опорного стального уголка из черной стали, выполненного с отверстиями под анкеры и приваренного к опорной стальной пластине.
В опоре стальная труба выполнена с резьбой или с канавками под грувлочное соединение. При этом опорная стальная пластина и опорный стальной уголок выполнены окрашенными.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 показан пример исполнения неподвижной опоры с соединением в нарезном исполнении.
Опора представляет собой изготавливаемую в заводских условиях (включая техно- и промышленные парки) сварную металлическую конструкцию, состоящую из стальной заготовки из бесшовной горячекатаной коррозионно-стойкой нержавеющей по ГОСТ 9940-81 стали марки 12Х18Н10Т (AISI321) с приваренной к трубе стальной пластиной (фланцем), укрепленной консольными уголками-косынками. Элементы фланца и консольных косынок - из такой же листовой (нержавеющей) стали марки не ниже 08Х18Н10 (AISI 304).
Другие опорные детали (опорная стальная пластина, опорный стальной уголок, анкеры) выполняются из черной стали и защищаются от коррозии окрашиванием.
По смыслу опоры как технического решения, являющаяся частью трубопровода трубная заготовка длинной 1 м крепится к несущим строительным конструкциям на анкеруемые опорные детали с учетом укрепления приварными косынками специальной конфигурации для обеспечения неподвижности.
Широкий диапазон применения опоры определяется разновидностью ее соединения при монтаже в системе трубопровода: для резьбового (для труб DN20, DN25, DN32 и DN40) либо грувлочного (для труб DN25, DN32 DN40, DN50, DN65) соединения, в свою очередь, обеспечивающего ряд преимуществ. Между тем, сами по себе данные виды соединений особенности данного объекта интеллектуальной собственности не образуют.
Данная неподвижная опора конструкционно содержит основные элементы из устойчивой к коррозии в атмосфере и агрессивных средах, обладающей термостойкими свойствами нержавеющей стали и по своим структурным и металлическим свойствам разработана для применения в системах водоснабжения, выполненных из стальных коррозионностойких труб (включая оцинкованные) и монтируемых в высотных (от 120 м) зданиях.
На базе опоры для одной трубы горячего водоснабжения также может быть разработан вариант опоры для двух и более расположенных параллельно труб, способных также иметь самостоятельное предназначение, что может составлять новые зависимые полезные модели.
Зависимое моделирование опоры также связано с необходимостью усиления конструкции для высотного строительства (от 120 м), когда такое применение предусматривается проектом.
Обобщенный вариант опоры с креплением анкерами с уголком к стене и перекрытию, обозначение составляющих элементов, соединенных собой сборочными операциями (сваркой) и находящимися в функционально-конструктивном единстве, представлен на фиг. 1, где следующими позициями обозначены следующие конструктивные элементы опоры: трубная заготовка (из коррозийно-устойчивой стали), включающая в себя трубу 1 стальную из коррозийно-стойкой стали марки 12Х18Н10Т (AISI 321) по ГОСТ 9941-81, участок 2 с резьбой или канавкой под грувлочное соединение, уголок 3 стальной (4 шт.) из коррозийно-стойкой стали марки не ниже 08Х18Н10 (AISI304), фланец-пластину 4 из коррозийно-стойкой стали марки не ниже 08X18H10(AISI304). Трубная заготовка крепится на опорной детали, состоящей из опорной стальной пластины 5 из черной стали, опорного стального уголка 6 из черной стали, анкера 7 (распорного) и анкера 8 (распорного или химического).
В вариантах опоры геометрические и функциональные характеристики всех ее элементов принципиально одинаковы (схожи), являются единым конструкторским решением.
Применяемое здесь грувлочное соединение предусмотрено в Московском территориальном строительном каталоге («Реестр новой техники для применения в строительстве (реконструкции) объектов г. Москвы») и собирается в соответствии с требованиями европейского стандарта EN 14423/DIN2826, допускающего эксплуатацию трубопроводов с рабочим давлением в системе до 25 бар, рабочей температурой горячей воды - до 120°С, а насыщенного пара - до 210°С.
Таким образом, несмотря на возможные различия в зависимости от применяемых труб из нержавеющей стали, габаритов (размерных данных) опоры и методов ее крепления к железобетонной конструкции, все зависимые и взаимосвязанные между собой полезные модели неподвижной опоры образуют единую линию, объединены одним конструкторским замыслом.
При условии отсутствия требований по испытаниям опор нагружением, их несущая способность и жесткость, между тем, обеспечиваются установленными требованиями к нержавеющим сталям, их прочностными характеристиками. Геометрические параметры конструктивных элементов опоры, сварные, болтовые и другие соединения составлены в целях их взаимосвязанной работы.
Опора призвана выдерживать вес трубопровода с теплоносителем, вес изоляции, трубопроводной арматуры, нагрузку от распорного усилия сильфонного компенсатора, и др. элементов системы. По виду силовых воздействий опора может воспринимать как временные, так и постоянные нагрузки, и воздействия.
Соединение деталей трубной заготовки осуществляется в заводских условиях полуавтоматической сваркой по ГОСТ 14771-76 в среде углекислого газа плавящимся электродом сварочной проволокой ESAB OK Autrod 316LSi для нержавеющей стали, при чем катеты сварных швов принимаются по наименьшей толщине одного из свариваемых элементов.
Опорные детали, изготавливаемые из черной стали, покрываются за 2 раза краской-грунт Эмакоут 7320 В, финишная покраска - краска-грунт Эмакоут 7320 В, RAL 7021.
При установке опор, монтажные сварные швы ведутся ручной дуговой сваркой по ГОСТ 5264-80 электродами типа Э-42, Э-42А ГОСТ 9467-72* в соответствии с ГОСТ 9467-75, для трубной заготовки из нержавеющей стали используются электроды ESAB ОК 67.60.
На первом этапе изготовления и монтажа опоры, предусматривается изготовление трубной заготовки как готового сетевого трубного элемента для систем с приваренным опорным фланцем, соединенным приварными «косынками» (из листового материала - нержавеющей пластины) с нержавеющей трубой:
для заготовок из труб DN20, DN25, DN32, DN40 с резьбовым соединением предусматривается наружная трубная цилиндрическая резьба с двух сторон трубы (1=100 мм) - шаг 2,309 по ГОСТ 6357-81;
для DN>25 предусматривается с каждой стороны патрубка накатки «канавок» под грувлочное соединение, когда именно такой вид соединения предусмотрен проектом (согласно требованиям производителя соединительных чугунных муфт («грувлоков») «Dinarm» и аналогов размеры борозд специфицируются по стандарту ASME В36.10-М-2000, пункт 40);
приваривается фланец-пластина из листовой нержавеющей стали марки (не менее AISI 304) (толщиной не менее 10 мм), который унифицирован для двух типоразмеров: для труб DN (20-40) и для труб DN>50;
размещение отверстия в фланце принимается по центру для всех вариантов наружных диаметров труб;
усиливается сварное соединение консольными уголками (косынками) (габариты вылетов приварных косынок определяются с учетом суммарной нагрузки в зоне сварных швов), применяется заводская полуавтоматическая приварка по ГОСТ 14771-76.
На втором этапе, изготовление опорных креплений неподвижной опоры для фиксирования трубной заготовки в шахте размещения с учетом нагрузок в зоне жесткой фиксации трубы по месту установки предусматривает:
учет монтажа трубной заготовки при разработке металлоконструкции фиксированного крепления, с возможностью жесткофиксированного опирания на перекрытие и несущие ограждения шахты по месту установки стояка, через элементы неподвижной опоры;
свободные вертикальные трубные проходки через перекрытие выполняются в гильзах из электросварных труб по ГОСТ 10704-91;
перед установкой опоры срезается «торчащий край» гильзы заподлицо с перекрытием;
уплотнение опирания металлической пластиной опорной конструкции к несущему перекрытию обеспечивается паронитовой прокладкой;
количество и размеры анкеров определяются технической документацией (по умолчанию, если не оговорено особо, для всех ж/б конструкций используется распорный анкер М16-140), для креплений к вертикальной стене отличной от ж/б (кирпич, пеноблок и т.д.) применяется химический анкер VMU 16-30/175;
размещение неподвижных опор определяется каждым конкретным проектом;
неподвижные опоры могут размещаться на парных (параллельных) трубах стояков не на одном уровне, а «с разбежкой» в один-два этажа;
на этаже размещения неподвижной опоры обеспечивается доступ к опорным металлоконструкциям (например, при заливке стяжки пола ограничивается зоны заливки, в нише установки стояка опора не заливается);
опора устанавливается с соблюдением требований, изложенных в сводах правил: СП 70.13330-2012 «Несущие и ограждающие конструкцию) и СП 28.13330-2017 «Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии».
Для креплений к вертикальной стене, отличной от железобетонной, применяется химический анкер VMU 10-30/175. Кроме того, плотное прилегание независимой опоры к железобетонной конструкции обеспечивается паронитовой прокладкой.
Комплектность опорных деталей позволяет по месту мобильно регулировать размещение опоры относительно стены крепления с учетом привязки стояка. Используя неподвижные опоры, трубопровод легко монтировать и демонтировать. Применение бессварных муфтовых соединений позволяет легко собрать трубопровод по принципу конструктора, не прибегая к сварочным работам.
Техническое решение опоры выражается в совокупности признаков, обусловленных конфигурацией ее составляющих деталей, их расположением между собой и материалом, избранным для их изготовления, что определяет по своим физическим и химическим свойствам влияет на возможность решения указанной технической проблемы.
Таким образом, решен ряд производственных задач:
перенос изготовления опоры крепления трубопровода с места строительства в заводские условия (в том числе в составе техно- и промышленных парков);
исключается применение оцинкованных трубопроводов внутреннего водоснабжения, не затрагиваются монтажные нормы (п. 4.6 СП 73.13330.2016, запрещающие сварку на оцинкованных трубах), требованиям органов в сфере строительного и промышленного надзора в развитие Федеральных законов от 30.12.2009 №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» от 07.12.2011 №416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении»;
обеспечивается доставка полезного груза (питьевой воды) с исключением корродирующих элементов в системе, использованием коррозионно-устойчивой стали;
значительно упрощается монтаж водопроводного оборудования при внутренних ограждающих конструкциях, исключается необходимость «протаскивания» весьма протяженных отрезков трубопровода из нержавеющей стали через строительные конструкции;
обеспечивается жесткое размещение труб водоснабжения из коррозийно-устойчивой стали на железобетонных конструкциях жилых домов, включая здания выше 120 м;
оптимально распределяется нагрузка на неподвижную опору от веса трубопровода с полезным носителем, веса изоляция, трубопроводной арматуры и др. элементов системы (суммарная нагрузка - вес трубы и элементов системы с горячей водой, с учетом распорного усилия осевого (сильфонного) компенсатора), при том что такая нагрузка для трубопроводов, из расчетных с 80%-запасом, составляет: для труб DN50 и DN65 - не более 5000 кг, для труб DN20-40 - не более 4000 кг;
оптимизируется конструкция для производства, обслуживания и ремонта опоры и удерживаемого трубопровода;
исключен риск смещения и деформации трубопроводов при температурных расширениях с учетом работы сильфонных компенсаторов при монтаже и эксплуатации вертикального трубопровода из «нержавеющей» стали;
повышена эксплуатационная надежность удерживаемого трубопровода и сопутствующего оборудования;
обеспечена экономия сырья, трудозатрат, рабочего времени, электроэнергии, увеличение срока службы водопроводного оборудования из нержавеющей» стали;
достигается значительное сокращение сроков строительства зданий, полное исключение рисков простаивания при монтаже укрепляемых коммуникаций (в отсутствие замоноличивания большого отверстия - шахты в перекрытии под прохождение коммуникаций, трубопровод неподвижно удерживается с учетом опирания на опорные конструкции и анкерное крепление к несущим конструкциям в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной).
Новизна данной полезной модели заключается в сочетании собираемых в заводских условиях металлических элементов особой геометрической конфигурации и определенного стального материала, формирующих неподвижную конструкцию из устойчивой к коррозии нержавеющей стали, на которую опираются трубы водоснабжения, увеличивающих срок безаварийной службы системы в целом.
Промышленное применение данной полезной модели подтверждается возможностью использовать ее типовое или адаптированное решение в реальном производстве при строительстве домов (в том числе, на высотных объектах, высотой свыше 120 м), при креплении систем внутреннего водопровода, в первую очередь для подачи питьевой воды, противопожарного водоснабжения, ливнестоков, установки обработки и подачи горячей воды, горячего водоснабжения для технологических нужд промышленных предприятий, системы специального, производственного водоснабжения и др.
Предложенные опоры уверенно переносят и гасят вибрационные нагрузки и гидравлические удары, их целесообразно использовать в системах водопровода, где есть насосы, сильфонные компенсаторы, чувствительная к вибрации аппаратура. В промышленности довольно часто жидкости транспортируются по трубопроводам под значительным давлением, что выдвигает более жесткие требования к размещению и фиксации трубопроводов. В этом случае предложенное решение незаменимо, особенно для высотных зданий.
Поскольку отсутствуют стандарты, требования которых по собранной в комплексе конструкции данной полезной модели могли бы быть применены, в качестве документа, содержащего установленные значения характеристик изготовляемых изделий, на данном этапе, предполагается использовать технические условия или рабочую документацию, разрабатываемую правообладателем. Таким образом, практическое применение неподвижной опоры будет осуществляется на основе руководящих технических материалов, методик, рекомендаций, комплектов конструкторской, технологической и организационно-технической документации, а также, возможно, отраслевого стандарта, в который будут включены основные положения по технологии изготовления, монтажу и креплению трубопроводов с применением неподвижных опор из устойчивой к коррозии нержавеющей стали.