В стране и мире накоплено достаточно технических решений, направленных на снижение трения в подвижных опорах мостов, трубопроводов и других протяженных сооружений. Каждое из них имеет как преимущества, так и недостатки. Не существует одного универсального решения, которое бы обеспечивало достижение наилучшего результата при любых условиях. Но для любых условий есть решение, известное на сегодняшний день.
Статья постоянно пополняется новыми материалами. Если не найдете, что искали, загляните сюда завтра, через неделю, месяц...
Существует две большие группы решений, направленных на снижение трения в опорах сооружений. К первой относятся конструкции, использующие тела вращения: ролики, шарики и балансиры. Ко второй - опорные узлы с элементами скольжения.
Стремление снизить горизонтальные силы в опорах путем замены трения скольжения на трение качения - довольно естественный ход мыслей со времен изобретения колеса. Видимо в силу этой естественности такие конструкции возникли раньше и закрепились в практике через нормативно-технические документы. Конструкции катковых и шариковых опор трубопроводов описаны в альбоме чертежей "Серия 4.903-10 выпуск 5", ОСТ 36-146-88 и ОСТ 24.125.159. Удивительно, что применение опор каткового типа вошло в практику несмотря на общеизвестные недостатки (ржавление, угон катка и заедание).
Конструкции скользящих опор трубопроводов с антифрикционными элементами в нормативно-технической документации не встречаются. Объяснить такое явление можно только тем, что множество технических решений, рассмотренных ниже, пока не вылилось в одну или несколько конструкций, работоспособность которых не вызывала бы сомнений у подавляющего числа проектировщиков и других инженеров, принимающих решения о применении опор низкого трения.
Разработки группы Д.А.Коршунова
На середину 70-х годов прошлого века наиболее полные данные об уровне техники в области подвижных опорных частей с низким коэффициентом трения содержатся в сборнике Научно-исследовательского института строительных конструкций Госстроя СССР "Подвижные опорные части трубопроводов и других сооружений" под редакцией Д.А.Коршунова, вышедшем в 1976 году в издательстве "Вища школа" при Киевском университете.
Аннотация сборника так сообщает о круге рассмотренных вопросов и решнных задач:
"Изложены результаты поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведенных в НИИСК Госстроя СССР при участии "Гипроспецгаза" Мингазпрома СССР и других организаций.
Собраны, классифицированы и проанализированы конструктивные решения подвижных опорных частей, предложенные, разработанные и применяемые при прокладке трубопроводов различного назначения. Рассмотрены преимущества и недостатки различных конструктивных решений. Дано научно-техническое обоснование выбора и приведены результаты исследований эффективных антифрикционных элементов. Описана новая конструкция подвижных опорных частей для трубопроводов большого диаметра и приведены результаты испытаний опытного образца."
Книга содержит много полезных данных, среди которых особую ценность для описания уровня техники представляет библиографический указатель изобретений, опубликованных до 1973 года "Подвижные опорные части строительных конструкций".
Другая статья сборника - "Разработка и исследование конструкций опорных частей" - описывает разработки группы Д.А.Коршунова: описание опытных образцов, результаты их испытаний и рекомендации для разработчиков. В результате работ, проведенных коллективом авторов, были созданы технические решения, защищенные авторскими свидетельствами: № 0451886 "Подвижная опора надземного трубопровода", № 0480796 "Антифрикционный вкладыш для опорных частей опор строительных конструкций", № 0556273 "Свободно подвижная опора трубопровода".
Работы группы Д.А.Коршунова увенчалась разработкой опытных образцов опорных частей, которые были установлены на экспериментальном участке трубопровода. К сожалению, сегодня нет никаких свидетельств внедрения разработок группы Д.А.Коршунова. Возможно, это объясняется сложностью предложенных конструкций.
Аналоги УОСНТ
Полезная модель RU 113326
Незатейливое решение, по патенту на полезную модель, выданному в 2011 году, можно назвать классическим в том смысле, что оно чаще всего применяется на практике. Конструкция содержит стандартную опору трубопровода (2), названную в описании ложементом, на которой укреплена накладка (4) из антифрикционного материала (фторопласта), опирающаяся на полированную пластину (5), которую авторы рекомендуют выполнять из нержавеющей стали.
Авторы не указывают способ крепления накладки и не утруждаются мыслями о влиянии на свойства фторопласта температуры трубопровода и загрязнении полированной пластины в эксплуатации. Свойство фторопласта необратимо деформироваться под действием длительной нагрузки и температуры, называемое хладотекучестью, авторы решения во внимание не принимают. К чему приводят попытки осуществления подобных решений можно увидеть здесь.
Патент US 3390854
Решение запатентовано в 1968 году. Конструкция содержит продольную и поперечную направляющие (18, 40), между которыми заключена антифрикционная прокладка цилиндрической формы (34). Прокладка выполнена из стального цилиндра, на торцы которого наклеены пластины (33, 35) из рулонного армированного фторопласта. Опора низкого трения допускает продольные, поперечные и угловые перемещения трубопровода.
Недостатком предложенной конструкции является отсутствие компенсации монтажных и эксплуатационных перекосов между опорной конструкцией и трубопроводом. Трудно представить как такие условия может выдержать клеевое соединение антифрикционных пластин со стальными поверхностями цилиндра.
Патент US 3963205
Серьезное решение было защищено патентом США в 1974 году. Конструкция содержит корпусную приварную опору (21) с вырезами, уменьшающими площадь сечения, через которую передается тепловой поток от трубопровода. К подошве опоры крепится башмак U-образной формы из нержавеющей стали (23), а между ними устанавливается теплоизолирующая прокладка (29). Ответная часть пары трения представляет собой тонкие листы фторопласта (24) расположенные на эластичных подушках (25). При необходимости, боковые перемещения трубопровода ограничиваются направляющими (30) с накладками (31) из фторопласта.
Надежное крепление листов чистого политетрафторэтилена к эластичным подушкам является сложной технологической задачей, которая пока не решена. Кроме того, вырезы в корпусе опоры, решая задачу снижения теплового потока к поверхностям скольжения, уменьшают прочность конструкции. Еще одним недостатком решения является незащищенность поверхностей скольжения от загрязнений в течение длительного срока эксплуатации.
Патент SU 1656269
Целью этого изобретения является устранение одного из недостатков решения по патенту US3963205 - повышение надежности посредством защиты поверхности скольжения антифрикционной прокладки от загрязнений. Решение заключается в оснащении опоры плитой (3), шарнирно закрепленной на опоре (1) с возможностью вертикального перемещения посредством стоек (6) с прорезями (7) относительно стержней (8), прикрепленных к опоре неподвижно. Плита, прилегающая под собственным весом к поверхности скольжения, по замыслу автора защищает поверхность антифрикционной прокладки (4) от воздействия окружающей среды.
Решение очень теоретическое, не учитывающее наличие деформации поверхности скольжения под нагрузкой, в результате которой между плитой и поверхностью антифрикционной прокладки неизбежно возникнут зазоры. Кроме того, конструкция неработоспособна по причине все той же хладотекучести фторопласта, на которую уже было указано в описании полезной модели RU 113326.
В мостостроении опорные части низкого трения применяются достаточно часто. Эти изделия отличаются от опорных узлов трубопроводов тремя основными характеристиками. Во-первых, отношение площади пятна контакта к площади пятна допустимых перемещений существенно выше (можно сказать, что мостовые опоры относительно малоподвижные). Во-вторых, диапазон рабочих температур соответствует климатическому диапазону, в то время как технологические трубопроводы работают в диапазоне температур - от минус 100 до плюс 560 °С. В-третьих, отклонения формы и расположения опорных поверхностей от теоретических существенно меньше (мостовые строения гораздо жестче по сравнению с турбопроводными системами).
Одна из характерных конструкций "Подвижная опорная часть моста стаканного типа" защищена патентом РФ № 2122062. В стакане 1 размещен вкладыш 2 из упругого материала с уплотнительными кольцами 3 по периметру. На вкладыш установлена крышка 4 с антифрикционными элементами 5
В патентной литературе
US 3349418 A /20 июл 1965/ Опора сооружения низкого трения (Low friction structural bearing)
US 3806975 A /13 апр 1970/ Скользящая опорная часть (Structural bearings)
US 3963205 A /4 апр 1974/ Опора трубопровода (Pipe support systems)
US 4017046 A /25 апр 1975/ Поддерживающее, выравнивающее и стыкующее устройство для труб (Supporting, aligning and coupling device for pipes)
US 4116499 A /12 авг 1977/ Высокотемпературный скользящий подшипник (High temperature slide bearing)
US 4128219 A /17 май 1976/ Надземная скользящая опора трубопровода (Aboveground sliding support assembly for a pipeline)
US 5924656 A /16 июн 1995/ Теплоизолирующая опора трубопровода (Thermal insulating supporting device for piping)
US 8696205 B2 /17 июл 2007/ Скользящая опора сооружения и материал для нее (Sliding bearing for structural engineering and materials therefor)
US 20120181396 A1 /19 янв 2011/ Модульный башмак и опорная система трубопровода (Modular pipe-shoe, pipe-support system)
В предложении производителей
Конструктивные схемы мостовых опорных частей, применяемых компанией Стройкомплекс-5, подразделяются на две группы: тангенциальные и шаровые.
Мостотрест - http://msmost.ru/productions/16
Полезная модель RU 181051
Кроме патентной литературы, уровень техники характеризуют предложения зарубежных производителей.
Нет комментариев
Добавить комментарий