Предисловие
Принятые основные обозначения

Глава 1. Общие сведения о напорных трубопроводах
1.1. Назначение напорных трубопроводов
1.2. Типы трубопроводов
1.2.1. Классификация трубопроводов
1.2.2. Свободно лежащие трубопроводы
1.2.3. Заделанные трубопроводы
1.2.4. Засыпанные трубопроводы
1.3. Оболочка трубопроводов
1.4. Опоры трубопроводов
1.5. Распределители трубопроводов
1.6. Прочие элементы
1.7. Затворы трубопроводов
1.8. Уравнительные резервуары

Глава 2. Основы проектирования трубопроводов
2.1. Особенности проектирования трубопроводов
2.2. Выбор схемы трубопровода
2.3. Трасса трубопровода
2.4. Гидравлические расчеты
2.4.1. Гидравлические потери в трубопроводах
2.4.2. Гидравлический удар
2.5. Оптимизация проектных решений
2.6. Исследования стальных трубопроводов
2.6.1. Общие сведения
2.6.2. Модельные исследования
2.6.3. Натурные исследования

Глава 3. Материалы и расчетные характеристики
3.1. Основные характеристики стали
3.1 1. Механические свойства
3.1.2. Технологические характеристики
3.1.3. Химический состав
3.2. Конструкционные материалы
3.2.1. Толстолистовые стали для оболочки трубопроводов
3.2.2. Арматурные стали
3.2.3. Прочие стали и чугун
3.2.4. Сварочные материалы
3.2.5. Бетон и другие неметаллические материалы
3.3. Расчетные сопротивления стали

Глава 4. Нагрузки и воздействия на трубопровод
4.1. Классификация и расчетные сочетания нагрузок и воздействий
4.2. Расчетные формулы для определения сил, действующих на трубопровод
4.2.1. Воздействия на свободно лежащий трубопровод разрезной конструкции
4.2.2. Воздействия на свободно лежащий трубопровод неразрезной конструкции
4.2.3. Прочие воздействия на трубопровод
4.2.4. Воздействия на засыпанный трубопровод
4.3. Характерные расчетные случаи при проектировании трубопроводов ГЭС
4.3.1. Расчетные случаи для свободно лежащего трубопровода
4.3.2. Расчетные случаи для засыпанного трубопровода
4.3.3. Расчетные случаи для заделанного трубопровода

Глава 5. Расчет оболочки и колец жесткости на действие внутреннего давления
5.1. Основные расчетные положения
5.2. Расчет прочности свободно лежащего трубопровода
5.2.1. Напряжения в оболочке от внутреннего давления и веса воды
5.2.2. Напряжения в оболочке от собственного веса
5.2.3. Расчет трубопровода как неразрезной балки
5.2.4. Напряжения при частичном заполнении трубопровода водой
5.2.5. Напряжения в оболочке у колец при действии внутреннего давления воды
5.2.6. Напряжения в оболочке в местах перелома образующих
5.2.7. Расчет свободных (необетонированных) колен
5.3. Расчет прочности засыпанного трубопровода
5.3.1. Условия прокладки труб
5.3.2. Напряжения в меридиональных сечениях оболочки и колец жесткости
5.3.3. Осевые напряжения в оболочке
5.4. Расчет прочности трубопровода, заделанного в горной породе
5.4.1. Общие положения расчета
5.4.2. Кольцевые напряжения в оболочке, обусловленные зазором между облицовкой и скалой
5.4.3. Кольцевые напряжения в оболочке после закрытия зазора
5.4.4. Условия расчета заделанного трубопровода с учетом отпора породы
5.4.5. О местных напряжениях у колец жесткости
5.5. Расчет прочности трубопровода, заделанного в бетонном массиве
5.6. Основы расчета сталежелезобетонных трубопроводов

Глава 6. Расчет оболочки и колец жесткости на действие наружного давления
6.1. Общие сведения
6.2. Устойчивость свободно лежащих трубопроводов
6.3. Устойчивость засыпанных трубопроводов
6.4. Устойчивость заделанных трубопроводов

Глава 7. Промежуточные опоры
7.1. Общие сведения
7.2. Опорные кольца
7.3. Опорные устройства
7.3.1. Конструкции опорных устройств
7.3.2. Расчет деталей опорных устройств
7.4. Фундаменты

Глава 8. Анкерные опоры
8.1. Общие сведения
8.2. Общая геометрия трубопровода и установочные углы колена
8.3. Расчетные схемы и силовые воздействия

Глава 9. Разветвления трубопроводов
9.1. Конструкции разветвлений
9.1.1. Общие сведения
9.1.2. Разветвления с наружными воротниками
9.1.3. Разветвления с внутренними диафрагмами
9.1.4. Разветвления со сферической оболочкой
9.1.5. Разветвления с наружной обоймой
9.1.6. Разветвления, заделанные в горной породе
9.2. Геометрия разветвлений
9.3. Расчет прочности
9.3.1. Условия работы
9.3.2. Основные допущения
9.3.3. Краевые усилия в оболочке
9.3.4. Расчет воротниковой рамы
9.3.5. Напряженное состояние воротников и оболочек
9.3.6. Расчет опорных стержней разветвления подземного трубопровода
9.4. Экспериментальные исследования

Глава 10. Арматура и прочие устройства
10.1. Компенсаторы
10.1.1. Температурные сальниковые компенсаторы
10.1.2. Температурно-осадочные и осадочные компенсаторы
10.2. Лазы
10.3. Фланцевые соединения
10.4. Заглушки
10.5. Устройства для впуска и выпуска воздуха
10.6. Трубопроводы опорожнения
10.7. Приборы защиты ГЭС от последствии разрыва трубопровода

Глава 11. Особенности изготовления и монтажа трубопроводов
11.1. Общие сведения
11.2. Некоторые вопросы заводского изготовления
11.2.1. Изготовление оболочки
11.2.2. Кольца жесткости и фасонные элементы
11.3. Транспортировка и укрупнение
11.3.1. Разбивка на отправочные элементы и транспортировка
11.3.2. База укрупнения
11.3.3. Установка раскреплений
11.4. Монтаж трубопровода на трассе
11.5. Особенности монтажа трубопровода в подземных выработках
11.5.1. Схемы подачи и монтажа звеньев
11.5.2. Размеры затрубного пространства
11.5.3. Обетонирование, цементация и заделка отверстий
11.6. Предпусковые гидравлические испытания трубопроводов

Глава 12. Некоторые вопросы эксплуатации трубопроводов
12.1. Общие вопросы технического обслуживания
12.2. Защита стальных трубопроводов от коррозии
12.3. Наблюдение за положением опор
12.4. Вибрация трубопроводов и борьба с ней
12.5. Зимняя эксплуатация трубопроводов

Приложения
Список литературы

Предисловие

Стальные напорные трубопроводы относятся к основным сооружениям гидроэлектростанций. В виде свободно уложенных, засыпанных, заделанных в горной породе или в бетонном массиве конструкций они широко распространены на средне- и высоконапорных гидроэнергетических установках. Стальные трубопроводы также повсеместно используются на насосных станциях оросительных систем, водопроводов, систем технического водоснабжения ТЭС и других промышленных объектов.

Предыдущее издание книги «Стальные трубопроводы гидроэлектростанций» (авторов Н.В. Клингерта, А.X. Хохарина, А.Р. Фрейшиста) вышло в свет в 1973 г. За этот период произошли существенные изменения в теории и практике проектирования и сооружения крупных высоконапорных водоводов. На основе разнообразных теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния фланцевых соединений, лазов, компенсаторов, опорных колец, разветвлений, открытых колен разработаны современные методики расчета, основанные на использовании в первую очередь электронно-вычислительной техники. Введены в действие новые нормы проектирования трубопроводов всех типов, усовершенствовано проектирование трубопроводов, заделанных в туннелях, и разработаны соответствующие руководящие материалы. Созданные металлургической промышленностью новые стали используются в трубопроводостроении.

Строительство крупных современных гидроэнергетических установок, особенно в горных районах, и рост единичных мощностей станций потребовали создания трубопроводов, рассчитанных на пропуск больших расходов воды и одновременно выдерживающих высокое внутреннее давление. Конструкция такого трубопровода должна обладать высокой надежностью, а его сооружение в сжатые сроки требует передовой организации и технологии производства работ, обеспечивающих высокую производительность труда при хорошем качестве. При проектировании и строительстве трубопроводов важнейшей задачей является экономия дефицитного толстолистового проката, особенно из высококачественных сталей.

На крупнейших в мире сибирских гидроэлектростанциях и строящихся гидроаккумулирующих электростанциях в европейской части страны большое развитие .получили сталежелезобетонные трубопроводы. Высоконапорные гидроузлы энергетического и комплексного назначения, сооружаемые в горных районах Средней Азии и Кавказа, вызвали к жизни уникальные туннельные водоводы со стальной оболочкой диаметром 4—11 м.

Организациями Минэнерго и Минводхоза СССР, и в первую очередь Всесоюзного треста Гидромонтаж, получен новый богатый опыт проектирования и строительства крупнейших трубопроводов на Нурекской, Шамбской, Татевской, Ингурской, Чиркейской, Зейской, Саяно-Шушенской ГЭС, на насосных станциях Комсомольской оросительной системы, Большого Ставропольского и Амубухарского каналов и других объектах. Внедрено много новых решений по механизации сборочно-сварочных работ, особенно по монтажу трубопроводов в подземных выработках. Освоены новые высокопрочные стали и высокопроизводительные способы сварки. Существенному пересмотру подвергается традиционная технологическая схема изготовления негабаритных трубопроводов, особенно в связи с новыми задачами по сооружению трубопроводов для Загорской и других ГАЭС, для Рогунской ГЭС.

Указанные изменения определили необходимость подготовки нового (третьего) издания книги. По сравнению с предыдущим изданием, котороё в свое время было с удовлетворением встречено научно-технической общественностью [Отзыв о книге «Стальные трубопроводы гидроэлектростанций». — Гидротехническое строительство,. 1974, № 3, с. 61.], новое издание существенно переработано и дополнено. Так, полностью обновлены разделы, составленные в предыдущих изданиях Н.В. Клингертом и касающиеся нагрузок и расчета прочности засыпанных трубопроводов, расчета устойчивости свободно лежащих трубопроводов, проектирования катковых опорных устройств, заглушек, геометрии колен. В соответствии с действующими нормами исключен расчет трубопровода на частичное заполнение водой.

Необходимая переработка гл. 3 выполнена в соответствии с действующими нормативами на стали и другие материалы, применяемые в настоящее время для трубопроводов. Отражен опыт использования высокопрочных сталей, добавлены сведения о материалах для сталежелезобетонных трубопроводов.

Глава 4 откорректирована в связи с изменением главы СНиП «Нагрузки и воздействия». Уточнен вопрос о выборе расчетной температуры при проектировании трубопровода.

Глава 5 существенно переработана в соответствии с действующими нормами проектирования, § 5.2 дополнен материалами по расчету трубопровода как неразрезной балки и по определению (местных напряжений в оболочке в местах перелома образующих. В § 5.4 впервые подробно рассматриваются условия, при которых заделанный трубопровод может рассчитываться с учетом упругого отпора породы. В связи с большим объемом гл. 5 расчеты трубопроводов яа действие наружного давления, связанные с проблемой устойчивости оболочки и колец, выделены в самостоятельную гл. 6, материал которой также подвергнут серьезной переработке.

Новая методика расчета катковых опорных устройств приведена в гл. 7. В гл. 8 помещена новая методика расчета общей геометрии трубопровода и установочных углов колен.

Существенно переработана и расширена гл. 9 «Разветвления трубопроводов», в которой нашли отражение результаты недавних многолетних исследований, проводившихся в СКВ «Ленгидросталь» и «Мосгидросталь».

Поскольку из всех элементов трубопроводов разветвления отличаются наибольшей сложностью и многообразием конструкций, авторы сочли целесообразным дать по ним некоторый исторический обзор развития конструктивных решений.

В гл. 10 наиболее существенно переработан материал, посвященный фланцевым соединениям и заглушкам.

В гл. 11 отражен современный передовой производственный опыт по изготовлению, монтажу и предпусковым гидравлическим испытаниям крупных трубопроводов, в частности, заделанных в туннелях. Освещены вопросы дренажа, бетонирования, цементации.

Наряду с отечественной практикой проектирования и изготовления трубопроводов в книге отражены достижения ведущих зарубежных фирм, работающих в этой области гидротехники.

Учитывая положительный опыт использования двух предыдущих изданий книги в качестве руководства по проектированию и пожелания, высказанные специалистами, в настоящем издании авторы приводят примеры расчета свободно лежащего и заделанного в горной породе трубопроводов.

В книге применена Международная система (СИ) единиц физических величин. Таблица соотношений между единицами СИ и некоторых других систем, дана в приложении в конце книги.

Автором гл. 9 является канд. техн. наук А.М. Шор. Им же написаны § 8.2 и 10.7, а также части § 11.4, касающиеся внутренних раскреплений, отверстий для цементации, и часть примеров расчета. А.X. Хохарин является автором § 1.1, 1.4, 1.6, 1.8, 7.1, 7.4, 8.1, 10.6, а также его материалы использованы частично в § 4.2, 5.2, 6.1 и 11.3. В книге также использованы текст в § 10.1, 10.2, 10.5, 11.4 и некоторые иллюстрации в гл. 1, 7, 8 и 10, подготовленные редактором первого издания А.З. Хазановой. Все остальные разделы написаны канд. техн. наук А.Р. Фрейшистом, который также выполнил общее редактирование настоящего издания книги.

Книга рассчитана на инженерно-технических и научных работников, занимающихся проектированием, исследованием, строительством и эксплуатацией стальных трубопроводов гидроэлектрических и насосных станций. Однако учитывая, что книга также может служить учебным пособием для студентов специализированных факультетов вузов и техникумов, авторы помещают в ней некоторые сведения общего характера.

В новом издании учтены рекомендации специалистов и преподавателей вузов (МИСИ, МГМИ), использовавших предыдущее издание книги в учебном процессе.

Авторы признательны кандидатам техн. наук В.Ф. Простаку и В.Ф. Илюшину, канд. физ.-мат. наук Ф.М. Свойскому, инженерам В.Ф. Рахманову, Г.И. Штейнцайгу, В.А. Герману и другим товарищам по работе за полезные советы и предоставленные материалы. Много полезных замечаний по рукописи сделал инж. Я.Н. Ветухновский, которому авторы глубоко благодарны.

А.Р. Фрейшист, А.М. Шор