б) з ізоляцією

, (4.4)

де гіз— об'ємна вага ізоляції в кг/м3;

Dіз— зовнішній діаметр труби, покритої ізоляцією, в м;

в) з ізоляцією і футіровкою

, (4.5)

де gф— вага дерев'яної футіровки на 1 м довжини труби в кг;

г) заповненої водою (продуктом), з ізоляцією

, (4.6)

де гв - об’ємна вага води в кг/м3,якщо трубопровід заповнений нафтою або іншим продуктом, в формулу (4.6) підставляють відповідне значення питомої ваги цього продукту;

д) заповненої водою з ізоляцією і футіровкою:

, (4.7)

Вага 1 м довжини труби у воді:

а) заповненої водою без ізоляції

, (4.8)

б) заглушеної, з ізоляцією

, (4.9)

в) заглушеної, з ізоляцією і футіровкой

, (4.10)

де Vф— об’єм дерев'яної футеровки на 1 м довжини труби в м3;

гф— об'ємна вага футеровки в кг/м3;

Різниця об'ємних ваг футеровки і води у формулі (4.10) буде величиною позитивною і, отже, розрахункова вага (негативна плавучість) труби, покритої футеровкой під водою (g8),зменшиться в порівнянні з вагою труби без футерівки (g7);

г) заповненої водою, з ізоляцією

, (4.11)

д) заповненої водою, з ізоляцією і футеровкой

. (4.12)

Для трубопроводів з товщиною стінки 9—18 мм, звичайно вживаних на будівництві переходів, з достатньою точністю для деяких практичних розрахунків

, (4.13)

де g1— вага 1 см довжини трубопроводу без ізоляції в кг;

Dз— зовнішній діаметр трубопроводу в см;

Wт— момент опору трубопроводу в см3.

Для сталевих трубопроводів при підстановці у вираз (4.13) значень

,

,

,

отримаємо

кг/см3 (4.14)

Встановлена закономірність може бути використана для деяких спрощених розрахунків трубопроводів, необхідних при будівництві підводних переходів.

Вплив потоку води на підводний трубопровід

Один з основних чинників, який слідує враховувати при проектування і будівництві підводних трубопроводів, — вплив на них потоку води. Тиск води на трубопровід визначає його конструкцію і способи укладання на дно водної перешкоди.

Стійке положення трубопроводу на дні залежить від його ваги, і при гідродинамічному тиску потрібно буде збільшити вагу труби або застосувати спеціальні обладнання (якорі) для закріплення трубопроводу на дні. При значних швидкостях, що викликають розмивши русла і берегів, слід збільшувати заглиблення трубопроводу в дно водної перешкоди.

Щоб під час укладання трубопровід не зносило течією, передбачаються тросові відтяжки з якірним закріпленням плавучих опор, направляючі і утримуючі конструкції паль, а в зимових умовах — мертвякові опори, що закріплюються в льоду. Всі ці обладнання розраховуються залежно від гідродинамічного тиску води. Розрахункова негативна плавучість трубопроводу під час його укладання, тягові обладнання і кількість розвантажуючих понтонів також залежатимуть від швидкості і тиску потоку води.

При вирішенні практичних задач, пов'язаних з рухом рідини, найчастіше розглядається коефіцієнт кінематичної в'язкості н, що є відношенням коефіцієнта динамічної в'язкості м до густини рідини с

н=м/с. (4.15)

В'язкість рідини зменшується з підвищенням температури.

Значення коефіцієнта кінематичної в’язкості для води залежно від її температури приведені в таблиці //

Підводний або надземний трубопровід можна розглядати як циліндричне тіло, на яке впливають динамічні навантаження. Величина цих навантажень залежить від густини навколишнього середовища і швидкості, з якою вона впливає на трубопровід.

Для визначення лобового опору в аеродинаміці прийнята формула

, (4.16)

де X — сила лобового опору на 1 м довжини трубопроводу в кг/см2; сх— коефіцієнт лобового опору, залежний від швидкості потоку, форми обтікаючого тіла і стану його поверхні;

S— площа перетину тіла площиною, перпендикулярною до напряму руху потоку;

с — густина навколишнього середовища;

н – швидкість, з якою навколишнє середовище впливає на введене в неї тіло.

Тиск потоку води на підводний трубопровід може бути визначений з видозміненої формули (4.16)

, (4.17)

де 1,0 — проекція 1 м трубопроводу, покритого ізоляцією і футеровкою (або бетоном), на площину, перпендикулярну до напряму перебігу потоку в м2;

гв - об’ємна вага води в кг/м3;

н — швидкість течії потоку в м/сек.;

g — прискорення вільного падіння.

Окрім горизонтальної сили лобового опору, що визначається по формулі (4.17), на трубопровід, що лежить на дні і обмивається потоком води, діє вертикально підйомна сила, визначувана по формулі

, (4.18)

де сy — коефіцієнт підйомної сили.

З формул (4.17) і (4.18) випливає, що вплив потоку води на трубопровід прямо пропорційний квадрату швидкості течії.

Отже, дуже важливо найточніше встановити величину цієї швидкості.

Звичайно проект підводного переходу складають за матеріалами досліджень, в яких наводяться дані про середні швидкості течії за ряд років. Ці дані можуть бути одержані з щорічних гідрологічних довідників. Середня швидкість течії нср є приватним від розподілу загальної витрати на площу живого перетину річки. Розподіл швидкостей течії по вертикалі можна приймати відповідно до епюри швидкостей, показаної на рисунку 4.1. Швидкість у дна річки можна приймати рівної 70% середньої швидкості.

Вертикально направлена підйомна сила Y є слідством несиметричного обтікання трубопроводу потоком води. Навіть незначний зазор між трубою і дном приводить до зменшення коефіцієнта cy і підйомної сили. Якщо зазор між ґрунтом дна і трубою перевищує 0,1 її діаметру, трубопровід можна розраховувати тільки на лобовий опір.

Рисунок 4.1 - Епюра швидкостей течії по глибині потоку.

На підводний трубопровід, укладений на дно, одночасно діють гідродинамічний тиск і підйомна сила. На трубопровід, укладений в траншею і засипаний ґрунтом, ці сили не діятимуть. При розмиві основи і оголенні трубопроводу на нього діятимуть гідродинамічний тиск і підйомна сила, значення яких залежать від положення трубопроводу щодо дна.

На рисунку 4.2 показані умови обтікання потоком води трубопроводу, частково заглибленого в дно. При частковому заглибленні (рисунок 4.2, а) збільшуються швидкості перебігу потоку, оточуючого виступаючий над дном трубопровід. Із зменшенням тиску через збільшення швидкості руху частинок води з'являється підйомна сила. Різниця тиску потоку на передню (по відношенню до напряму потоку)і