Ветровая и снеговая нагрузка при монтаже электропривода на открытых эстакадах и трубопроводных галереях

При проектировании узла автоматизации на открытой трубопроводной эстакаде электропривод рассматривают не только как электротехническое изделие, но и как элемент строительной конструкции, воспринимающий ветровое давление и снеговую нагрузку наравне с самим трубопроводом. Ошибка на этом этапе приводит не к короткому замыканию, а к механическим последствиям: разрушению кронштейна, трещинам в корпусе редуктора, перекосу выходного вала относительно оси арматуры.

Эта статья разбирает именно механическую сторону вопроса. Электрические риски открытого монтажа, заземление и грозозащита, разобраны отдельно в материале о заземлении и молниезащите электропривода на открытых площадках.

Почему электропривод на эстакаде нельзя считать «просто подвешенным» узлом

Электропривод, установленный на трубопроводе, вынесенном на открытую эстакаду или галерею, оказывается в зоне действия тех же нормируемых нагрузок, что и сама несущая конструкция. При проектировании отдельно стоящих опор и эстакад под технологические трубопроводы нормативная база прямо требует учитывать снеговые и ветровые нагрузки в наиболее неблагоприятном сочетании вместе с весом трубопроводов, изоляции, транспортируемого продукта и обслуживающего персонала.

Для привода это означает два отдельных физических эффекта:

• снеговая нагрузка добавляет статический вес на верхние поверхности корпуса, крышку клеммного отсека и кронштейн крепления;
• ветровая нагрузка создаёт боковое давление на «парусную» площадь корпуса привода и редуктора, а также передаёт на привод вибрацию самого трубопровода, раскачиваемого ветром.

Снеговая нагрузка: где она реально действует на привод

Нормативный вес снегового покрова в России различается на порядок в зависимости от снегового района: по СП 20.13330.2016 он принимается от 0,5 кПа в I снеговом районе до 4,0 кПа в VIII районе. Эстакада, трубопровод и установленный на нём привод рассчитываются под конкретное значение, привязанное к географии объекта, а не к усреднённой «средней полосе».

Для электропривода практическое значение имеют не сами килопаскали, а то, как снег и наледь накапливаются на его геометрии:

• горизонтальные верхние поверхности корпуса и крышки задатчика собирают слой снега, который при оттепели превращается в лёд и существенно увеличивает массу навесного оборудования на кронштейне;
• козырьки и рёбра охлаждения двигателя становятся местом образования сосулек, утяжеляющих конструкцию неравномерно;
• маховик ручного дублирования и рычаги местного управления блокируются слежавшимся снегом, что требует учёта при выборе места установки и ориентации привода.

Отдельный узел, снижающий риски, связанные с конденсацией и образованием наледи внутри корпуса, разобран в материале про дыхательный клапан корпуса электропривода, а вопросы обогрева для предотвращения обледенения подвижных частей рассмотрены в статье о встроенном обогреве электропривода.

Ветровая нагрузка: парусность корпуса и вибрация трубопровода

Ветровое давление по СП 20.13330.2016 нормируется от 0,17 кПа в районе Iа до 0,85 кПа в районе VII. Таблица ниже показывает диапазон значений, которые проектировщик обязан взять за основу расчёта в зависимости от географии объекта.

Для привода ветровая нагрузка складывается из двух составляющих:

1. Прямое давление на корпус. Электропривод, редуктор и кронштейн образуют дополнительную парусную площадь, вынесенную от оси трубопровода. Чем больше вылет кронштейна, тем выше изгибающий момент на фланцевом соединении и на самой опоре.
2. Передаваемая вибрация. Эстакады и отдельно стоящие опоры рассчитываются так, чтобы горизонтальная ветровая нагрузка действовала поперёк трассы трубопровода, вызывая его колебания. Эти колебания передаются на корпус привода через фланцевое и валовое соединение и со временем могут приводить к усталостному ослаблению крепёжных элементов, если узел не был спроектирован с учётом циклических нагрузок.

Требования к механической прочности крепления и типу фланцевого соединения привода и арматуры разобраны в материале крепление электропривода к арматуре по ISO 5211. Отдельно стоит проверить тип посадки выходного вала, который также нагружается знакопеременными усилиями при вибрации, в статье о типах посадки выходного вала электропривода.

Что проверяет проектировщик перед установкой привода на открытой эстакаде

• Снеговой и ветровой район объекта по картам приложения Е СП 20.13330.2016, привязанный к конкретному населённому пункту, а не к ближайшему крупному городу.
• Вылет и геометрию кронштейна крепления привода: чем компактнее узел и короче плечо, тем ниже изгибающий момент от ветрового давления.
• Ориентацию корпуса относительно преобладающего направления ветра и снегопереноса, чтобы минимизировать накопление снега на крышке клеммного отсека и дисплее местного управления.
• Наличие дренажных и дыхательных элементов корпуса, предотвращающих скопление влаги при циклах оттепели и промерзания.
• Класс коррозионной стойкости покрытия, особенно для прибрежных и промышленных площадок с химически агрессивной атмосферой, описанный в статье про антикоррозийное покрытие электропривода C5-M.
• Климатическое исполнение привода по ГОСТ 15150, соответствующее категории размещения «на открытом воздухе» (категория 1), разобранное в материале о климатическом исполнении электропривода по ГОСТ 15150.
• Необходимость дополнительной виброустойчивости узла, если объект находится в сейсмоопасном районе: соответствующие требования собраны в статье про сейсмостойкое исполнение электропривода.

Галерея закрытого типа как альтернатива

На объектах с высокой снеговой и ветровой нагрузкой часть трубопроводных трасс переносят в галереи закрытого или полузакрытого типа, где механические климатические нагрузки на оборудование исчезают или снижаются до веса самой конструкции кровли. Решение о типе эстакады (открытая, полуоткрытая, галерея) принимается на уровне проекта трассы и определяется совокупностью факторов: протяжённостью трассы, диаметром и числом трубопроводов, региональными снеговым и ветровым районами, требованиями к обслуживанию. Для привода, остающегося на открытом участке трассы, учёт снеговой и ветровой нагрузки остаётся обязательным пунктом технического задания наравне с расчётом крутящего момента и выбором климатического исполнения.

Вывод для проектировщика

Снеговая и ветровая нагрузка на электропривод не описывается одной универсальной цифрой: она зависит от снегового и ветрового района площадки по СП 20.13330.2016, геометрии кронштейна крепления, ориентации корпуса и динамических характеристик самой эстакады. Отдельно от электрических аспектов монтажа, разобранных в статье про заземление и молниезащиту, механическая прочность крепления и корпуса привода на открытой трассе требует отдельного расчёта и согласования с проектом эстакады или галереи.

Читайте также

• заземлении и молниезащите электропривода на открытых площадках
• дыхательный клапан корпуса электропривода
• встроенном обогреве электропривода
• крепление электропривода к арматуре по ISO 5211
• типах посадки выходного вала электропривода

Нужна помощь с подбором электропривода?

Пришлите параметры арматуры: тип, DN, требуемый крутящий момент, напряжение питания, допустимое время хода и условия эксплуатации. Мы поможем подобрать подходящий электропривод и проверить совместимость с арматурой.

Оставить заявку на подбор электропривода