САПР. Исаченко. 1. Исходная схема трубопроводной системы, её описание
 Скачать 0.7 Mb.
|
1 2 Введение На конденсационных электрических станция оборудование соединено сложной трубопроводной системой. Последовательность соединений оборудования трубопроводами и размещение на них арматуры должны соответствовать технологической схеме КЭС и обеспечивать надежную работу оборудования во всех стационарных режимах, а также при пуске и остановке. Поэтому важным этапом является расчет и конструирование трубопроводной системы. Система трубопроводов включает: трубы, соединительные (фланцы и др.) и фасонные части (колена, отводы, тройники и др.); компенсаторы тепловых удлинений; арматуру отключающую, регулирующую и предохранительную (защитную) с приводными устройствами; различные крепления – опоры неподвижные и подвижные, подвески; тепловую изоляцию и покрытия. По виду протекающей среды трубопроводы разделяются на паропроводы и водопроводы, воздухопроводы (воздуховоды) и газопроводы (газоходы), мазутопроводы и маслопроводы, пылепроводы и др. При проектировании (конструировании) трубопроводов учитывают различные факторы: - свойства среды: определяют марку стали; - давление: определяет марку стали и толщину стенки трубопровода; температура и расстояние определяет марку стали, трассировку трубопроводных систем (тип соединения труб, необходимые опоры). Следовательно, целью проектирования трубопроводных систем является обеспечение надежной работы трубопроводов, трубопроводных систем и в целом КЭС. 1. Исходная схема трубопроводной системы, её описание Данная трубопроводная система представлена на рисунке 1.1, является паропроводом КЭС. В системе пар с параметрами Р=12 ата и t = 160. Расход рабочей среды G = 240 т/ч. Места крепления к другому оборудованию представлены в виде двух неподвижных опор (Н.О.). На трубопроводе расположены две скользящие (С.О.) и две упругие (пружинная) опоры (У.О.). Количество тяг упругой опоры – 3. Длина тяги упругой опоры lтяги = 145 см. Опоры необходимо выбрать по ОСТ. Арматура на трубопроводе представлена в виде задвижки массой Рзадв =260 кгс и длиной L =48 см. Воздействие на трубопровод со стороны других трубопроводов представлено в виде сосредоточенной силы Рс = 42 кгс, действующей под углом = 48. Срок службы трубопровода = 200 тыс. часов.  Рисунок 1 - Исходная схема трубопроводной системы2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР марки стaли И ДИАМЕТРОВ труб ТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ Определяем по заданным параметрам  и температуре  среду в трубопроводе с помощью термодинамических таблиц [7,8]. Средой является вода. Там же нашли удельный объём среды  . Местную скорость  приняли по приложению 4 [9].Используем уравнение неразрывности:  ,где F - площадь сечения трубы, м2; - скорость среды, м/с. Предварительный внутренний диаметр трубы, м:  где G - расход среды, кг/с; G=240/3,6=66,66  ; - удельный объём среды, м3/кг; - скорость движения среды, м/с.По найденному  находится ближайшее большее значение условного прохода  по табл. 3.3, 3.4 [5] или из стандартного ряда по табл. 9.1 [9]. ммЗатем по условному проходу  определяем наружный диаметр  по табл. 3.3, 3.4 [5] или в соответствии с табл. 9.2 [9]. ммS = 19 мм Из табл. 3.3, 3.4 [5] выбираем марку стали трубопровода. Для давления  и температуры выбираем Сталь 20. ТУ 14 – 3 – 460 – 75.3. Предварительный РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ стенки трубопровода Напряжения, возникающие в металле трубопроводов, определяются в основном внутренним давлением. Дополнительно при расчёте учитываются нагрузки от самокомпенсации тепловых напряжений, собственной массы труб, массы содержащегося в трубах теплоносителя, массы тепловой изоляции. Поэтому предварительно определяем номинальную толщину стенки трубы S, исходя из наличия внутреннего давления p, создающего растягивающее усилие:  ,где  - среднее окружное напряжение от внутреннего давления, ат (или кг/см2); = -1; -рабочее давление среды, ата (дано в задании);1 - атмосферное (наружное) давление среды, кг/см2;  - наружный диаметр трубопровода, мм (определено в 2);S - толщина стенки трубы, мм. Должно быть  ,где [] - допускаемое напряжение для рабочего состояния стенки (определяется по температуре и марке стали из табл. 3.5, 3.6, 3.9 [5]); К - коэффициент, учитывающий влияние прочих сил, кроме внутреннего давления. Обычно  .Для выбранной нами стали 20 допускаемое напряжение для рабочего состояния стенки ( )Допускаемое напряжение для рабочего состояния по STEEL: х=1415  .Допускаемое напряжение для холодного состояния по STEEL: х=1470 .Тогда  ,предварительная номинальная толщина стенки трубы, мм  ,где - расчётное избыточное давление в трубопроводе, ата (кгс/см2); - наружный диаметр, мм; - номинальное допускаемое напряжение, (кгс/мм2). В бланках заданий по программе «Астра» оно обозначается  .Подставляем все значения  (мм).Задаёмся толщиной стенки исходя из табл. 3.4 [5] S=19 мм 4. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ИСХОДНОЙ СХЕМЫ ТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ После выбора материала, диаметра и толщины стенки производим по программе «Астра» полный расчёт на прочность и самокомпенсацию с выбором упругих опор и анализируем результаты по условиям прочности, жёсткости и допустимых усилий на неподвижные опоры (присоединённое оборудование). Для расчёта трубопровода по программе «Астра» данную схему следует формализовать и заполнить специальные бланки исходных данных. Для формализации схемы трубопровода вводится система координат  , где ось  направлена вверх, а оси  и  - в горизонтальной плоскости. Эти оси характеризуют трассировку трубопровода, в частности, изменение его направления.Затем нумеруем узлы и неподвижные опоры. Первыми нумеруются узлы (их наличие характеризуют тройники, штуцеры), затем неподвижные опоры. Расстояния между узлами, между узлом и неподвижной опорой, между неподвижными опорами (при отсутствии узлов) соответствуют участкам трубопроводной системы. Узел или неподвижная опора, получившая номер 1, становится началом координат «0». Затем, продвигаясь от неподвижной опоры номер 1 к неподвижной опоре номер 2, нумеруем сечения (по порядку). Причём сама неподвижная опора номер 1 является сечением номер 0. Исходную схему с неподвижными (Н.О.), упругими (У.О.), скользящими (С.О.) опорами, задвижкой (Задв.) и сосредоточенной силой (  ) заменяем формализованной с обозначением системы координат . На формализованной схеме трубопроводной системы слева направо последовательно наносим сечения. 1-я неподвижная опора является сечением номер 0. Сечение 1 – у первой скользящей опоры. У отвода с двух сторон – номера сечений 2, 3; следующее - сечение у второй скользящей опоры - номер 4; далее - у отвода с двух сторон - номера 5, 6; следующее - сечение у сосредоточенной силы - номер 7; далее - у отвода с двух сторон - номера 8, 9; следующее сечение у первой упругой опоры - 10; далее – у отвода с двух сторон – номера сечений 11, 12; следующее сечение у второй упругой опоры – номер 13; далее – у отвода с двух сторон – номера 14, 15; у задвижки с двух сторон – номера сечений 16, 17; и у второй неподвижной опоры - номер 18.Нумеруем отрезки: отрезок 0 - 1 получает номер 1, отрезок 1 - 2 - номер 2 и т.д. Задвижка также является отрезком (номер 17). Всего по рисунку 18 отрезков, 18 сечений. Затем для расчёта на ЭВМ по программе «Астра» приступаем к заполнению двух бланков заданий: а) заглавного «Исходные данные системы»; б) бланка-описания участка «Исходные данные участка». Формализованная схема трубопроводной системы:  Рисунок 4.1 – Формализованная схема трубопроводной системы 5. Краткая характеристика прикладнЫХ программ «Астра» и «StEEL» Программа “Астра” широко применяется при проектировании трубопроводных систем ТЭС и АЭС, конструктивных изменениях трубопроводной системы. “Астра ” позволяет с помощью ЭВМ произвести расчет трубопроводов и их систем на прочность и самокомпенсацию, т. е. определение возникающих сил и напряжений. Каждый из трубопроводов ТЭС и АЭС работает в широком диапазоне режимов – давлений, температур, расходов. Трубопроводная система воздействует на оборудование, к которому присоединяется. Программа “Астра ” позволяет производить расчеты трубопроводов и их систем в следующих режимах: Холодное состояние, т. е. Прочность трубопроводов при монтаже, при максимальном пробном давлении при гидравлическом испытании; Процесс нагревания трубопровода: Горячее состояние при максимальных параметрах среды; Процесс охлаждения. Программа увязана с объемным информационным обеспечением – банком данных по трубопроводам, опорам, стандартам и другой информацией. В результате расчета выдаются данные по напряжениям на отдельных участках трубопроводных систем, которые проектировщик (конструктор) анализирует, сравнивает с допустимым и принимает окончательное решение о надежности исследуемой трубопроводной системы. “Астра ” позволяет также произвести выбор пружин для пружинных (упругих) опор, определить нагрузки на них в холодном и рабочем состояниях, установить степени затяжек пружин при монтаже и осадку их в рабочем состоянии. Н.О. – неподвижная опора; У.О. – упругая опора; Сечение – местонахождение упругих, скользящих опор, точки приложения сосредоточенных сил, точки соединения труб к задвижкам (с обеих сторон задвижки), присоединение прямых участков (с обеих сторон изогнутой трубы), т. к. присоединение прямых участков при повороте производится при помощи отводов, изогнутых труб. Радиус отвода равен диаметру Dн. Отрезок – часть трубопровода между соседними сечениями. Цикл нагружения трубопровода – периодически повторяющийся режим его работы, включающий нагрев, эксплуатацию при постоянной температуре и отключение с полным охлаждением. Следовательно, количество циклов равно числу включений трубопровода в работу из холодного состояния или числу отключений его на длительное время. Допуск на утонение С1 – прибавка, компенсирующая минусовое отклонение по толщине стенки трубы, а также утонение его штамповке или гибке. Для выполнения расчетов на ЭВМ необходимо заполнять специальные бланки задания установленной формы, с которых оператор вводит данные в ЭВМ. Результат расчета выводится в виде таблиц с необходимыми текстовыми пояснениями. 6. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРАННОЙ СТАЛИ ИЗ ПРОГРАММЫ «STEEL» Из программы «STEEL» мы нашли характеристики выбранной стали. Модуль упругости для рабочего состояния ЕR =2000000 кгс/см2. Модуль упругости для холодного состояния ЕХ =2100000 кгс/см2. Допускаемое напряжение для рабочего состояния GR =1415 кгс/см2. Допускаемое напряжение для холодного состояния GX =1470 кгс/см2. Коэффициент линейного расширения BETA=0.0000123. Коэффициент усреднения компенсационных напряжений X1=1. Коэффициент релаксации компенсационных напряжений DELM=1. Показатель ползучести металла M=0. 7. ЗАПОЛНЕНИЕ БЛАНКОВ ДЛЯ РАСЧЁТА НА ПРОЧНОСТЬ ТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ ПО ПРИКЛАДНОЙ ПРОГРАММЕ «АСТРА-Т» Номер расчёта. Вводим «1», то есть полный расчёт с выбором упругих опор. Число участков. Вводим 1 (Как на формализованной схеме). Число узлов. В нашем варианте узлов нет, поэтому вводим 0. Количество приближений при выборе упругих опор, S1. Принимаем 2. Коэффициент перегрузки,  . Принимаем 1,4.Задаваемое изменение нагрузки на упругую опору при переходе из рабочего состояния в холодное, %. Принимаем 35. Условная жёсткость упругих опор (кг/см),  . Принимаем 1000000.Коэффициент запаса по нагрузке упругих опор (1,0 - 1,3), К. Принимаем 1,1. Признак выбора отраслевой нормали подбора пружин  . Это закодировано в информационном обеспечении программы. Если  , то пружины подбираются по МВН. Если  , то - по ОСТ. Заполняем «1».Таблицу «Опоры скольжения узлов» не заполняем, так как узлов в схеме нет. В заключение заполняется штамп и на этом оформление заглавного бланка закончено. Начало участка,  . Записываем номер первой неподвижной опоры, то есть 1.Конец участка,  . Записываем «2» (номер второй неподвижной опоры).Число отрезков,  . Определено при формализации схемы трубопровода. По схеме записываем «18».Расчётное внутреннее давление, р, ата (кг/см2),  . Из задания на курсовое проектирование. Записываем «12».Модуль упругости для рабочего состояния, Ер, кгс/см2. Находим по табл.2.25 [5] в зависимости от заданной температуры t . ЕR =2000000 кгс/см2. Модуль упругости для холодного состояния, Ех, кгс/см2, при t=20оС. ЕХ =2100000 кгс/см2 Допускаемое напряжение для рабочего состояния,  (ранее обозначалось по стандарту [] при ), (кгс/см2),  . Было определено в разделе 6. Записываем «1415».Допускаемое напряжение для холодного состояния,  (ранее обозначалось по стандарту [] при  ), ата (кгс/см2),  . Аналогично, записываем «1470».Допускаемая амплитуда напряжений для прямолинейных труб,  , ,  . Находим в зависимости от числа циклов, определяемого по приложению 3 – [9] - 6000 циклов.Допускаемая амплитуда напряжений для криволинейных труб,  ,  . Находим тем же образом.Равномерно распределённая нагрузка,  ,  ,  , кгс/см,  . Она вызвана весом трубопровода на 1 см его длины в проекциях на оси координат соответственно  ,  ,  . Вес трубопровода направлен вниз. Поэтому проекции на оси , отсутствуют, то есть  , а нагрузка  (в проекции на ось ) записывается в бланке со знаком «минус» и определяется следующим образом: ,Здесь  - вес 1 см собственной трубы, кг/см: кгс/см. кгс/см3 - удельный вес стали 20. Его определили по табл. 2.19 [5]; - вес тепловой изоляции в расчёте на 1 см длины. Определяем по таблице 7.2 [5] в зависимости от  мм и . В таблице 7.2 [5] приведён вес изоляции на 1 м длины, переводим в см. , - вес среды, кгс/см. По табл. 3.10 [5] – 0,33 кгс/см; . Q=-1,4 кг/см.Расчётная разность температур,  , С.  . Это разность между рабочей температурой и температурой наружного воздуха   .Записываем «140». Коэффициент линейного расширения, ,  .  . Определили в программе STEEL. Записываем «0,0000123».Номинальный наружный диаметр трубы, , см,  . Уже определён - «21,9».Номинальная толщина стенки трубы, S, см,  . Уже определена, записываем «1,9».Допуск на утонение стенки трубы,  , см.  . Он показывает возможность изготовления трубы на заводе с несколько более тонкой стенкой, чем требуется. Обычно « » принимается в размере 10% номинальной толщины стенки трубы, записываем «0,19».Коэффициент прочности поперечного сварного стыка,  .  . Определяется по таблице 4.9 [5]; записываем «0,9».Коэффициент прочности продольного сварного стыка, .  . Определяется по таблице 4.8 [5]; записываем «0,85».Коэффициент усреднения компенсационных напряжений, а также показатель ползучести учитывают влияние ползучести металла, которое становится заметным лишь при расчётной температуре свыше 370С. Поэтому, если  , то заранее фиксированы значения запишутся: (или ХI) = 1; б (или ДЕLM) = 1; m (или М) = 0.Начальная эллиптичность сечения криволинейной трубы, а, %.  . Обычно  . (Появляется при изготовлении изогнутых частей - отводов). Записываем «3».Смещение концов трубопровода от присоединённого оборудования (возможные при монтаже). Считаем, что они отсутствуют - оставляем графы пустыми. Тройники - отсутствуют, поэтому данные строки в таблице не заполняем. Таблица координат сечений (величины указаны в см)
1 2 |