проектир. Проверка трубопровода на прочность в продольном направлении

• Название: Проверка трубопровода на прочность в продольном направлении
• Дата: 04.04.2023
• Размер: 38.69 Kb.
• Имя файла: проектир.docx
• Тип: Документы; #1037388

Выполнение практической работы.

При проектировании подземных и наземных трубопроводов проводят следующие проверки:

1. 
   на прочность;
   
2. 
   на деформацию;
   
3. 
   на общую устойчивость в продольном направлении;
   
4. 
   на устойчивость против всплытия.
   

1. 
   Проверка трубопровода на прочность в продольном направлении.
   

Прочность будет обеспечена при выполнении следующего условия:



где σ_пр.N – продольное осевое направление от расчётных нагрузок и воздействий, МПа (см. Практическая работа №3, Формула 5), (σ_пр.N = -60,222 МПа);

R₁ – расчётное сопротивление металла трубы и сварных соединений, МПа (см. Практическая работа №3, Формула 2), (R₁ = 317,254 МПа);

Ψ₂ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла трубы при:

• 
  растягивающих продольных напряжениях:
  

при σ_пр.N ≥ 0, то Ψ₂ = 1;

• 
  сжимающих осевых продольных напряжениях:
  

при σ_пр.N < 0, то:





где σ_кц – кольцевые напряжения внутреннего давления;

n₁ – коэффициент надёжности по нагрузке (см. Практическая работа №3), (n₁ = 1,15);

– кольцевые напряжения от нормативного внутреннего давления (см. Практическая работа №3, Формула 9), ( = 112,05 МПа).









Поскольку условие (1) выполняется, делаем вывод об обеспечении прочности трубопровода в продольном направлении.

2. 
   Проверка трубопровода на отсутствие недопустимых пластических деформаций.
   

Недопустимые пластические деформации отсутствуют при выполнении следующих условий:





где Ψ₃ - (см. Практическая работа №3, Формула 8), (Ψ₃ = 0,798);

m₀ – коэффициент условий работы трубопровода (см. Практическая работа №3), (III категория, m₀ = 0,9);

K_н – коэффициент надёжности (см. Практическая работа №3), (K_н = 1,155);

– нормативное сопротивление, равное пределу текучести σ_т, определяемому по Государственным Стандартам и Техническим Условиям на трубы, МПа (см. Практическая работа №3), (
);

– максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий:



R_min – минимальный допустимый радиус упругого изгиба (R_min = R_доп = = 498000 мм)

α – коэффициент линейного расширения металла трубы (α =12∙10^-6, град^-1);

E – модуль упругости металла/стали (E = 2,06 ∙10⁵, МПа);

∆T – расчётный температурный перепад (∆T = 46,2°).

Расчёт по формуле (5) выполняем дважды: в первый раз суммируем, во второй раз – вычитаем. Далее в расчёте принимаем большее значение по модулю.





Принимаем = 291,555 МПа.

Проверяем условия (3) и (4):









Поскольку условие не выполняется (3), а условие (4) выполняется, делаем вывод об отсутствии недопустимых пластических деформаций от кольцевых напряжений, и наличии недопустимых продольные напряжения в трубопроводе от внешних воздействий. В таком случае рекомендуется дополнительно защитить трубопровод от внешних температурных воздействий, то есть уменьшить перепад температур, или уменьшать толщину стенок трубопровода.

3. 
   Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении.
   

Под устойчивостью трубопровода понимается его способность сохранять начальное прямолинейное или упруго-искривлённое положение при воздействии на него сжимающих сил, направленных вдоль оси.

Проверка общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы выполняют по условию:



где – эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода:



где F – площадь поперечного сечения металла стенок трубы, м²:



где D_ВН – внутренний диаметр трубы, м (D_ВН = d = 996 мм);

– продольное критическое усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода.





Для прямолинейных участков подземных трубопроводов, в случае пластической связи трубы с грунтом, продольное критическое усилие вычисляется по формуле:



где P₀ – сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, Н/м;

q_ВЕРТ – сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины, Н/м;

J – осевой момент инерции поперечного сечения трубы, определяется по формуле:







где P_ГР – среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом, Па;

φ_ГР – угол внутреннего трения грунта, град;

C_ГР – коэффициент сцепления грунта, Па.

Так как в исходных данным указан тип грунта – суглинок, то принимаем: C_ГР = 8000 Па, φ_ГР = 20°, γ_ГР = 19000 Н/м³.



где n_ГР – коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принимаемый равным 0,8;

h_о – высота слоя засыпки от поверхности земли до верха трубы, принимаем равным 0,8 м;

q_ТР – расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом, определяется по формуле:



где q_М - нагрузка от собственного веса металла трубы;

q_ИЗ - нагрузка от собственного веса изоляции;

q_ПР – нагрузка от веса продукта, находящегося в трубопроводе.



где n_СВ – коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, принимается равным 1,1;

γ_М – удельный вес металла трубы, из которого изготовлены трубы, для стали принимается равным 78500 H/м³.





где n_СВ = 0,9

K_ИП – коэффициент, учитывающий величину нахлёста слоёв изоляции, принимается равным 2,3;

δ_ИП – толщина изоляции, принимаемая 0,003 м;

ρ_ИП = 1750 кг/м².





где P – рабочее давление нефти, принимается равным 2,7 МПа;

ρ₀ – плотность нефти при нормальных условиях, принимается равной 910 кг/м³.











где n_ГР – коэффициент надежности (n_ГР=0,8)











Поскольку условие (6) выполняется, делаем вывод, что устойчивость трубопровода в случае упругой связи трубы с грунтом обеспечена.

Продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи трубы с грунтом:



где – коэффициент нормального сопротивления грунта (для суглинка )



Проверяем условие (6):





Поскольку условие (6) выполняется, делаем вывод, что устойчивость трубопровода в случае упругой связи трубы с грунтом обеспечена.

4. 
   Расчёт устойчивости трубопровода против всплытия.
   

Устойчивость трубопровода зависит от внешних воздействий на него окружающей среды. В траншее на трубопровод будет действовать выталкивающая сила воды, равная её весу, вытесненной трубопроводом.

Устойчивость трубопровода против всплытия обеспечивается балластировкой трубы с помощью чугунных или железобетонных пригрузов.

Требуемое усилие балластирующего устройства, используемого для фиксации трубопровода на проектных отметках, приходящееся на единицу длины трубопровода (1 метр), называется ''нормативный вес балластировки в воде'' рассчитывается:



где – коэффициент надежности по нагрузке ( );

– коэффициент надежности устойчивости против всплытия (принимаем );

– расчётная выталкивающая сила воды, действующая на 1 метр длины трубопровода, Н/м;

– расчётная нагрузка, обеспечивающая упругий отпор при свободном изгибе трубопровода соответственно рельефу дна траншеи, Н/м.



где – плотность воды с учетом содержания солей и других примесей (принимаем = 1150 кг/м³);

– наружный диаметр трубы с изоляцией.







где = 32 – постоянный коэффициент для изогнутого трубопровода;

– модуль упругости стали;

= 0,1744 рад – угол поворота оси трубопровода;

– радиус кривизны рельефа, который должен быть ≥ (принимаем .





Нормативный вес балластировки в воздухе:



где – плотность материала балластировки ( )



Расстояние между центрами одиночных грузов, используемых для балластировки:



где – масса одного кольцевого груза (принимаем )



Общее число грузов, необходимое для балластировки участка трубопровода на пересечении реки:



где - расстояние между центрами одиночных грузов, используемых для балластировки (см. формулу (23)), .

-ширина реки, м ;(по заданию = 250 м).



На трубопровод в траншее будет действовать выталкивающая сила. Для создания условий устойчивости трубопровода против всплытия обеспечили балластировку с помощью железобетонных грузов в количестве 73 шт., расположенных на расстоянии 3,45 м. друг от друга