2 Расчет толщины стенки трубопровода
Выбираем трубу производства Волжского трубного завода, изготовленную по ТУ-14-3-1976-99 со следующими характеристиками: марка стали К56, временное сопротивление разрыву sв=550 МПа, предел текучести sт=441 МПа, коэффициент надежности по металлу трубы к1=1,4 [3].
В общем случае толщину стенки трубопровода d согласно СНиП 2.05.06-85*[1] можно определить следующим образом
,
где y1 – коэффициент двухосного напряженного состояния металла труб;
nр – коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления, nр=1,1 (для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов диаметром менее 700 мм) [1];
р – внутреннее давление в трубопроводе;
Dн – наружный диаметр трубопровода;
R1 – расчетное сопротивление материала и его можно рассчитать по формуле:
,
где - нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали, и в расчетах принимается =sв;
m – коэффициент условий работы трубопровода, для первой категории трубопроводов m=0,75 [1];
к1 – коэффициент надежности по металлу, для данной марки стали к1=1,4 [3];
кн – коэффициент надежности по назначению, для трубопровода с условным диаметром 500 мм кн=1 [1].
МПа.
При растягивающих продольных осевых напряжениях sпрN>0 коэффициент y1=1.
При sпр N<0 y1 определяется по формуле
.
Поскольку растягивающие продольные осевые напряжения в трубе действуют всегда, а сжимающие не во вех случаях, то первоначально принимаем y1=1.
Рассчитаем предварительную толщину стенки
Уточняем полученное значение по ГОСТ и принимаем δ=7 мм [2].
Продольные осевые напряжения рассчитаем по формуле
,
где Dt – расчетный перепад температур;
m - коэффициент Пуассона, m=0,3 [2];
at – коэффициент линейного расширения металла, at=1,2×10-5 1/0С [2];
Е – модуль Юнга, Е=2,06×105 МПа [2];
nt – коэффициент надежности по температуре, nt=1 [2];
Dвн – внутренний диаметр трубопровода.
мм.
Расчетный перепад температур Dt
0 С,
0 С.
Рассчитаем продольные напряжения sпр N
Из последнего видим, что в трубе действуют как растягивающие, так и сжимающие продольные осевые напряжения, следовательно необходимо рассчитать случай при sпр N<0.
.
Для полученного значения коэффициента y1 рассчитаем толщину стенки
Так как полученное значение толщины стенки меньше ранее выбранного уточненного значения, то окончательно принимаем трубу 530×7.
3 Проверка толщины стенки на прочность и деформацию
Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы в соответствии с нормами СНиП 2.05.06-85* [1] проверяются на прочность в продольном направлении и на отсутствие недопустимых пластических дефомаций.
Прочность в продольном направлении проверяется по условию
,
где y- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях () y=1,0, при сжимающих () определяется по формуле
,
где - кольцевые напряжения в стене трубы от расчетного внутреннего давления, определяемые по формуле
s=;
s=.
y=.
=258,552<294,643 , что удовлетворяет условию;
=ç-36,094ç<, условие выполняется.
Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям
;
,
где s- максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;
y- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы;
- кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления;
- нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается =sт=441 МПа.
Кольцевые напряжения от действия нормативного внутреннего давления
,
МПа.
Условие выполняется
.
Коэффициент y определяется по формуле
Продольные напряжения определяем по формуле
,
где rmin - минимальный допустимый радиус изгиба трубы;
m - коэффициент Пуассона, m=0,3 [2].
Необходимо учитывать, что при < 0, y 0,712, а при >0, y
Для положительного температурного перепада :
а);
б).
Для наименьшего отрицательного значения условие выполняется
МПа.
Для отрицательного температурного перепада :
а);
б).
Для наибольшего положительного значения условие выполняется
МПа.
Пластические деформации трубопровода в продольном и кольцевом направлениях не превышают допустимых.
4 Расчет устойчивости трубопровода на водном переходе
Уравнение устойчивости подводного трубопровода согласно СНиП 2.05.06-85* имеет следующий вид
,
где nб– коэффициент надежности по материалу балластировки, nб = 0,9 для железобетонных пригрузов [2];
кн.в– коэффициент надежности против всплытия, кн.в=1,1 для русловых участков переходов при ширине реки до 200 м [1];
qизг– расчетная нагрузка, обеспечивающая упругий изгиб трубопровода соответствующий рельефу дна траншеи;
qв– расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод;
qверт– величина пригруза, необходимая для компенсации вертикальной составляющей Ру гидродинамического воздействия потока на единицу длины трубопровода, qверт=Ру;
qг– величина пригруза, необходимая для компенсации горизонтальной Рх составляющей гидродинамического воздействия потока на единицу длины трубопровода,
qг=Рх /к;
к– коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях, для супеси к=0,45 [2];
qдоп– нагрузка от веса перекачиваемого продукта, qдоп=0 ( то есть предполагаем трубопровод опорожнен – продукт отсутствует);
qтр– расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода.
Расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод
,
где Dн.ф. – наружный диаметр офутерованного трубопровода.
На подводном переходе применяется усиленная изоляция. Для изоляции трубопровода выбираем битумную изоляцию толщиной δиз= 6 мм, плотностью ρбит=1030 кг/м3.
На трубопроводе используется деревянная футеровка толщиной δф= 30 мм.
Н/м.
Горизонтальная составляющая гидродинамического воздействия потока
,
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.