Учёт различных факторов при расчёте допустимых нагрузок на трубопровод

В процессе эксплуатации трубопроводных систем в результате изменения режима работы, срабатывания рабочей арматуры и т.д. неизбежно возникают интенсивные волновые (колебания давления, гидроудары) и вибрационные процессы, которые приводят к возникновению переменных во времени напряжений в стенках трубопроводов и появлению с течением времени трещин или малозаметных деффектов.

Выше были выведены формулы для расчёта напряжений при ГУ. Сейчас же выведем соотношения для расчёта допустимых нагрузок при ГУ.

Для определения напряжений в стенках трубопровода будем полагать, что помимо рабочего давления P_p на него действуют переменные во времени нагрузки- пульсации давления и вибрации. Радиальные и осевые напряжения от пульсации давления могут быть определены по формулам:

s_pr = s_r = , s_pt = , (35)

где DP – амплитуда колебаний давления, D – диаметр трубопровода, d - толщина стенки.

Максимальное напряжение, вызванное вибрацией трубопровода, можно определить, используя зависимость:

s_v = V_{e max} , (36)

где V_{e max} - максимальное значение виброскорости, E - модуль упругости, r - удельная масса трубопровода, c - коэффициент, учитывающий распределение амплитуд виброскорости по трубопроводу; для прямолинейного участка трубопровода c =3.

Суммарное напряжение в осевом направлении от действия пульсаций давления и вибрации определяется по формуле:

s_t =s_pt + s_v. (37)

Таким образом трубопровод находится в сложном напряжённом состоянии, характеризуемым действием циклического изгиба от вибрации и растяжением стенки трубопровода от пульсации давления.

При двухосном напряженном состоянии запас усталостной прочности трубопровода можно определить по формуле Гафа и Полларда, которая применима и в случаях синфазного изменения s_t и s_r:

,(38)

где n – запас усталостной прочности трубопровода, n_r – запас усталостной прочности трубопровода в предположении, что напряжения s_t отсутствуют, n_t – запас усталостной прочности трубопровода в предположении отсутствия напряжений s_r.

Напряжения, вызваемые пульсациями давления, являются недопустимыми. Для гашения волновых и вибрационных процессов используются стабилизаторы давления, что позволяет уменьшать амплитуду пульсаций давлений, среднеквадратичное значение виброскорости. Стабилизаторы давления позволяют уменьшить напряжения от пульсаций давления и вибраций, тем самым уменьшается негативное влияние на трубопровод и обеспечивается безаварийная эксплуатация даже в случае ГУ.