Механический расчет трубопроводов, виды и расчет опор трубопроводов

 

План:

1. Механический расчет трубопроводов.

2. Расчет опор-трубопроводов.

 

1. Механический расчет трубопроводов позволяет выявить необходимую толщину стенок труб и обеспечить прочность сварных стыков между трубами.

Расчётом определяется несущая способность трубопровода, при которой прекращается возможность его дальнейшей эксплуатации. Такое состояние трубопровода называется предельным. В большинстве случаев разрушение трубопровода происходит от действия внутреннего давления. Трубопровод уложенный в грунт как при гидравлических испытаниях, так и в течение всего периода эксплуатации находится под воздействием внешних и внутренних сил. Эти силы вызывают сложные напряжённые теле трубы и стыковых в соединениях. В результате действия внутреннего давления в теле трубы возникают следующие главные нормальные напряжения:

 

ɕ= ;(Па)

ɕ_ч=-Р; (Па).

Предельное состояние трубопровода оценивается по минимальной толщине (остаточной) стенки трубы по формуле:

где n- коэффициент перегрузки, учитывающие возможность повышение эксплуатационного давления: для жидкостей n=1.1/1.5, для газов n=1.2

k- коэффициент однородности металла труб (и их основных) учитывающий возможные отклонения качество металла труб и их основных размеров от стандартных; k=0.9 для сталей марок от Сто до Ст4 и k=0.85 во всех других случаях;

m- коэффициент условий работы трубопровода; при прокладке вне населенных пунктов m=0.9, а при прокладке по территории населенных пунктов m=0.75;

Rн- допустимые нормативные сопротивления, Па

Rн=0,51ϐ_в (Па), где ϐ_в- предел прочности металла труб (Па).

 

 

2. Опоры трубопроводов бывают свободными, направляющими и неподвижными, которые часто называют “мертвыми”.

Свободные опоры не ограничивают перемещение трубопроводов в осевом и напорном направлениях, поэтому, когда это бывает необходимо, устанавливаются направляющие опоры, позволяющей перемещаться трубопроводу в осевом направлении.

Неподвижные опоры устанавливается в тех местах, где необходимо закрепить трубопровод в определенном положении. Такие закрепления делаются в местах ответвлений, перед присоединением к резервуарам, насосом, коллекторам и другому оборудованию.

Свободные опоры выполняются скользящими и роликовыми. Скользящие опоры представляет собой гладкую поверхность, простые по конструкции, дёшевы, удобный и поэтому получили широкое применение.

Роликовые опоры более сложны и применяются реже, в более ответственных случаях. Рассчитывают свободные опоры по вертикальной и горизонтальной нагрузкам.

Вертикальная нагрузка Q складывается из массы трубопроводов, арматуры, изоляции (если она есть) и воды, заполняющей трубопровод при испытании. расчетную длину участка трубопровода принимают равной полуторакратному расстоянию между опорами в виду возможной просадки одной из опор.

Таким образом, расчётная нагрузка Q на опору равна:

Q = 1.6l*q (кг), где

l- расстояние между опорами, м;

q- Масса единицы длины трубопровода, кг (с арматурой, изоляцией и водой)

 

Горизонтальная нагрузка N находится в зависимости от типа опоры. Для скользящих опор она равна:

N=1.5q*l* ϻ_c (кг), где

ϻ_c - коэффициент трения скольжения

 

Опоры должна проверяться на опрокидывание по горизонтальной нагрузке.

Размеры опорных поверхностей (F) определяют по формуле:

F= ; (м²), где  – удельное давление, величина его для скользящих опор не более 10 МПа.

Конструкции и размер неподвижных опор чрезвычайно разнообразны и определяется способом прокладки трубопроводов и величиной силы, действующей на опору. усилия, действующие на неподвижные опоры (N) зависит от вида компенсирующих устройств и размещения опор. для наиболее распространённых случаев усилия на неподвижную опору определяется:

а) при сальниковых компенсаторах:

N=1.25*P*Fт, (Н),

где Р- максимальное давление в трубопроводе (при испытании), Па;

Fт- площадь поперечного (живого сечения трубы), м²

б) при самокомпенсации и гнутых компенсаторах

N=0.25*P*Fт, н

в) при линзовых компенсаторах:

N=P*F1, (Па),

где F1-наибольшая площадь диска линзы, м²

г) При отсутствии компенсирующих устройств:

N= ℒ*𝐄*Δt*F_o, (Па),

где Fo-площадь поперечного сечения стенок трубы, м²

 

Расстояние между опорами l определяется по допускаемой стреле прогиба f=3..5 мм по уравнению:

L= , (м),

где  – момент инерции тела трубы.

 

Величина f установленная исходя из недопустимости образования в пролёте значительного провисания трубы и образование так называемых “мешков” в которых могут скапливаться вода и оставаться перекачиваемые нефтепродукты.

Момент инерции тела трубы Ƴ определяется по уравнению:

(Д₂⁴-Д₁⁴), м⁴,

где Д₂-сооруженный размер трубы, м;

Д₁-внутренний диаметр трубы.

 

Трубопроводы и арматура в общей системе работы склада ГСМ занимают важное место. Правильная и грамотная эксплуатация их обеспечивает постоянную готовность склада к работе.