Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56

в общем случае прн отсутствпн сонротивлення грунта продольным перемеще! ниям трубопровода (y=0) то=тр, т.

С увеличением стрелки начального прогиба параметр то/Пкр уменьщ; ется. Увеличение степени защемления трубопровода Y также вызыва! уменьшение Шо, т. е. полное продольное сжимающее усилие нзменяетс] от SD=a&tEF+Pa{l-2р) при &)=0 до So-О прн -»-оо, а продопьи осевые напряжения в стенках трубы согласно (5.31) от температурного пе-Л репада изменяются от a&tE до нуля, а от внутреннего давления OT0,3aaJ до 0,5 Окц,

Уравнение (6.39) или (5.40) позволяет по нзвсстному значению кр тического продольного усилия то=ткр определить соответствующую кри! тическую нагрузку Шр, т- В этом случае прн определении Д] зиачеииЩ волны выпучивания к н стрелки прогиба t, необходимо принимать равны; соответственно Акр и кр. Так как величины Хкр и Сир зависят только начальной стрелки прогиба и параметров грунта, то уравнения (5.35) (5,40) становятся линейными относительно то=ткр. Рассмотрим работу наземного трубопровода.

Остановимся на потере устойчивости наземного трубопровода, уло ного в насыпи с изгибом в горизонтальной плоскости. Расчетную меда грунта здесь можно принять аналогично приведенной на рис. 21, одш она будет справедлива прн перемещениях трубы как вправо, так и вл в горизонтальной плоскостн от первоначальной осн. На рис. 30 приведе .зависимости параметра критического усилия Пкр от относптельной стрел Начального прогиба ирн различных формах потери устойчивости, фики построены для параметров ту=4 и /Пр = 1. Сплошными лн1шями казаны результаты, соответствующие потере зстончивости, происходящей форме дополнительных перемещений, отвечающей синусоиде первой сте! (пдоп=1), пунктирными - синусоиде третьей степени (идоп=3). Каждая трех линий соответствует одной из форм начального изгиба (Инач = 1-7-3 Как следует из графика рис. 30, форма начального изгиба мало влияет на критическое усилие, определяющим является форма дополнительных перемещений.

Очевидно, что условиям работы наземного трубопровода в насыпи с изгибом в горизонтальной плоскости (ввиду одинаковой жесткости грунта в этой плоскостн) нз рас-

0,6 0,4

О 0,2 0,f 0,6 0,8 TOpr/wp

Рис. 29. Изменение продольного усилия в зависимости от стрелки начального nporvi6a

«51

Рис. 30. Влияние форм потери тойчивости на критическое усил

отренных форм потери устойчивости более полно отвечает синусоида пер-он степени (Пдоп=1). Этой форме (см. рнс. 30) соответствует меиыиее значение критического усилия.

Из приведенного анализа следует, что для подзем«ото трубопровода начальным искривлением в вертикальной плоскости выпуклостью вверх , д,11я трубопровода в иасыпи с начальным искривлением "в горизонтальной Г1Яось-.ости характерна потеря устойчивости второго рода, которая ха-пакгсризуется неизменностью (в качественном отношении) конфигурации системы при нагруженин и наличием максимума нагрузки. При малом на-адчьном прогибе критическое уси.пие определяется в ochobiiom упругой работой грунта, классическое решение здесь соответствует прямолинейной начальной "фо,*ме; прн значительном начальном прогибе влияние упругой работы грунта па критическое усилие незначительно, определяющим является п-астическая стадия работы "грунта.

§ 2. Упрощенные зависимости для практических расчетов

Так как решение в замкнутом виде можно получить только для частных случаев, то для практических расчетов по рекомендациям ВНИИСТ используются упрошенные зависимости, полученные с допущениями, идущими в запас устойчивости. Приведем необходимые расчётные формулы.

Критическое" продольное усилие для прямолинейных участков заглубленного в грунт трубопровода определяется по формуле

(5.43)

где Су о - коэффициент нормального сопротивления грунта.

Расчетная длина волны выпучивания, соответствующая минимальному З1гачению критического усилия:

Подставляя значение iwp в (5.43), получаем минимальное значение критического продольного усилия

ЛГкр=2л/с8,ог>н£/- (5.45)

Критическое продольное усилие и расчетная длина волны выпучивания для подземных участков трубопровода с угла.ми поворота, обращенными вып>клост11Ю вверх, соответственно будут:

кр

265£/

ЯпрРо

{ I eoEJcp Л

(5.46) (5.47)

где - расчетный радиус оси изгиба трубопровода.

Исходя из расчетного радиуса оси изгиба минимальное значение критического продольного усилия

NKp = 0,3759npPo. (5.48)

ГНС (цр предельное сопратив.1еиис поперечным перемещениям трубопро-вол,а вверх.

зостЙ~™ стрелка прогиба. еоотеегсгоу.ощая потере устой.

Ч 3-

(5.49

где Ср~ параметр разгрузки rpyirra.

pK3o?Tlb;?oT=.ocr с изгибом в тс

трубопровода: ™ " Д"» уложенного в грун

93.5£/

кр-~-<?прРо = 0.2.2,„р„.

(5.1

(5.1

Стрелка дополнительного прогиба вычисляется по формуле (5.49). .

Как отмечалось, эквивалентное сжимающее продольное осевое усиля обусловлено изменением температуры и давления и зависит от деформа тивности системы. Как показал проведенный анализ, при малых начальнь искривлениях перемещения системы незначительны и эквивалентное сжимай щее усилие можно определять без учета дсформативиостн системы.

При расчетном }>адиусс изгиба реЮСЮ Dn зквива.чеитиое усилие

•SsKB = 5„ = (a&tC + 0,2<Гкц) F, (5.1

где Д/- температурный перепад, положительный при нагревании; с„ц-кольцевые напряжения от внутреннего давлетя.

При меньшем расчетном радиусе (роЮОО Dh) эквивалентное продол ное усилие вычисляется по формулам, учитывающим продольные связи, «самокомпенсацию» системы:

а) при выполнении условия

я l+2/р

(5.54)

.ш.:-пеТмещГя;"™уГода~" -" нта При прод,

о „ EFA. зкь = о~---

32/J

-tf + 2/fo);

(5.1 (5.

(5.1

V б) нрп невыполпеннн условия (S.54), т. е, при наличии участка пре-дельного равновесия грунта при продольных перемещениях трубопровода

экв -

4Ai£f

(f)

(5.58)

В приведенных формулах начальный изгиб заглублешюго трубопровода характеризуется расчетным радиусом ро- В соответствии с принятой постановкой задачи под расчетным радиусом Ро понимается мнннма.чьный радиус изгиба оси трубы, ести изгиб имеет место иа всей длине волны вы-п\Ч1шания. 2>то обычно наблюдается при свободном (упругом) изгибе трубьг. Таким образом, если длина хорды кривой бмьше или равна критической Д.шне волны выпучивания, то в качестве расчетного радиуса принимается фактический радиус оси изгиба трубы, т. е.

Z.Kp2psin-- ро = Р,

(5.59)

где р - минимальный радиус оси изгиба трубы; а -угол поворота оси трассы трубопровода. <

В практике проектирования и строительства трубопроводов их поворот может выполняться с при.мепением отводов (колен) машинного гиутья ЮМ сварных (рис. 31). В этом случае, обычно, условие; (5.59) пе соблюдается, т. е. Перемещение трубопровода происходит по длине, включающей п примыкающие к отводам первоначально прямолинейные участки. Тогда, зная длину волны выпучивания, расчетный радиус можно опреде.7игь как радиус кривой, проходящей через начало и конец волны выпучивания и вериищу угла поворота. Так как длина волны выпучивания зависит от расчетного радиуса оси изгиба, то решение выполняется методом последовательных приближений. Вначале задаемся возможной длиной волны выпучивания, примерно (40-70) ZJh.

В зависимости от схемы прокладки по формулам (5.60)-(5.64) определяем расчетный радиус ро. Далее, по формуле (5.47) или (5.51)

Рис. 31. Расчетная схема вертикальных выпуклых углов поворота

определяем расчетную длину полны выпучивания. Для второго приближенн принимаем возможную длину волны выпучивания как среднее значени« между предшествующим и вычнсле1Н1ЫМ. Обычно трех-четырех приближе-НИИ достаточно дая определения расчетного радиуса, зная который по (5.48) или (5.52), определяем критическое продольное усилие и, по (5.J или (5.58),- эквивалентное продольное усилие.

При прокладке подземного трубопровода по схеме (рис. 31, а), когд угач а=9°, длина хорды кривой менее длшш волны выпучйва1и1я н дли! каждого нз прямолинейных примыкающих участков Lnp такова, i-np + ~~i расчетный радиус изгиба определяется по формуле

Ро =-

<cos-fL

L,psin 2p,p(l cos-)

(5.е

где а -угол поворота трубопровода в вертикальной плоскости, грапусь Ркр - ра.аиус изгиба бен (кривой), см; /-кг - расчетная длина полны вь пучиваипя, см. т

При прокладке подземпого трубопровода ио схеме (рис. 31,6), пр1 которой расчетный участок состоит из двух кривых вставок и прямолииеЯ ного участка между ними, причем каждый из углов менее 9° и Pisin -Ш + ()2Siti---Lnp <i.Rp, расчетный радиус изгиба определяется по форму;

Ро =

2Z.2

Екр tg srn

«1 -Ь «2

«2 -«1

+ (inp + p,tg---I-p,tg-)

(5.61)

При прокладке подземного трубопровода по схеме (рис. 31,в), прн которой на расчетной длине лишь один угол поворота, выполненные! с помощью колен радиусом не бачее 5 Da, расчетный радиус изгиба определяется по формуле

Р«=-. (5.62)1

Прн прокладке подземного трубопровода по схеме (рнс. 31,г), при) KOTOpoii на расчетной длине имеются два угла поворота, выполненные с помощью колеи (причем Рн5£)н), расчетный радиус изгиба определяется по формуле

Ро =

-f L„p (sin tg eos irJ "

равными расстояниями между ними (рнс. 31,3), то расчетный радиус изгиба определяется по формуле

Ро = -

2L2 cos кр 2

Ц (л-l)sinoti

(5.64)

Отметим, что эти расчетные формулы не учитывают влияния примыка-ющик к рассчитываемому участку трубопровода углов поворота противоположного знака, что идет в запас продольной устойчивости.

Чтобы получить решение, удобное для ручного счета, принят ряд допущений и гипотез, которые не позволяют учесть разнообразие расчепгых схем, Напрн.мер, рассматривается только случай, когда сопротивление по-псрсчны.м перемещениям трубы одинаково тю всей д.™не ro.ihu выпучивания. При закреплении газопровода против выпучивания анкерами или грузами рациовалыю их размещать не равномерпо по длине волны выпучивания, а сосредоточивать вблизи вершин углов поворота. Расчетные формулы для этой схемы прокладки получепы из условий равенства работ на до1Ю.тн1Ггельных перемещениях поперечных нагрузок.

Если обозначить удерживающую способность в окрестности вершины иа длигге а через q. а на примыкающих к терпите участках - <?i, то относительная Длина, на которой необходима пригрузка 92, определяется из решения

« = -arcsin-iiH-::::,

я 92-91

а =- riLup •

(5.65)

Прн это.м должны соблюдаться условия 9i<9np и qi>Q\. Экономия полу- , час"гся за счет того, что во всех случаях

9пркр91(кр -o) + *2«- (5.66) j

Величина 9пр определяется из условия продольной устойчивости трубопровода в предположении равномерной нагрузки по всей длине волны выпучивания.

§ 3. Экспериментальные исследования продольной устойчивости заглубленных трубопроводов

Одни из способов проверки пол>чепных качественных и количественных результатов по расчету продольной устойчивости подземпых трубопроводов-анализ опыта эксплуатации.

Намн была обследована система газопроводов, проложенных в районах Средней Азии, и проанализированы случаи выпучивания отдельных участков. Качественный характер выпучивания примерно одинаков (рис. 32). Для газопровода диаметром 1020 мм длина волны нып-учнвакия составляла 65-30 м. При это.м чем меньше был первоначальный радиус упругого изгиба, те.м меньше была длина волны выпучивания. Для газопроводов, проложе.1Шых с огвода.мн машинного гнутья, длииа волны выпу-чпнання составляла всего 30-35 м, стрелка прогиба при выпучипании - 0,8-3 м. рассмотрим случай выплачивания подземпого участка газопровода Дпаметром 1020 .чм па расстояиш! около 10 км от компрессорной стаи-№« (рис. 33). Газопровод проходит по участку, сложенному сухпми нылеваты.ми песками барханного типа. Высота засыпки на примыкающих к месту выпучивания участках составляла 0,2-0,3 м. Из информации эксплуатирующей организации известно, что прн работе первой очереди компрессорной станций, когда температура газа иа данном участке составляла 34С, глубина заложения трубы (до верхней образующей) в среднем была