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

Криволинейные участки трубопровода заменяются совокупностью мых, являющихся хордами сектора. Рекомендуется ча основании числе, экспериментов число элементов, на которое разбивается криволинейный сток, выбирать таким образом, чтобы углы между элеменгамн пе прсвыи l(f, а длины элементов были бы равны примерно 5-20 диаметрам т в зависимости от радиуса изгиба, принимая большую длину эле.иенга участков кривых, выполненных упругим изгибом.

Кривые малого радиуса (отводы) рекомендуется разбивать на од., вые по длине элементы. Длину каждого из участков, на которые раз ется криволинейная вставка, определяют по формуле

In ~ 2(>isin

«1 2п

Углы поворота стержней, примыкающих к первоначально нрямо.т! иьш участкам, получают по формуле

а углы поворота остальных участков -по формуле

----Ф„

В формулах (7.36) - (7.38) приняты следующие обозначения: pi-рад оси изгиба упругой кривой или отнода, см, «i - угол поворота упругой вой нлн отнода, градусы; п - чисю элементов, вписанных в данный cei

Прямолпиейпые участки трубопроводов также разбивают ira отд элемсн1Ы- Это делается для того, чтобы более полно учесть физическу геометрическую нелинейности грунта и системы. Поэтому ча участках, .voryr нмегь место батьшие перемещения, длины элементов должны меньшими. Можно использовать в местах примыкания к углу поворота менты длиной примерно в 5 (О диаметров трубы, увеличивая их постеп до длины в 100 диаметров трубы. Углы поворота между этими элемент; равны нулю. Радиус кривизны такого участка принимается (»=0,1-102.

Далее, определяют граничные условия рассчитываемого участка т провода, которые характеризуются податлнвостями vnpvnix связей: пой с,, поперечной Cj и продольной Са.

Кели к углу поворота примыкает длинный прямолинейный участок бопровода, то на определенном расстоянии от пего можно считать тр; провод защемленным. Тогда податливости этой точки будут равны i (с=0, с2=0, сз=0) и ее можно принять .за крайнюю точку рассчитыва-effcтeмы, Длина прямо-чинеииого участка, па котором происходит перем ние трубопровода, зависит от угла поворота и физико механических ха теристик грунта. Ориентировочно длину этого участка можно принять ной 500 диаметрам трубы. Контролем правильности выбора длины участка служат значения усилий в начальной точке, получаемые иа осис пни расчета, которые должны соответствовать усилию в зашоылениой трубопровода. Введение в расчет более длинных, чем иеоб.ходнмо, уча не изменит результатов расчета, ио увеличит время счета на ЭВМ. В Время следует учитывать, что максимальное число элементов, иа ко разбивается данная система, зависит от мощности ЭВМ и для ЕС К не должно превышать 121.

При отсутствии связи по какому-нибудь направлению податливость равна бесконечности (принимаемое в расчете значение 0,1-1С). Если считываемый подземный участок трубопровода примыкает к открытому н.

земному переходу с компенсатором, то, пренебрегая жесткостью последиего, «.ьно принять податливости для этой точки равными бесконечности.

Для любой упругой конструкции, примыкающей к рассчитываемому уча-ctkv трубопровода, ее податливость определяется по общим правилам строи-те.ышй механики.

Если рассчитываемый участок трубопровода соединяется тройииковым соединением с прямолинейным полубесконечным в обе сторона от подсоеди-цсияя трубопроводом (рис. 41), то соответствующие податливости, т. е. перемещения от единичных усилий, определяются по форму лам:

. с.

Сг==

4£/«„ 1

(7.39)

Возрастание номеров - участков

ХКоиец

2£>

Величины чм. Р« и ум вычисляются по формулам:

®

®

--4р/ /Tv- --.Возрастание .f

Су рРн

4£/

S„==aA<£-1-0.1

рРеи б

(7.40)

[Начало

Конец

Рис 41 Положнте.чьные направления ~й при примыкании рассчитывае- ШЙ конструкции и магистрали.

Здесь все параметры трубы, грунта и воздействий относятся к основной магистрали, к которой примыкает рассчитываемый участок, н имеют следующие обозначения:

£-модуль упругости материала трубы; f - площадь сечения стенок трубы; / -момент инерции сечення стенок трубы; Dn ~-наружный диаметр грубы; Den - визтренний диаметр трубы; 6 - толщина стенки трубы; Сх ч - обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта; Су о - обобщенный коэффициент нормального сопротивления грунта; а -коэффициент линейного расширения материала трубы; Д< - температурный перепад, положительный при нагревании; р - нормативное значение внутреннего давления продукта.

Узлы рассчитываемой системы нумеруют по порядку слева направо, присваивая первый номер левому крайнему узлу. Тогда элемент между первым и Вторым узлом (первый участок) будет иметь индекс 2 Далее номера участков будут возрастать.

Положительные направления внешних усилий, действующих в горизонтальной плоскости; момента Zttif, поперечной силы Zfo и продольной силы

Заказ J» 4В2 12

Z3<() - приведены иа рис. 41. Им присваивается индекс номера узла, действ)ют этн усилия.

Физико-механические характеристики грунта характеризуются в с ном нормированными показате.чями. Рекомендации по их определению жены в гл. 3.

Входная информация заносится в специалыю разработанные фор Первая строка содержит информацию общего плана - паимеиовання отде (8 символов), заказа (4 символа), варианта (8 символов), даты (8 симв лов) и объекта (52 символа). В скобках указано максима.чьиое число волов. Во вторзЮ строку заносятся значения параметров, которые посто: по длине рассчитываемого участка; k - число впутренних узлов (сты» дв)х э.тементов) или число элементов минус единица; а, Е, л (для с. И=0,3), д -расстояние от трубы до стеики траншеи; кв - коэффициент дежиости, принимаемый по табл. 10 СНиП 11-45-75.

Начиная с третьей строки, построчно для каждого участка (элем( заносятся все характеристики в следующем порядке. Первая вертикал графа показывает номер участка, причем счет участков начинается со рого. Далее -величины: Ро, At, Dm, S, I, ф, p -радиус оси изгиба трубе вода д.ая элементов, принадлежащих к прямолинейному трубопроводу, i иимается равным бесконечности (вводится величина 0,1-10); с (прини* мый по СНиП И-45-75), h, Xrp.R" • ™n грунта (вводится ноль для пе ных грунтов и единица для глинистых); уп» фгр. гр, £гр, firp, Схо,

Таким образом заносится информация для всех элементов (участ трубопровода, последний номер которого равен к+\. Значение послед угла поворота равно нулю. Далее, заполняется вторая форма, первая сто которой содержит значения податливостей связей в начале и конце рг тываемой конструкции:

Ci-угловой, Cj - поперечной; Сз - продольной. «1

Начиная со второй строки для всех узлов, номера которых от единиц

до k+2, запнсыпаются значения внешпих уз.аовых усилий: Zi-изгиба!

момент, Zi - поперечная сила, Zs-продольная сила.

Подготовка исходных данных д.чя расчета выполняется на перфока!

Каждая строка - на отдельной перфокарте. Первая строка содержит

вую информацию, все последующие - цифровую.

Порядок набивки такой: сначала все заполненные строки первой форм*

затем - второй.

§ 7. Выходная информация

Для контроля заданных исходных данных н правильности перфораии распечатывается вся исходная информация рассчитываемого варианта. Пр этом печатаются необходимые комментарии (см. пример.).

Для каждого элемента для трех его сечений - в начале, середине конце -в первой таблице (см, пример) печатаются значения нзгибающе момента, продельного осевого усилия, поперечной сн.аы, поперечного и nf дольного перемещения. Знак плюс при изгибающем моменте означает, при изгибе трубопровода растянуты правые во.аокна, если смотреть от начг к концу элемента. Знак плюс при продольном осевом усилии в стеиках тру означает, что осевое усй.чие растягивающее. Знак плюс при поперечной а. указывает на то, что на .чевом конце элемента поперечная сила сдвнгае этот конец вверх, а на правом копце - вниз. Знак плюс при значении поп речного «еремещеугая озкачает, что даппое перемещение направлено внк перпендикулярно данному элементу. Знак плюс при значении продольно перемещения означает, что перемещение направлено вдоль элемента, от начала к его концу.

Далее, на печать выдаются узловые уси.чия в начальной н конечной точках рассчитываемого участка трубопровода А (см. рис. 41, о). Положительные иаправлсння этих усилий в случае примыкаиня рассчитываемой конструкции А к магистра.чи В сверху показаны на рис. 41, а. Усилия печатв-

,ся по порядку от первого до шестого, причем первые три соответствуют изгибающему моменту, поперечной силе, продольному усилию для начальной точни расс-итываемой конструкции А, а вторые три -для конечной точки зтой конструкции. На примыкающую конструкцию Б действуют усилия про-тнвоположчого направления. Положительные направлишя усилий в случае пп]мыкаиия рассчитываемой конструкцции А к магистрали В снизу показаны на рис. 41,6. Если части Л и В соединены под прямым углом (тройником), то для последующего расчета части В, примыкающей снизу (см. рнс 41,6), величины внешних усилий будет равны: в начальной точке:

Z, - первому числу (из шести напечатанных) со своим знаком; Zi - третьему числу со своим знаком; Z3 -второму числу с противоположным знаком; в конечной точке:

г, - четвертому числу с противоположным знаком; Zj-шестому числу со своим знаком; Z3 - пятому числу с противоположным знаком.

Прн расчете части В, при!аыкающей сверху (см. рис. 41,6), во входной информации внешние усилия будут равны: в начальной точке:

первому числу со своим знаком; 2 -третьему чисчу с противоположным знаком; Z3 -второму числу со споим знаком; в конечной точке:

Z - четвертому числу с противоположным знаком; Z - шесто.му числу с противоположным знаком; Z3 - пятому числу со своим знаком.

При произвольном наклонном положащи "магистрали В выбор значений ве.чичин внешних усилий во входной информации осуществляется поворотом рис 41, в и.аи б до по.аожеиня рассчитываемой схемы.

Во второй таблице д.чя ранее указанных сечений приведены след5ющне

величины:

в первом столбце - значения изгибающего момента с учетом геометрической нелинейности (продольно-поперечного изгиба);

во втором столбце - значения фибровых напряжений в растянутой (с точки зрения изгиба) зоне сечения (знак плюс - растяжение);

в третьем столбце - предельно-допускаемые напряжения, вычисчсниые по СНиП П-45-75 для этого сечения;

в четвертом столбце - значения фибровых напряжепнй в сжатой зоне

сечения;

в пятом столбце - предельно-допускаемые напряжения, вычисленные по СНиП 11-45-75 для этого сечения.

Выводы, печатаемые в выходной информации, основаны на сравнении действующих напряжений с прсдельпо-допзткаемыми.

Если не выполняется условие (7.32), то печатается вывод, что толщина степки трубы или детали (отвода) не достаточна. Если такого вывода ист, то проверяется второе условие (7.33) и печатается соответствующий вывод.

§ 8. Пример расчета

Приведем пример иснользоп.чнпя программы «Шаг .пента» при расчете "одэемиого комтеисатора-упора. Компеисаторы-упоры применяются для уменьшения перемещений подземного трубопровода в месте выхода его иа поверхность, уменьшения усн.чий, передаваемых на конструкции, к которым под-•ходит подземный трубопровод. Конфиг)рация компенсатора подбирается из условия мщщмальных перемещений на его ксчще при ограничениях напряжений в трубопроводе. В связи с эти.м при применении компенсатора-упора трапецеидального очертания )гол, прнмыкаюшнй к длинному прямолинейному участку, обычно в 1,5-3 раза меньше угла, примыкающего к концевому участку. На рис. 42 изображен один из таких компенсаторов с углами 36° н 75°, вы.тетом 43 м и длиной 180 м, применяемых при проектировашт газопроводов больших диаметров. Углы поворота 36° осуществлены из набора отводов с углами 6°, выполненных гиутьем, с прямолинейными участками между ними, 5* 131

равными 3,2 и 7,8 м. Угол поворота 75° выполнен нз крутозагиутого otboj радиусом 710 см (5Z)«). Компенсатор-упор выполнен нз труб 1420X19,5 м /?,и=600 МПа, /?2°=470 МПа. Компенсатор-упор расположен на участ* II категории, следовательно, согласно СНнП 11-45-75 коэффициент услови работы т=0,75, коэффициент, отражающий категорию, с=0,85, рабочее (н мативное) давление прод)кта Р=7,5 МПа, положительный температури перепад Л/=57 "С. Фнзико-механическис характеристики грунта постоян: по длине рассчитываемого участка: грунт песчаный, угр=15 кH/м <ргр=24. сгр=0,001 МПа, £гр=20 МПа, Цгр=0,25, Сх о=0,02 МПа/см, /?гр=0,2 М

Граничные условия по концам рассчитываемого участка: левый кон свободен, поэтому податливости приняты равными бесконечности и записа! в виде 0,1 КЯ, правый конец, примыкающий к длинному прямолипейи участиу, на расстоянии примерно 500 м считаем защемленным, поэтому три параметра податливости на коиие принимаем равными нулю.

Схема разбивки рассчитываемого участка на конечные элементы пр дена иа рис. 42. Отметим, что счет э.тменгов начинается с двух. Крив; угла поворота в 75° разбиваем на пять прямолинейных элементов, тог,

Рис. 42. Схема разбивки рассчитываемого участка на конечные элe.мeнтыi

уго-п между элемеитами будет 75/5=15°, а между крайним и прямолиней!

75/5-2=7.5°. Д.аииа каждого элемента/„=2psin--=2-710sin7,5°=185(

Длины элементов, образующих угол 36°, приняты согласно данным о гнут отводах (длины элементов (в см) см. в выходной информации). Otmi также, что глубина заложения газолровода изменяется от 100 до 150 i а расстоя1те от трубы до стенки траншеи принято 30 см, за исключепи! участков с крзтозагнутыми отводами, где оно составляет 60 см. Распечатк5 информации, выдаваемой на печать, следующая. Первая часть содержит исходные данные для расчета, которые служат для контроля правильности подготовки данных. Вторая часть содержит результаты расчета, третья часть - прочностной расчет.

Остановимся кратко иа анализе результатов. Вначале проверяем пра вильность принятой предпосылки, можно ли считать, что газопровод защем лен на расстоянии 500 м. Контролем могут служить данные об усилиях иа правом конце рассчитываемого участка. Из таблицы результатов расчета находим, что для 51 участка При координате, равной единице, Л1=- 0,103-lO-s Нм, /V=-0,557 IC И, СЗ = -0,506-10-»«Н. Отсюда видно. что нагибающий момент и поперечную силу можно считать равными нулю.

Определим усилие для данного сечепия трубопровода при отсутствии перемещений.

pD„„ 7,5-138,1 Кольцевые напряжения Окц = --- = 265.6МПа. Усили

п стсиках трубы W= (-аД/£+0,Зо„ц)£ = (-12-10-*-57-2,M0-5-t-0,3-265.5)X 132

X859,5=-0.55 • 10* .МПА-см =-0,55 • 10 Н, что практически совпадает с полученным результатом.

Далее, обратим внимание на вывод, что конструкция удолистворяет ус-1(,вням по деформациям. Это означает, что с точки зрения напряженно-деформированного состояния трубопровода конструкция удовлетворяет тре-бопания.м нор.« по предельным состояниям.

Посмотрим, каковы )силия и перемещения в начале компенсатора-упора, -г е. для второго участка при координате, равной нулю. Изгибающий момент и поперечная си.иа практически равны нулю, продольное зснлие, равное 0,112-10* Н. представляет собой усилие от даааения на заглушку Рв=р£сЕ=

р~-==7.& -=0,112-10«МПасм = 0,112 10«Н. Поперечное пере-4 о

мсщеиие составляет 0,56 см, продольное - 1,4 см, полное перемещение - J0,56-И,442=1,55 см. При отсутствии компеисатора-упора продольное перемещение было бы более чем в 10 раз выше, т. е. данная конструкция существенно уменьшила перемещение трубопровода.

Представляет интерес характер и величина перемещений по длине рассчитываемого участка. Например, на первом углу поворота для середины седьмого участка поперечное перемещение равно 2,4 см, а продольное - ),05 см, для середины двенадцатого соответственно -11,1 и -5,2 см. Для остальных углов поворота, выполненных плавной кривой, перелгещения незначительны.

Рассмотрим напряженное состояние трубопровода. Нанбо.аьший изгибающий момент, равный -0,190-10 Н-м, возникает в начале 14 элемента, т. е. во втором угле поворота. Напряжения в растянутой зоне сечения при этом равны 240 МПа, что меньше предельно-допускаемых, равных 363 МПа, в 1,5 раза.

Напряжения на участках, выполненных отводами машинного гнутья, незначительны. Это показывает, что для данного конкретного случая угол поворота трапецеидального компенсатора, принятый равным 36°, можно уве-> личить, или уменьшить параметры (вылет) компенсатора-упора. Методом вариантного проектирования можно выбрать для конкретных условий рациональное очертание ко.мяенсатора-упора, например, из условия минимума его длины.