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

Рис. 98. Тройник сварной, усиленный накладками:

/ -оснопная, иагистральная часть троПиика; 2 -паклялка Л,- накладка II

ответилепне

водов чсре.ч водные преграды в две н более ниток, и главным образом iipni сооружении трубопроводов в зданиях н иа территориях компрессорных н пасосиых станций. Для магистралышх трубопроводов применяются сле,1ую-щне констркуцин тронинковых соедипеннй: тройники, изготовляемые методом горячей штамповки, которые выпускаются в основном для трубопроводов малых диаметров, штампосварныс тройники изготовляемые и:-) двух штам-j поватык элементов, соединяемых прн помощи сварки, и тронпакп cbaphhici со специальными усиливающими накладками (рис. 98) и без усилениям (рис. 99). i

Поскольку тройниковые соедннбв1ия прсдстваляют собой сопряжение двух цилиндрических оболочек, оцепка напряжеппого состояния таких кон-, струкций может быть выполнена на основе теории тонкостенных оболочек. , Одним из способов определения допускаемого давления в неусилсипых! тройниковых соодиясниях является метод замещения площади. Сущность j этого метода заключается в том, что площадь, уда.тенная из стенки мяги-V стральной трубы, т. е. толщина степки трубы, умноженная на диаметр от-1 верстия в свету, замещается избыточной толщиной стеики трубы и ответ-] влеийя плюс площадь усиления.

Учитывая трудности, связанные е точным решением задачи напряжен-, ного состояния тройниковых соединений, основные расчетные формулы и графики, необходимые для расчета тройников, получены на основе экспсрн-.

ментальных исследований. Большой комплекс иссле,цований в области изучения прочностных характеристик тройников, применяемых для магистра.чь-ных трубопроводов, выполнен И. Д. Красулииим [22], [23] Этн исследования стави.чи своей це.пью определение напряженного состояния тройников п коэффициентов интепсификацин напряжений, характеризующих, во сколько раз толщина стенкн тройников различных коиструкций больше толщины стенок магистрального трубопровода прн всех прочих равных условиях, т. е. прн одном и том же давлении и материале.

Исследования во ВНИИСТе показали, что максимальные напряжения в тройниках в 5-7 раз выше кольцевых напряжепнй в магистральной трубе при одном и том же давлении. При исследовапий тройников различ иых конструкций до разрушения их прочность достигала 75 % п выше от прочности целой прямой трубы того же раз.мера. Это объясняется тем. что п упруго-пластической области работы металла тройников происходит перераспределение напряжений и сглаживание «пиковых» .чокальиых папряженнй. Поэтому, если расчет тройников проводить по допускаемым напряжениям в области упругих деформаций, то нх расчетные толщины стенок оказались бы намного больше, чем прн расчете по предельным состояниям. Исследования, проведенные И. Д. Красулипым [22] показали, что в наиболее деформированном участке, расположешшм в зоне сопряжения ответвления и магистральной трубы по ее продольной оси, остаточные дефор.ма-цин достигали 5-6 %, а в наименее деформиропаниом з-частке, расположением перпендикулярно к продольной оси магистральной трубы,-0,5 7о-Деформация в пластической области работы металла является нелинейной функцией нагрузки. Исследования показалн, что в результате пластического деформирования папряжеппое состояние тройников уменьшается. Так, после пластического деформирования тройников, которому они подвергаются ири заводских и трассовых испытаниях давлением Рпсп=1,25 ррап, концентрация напряжений прн повторном загружении снижается в 1,6 раза. Поэтому тройники линейной части магистральных трубопроводов, рассчитанные по несущей способности с запасом прочности, равным двум, после пластического деформирования испытательным дав.чением ррсп=1,25 Ррпо или Рргп-1,5 ррас будут рзботать упруго прн нагрузках в 1,6 и 1,9 ра.ча больншх по сравпению с теми, которые получаются из упругого расчета. Пластические свойства металла тройников прн этом существенно не H3*ie-ияются.

На основе исследований И. Д. Красулина [23] построен график (рис. 100) для определения коэффициентов нес)тцей способности тройников различных конструкций в зависимости от отношения диаметра ответв.пения Ли к диаметру магистральной трубы Dm. Пользуясь этим графиком, толщины стенок тройников определяются в зависимости от иормативгюго сопротивления стали магистрального трубопровода, на котором устапавли-пается тройник, н нормативного сопротивления стали тройника по формулам:

бм = «л-; (15.33)

= бм -----

(15.34)

Рис, 99. Тройник сварной без спецвальных усиливающих элементов:

1 магистральная часть тропинка; 5 - ответплемие

где толщина стенкн магистрали тройника; S - расчетпая толпшпа

стенки трубопровода, на которсш устанавливается тройник, г) - коэффициент несущей способности тройника, определяемый по графику рис. 100, /?и - нормативное сопротивление стали магистрального трубопровода, на котором устанавливается тройпик; Ло", Rk-нормативные сопротив.пе1Шя стали ответвления и магистрали тройника; 6о-толщина стеики ответвления; Do - наружный диаметр ответв.чения тройника; D„ - наружный диаметр магистральной трубы тройника.

: .f - 297

О 0,г 0,t 0,1/ ПВЛа/]}

Рис. 100. График для определения несущей способности тройников,-

1 - сварные тройники с усиливающими накладками; 2 -штампованные и штампосварные троёникн; .3 - сварные тройники без усиливающих накладок

Так, толшнны стенок сварных равио; проходных тройников без усиливающих накладок должны быть в 1,6 раза больщ по сравнению с толщинами стенок MarH.j стральпых трубопроводов, на которых устанавливают эти тройники, а толщин стеиок штампованных тройников и трс гтков с уси.№вающггми накладками сое петстпенно в 1,15 и 1,4 раза. При умен Hiennn отношения диаметра ответвление к Диаметру магистральной трубы разннп п то.щинах тройников и магистральног трубопровода постепенно уменьшается! При отношенни Do/Om<:0,2 тройпиковые соединения могут приценяться без усилн вающих накладок.

Следует н.меть в виду, что тройнг .могуг подвергаться также вoздeйcтвi аксиальных усилий, возникающих при по1 ложнтсльном температурном перепаде передаваемых ответвлением на тройник вое сосднпенне.

Температурные деформации и про.юль ные перемещения трубопроводов мог явиться причигюй возникновения в трубо проводах изгибающих моментов. Поэтом при проектпропании трубопроводных систем следует учитывать возможно возникновения дополнительных силовых воздействий на тройпиковые соедн! нения и применять необходимые меры для локализации или снижения этих воздействий.

Тройниковые соединения являются наиболее напряженными элемент тами трубопроводов. Поэтому вопросам их изготовления должно уделяться серьезное внимание. Для магистральных трубопроводов должны приме пяться тройники заводского производства или изготовленные на спепиалнХ знрованних базах. Большое значение имеет контроль за качеством прове дения работ. Плохая пригонка элелзептоп тройников и непровар корня шва .могут создать области концентрации напряжений, которые могут привести к разрушению трубопровода. Чем выше действующие напряжения и тем пература, тем большее внимание должно уделяться элементам усиления.*. При изготовлении сварных тройников должна применяться многослойная! сварка с обязательной нодваркой корня шва за исключением тройнике малых диаметров. После изготов.пепия сварные тройники должны бы1 подвергнуты контролю наиболее эффектнвны.мн методами (рентгеном, улъ тразвуком и др.).. Для снятия сварочных напряжений тройники сюдуе подвергнуть термообработке.

§ 9. Расчет переходников и заглушек

При сооружении магистральных трубопроводов в ряде случаев bo3i3 каст необходимость в переходе с одного диаметра на другой. Для эт цели применяются шта.мпованпые н.ш! штампосварные пере.ходни (рпс. 101). Наиболее напряженными сечениями таких перехо.аннков явл ются / и . Кольцевые напряления по липни стыка цилиндра и кону (переходника) п плоскости большего диаметра для конуса (сечение /) оИ релеляются по формуле

Окц. к - - Ci ±

+0,55Сз,

бп cos а

(15.35)J

а для цилиндра (трубы) <Ткц. ц = - Cj, -f + 0,55<:з. (15.36)

Напряжения по линнп стыка цилиндра и конуса в плоскостн Meni.Hiero диаметра для конуса (сечепяе ) определяются по формуле

Рис. 101. Конический переходпик

Ок„.к-С,-I--PL-+ 0.55Гз, (15..37) Диа.метра к друго4.у

6.2П COS а

а для инлпндра

Окц.и-С, + 4±0,55ягСз.

(15.38)

Продольные напряжения по линнп стыка цилиндра (трубы) и конуса в плоскости больнюго диаметра (сечепне /) соответственно раппы для конуса и цилиндра:

Опр.к= + 1,82Сз +

26п cos а

Fnp.„- + 1,82п-о + -.

(15.39) (15.40)

Продольные напряжения по линии стыка в плоскостн меньшого .щаметра Усечение ) соотпетственно равны для конуса и цилиндра:

апр.к= ± 1,82Сз--

2fi„ncosa

Опр.ц- ± 1,82п2Сз + -.

(15.41)

(15.42)

Прн выводе указанных формул принято, что сечения / и находятся на расстоянии друг от друга, превышающем величину 2 V6i/cosa . Константы определяются по формулам:

С;, -y/ncosa] 4- ~J - Се я cos а -f 1 -f ~j

V /iJ\ ncosa J

3 = - (л/ГгЗ? + 1) + Ce (n* - 1)1;

= п2+-+2CVttcQsa -b 1+ - Y

V Vi cos a /

для сопряжения по сечению /-/:

С, = 2.6

tg а;

Се = 0,85-(1--! V „=б,/б.

о Ч л cos а/

для сопряжения 1Ю сечению -

Сб=2,6

tga;

С,= -0.85Г1--

Оз \ /I cos а у

61/62-

В этнх формулах а - радиус большого трубопровода, га - раднус мень трубопровода, б - татщнна стенки большего трубопровода, 6 - толщиаа стенки конического переходника, 62 -толщина стенки меньшего трубопрсГ вода, а - угол наклона образующей переход1Шка, р - внутреннее дaвлeниq N - продольная растягивающая сила, М - изгибающий момент, действук щий на конический переходник.

При небольшом угле наклона образующей переходника а<12°, в большинстве случаев имеет .место прн сооруяении магистральных труСн. проводов, допускается определять толщину стенок с коэффициентом иите1 сифнкации напряжений г) -1, т. е. принимать толщину стенки переходин» равной то.чщиие стенки трубопровода большего диаметра.

Для проведения испытаний трубопровода, а также и других целей не обходимо герметизировать трубопровод путем приварки заглушек. Д.! того чтобы папряжешюе состояние трубопровода с приваренной "заглушке максимально приближалось к безмоментному состоянию, форма заглуш: должна быть плавной. Этому требованию в наибольшей степени удоплетн ряют эллиптические заглушки Эллиптические заглушки изготовляются тодом горячей штамповки. Высота заглушек должна быть по возможное наибольшей, так как при этом улучшается работа конструкции. Жела тельпо, Чтобы высота заглушки принималась равной половине диаметр трубы. При расчете заглушек коэффициент т\~\. Основные размеры заглу шек соединительных деталей и требования к их изготовлению приведен в СНиП «ЛЪгистральные трубопроводы. Нормы проектирования».

§ 10. Примеры расчета

Пример 1. Требуется рассчитать отвод диаметром 530 мм с радну; изгиба R=D, который устацаплипастся на трубопроводе того же диамег с толщиной стенки 6=15 мм. Расчетное давление 10 МПа, нормативп сопротипление стали /?2"=24 000 Н/см. Отвод находится под воздейств! циклического изгибающего момента Л/ц = 12.000.000 Н-см и испытывает период эксплуатации 6000 циклов.

При R=D коэффициент несущей способности отвода т] -1,3, отку толщина стенки отво.аа 6= 1,5-1,3=20 мм. момент сопротивления =3925 см.

Определяем параметры \ по формуле (15.9) и w по формуле (15.

1000-53*

2-53 25,5

= 0.163; ш= 1,82-

2,1-10-2-26.5

= 0,0047.

По графику рис. 94 определяем коэффициент интенсификации напря лчсний прн изгибе OTBO.ia с учетом внутреппего даачепня Шр 3,5-0,8=2,f

Проверяем условие прочности отвода по формуле (15.31)

12 000 000 3925

2,8 < 24 ООО -

1000-53 4-2

т. е. 8400< 17875, Следовательно, условие прочности соблюдено.

Проверяем отвод на усталостную проч1гость при 6000 циклов. Принимая четырехкратггый запас по числу циклов (т. с. 24 000 циклов), по графику рис. 96, б устанавливают, что разрушение отпода может быть при изгибных циклических иапряження.х, равных 225 МПа. Поскольку в отводе, кроме изгибных нагфяженнй, имеют место также продольные напряжения от внутреннего давления, то просуммируем их

о .4- - 14525 < 22500 Н/см.

3925

Таким образом, усталостная прочность достаточна для обеспечения работы отвода при 6000 циклах изменения напряженного состояния.

Пример 2. Требуется определить толщину степок равиопроходного и иерапнопрохо,1Ного троиннкоп, устанавлипаемых на трубопроводе диаметром 1420 мм с толщиной стеиок труб 6=16,5 мм. Тройники сварные с усиливающими нак.аа,1ками, изготовляются нз стали с теми же механическими свойствами, что и ста.ть труб магистрального трубопровода. Геометрические размеры нерапнопроходиого тройника 1420x1020 мм.

Коэффициент несущей способности рапнопроходного тройника с усиливающими накладками 11-1,15 (см. рис. 100). Отсюда толщина стенки рап-нопрохадного тройника бл,=6») = 16,5 1.1519 мм.

Определяем коэффициент несущей способности нсравнопроходного

тройника, при -0,72 т) 1,1,

тогда -толщина степки магистралыюй части тройника равна

б„=-б„ 16,5 1,1 18,1 мм, толщина степки ответвления

бо - б„ = 18,1 -0,72 13 мм.

Пример 3. Требуется оире.лить толщину cieiioK равиопроходного и неравпопроходиого сварных троиннкоп с чсиливающими накладками, уста-нап.ншаемых на трубопроводе диаметром 1220 мм с толщиной стеиок труб 6=12 мм. Нормативное сопротивление сталп труб магистрального трубопровода i?i" = 40O МПа, а магистралыюй части тройника и ответвления /вЗбО МПа. Размеры неравпопроходпого тройнпка 1220x820 мм.

Опре.челяем коэффициент несущей способности равиопроходного сварного тройника с усиливающими накладками 11-1,15. Толщина стенкп магистральной части тройника определяется по форму .не (15.33)

б„-=]2-],15-- = 15,8 мм. 350

Определяем коэффициент несущей способпостп нерав1юпроходного троЙ1гнка Т)1,08. Толщина стенки магистральной части тройника

бм= 12-1,08-

400 350

= 14,8 мм.

Определяем толщину стенки ответвления тройника

бо= 14.8-

= 9.9 мм.