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

Для полубсскоиечного участка при L-*-<x, ihyt-l; chvL->ос. Для оценки длшш участке, который тжио принять за полубесконечныи, используем тот же критерий. Тогда длина участка определится по формуле)

(4.36).

Полученные зависимости позвачяют решить ряд практических задач, если известен нача,№ный napa.werp - усилие Ло-

§ 2. Экспериментальное определение распределения продольных перемещений по длине трубопровода

Для анализа различных расчетных моделей грунта при продольных перемещениях трубопровода и экспериментальной проверки расчетных зависимостей нами были проведеиы эксперименты на длинной п.шти трубопровода диаметром 529 мм.

Трубопровод длиной 91,7 и был уложен в групт на глубину I м до верхней образующей трубы. По длине трубы через каждые 17,2-19,8 м были устроены шурфы для измерения перемещений трубы и продатьныч напряжений в металле. Одни конец подземио1-о трубопровода был свободен, к другому его концу с помощью двух гидравлических домкратов прикладывалось продольное усилие.

На рис. 16 показапа зависимость перемещепня сечения от ири.тожеи-ного к этому сечепню уси.оия. На том же рисунке показано предельное усилие, при котором имело место поступательное движение трубы.

Для анализа влияния замены нелинейной диаграммы т-и л1И1еаризо-ваниой теоретические кривые построены по линейной модели (2=1, с» о = = 1,9 11/см=) и с учетом нелинейности (г=0,218, Сг=0,75 Н/см). Значения этих параметров получены нами па основании опытов иа моделях н

соответствуют зависимостям Гх = -Сх oUx и Т.т = -cUI.

Продольное перемещение подземного трубопровода при действии продольного усилия S определяется по формулам: .

5,КН 1000

12 1

Рис. 16. Диаграмма «продольное перемещение нулевого сечения - усилие»:

/ - первое нагружеинс; г - второе нагружение; 3 расчетные точки

„р.г отсутствии участка предельного равновесия грунта, т. е.

lipil /х<пр

а.тичии участка предельною равнонссия грунта

1 .(2-5-1) 2г lfp\(-i)

«0 =

t Г

(4.37)

(4.38)

(4.39)

где -д.шиа участка предельного равновесия грунта

S

V М Z V <пр

(4.40)

Гр&фнки зависимости продольного перемещепня от продольного усилия D соогвстстьни с формулами (4.32) и (4.33) при z=l и при г=0,218 приведены на рис. 16. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что полученные уравнения достаточно хорошо (ишсывают фактическую работу трубопровода. Перемещения по Длине подземного трубопровода выражаются следующими уравнениями, полученными иа основании решений диф((1еренциальных уравггеипй равновесия трубопровода:

при отсутствии участка предельного равновесия грунта

«0--(1-г)Т.д/

+ г) J

прн на.мчни участка предельного равновесия

•lip

(4 41)

(4.42)

На рнс. 17 в соответствии с уравнениями (4.41) и (4 42) построены кривые, характеризующие измоиеиие перемещения по длине трубы прн раз-личном продольном усилии S, а также приведены экспериментальные данные. Характер дсйсгвнтельныд: иродмьных перемещений различных сече-:"п по длине трубы достаточно хорошо согласуется с уравнениями (4.41) и (4 42» Фактические перемещения трубы по длине более точно описываются урапЕНнием, учитываюпщм физическую нелинейность сопротнвлеиня

Таким o6pa3ovi, на осповани» сравнения экспериментальных данных с расчетными можно слелать вывод, что учет упругопластической работы грунта с помощью обобщенного коэффициента касате.-ьиого сстротивления позволяет с Достаточной для практики точностью определить продольное 1геремешепие подземного трубопровода н месте его выхода иа поверхпость.

IZ 8

Г9.8

37,8

55.0

Рис, 17. Продольное перемещение по длине нод.земиого трубопровода:

--при .г=-С1,21Н. - при г=1

§ 3. Определение перемещений в месте выхода подземного участка трубопровода на поверхность

Для ряда конструктивны.ч решений, применяемых при надземной нро-к/адке трубопроводов, пренебрегая влиянием несущественных факторов, можно получить penjeHHH в Замкнутом виде.

Для открытых участков, имеющих П-, Г-образные и другие компенсаторы, млн падэс.мны.х пере.ходов арочного тнна w/kho принять, что отпор этих коиструкщш Пропорционален перемещению, а усилие от внутреннего давления равно произведению давления на площадь трубы в свету. Тогда начальный napavicrp - продольное усилие Ло будет

Ло - Р

(4.43)

где 1}-жесткость конструкции, т. с. усюпе. вызыааюЩе единичное нс-j ремещсине ее конца.

При наличии полу бесконечного подземного участка из уравпенин (4 25) и (4.34) ,\гожно определить продольное нерсмещсние в месте примыкания ] его к открытой части трубопровода, дополнительный распор и длины под- , земных участков, на которых происходит перемещение: I

а) при наличии участка предельного равновесия, т. е. при выно.тиении I условия (4.44) I

(4.44)

(4.45) (4.46)

Г4.47>

Г.1С

S .(аД<£ . 0,2а„ц)£;

(4.48) (4.49)

А - щ; В2 = fb-i. (4.50)

При (fia<0,l, используя правило приближенных вычислений, можно считать, что

(4.51> (4.о2>

Если пренебречь жесткостью конструкции л. то, раскрывая неопределен- [юсгь в (4.45), .«ожно получить

" 2Ef V iu

б) ПРИ отсутствии участка предспьного равновесия РУнта, т с при непыпо.т"ении критерия (4.44), тс же величины определяются по формула...

EFy -Ti S

EFy Ч

0,05/„р

(4.54) (4.5о>

у (S - п«о) У

(4.56}

Для различных типов конструкций, примыкающих к подземным участкам, жесткость определяется .методами строительной механики, например методами сил или перемещений.

Для практических расчетов систем с компенсаторами их жесткость «окно определять в соответствии с нормами СНнП П-45-75 по форму.:е

Пк-Е/бк- (4.57)

Параметр 6,- о»рсде.7йстея по следующим формулам:

для Г образного компенсатора

для П-образною компенсатора

(4.58)

(4.59)

для Z-образпого кампснсатора «к - (Ркк - • 2.28р2„/ - 1.4p?J -Ь 0.67/, -2pjl 2р2/ - 1 .ЗЗр. (4.Щ

В формулах (4.58)-(4.60) приняты следующие обозначения:

* -коэффициент уменьшения жесткости отвода; р -радиус изгиба ос •отвода; h - вылет компенсатора; /п-ширина по.чки компенсатора.

Так как параметры открытых компенсаторов являются функцией и. компепсирующсй способности, то эти параметры подбираются методом по-Следовательных приближений. Вначале принимают жесткость компенсатора »]!;=0 и определяют продольные перемещения по формула.м (4.53) или (4.54). Определив параметры компенсатора, исходя из компенсации вы численных продольных иеремещсиий подземной и открытой частей трубо провода, находят его жесткость.

Далее, по формулам (4.45) или (4.54) определяют уточненное зна ние перемещений, по которым шювь уточняют параметры компснсаторг "Обычно двух приближений бывает достаточно, чтобы определить расчет •ные параметры ко.мнеисатора.

§ 4. Определение расстояний между компенсирующими устройствами

Как известно и подтверждается приведенным реи1ением (4.26), про дольное растягивающее усилие в стенках трубы в защемленной части тру бопровода

( аД/Г F. (4.6*

При значительном положительном температурном перепаде продольное осевое усилие может быть сжимающим (знак минус), что, учитывая двух осиос иаиряжснное состояние трубопровода, может привести к псчерпаник предельного состояния. Кроме того, при этом существенно увеличиваете! Tt эквипалеитное осевое сжимающее )силне. вызывающее потерю устойчи востп подземного трубопровода. Это Чсилие определяется по формуле

(аМЕ 0,2o,Jf.

(4.62

где Ргв-- площадь сечения трубы в свету.

При наличии компенсаторов по д.нше трубопровода происходит уменьшение пролатыюго. усилия.

На оспованнн решения (4.13) и (4.15), считая, что ЛоО.Бокц (при наличии компенсатора), и нренебрегая отпором компенсатора, построим эпюру продольных усилий по длине трубопровода (рис. 18).

За ось симметрии иа рис. 18 принимается середина между двумя со седпнми компенсаторами, пунктиром показано распределение продольного усилия при полубескоиечном участке трубопровода. Обозначим допускаемое из условия прочности нли устойчивости усилие иа расстоянии L от компенсатора через [Л] и определим искомое расстояние.

Прпияв в формуле (4.22) или (4.35) Aj,=[Af], из нелинейного уравнения определим искомую величину L. Уравнение (4.22) или (4.35) можно реигить методом последовательных приближений с помощью простейшей программы на ЭВМ, составленной по следующей блок-схеме. Задаемся длиной L, равной половине расстояния между компенсаторами, величину ЛГо, пренебрегая отпором компенсатора, принимаем равной Ao=0,5fT,.„f.

По формулам (419) определяем безразмерные пара.метры I, и Л\ далее, проверяем критерии (4.29). Здесь пос.1едуюшсс решение разветвляется. Если условие (129) выполняется, то. решая нелинейное уравнение (4.18), определяем д.пш\- участка предельного равновесия грунта /пр, далее, по формулам (4 17) определяем произвольные постоянные, затем по (4.22) -

,,,пнс в ссченни трубопровода ;,ги4речи11е между кomcнcaтo-чмн Если это усилие отличается L топускасмого [Л] более чем на - 10 %. то, принимая новое значение расчет повторяют. Если условие (4 29) не выполняется, то Vcn.me определяется по формуле

После итераций по формуле 4.21) нли (4.34) вычисляют исковое перемещение, по которому подбираются параметры компенсатора

Этора и

Рис. 18. Эпюры продо.чьных усилий и перемещений при подземной прокладке с компенсаторами

.Можно, несколько усложинв программу, весь расчет выполнить

на ЭВМ, учитывая при этом и жесткость компенсатора. В этом случае нуж)ю дополнить программу вычислением параметров компенсатора и его жесткости. Определив жесткость компенсатора но перемещениям, находят его отпор, а следовательно, получают и более точно значение Ло. В качестве критерия с\од11мостп здесь можно принять условие близости двух значений \о, опрс-теляемых в двух последующих этапах вычисления. Можно предложить при-йл11женн\ю методику определения расстояния между компенсаторами (в нашем случае определение 2L), основанную иа ряде допущений. Даже при иа-.шчии программы расчета на ЭВМ методика позволит задаваться значением /, на первом пpпбJПжeпин.

Вначале считаем, что грунт иа всем участке работает в упругой стадии, тогда из (4.35), принимая Nl=[N\, определяем длину L. По критерию (429) проверяем справедливость нашей гипотезы. Если условие (4.29) не выполняется, то определенная по (4.35) длина является искомой. Если же условие (4.29) выпо.чияется, то на рассматриваемой длине имеется участок предельного равновесия грунта. Тогда принимаем, что влиянием упругой работы грунта можно пренебречь, и искомая длина определится но формуле

0,5о«цГ-т (4 63

Величина продо.чьпого перемещения подземного участка трубопровода Е месте пр1шыкапия к компенсатору определяется по формуле

(4.64)

Отметим, что при определении расстояния между компенсаторами коэффициенты перегрузки для грунта следует принимать более единицы, а при опреде.теиии перемещения - менее единицы. Это связано с необходимостью в обоих случаях вести расчеты в запас прочности.

§ 5. Определение продольного перемещения в месте сопряжения двух участков трубопровода с различными температурным перепадом и внутренним давлением

В местах расположения компрессорных станций со стороны входа и пь1\ода продукта давление и температура иа двух участках трубопровода могут быть раз.шчны.«и (рнс, 19, а). Кроме того, при строительстве лупин-1 ов, чтобы уменьшить перемещение в месте соединения его с основной пит ВД» трубопровода, вместо устройства упора укладывают некоторый участок трубы, который служит «якорем», уменьшающим перемещение (рис