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 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

тельной растяжки в завнсимос-вп от его вылета Д, дналштра и толщины стенки трубы при о„имп = 1-

Для определения абсолютного значения перемещения конца компенсатора Д по рис. 7. 6, а берут соответствующее значение --

и умножают на а„омп.

Для компенсатора с одним коленом, пренебрегая гибкостью колена, отпор можно определить по формуле

обкома

(7. 12)

На рис. 7. 6, б даны значения Рк для труб различных диаметров при а„омп = 1 в зависимости от вылета компенсаторов.

Расчет П и Z-образных компенсаторов с четырьмя и двумя гнутыми или сварными коленами производят с учетом работы колен.

Используя теорию изгиба кривого бруса, зависимость между величиной действующего усилия и величиной деформации компенсатора (см. рис. 7. 5, б) можно представить выражением

Рпр = Д£/

(7. 13)

где ds - длина элемента участка в см; у - расстояние середины элементов участков компенсатора от направления действующей силы в см; koi - коэффициент уменьшения жесткости криволинейного участка.

Величину \ -~y4s можно определить, применяя графический

метод. Для этого периметр компенсатора разбивают на ряд участков (см. рнс. 7. 4, в).

Длина каждого участка представляет собой ds, а расстояние по перпендикуляру от середины каждого участка до прямой, соединяющей точки приложения сил к компенсатору, - величину у.

Значения А„5 определяют для каждого участка отдельно. Для прямых участков П-образного компенсатора к», =1.

Изгибающий момент, возникающий в отдельном элементе трубопровода, определяют как произведение силы Рпр на расстояние данного элемента от направления действия силы:

М = Рору. (7. 14)

Продольные напряжения, возникающие от изгиба трубопровода, определяются выражением

W

(7.15)

где /Пи - коэффициент увеличения напряжений в криволинейных участках (для прямолинейных участков т„ = 1).

Сделав соответствующие подстановки в формуле (7. 15) из формул (7. 14) и (7. 13) и произведя преобразования, получим

д£1)„!/т„

комп -

(7.16)

Максимальные продольные напряжения возникают в элементе компенсатора, наиболее удаленном от направления действия силы, т. е.

при у = I/max-

При заданной величине о„омп можно на. основании формулы (7. 16) получить выражение для компенсирующей способности компенсатора

коми I -г- yds О

д =- »-. (7.17)

Если компенсатор во время монтажа может быть предварительно растянут на величину, равную половине расчетного удлинения трубопровода, то его компенсирующая способность увеличивается вдвое:

4сТкомп

Е Dam „у aiax

(7. 18)

При выводе выражения (7. 17) не учитывалось влияние неподвижных опор на гибкость компенсатора, что соответствует условиям значительного их удаления от компенсатора.

При расположении неподвижной опоры на расстоянии ближе (8 -i- 10) Z)„ от компенсатора гибкость его снижается вследствие передачи на компенсатор момента защемления опоры, действующего в направлении, обратном направлению момента силы Рпр- Это влияние может быть учтено введением в формулу (7. 16) поправочного коэффициента 1,25 для величины максимального продольного напряжения или поправочного коэффициента 0,8 в формулы (7. 17) и (7. 18) для величины компенсирующей способности компенсатора.

Определим максимальные продольные напряжения и компенсирующую способность П-образного компенсатора (см. рис. 7. 4, в), для чего разобьем его на семь участков. Все криволинейные участки (колена) компенсатора, а именно 1-2, 3-4, 5-6 и 7-8, выполнены из труб одного диаметра и имеют одинаковый радиус кривизны, поэтому коэффициент понижения жесткости /сж для всех этих участков один и тот же. Все прямые участки компенсатора, а именно 2-3, 4-5 и 6-7, имеют коэффициент понижения жесткости /сж = 1-При продольной деформации трубопровода к компенсатору прикладываются силы Рпр по прямой 1-8, вызывающие деформацию

компенсатора. Для определения прЬдольных напряжений, возникающих в компенсаторе, по формуле (7. 16) необходимо найти значения

Определяем эти значения для отдельных участков.

Участки 1-2 и 7-8. Длина элемента участка ds = дкСф- Расстояние центра тяжести элемента от направления силы Рар

г/= Qk(1 - з1пф); я

уЧз = J- (1 - Sin ф) ф =

«да

ф-Ь2со5ф4---ф - -- з1п2ф = -0.35 Qk-

Участки 3-4 и 5-6. Длина элемента участка ds = QkI9- Расстояние центра тяжести элемента от направления силы Р„р

г/ = Zk - Qk (1 + зшф);

уЧз= Г[гк-дк(1-81пф)]2днйф = о

= (1,57 qh - 1,14 /к + 0,35 q).

"ж

Участки 2-3 и 6-7. Длина элемента участка ds = dy. Расстояние центра тяжести элемента от направления силы Рар равно д.

y4s= J -i-=[-f; =

= 0,333 ll - Qk + Qk - 0,666 qI.

Участок 4-5. Длина элемента участка ds = la-2qk. Расстояние центра тяжести элемента от направления силы jPnp У = и

j У ds = It, {In - 2gK) = пк -2Qk Ik,

где l-s - шпрпна П-образного компенсатора.

Для компенсатора в целом

y4s = [0,7 +3,14qk/« -2,28L +0,7 qI] +

+ 0,67 ll - 2ll qk+ 2Zh qk - 1,33 + Inll - 2ll q„. После преобразовании выражение принимает вид

у ds = -j-iM Qh ll - 2,28 o Z„ +1,4 qI] + 0,67 ll +

+ lall - 4Qkk + 2Qkk - 1,33 Qk.

Максимальное продольное напряжение в П-образном компенсаторе в соответствии с выражением (.7. 16) определяется по формуле

3,14 Q„i-2,28 е„/„ +1,4 Q] + + 0,67 ll +lall- 4q„ll + 2qг„ - 1,33

При предварительной растяжке компенсатора на половину продольного удлинения трубопровода допускаемая компенсирующая способность П-образного компенсатора в соответствии с выражением (7. 18) определится по формуле

Д = 4а,

(3,14 Q„ ll - 2,28 qI г„ + 1,4 Q) + + 0,67 ll + in - 4q, ll + 2q„ - 1,33 qI

(7. 20)

Максимальное продольное напряжение в Z-образном компенсаторе определяют по аналогии с расчетом П-образного компенсатора, пользуясь схемами рис. 7. 5, б и формулой

АЕОн1кта

3,iiQX-2,28Qll + lAQ +

"fT\

+ 0,67 ll - 2Q„ ll + 26 i« - 1,33 qI

(7.21)

При предварительной растяжке компенсатора на половину продольного удлинения трубопровода допускаемая компенсирующая способность Z-образного компенсатора определится по формуле

Д =20;

комп

(3,l4Q„,-2,28ehi„+l,4 Qlj +

+ 0,67 ;„-2б„ i + 2Q„/.„-l,33 6, Е0а1кЩ,

(7. 22)

При отсутствии предварительной растяжки компенсатора величина Д, определяемая по формулам (7. 20) и (7. 22), принимается в 2 раза меньшей.

Как показали исследования, проведенные в лаборатории прочности ВНИИСТа, для труб, применяемых в строительстве магистральных трубопроводов, при радиусах кривизны колен, не превышающих е„ = 2D„ (точнее при X < 0,3), пользоваться формулами

Кармана для определения коэффициентов кщ н Ша нельзя. В этом случае коэффициенты /сда и т„ можно определить для гнутых и сварных колен по следующим формулам:

/7?„ -L

100 80 60

1,0 30

кж -

1,1э5

(7.23)

(7. 24)

(7.25)

Здесь Гс - средний радиус трубы в см:

Гс. =

Зависимости (7. 23) и

о.ог 0.04 0.06 0.10 0.15 0.2 0.3 0,6 t.o г.о

Рис. 7. 7. График коэффициентов для расчета колен компенсаторов.

1 - коэффициент уменьшения жесткости колен * 1.65

2 - коэффициент увеличения напряжений в колене (7. 24) ПреДСТавлеНЫ В Гра-

„ 0,9 фической форме на

Ж.- рис. 7. 7.

На основании формулы (7. 25) с помощью рис. 7. 7 определены значения коэффициентов /Сд, и тпц для труб различных диаметров и с разной толщиной стенки при радиусе кривизны колен Qk = £)н и Qk = 20. Результаты вычислений приведены в табл. 7. 1 и 7. 2.

С увеличением внутреннего давления жесткость колен возрастает. Коэффициент km, определяемый по формуле (7. 24), дает при имеющихся расчетных давлениях в магистральных газопроводах результаты, идущие в запас прочности для труб малых диаметров и примерно соответствующих для труб большого диаметра.

На основании формулы (7. 22) построены графики (рис. 7. 8, а и 7. 9, а) компенсирующей способности Z-образных компенсаторов

Таблица 7.1

Значении коэффициентов и для колен при = Da

в зависимости от их вылета, диаметра и толщины стенок труб при радиусе кривизны колен q„ = Х>н и Qk = 2Z)„.

Определив величину линейного удлинения участка трубопровода по формуле (7. 1) и пользуясь приведенными графиками, легко подобрать необходимый вылет компенсатора. Абсолютная деформация конца компенсатора определяется по формуле

А = <комп, (7.26)

где берется по графику в зависимости от вылета компенсатора •