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

а горизонтальная ветровая передается на один

sill р

(10.8)

где р - угол наклона каждого из шпренгелей к вертикали.

Шпренгель может состоять из одного-двух элементов круглого или профильного сечения; стойки удобно проектировать из труб или уголковой стали. Максимальная допустимая гибкость стоек равна 120.

Рис. 10. 2. Расчетные схемы шпрепгельной конструкции.

а - расчетная схема для вычисления усилий в племегтах шпренгеля; б - расчетнаясхема для Определения прогиба шпренгеля

Шпренгельный переход (см. рис. 10. 2) рассчитывают в два этапа: а) предварительный приближенный расчет для назначения сечения элементов шпренгелей стоек и распорок; б) окончательный расчет с целью уточнения назначенных сечений элементов.

При предварительном приближенном расчете усилия в стойках Ncj можно определить как опорные реакции в трехпролетной неразрезной балке, а усилие в шпренгеле УУщ - по формуле

N:-. (10.9)

™ sin а

По найденным усилиям производится предварительный подбор сечений элементов.

Конструкцию рассчитывают окончательно как статически неопределимую систему методом сил или другим способом. При расчете по методу сил основную систему принимают по рис. 10. 2, а. Данная шпренгельная система один раз статически неопределима.

Каноническое уравнение имеет вид где Zi - усилие в шпренгеле;

(10.10)

CM\ds

MqMids EI

NjNpds EF

- перемещение от силы Xj = 1 по направлению действия этой силы;

- перемещение от нагрузки q по направлению действия силы х;

Aii = a At jNds - перемещение от температурного воздействия по направлению действия силы х;

- перемещение от продольной силы, вызванной внутренним давлением по направлению действия силы х.

Для вычисления интегралов можно использовать метод Верещагина.

Как видно из уравнения (Ю. 10), при расчете кроме вертикальных и горизонтальных нагрузок учитываются температурные напряжения, возникающие вследствие разной температуры трубы, затяжек и стоек, а также напряжения, вызываемые внутренним давлением. Расчетную разность температуры между шпренгелем и трубопроводом можно принять Д< = ± 40° С.

При вычислении неизвестного разность температур входит в уравнение со знаком плюс или минус в зависимости от того, для какого времени года определяют усилия в элементах шпренгеля и изгибающий момент в трубопроводе.

Решая каноническое уравнение (10. 10), получаем

9IPDbI

l,i qn-0,6 а AtEIB-

hH+0,6IA

+ 1;

"FT

(10. 11)

(10. 12) (10.13)

a - коэффициент линейного расширения стали; а = 0,000012; Е - модуль упругости стали, равный 2,1 -10; / - момент инерции трубы; Db - внутренний диаметр трубы; 8 - толщина стенки трубы; F~ площадь поперечного сечения металла труб; - площадь поперечного сечения обоих шпренгелей; /"о - площадь поперечного сечения стоек; h - расстояние от оси шпренгеля до оси трубопровода;

i - длина горизонтальных участков шпрепгеля; h - длина наклонных участков шпренгеля.

Подставив соответствующие значения, геометрических и физических величин для данной системы, находят усилие в шпренгеле Хи

Изгибающий момент в трубе в середине среднего пролета определяют по формуле

M„,Mo-Xih, (10.14)

а момент в трубе над стойками шпренгеля

/oD = /o-lЛ. (10.15)

В формулах (10. 14) и (10. 15) - момент в рассматриваемом сечении трубы от нагрузки д, вычисленный, как для простой балки пролетом L, свободно лежащей на двух опорах.

Усилие в шпренгельной затяжке на участке, параллельном трубопроводу,

Усилие в наклонных частях шпренгельной затяжки

cod а

Усилия в стойках

(10.16)

(10.17)

(10.18)

NcT = Nai sin а,

где а - угол между трубопроводом и шпренгелем.

Усилия в распорках (для шпренгелей типа I, см. рис. 5. 31)

Лрасп=Лст2созр, (10.19)

где р - угол между стойкой шпренгеля и вертикалью в плоскости, перпендикулярной шпренгелю.

Максимальные моменты в трубопроводе действуют в вертикальной плоскости и для шпренгельных систем типа I (см. рис. 5. 31) могут быть определены как равнодействующие от моментов, действующих в плоскостях шпренгелей.

Опасные сечения трубопровода будут в тех местах, где возникают наибольшие изгибающие моменты, т. е. над стойками. Для этих сечений определяют изгибающие моменты в трубопроводе, а также усилия в элементах шпренгеля для четырех расчетных состояний

системы (табл. 10. 1).

Первым расчетным состоянием является такое, когда внутреннее давление в газопроводе отсутствует и шпренгель от нагревания имеет наибольшую длпну (в летнее время), например при резком спаде давления в трубопроводе, когда будет наибольшая разница между температурой трубы и шпренгеля. Сечение трубопровода проверяют нз условия

a„p<i?2, (10.20)

где Опр - максимальные продольные напряжения в трубе в середине данного пролета; В., - расчетное сопротивление стали труб (по пределу текучести).

Таблица 10. I

Таблица условий, определяющих расчетное состояние трубопровода

Вторым расчетным состоянием будет случай, когда внутреннее давление в трубопроводе имеется, но от нагрева в летнее время удлинен шпренгель. В этом случае разность температуры трубы Хр и шпренгеля будет Д< = ± 40° С. Тогда в трубопроводе имеются продольные растягивающие напряжения от внутреннего давления, равные половине кольцевых.

Третье расчетное состояние возникает при отсутствии внутреннего давления в зимнее время, когда шпренгель имеет наименьшую длину, а = 0. Кроме того, имеется обледенение шпренгелей, стоек и трубы.

Четвертое расчетное состояние будет при наличии внутреннего давления в зимнее время, Д = -40° С и при обледенении шпренгелей, стоек и трубы. При этом в трубопроводе имеются продольные напряжения от внутреннего давления, равные половине кольцевых.

От ветровой нагрузки возникают изгибающие моменты в трубопроводе в горизонтальной плоскости и дополнительные усилия в элементах конструкции. В результате в трубопроводе появятся крутящие моменты. Они будут максимальными в местах опирания трубопровода на опоры. При расчете крутящие моменты можно не учитывать, так как напряжения от них очень малы и опорное сечение, как правило, усиливается для крепления шпренгелей.

При расчете дополнительных усилий от ветра в элементах конструкции шпренгеля типа I принилгают расчетную схему по рис. 10. 2, б справа, при этом условно считают, что в точках А а В имеются жесткие шарнирные опоры.

Ветровая нагрузка увеличивает усилия в стойках н затяжке одного шпренгеля и одновременно уменьшает на эту же величину усилия в стойках и затяжке другого шпренгеля.

Для восприятия ветровой нагрузки в шпренгельных системах типа И имеются самостоятельные тпрепгелп. При этом можно

считать, что усилия от ветровой нагузки на вертикальный ширенгель пе передаются.

Для нормальной работы шпренгельных переходов шпренгели (затяжки) должны быть предварительно напряженными. Сила напряжения затяжек определяется наилучшими условиями работы трубы с учетом всего периода эксплуатации трубопровода. Для этого необходимо, чтобы максимальный пролетный момент Мщ (второе расчетное состояние) был равен максимальному опорному моменту - (четвертое расчетное состояние). Силу предварительного натяжения затяжки находят из условия равенства этих моментов, т; е.

(10. 21)

Эти моменты могут приниматься неравными в случае специального усиления сечений труб в местах опирания стоек.

Определив силу предварительного натяжения шпренгеля, вычисляют с учетом этой силы усилия во всех элементах конструкции и трубопроводе для всех четырех состояний. По максимальным усилиям проверяют принятые сечения элементов и продольные напря-н<ения в трубе. Максимальный прогиб шпренгельного перехода в середине пролета, вызываемый внешней нагрузкой и разностью температуры трубы и шпренгеля, в соответствии с рис. 10. 2, б выражается формулой

NNp ds EF

a At

В формуле (10. 22) интегралы

Nids. (10.22)

равны нулю, так как сила = 1 не вызывает нормальных усилий в элементах данной системы.

Таким образом, прогиб в середине пролета шпренгеля определяется по формуле

ММ ds El

5?Z,« ZQlNhL „

ШП 19445/ >

Наибольший прогиб перехода будет при втором расчетном состоянии трубопровода и минимальных усилиях в затяжках. В шпрепгельной конструкции первого типа максимальный прогиб определяется как равнодействующая от прогибов в плоскостях шпренгелей. Минимальный прогиб определяется при четвертом расчетном состоянии.

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

РАСЧЕТ НАДЗЕМНЫХ САМОКОМПЕНСИРУЮЩИХСЯ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДОВ С УЧЕТОМ ДЕФОРМАТИВНОСТИ ОПОР

§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМОЙ ДЕФОРМАЦИИ ОПОРЫ Продольные напряжения, определяющие величину пролета между опорами, вызываются внутренним давлением в трубопроводе, поперечным изгибом труб под действием вертикальных нагрузок, изгибом труб в вертикальной плоскости при прокладке по пересеченной местности (если не делаются специально косые стыки) и просадкой или пучением опор.

Продольные напряжения в кГ/см от внутреннего давления определяют по формуле

26

(11.1)

где р ~ расчетное внутреннее давление в кГ/см- Z>„ - нанужный формуле вертикальных нагрузок определяют но

(11.2)

где т) - грузовой коэффициент, зависящий от характера нагрузки, расчетной схемы и способа монтажа трубопровода; W - момент сопротивления трубы в см; I - расчетный пролет между опорами в см.

Напряжения от предварительного упругого изгиба труб в вертикальной плоскости составляют

(11.3)

Оо =

где Q - радиус кривизны оси трубы в месте изгиба в см- Е дуль упругости металла труб в кПсм.

пр.3°"°" ° выпучивания опоры определяются как в нераз-резнои многонролетной балке по формуле

«/Д аЕО,,А