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 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

Расчет кривых труб в условиях самокомпенсации 12$

дования, эти папрязкеник носят местный характер и при статической-работе колен (вернее при ограниченном количестве циклов изменения напряженного состояния) не оказывают влияния на их предельное состояние, т. е. на прочность.

В связи с этим при расчете колен в указанных условиях кольцевыми напряжениями (несмотря на их высокое значение) следует пренебречь и ограничиться только онределением продольных напряжений по формуле (4. 14), приняв вместо численного коэффициента 0,84 коэффициент, равный 0,9.

Так как сварные из секторов колена подчиняются теории изгиба, кривых труб, то определять напряжения в них следует по приведенным выше формулам для гладких гнутых труб.

§ 30. Расчет кривых труб в условиях самокомпенсации температурных напряжений при многократцых повторных нагрузках

При проектировании паропроводов, теплофикационных сетей и технологических трубопроводов, работающих в условиях самокомиенсации температурн1.1х дефордшций, обычно не учитывают-многократное изменение напрялх-енпого состояния труб и колеп, вызывающее усталость металла при повторных нагрузках.

Между те.м в условиях самокомпенсации колена работают не-только под статическим воздействием внутреннего давления пара или другого продукта, но и под воздействием цикличных нанряжений изгиба, возникающих в результате изменения температуры транспортируемых продуктов и температурных деформаций системы.

В паропроводах, теплофикационных сетях и других трубопроводах, работающих при стационарном режиме, полные циклы изменения напряженного состояния происходят довольно редко. Изменения же температуры пара или воды даже на несколько десятков градусов лишь незначительно сказываются па напряженном состоянии системы и но могут серьезно влиять на усталостную прочность металла колен.

Что же касается трубопроводов, работающих в условиях частых изменений температурного режима (например, на некоторых нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах), то при их расчете-на прочность в ряде случаев необходимо учитывать явление усталости, так как иначе могут разруишться наиболее папряи{енны& элементы системы (кривые вставки - колена).

На практике случаи разрушения колеи трубопроводов в результате усталости довольно редки, что объясняется главным образом завышенными коэффициентами запаса прочности и низкими напряжениями.

При рациональном методе расчета, обеспечивающем значительную экономию металла, предусматривается полное использование несущей способности трубопроводов и предполагается работа колеп в упруго-пластической стадии. Допуская пластические деформации в коленах, можно проектировать системы трубопроводов более компактными, сокращать габариты компенсаторов или уменьшать их общее число.

При этом методе расчета, допускающем значительные наиряжения в металле труб, вопрос об усталостной прочности приобретает

важное значение. Как показали опыт и исследования, разрушению колен при повторных загрузках преднтествует появление продольных трещин (рис. 41). Особенность расположения трещин сви-Рис. 41. Продольная трощииа в кривой трубе, дстельствует о том, что

они находятся в зопе действия максимальных кольцевых напряжений, вызванных изгибси колена. Таким образсм, высокие кольцевые напряжения изгиба в сочетании с многократными циклами из.менения напряженного состояния могут явиться причиной усталост1гого разрушения колен.

Вопросы, связанные с ycтaлocтпoi прочностью вообще и усталостной прочностью труб и колен, решаются главным образом экспериментальным путем. Усталостная прочность зависит от многих факторов, главным образом от состояния новерхности, наличия концентраторов напряжений, масштабного фактора, скорости изменения напряженного состояния, величины напряжений, наличия или отсутствия коррозионной среды (последнее особенно важно для трубопроводов).

Исследования показали существенное различие между коэффициентами интенсификации нанряжепий при динамическом и статическом испытаниях колеп, т. е. доказали, что статические испытания кривых труб не дают представления об их усталостной прочности. Это объясняется совершенно различной природой и характером разрушения и расположения трещин усталости в прямых и кривых трубах. Трещины усталости при изгибе прямых труб возникают в поперечном направлении под воздействием одноосных переменных напряичений сжатия и изгиба. Трещины же усталости в кривых трубах возникают в продольном направлении и являются результатом воздействия двуосных напряжений изгиба, вызванных сплющиванием поперечного сечения.

Усталостная прочность кривых труб оценивается так называемым коэффициентом динамических напряжений, представляющим собой отношение изгибающего момента, вызывающего разрушение

прямой трубы, к моменту, вызывающему разрушение кривой трубы, при том же диаметре, толщине стенки и числе циклов.

Опытным путем установлено, что коэффициенты иптенсификации динамических нанряжений в кривых трубах вдвое меньше коэффициентов интенсификации кольцевых напряжений, возникающих при статических нагрузках.

§ 31. Учет совместного воздействия внутреннего давления и напряжений изгиба

Кривые участки трубопроводных систем, работающих в условиях самокодшепсации температурных деформаций, как было установлено выше, находятся под одновременным воздействием внутреннего давления и напряжений изгиба.

Для решения вопроса о суммировании возникающих при этом напряжений необходимо установить, какие из указанных силовых воздействий могут исчерпать несущую способность кривых участков трубопроводов или привести к невозможности их дальнейшей эксплуатации.

Как показали исследования, это может произойти под влиянием следующих трех основных воздействий:

1) под влиянием внутреннего давления, когда последнее достигнет предельного значения и вызовет в металле колен напряжения, равные временному сонротивлению;

2) под воздействием зпакоперемепных нагрузок, которые могут привести к усталостному разрушению колен в виде продольных трещин в местах максимальных наиряжепий, вызванных сплющиванием поперечного сечения колен при изгибе;

3) в результате потери устойчивости сечения кривых труб под воздействием больших изгибающих моментов.

Расчет кривых труб па внутреннее давление не представляет никаких затруднений; при использовании рекомендованных коэффициентов однородности, условий работы и перегрузки или коэффициента запаса всегда можно подобрать такую толщину стенок труб, при которой предельное состояние никогда пе будет достигнуто. Исследования кривых труб иа усталость показали, что даже при развитии упруго-пластических деформаций в металле колен последние могут выдержать довольно большое количество переменных нагрузок.

Исследования показали также, что явление потери устойчивости У колеп, находящихся под воздействием больших изгибающих моментов, не наблюдается; оно не имеет места даже при моментах, превосходящих более чем в 2 раза нагрузки, при которых в металле колен возникают пластические деформации. Таким образом, опасения, связанные с тем, что развитие пластических деформаций в наи-олее напряженных местах кривых труб при их изгибе может при-