Контрольні запитання

1. Як виглядає розрахункова схема балкового переходу трубопроводу без компенсаторів?

2. У яких перерізах балкового переходу трубопроводу згинальний момент найбільший за модулем?

3. Що спричиняє появу у балковому переході трубопроводу появу поздовжнього зусилля?

4. За якої умови фактична стріла прогину геометричної осі трубопроводу у балковому переході буде меншою стріли прогину від розподіленого навантаження?

5. За якої умови фактична стріла прогину геометричної осі трубопроводу у балковому переході буде більшою стріли прогину від розподіленого навантаження?

6. Які сили потрібно враховувати при визначенні величини розподіленого навантаження у балковому переході трубопроводу?

7. Для чого потрібно визначати максимально допустиму довжину прогону балкового переходу?

8. Від яких факторів залежить сумарний згинальний момент в опорних перерізах балкового переходу?

9. Як визначається сумарне поздовжнє напруження?

5.10) Умова міцності трубопроводу у поздовжньому напрямі у балковому переході?

5.11) Чому напружений стан трубопроводу у балковому переході є двоосьовим?

6 Практичне заняття №6. Розрахунок однопрогінного балкового переходу з г- подібними компенсаторами

Метою даного заняття є вивчення методики розрахунку однопрогінного балкового переходу з Г-подібними компенсаторами та забезпечення їх застосування на практиці.

Завдання - перевірити можливість використання однопрогінного балкового переходу з двома компенсаторами.

Найпростішими та найпоширенішими у трубопровідному транспорті є однопрогінні балкові переходи без компенсаторів поздовжніх деформацій. Такого типу переходи застосовуються при відносно невеликих довжинах прогонів. За наявності компенсаторів поздовжніх деформацій розрахункова довжина прогону може бути суттєво більшою, ніж при прямолінійному прокладанні трубопроводів без компенсаторів.

На рис.6.1 зображено однопрогінний двоконсольний балковий перехід (два Г-подібні компенсатори). Оптимальною є конструкція однопрогінного переходу з консолями, в якій максимальний згинальний момент посередині прогону і

а

б

в

а –конструкція переходу; б – розрахункова схема;

в – епюра згинальних моментів; 1 – трубопровід;

2 – опори з повздовжньо рухомими опорними частинами;

3 – водойма; 4 – консоль (Г-подібний компенсатор)

Рисунок 6.1 – Однопрогінний двоконсольний балковий перехід

згинальні моменти на опорах рівні за абсолютною величиною. Це досягається у випадку, коли довжина консолі .

Розрахунок такого балкового переходу полягає у визначенні максимально допустимої відстані між опорами переходу, виходячи з двох умов, а саме, з умови максимально допустимого згинального моменту і максимально допустимого прогину посередині прогону, а також у визначенні вильоту компенсаторів.

Порядок розрахунку такий:

1. Користуючись заданою довжиною прогону 2L, обчислюється відстань між опорами переходу

. (6.1)

2. Знаходиться максимальний згинальний момент посередині прогону (див. рис.6 б, в)

, (6.2)

де - питоме розрахункове навантаження, ( , - питома вага металу труби разом з ізоляцією; - питома вага продукту в трубопроводі; , - снігове і льодове навантаження).

Величини і визначаються за формулами

, (6.3)

, (6.4)

де - коефіцієнт надійності по навантаженню від власної ваги (Додаток Б, табл. Б.1); - маса труби разом з ізоляцією (Додаток Г); - прискорення вільного падіння; - коефіцієнт надійності по навантаженню від ваги продукту (Додаток Б, табл. Б.1); - густина продукту; - внутрішній діаметр трубопроводу.

Снігове навантаження, яке припадає на одиницю довжини надземного трубопроводу,

, (6.5)

де - коефіцієнт надійності по навантаженню від ваги снігового покрову (Додаток Б, табл. Б.1);

- ширина горизонтальної проекції надземного трубопроводу ( , - зовнішній діаметр трубопроводу);

- нормативне значення ваги снігового покрову на 1м² горизонтальної поверхні на рівні прокладання трубопроводу.

У свою чергу

(6.6)

де - нормативне значення ваги снігового покрову на 1 м² горизонтальної поверхні землі (ця величини приймається за даними СНиП 2.01.07-85).

Льодове навантаження

, (6.7)

де - коефіцієнт надійності по льодовому навантаженню (Додаток Б, табл. Б.1);

- товщина шару льоду (приймається згідно СНиП 2.01.07-85);

- коефіцієнт, який враховує зміну товщини шару льоду залежно від положення трубопроводу над поверхнею землі (табл. 5.1).

3. Визначається допустиме напруження згину для трубопроводу, виходячи із умови міцності надземних трубопроводів

, (6.8)

Таблиця 5.1- Значення коефіцієнта, який враховує зміну товщини шару льоду залежно від положення трубопроводу над поверхнею землі [6]

Висота над поверхнею землі, м	5	10	20	30	50	70	100
Значення коефіцієнта	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0

де - повздовжні напруження в трубопроводі, викликані зміною його температури, внутрішнім тиском, а також згином;

- розрахунковий опір матеріалу трубопроводу. Величина визначається за формулою

, (6.9)

де - коефіцієнт умов роботи трубопроводу (Додаток Б, табл. Б.2);

- нормативний опір матеріалу трубопроводу (приймається рівним границі текучості );

- коефіцієнт надійності по матеріалу (Додаток Б, табл. Б.4);

- коефіцієнт надійності по призначенню трубопроводу (Додаток Б, табл. Б.3);

- коефіцієнт, який враховує двоосьовий напружений стан трубопроводу (при наявності компенсаторів на кінцях прогону ).

Оскільки поздовжні переміщення , викликані зміною температури компенсуються Г- подібними компенсаторами,

то , а тому допустиме напруження згину буде

(6.10)

Напруження розтягу в трубопроводі від внутрішнього тиску визначається за формулою

, (6.11)

де - коефіцієнт надійності по навантаженню від внутрішнього тиску (Додаток Б, табл. Б.1);

- номінальна товщина стінки трубопроводу.

4. Допустимий згинальний момент в трубопроводі

, (6.12)

де - момент опору при згині трубопроводу ( ).

5. Користуючись формулами (6.2) і (6.1), знаходять максимально допустиму відстань між опорами прогону і максимально допустима довжина прогону

, (6.13)

(6.14)

6. Якщо, крім того, виходячи із умов експлуатації, задається допустимий прогин посередині прогону , то при цьому допустима відстань між опорами прогону буде

. (6.15)

З двох значень , обчислених за формулами (6.13) і (6.15), необхідно вибрати менше значення. При меншому значенні нерівності (6.13) чи (6.15) обов’язково повинні виконуватися. Якщо ж вказані нерівності не виконуються, то це означає, що однопрогінний балковий перехід для заданих умов ( , ) неможливо реалізувати. У такому разі необхідно використати багатопрогінний балковий перехід.

7) У випадку можливості застосування однопрогінного балкового переходу з компенсаторами визначається величина поздовжньої деформації на переході, яка компенсується одним компенсатором

, , (6.16)

де - величина деформації трубопроводу при його видовженні на переході;

- максимально можлива деформація трубопроводу при його охолодженні.

Величини і визначаються за формулами

, (6.17)

, (6.18)

а тангенційне напруження від внутрішнього тиску

, (6.19)

де - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу труб;

- додатна і від’ємна зміна температури трубопроводу.

8) Допустиме напруження згину для компенсаторів [5,6]

. (6.20)

9) Обчислюється потрібна висота (вильот) компенсаторів

. (6.21)

Приклад. Перевірити можливість використання однопрогінного балкового переходу з двома консолями (два Г-подібні компенсатори) при перетині ріки. Довжина переходу . Трубопровід нафтовий, зовнішній діаметр якого , товщина стінки труб , робочий тиск , марка трубної сталі 10Г2СФ, категорія ділянки трубопроводу ІІІ, температурні перепади , густина нафти , нормативне значення ваги снігового покриву на горизонтальної поверхні землі , товщина шару льоду , висота трубопроводу над поверхнею землі 5м. коефіцієнт лінійного розширення металу труб , модуль пружності металу труб .

1. Обчислюємо відстань між опорами переходу

.

2. Знаходимо максимальний згинальний момент посередині прогону. Для цього визначаємо

а) питому вагу металу труби разом з ізоляцією

;

б) питому вагу нафти у трубопроводі

в) снігове навантаження на 1м довжини трубопроводу

;

г) льодове навантаження на 1м довжини трубопроводу

д) загальне питоме навантаження .

3. Визначаємо допустиме напруження в матеріалі трубопроводу. Для цього спочатку визначаємо розрахунковий опір матеріалу трубопроводу

,

напруження розтягу у трубопроводі від внутрішнього тиску

Допустиме напруження згину буде .

4. Допустимий згинальний момент у трубопроводі

Момент опору при згині взято з Додатка Г.

5. Обчислюємо максимально допустиму відстань між опорами прогону і максимально допустиму довжину переходу

,

.

Оскільки в умові задачі не вказується на допустимий прогин посередині прогону, а отриманий результат допустимої довжини переходу , розрахований із умови міцності є більшим за необхідний , то далі розраховуємо компенсатори.

6. Визначаємо тангенційне напруження від внутрішнього тиску і величини деформацій , ,

,

7. Величина деформації, яка сприймається одним компенсатором .

8. Допустиме напруження згину для компенсаторів [5,6]

9. Потрібна висота (вильот) компенсаторів