книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfРис.2.17. Сварной неусиленный |
Рис.2.18. Тонкостенный сварной |
|
тройник: |
тройник, усиленный накладками: |
|
1 - магистральный трубопровод; 2 - отвод |
1 - |
магистральный трубопровод: 2 - отвод; |
|
3 - |
усиливающие накладки; 4 - воротник |
Ширина накладки усиленного тройника на магистрали и на ответвлении должна быть не менее 0,4 DHOi а толщина накладок приниматься равной толщине стенки усиливаемого элемента. Для тройников с отношением
диаметра |
ответвления |
Duo к наружному основной трубы (магистрали) |
Du oменее |
0,2 накладки |
не предусматриваются, а с отношением менее 0,5 |
накладки не предусматриваются на ответвлении.
Расчетную толщину стенки магистрали тройника 0Мможно определить
по формуле: |
|
|
|
|
|
ПР |
Р°пл, |
(2.127) |
|
|
2(R n,+ npP) |
|||
|
Т |
|||
где |
расчетное сопротивление |
стали |
магистрали; ijT- коэффициент |
|
несущей способности тройника, принимаемый по графику (рис.2.19). |
||||
|
Расчетная толщина стенки ответвления 50определяется по формуле: |
|||
|
8 = 8 |
^ |
. е. |
(2.128) |
|
R\o |
А,д, |
|
|
где Æloрасчетное сопротивление стали отвода.
Рис.2.19. График для определения несущей способности тройников т|т:
1 - для сварных без усиливающих накладок; 2 - для штампованных и штампосварных; 3 - для тройников с усиливающими накладками
Определенные по формулам (2.127) и (2.128) значения 8Л, и 80
округляются в большую сторону до ближайших номинальных значений 8им и 8Н0, но не менее 4 мм.
2.5.3. Расчет переходников
По способу изготовления различают следующие типы переходников: конические, концентрические штампованные и штампосварные. Длина переходников должна удовлетворять условию:
ы ( ° и - ^ н ) .± _ + 2д |
(2.129) |
|
2 |
tgr |
|
где Dlt,du наружные диаметры концов переходника; у - угол наклона образующей переходника, принимаемый менее 12°; а - длина цилиндрической части на концах переходника, равная от 50 до 100 мм.
Толщину стенки переходников Snepследует рассчитывать по большему
диаметру: |
|
|
|
|
- |
Пр |
P-D„ |
|
|
|
(2.130) |
|
>пер = 2(R\„ep + прр) ^пер |
||
где D„ |
наружный |
диаметр |
большего трубопровода; R]nepрасчетное |
сопротивление стали переходника; rjnepкоэффициент несущей способности
переходника, равный 1,0.
Затем значение 5пер округляется в большую сторону до ближайшего номинального Su nep.
Рис.2.20. Конический переходник
Наиболее напряженными сечениями таких переходников являются 1 и П (рис.2.20). В сечении I кольцевые напряжения:
• в конусе
а кц.к ~ Q |
+ -----^ |
----- *0,55С3 |
(2.131) |
|
2 |
cos а |
|
• в цилиндре
&КЦ.К =~с2+ £ З а .Т 0,55С3 |
(2.132) |
2*„1 |
|
В сечении И соответственно:
а кц.к - |
Q |
— |
------±0,55С3 |
(2.133) |
|
|
2ôu2т 2 cos а |
|
|
а ку.к - |
Q |
^ -± 0 ,5 5 /и ? С 3 |
(2.134) |
|
|
|
2S„2 |
3 |
|
В сечении I продольные напряжения:
• в конусе
|
|
|
РР„ |
(2.135) |
|
а пр.к - ±1.82С3 + 4Su Xmxcos а |
|||||
|
|||||
в цилиндре |
|
|
|
|
|
|
гп , |
|
РР" |
(2.136) |
|
<У„ри = ±1,82/и, С3 + |
4S„ |
||||
|
|
|
|
||
В сечении II соответственно: |
|
|
|
||
&пр.к = ±1,82С3 , |
|
Pd„ |
(2.137) |
||
|
4SJt2m2 cos а |
|
|||
т |
= ± 1,82^2С + |
|
Pd„ |
(2.138) |
|
пр.ц |
2 |
^ |
|
||
|
|
|
n2 |
|
|
При выводе указанных формул принято, что сечения I и II расположены |
|||||
друг от друга на расстоянии, превышающем величину |
^2DH5Hl„plcosa и не |
||||
испытывают взаимного влияния. Коэффициенты т представляют собой отношение толщин:
|
^ н .п е р ^ ^ н 1 |
(2.139) |
|
|
|
||
|
т2 = |
„ер / &н2 |
(2.140) |
Константы определяются по формулам: |
|
||
С, = |
\^С5^Vm cos а + |
- С6^2Vт соУ& + 1 + —j |
(2.141) |
с 2 = ± [ c 5fV m cô^ + ^ ) - C 6fm2+l>-^==L=== |
(2.142) |
|||
С4 L V |
т J |
V |
V m cosa |
|
С3 = —j — \c5{Jcôsa + \)+С6{т2 -l)] |
|
(2.143) |
||
ет2С4 |
|
|
|
|
л/m cos a
Причем при расчете напряжений в сечении 1 коэффициент m принимается равным т /, в сечении II коэффициент m принимается равным т2.
Для сечения I :
(2.145)
(2.146)
(2.147)
(2.148)
Здесь N - продольная растягивающая сила, обусловленная внешними воздействиями и внутренним давлением; М - изгибающий момент, действующий на конический переход.
2.5.4.Расчет днищ
Днища (заглушки) имеют эллиптическую или близкую к ней форму. Рекомендуемые размеры:
•общая высота H £ 0,4D„ ;
•высота цилиндрической части 0,4DH;
•радиус эллиптической части R > Dfl;
•радиус перехода цилиндрической части в эллиптическую r>DH, где Д, - наружный диаметр трубопровода.
Расчетная толщина стенки |
определяется из условия прочности самой |
напряженной цилиндрической части днища:
я |
пРр° м |
(2.149) |
д" |
2\Ь д + п„р) |
|
где Я{д - расчетное сопротивление стали, из которой изготовлено днище.
Меридиональные <тЛ1 и кольцевые сг^,, напряжения в эллиптической
части днища от действия нормативной нагрузки - внутреннего давления определяются по формулам:
< = Р ^вн/^ 8 ди |
|
(2.150) |
||
_ |
P D m, |
|
(2.151) |
|
|
|
Д,2 |
N |
|
|
2 - |
|
||
4Н г
2.6.Расчет радиусов упругого изгиба на криволинейных участках трассы
Магистральный трубопровод любого диаметра и назначения имеет криволинейные участки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что обуславливается необходимостью обхода различных препятствий, рельефом местности и наличием различных переходов через естественные и искусственные препятствия. Повороты могут осуществляться при помощи упругого (свободного) изгиба, а также при помощи вварки кривых труб, изготовленных в холодном состоянии на трубогибочных станках, или крутоизогнутых вставок, изготовленных методом горячей штамповки или сваренных из отдельных сегментов.
2.6.1. Горизонтальный поворот
Поворот трубопровода в горизонтальной плоскости характеризуется следующими параметрами (рис.2.21):
•Ргор - радиус поворота;
•а угол поворота - угол между новым направлением трассы и
продолжением старого направления;
• Т - тангенс
'г |
. а |
(2.152) |
Т = РгорЪ-^ |
||
• Б - биссектриса кривой
( |
|
\ |
Б = Ргор |
1 |
--1 |
|
cos-а |
|
• К —длина кривой
па
Ргор 180
т
Рис.2.21. Параметры горизонтального поворота:
НК - начало кривой; КК - конец кривой; ВУ - вершина угла
(2Л53)
(2Л54)
Поворот в горизонтальной плоскости образуется путем приложения к будущему криволинейному участку некоторой монтажной нагрузки Р, при этом изгибаемый участок трубопровода длиной £ представляет собой консоль, нагруженную на конце сосредоточенной силой Р> создаваемой, например, трубоукладчиком (рис.2.22). Изогнутая ось консоли имеет форму параболы с переменным по длине радиусом кривизны, минимальное значение которого имеет место в точке условного защемления трубопровода.
Радиус упругого изгиба трубопровода в горизонтальной плоскости из условия прочности определится выражением:
р |
<- |
(2.155) |
Ргвр |
4аи |
К |
где о и- максимально допустимые напряжения изгиба, определяемые как
а и <Г3- ^ - й - \ М*';ч -а ,Е А \ |
(2.156) |
имея ввиду, что при положительном значении величины М^кц ~ a t EAt
коэффициент ^принимается равным единице, а при отрицательном рассчитывается по формуле (2.50).
Рис.2.22. Расчетная схема горизонтального поворота Усилие, необходимое для изгиба трубопровода, равно:
зы\ргор- 4 Р1Р- е )
(2.157)
е
Траншея при горизонтальном повороте отрывается по дуге окружности, характеризуемой уравнением:
х 2 +(РгоР ~ У? = р 1р |
(2.158) |
Получаемое несоответствие между изогнутой осью трубопровода и осью траншеи должно удовлетворять условию вписываемости трубы в траншею. Как показывают расчеты, наибольшее расхождение осей трубопровода и траншеи
2
достигается в точке х =—£: |
|
|
||
АУтах Утр |
14 |
Р£_ |
(2.159) |
|
81 |
El |
|||
|
|
|||
и не должно превышать допустимого значения |
|
|||
|
^y max<[Ay] = (B - D ftu) / 2 |
(2.160) |
||
где В - ширина траншеи |
по дну; DUM - |
диаметр закодированного |
||
трубопровода; Р - усилие, необходимое для изгиба трубопровода, определяемое по формуле (2.157).
Если трубопровод не вписывается в траншею, т.е. не выполняется условие (2.160), следует увеличить ширину траншеи по дну В или уменьшить длину изгибаемого участка I, осуществляя требуемый поворот изгибом нескольких участков меньшей длины.
2.6.2. Вертикальный поворот
Различают вертикальный поворот на вогнутом рельефе местности (рис. 2.23) и вертикальный поворот на выпуклом рельефе местности (рис.2.24).
t
Рис.2.23. Расчетная схема |
Рис.2.24. Расчетная схема |
вертикального поворота на вогнутом |
вертикального поворота на |
рельефе |
выпуклом рельефе |
Радиусы поворотов трубопровода в вертикальной плоскости определяются из двух условий: условия прочности и условия прилегания трубопровода ко дну траншеи под действием собственного веса. Поскольку ось трубопровода, изогнутого под действием собственного веса, представляет параболу, а профи дна траншеи - дугу окружности, зависимости, предложенные ниже, составлены с учетом того, что в точке наибольшей кривизны трубопровода радиус упругого изгиба был больше или равен величине, определяемой по табл.2.10.
На вогнутом рельефе местности радиус |
р вог из условия прочности |
определяется по формуле: |
|
р ю г>ЪЕОн / 5ати |
(2.161) |
из условия прилегания ко дну траншеи - по формуле:
(2.162)
где а угол поворота трассы в радианах; qmp - расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода, qmp=qM+ q ^
На выпуклом рельефе местности радиус р вып из условия прочности
(2.163)
из условия прилегания ко дну траншеи - по формуле:
Ш
<1тра 2 (2.164)