4.3.8 Розрахунок товщини стінки трубопроводу
Розрахункова товщина стінки визначається за формулою
р(d m) , 2 р n
де р – максимальний тиск в системі; d- діаметр трубопроводу;
m –відхилення по діаметру труби (овальність) , m=(0,08 – 0,15) мм;
n – допустимі відхилення товщини стінки, n=0,9;
р - допустиме напруження матеріалу труби на розрив,
яке приймається рівним (30 – 35) % від тимчасового опору розриву.
Оскільки найбільший тиск є у нагнітальному трубопроводі, визначимо тиск на виході з насоса.
Рисунок 4.23 – Визначення тиску на виході з насоса
Запишемо рівняння Бернуллі для дільниці між перерізами
3-3 і 4-4.
82
|
|
|
P |
|
2 |
|
|
|
P |
|
|
|
|
2 |
|
|
z |
|
|
3 |
|
3 3 |
z |
|
|
4 |
|
|
|
4 |
|
4 h |
. |
|
g |
|
g |
|
|
|||||||||||
|
3 |
|
|
2g |
|
4 |
|
|
|
2g |
3 4 |
|
||||
Проведемо аналіз рівняння відносно площини порівнян- |
||||||||||||||||
ня, яка проходить через переріз 3-3. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Переріз 3-3 |
|
|
|
|
|
Переріз 4-4 |
|
|||||||||
z3 = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
z4=hн |
|
|
|
||||
р3=рвих. -? |
|
|
|
|
|
|
Р4=0 (надл.) |
|
||||||||
3 Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0 |
|
|
|
|
||
S |
|
|
|
|
|
|
|
h3 4 hl |
hм.о. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Дані, одержані в результаті аналізу, підставляємо у вихідне рівняння Бернуллі.
рвих (hн 3 32 hl hм.о. ) g .
2g
hн – геометрична висота нагнітання, hн=16 м.
3 - середня швидкість течії води у нагнітальному трубопроводі, 3 = 1,9 м/с,
3 - коефіцієнт нерівномірності розподілу швидкостей, при турбулентному режимі 3 = 1;
hl - втрати напору на тертя по довжині нагнітального трубопроводу, hl = 29,86 м;
hм.о. - втрати напору в місцевих опорах нагнітального трубопроводу, hм.о. = 8,53 м;
- густина нафти за температури t 100 C,
= 999,6 кг/м3
83
рвих. (16 |
1,9 |
2 |
|
29,86 8,53)999,6 9,81 531587Па 0,53МПа |
||
2 |
9,81 |
|||||
|
|
|||||
Ударне підвищення тиску
р с ,
де - густина нафти за температури t 100 C, с- швидкість поширення ударної хвилі ,
|
|
|
К |
|
|
|
||
с |
|
|
|
|
|
, |
||
|
|
|
Кd |
|
||||
1 |
|
|
|
|||||
|
Е |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
К - модуль пружності води, К=2 109 Па (додаток Б методичних вказівок);
Е - модуль пружності сталі, Е=206 109 Па(додаток Б методичних вказівок);
- густина нафти за температури t 100 C,
d- діаметр нагнітального трубопроводу, d= 0,061 м;- товщина стінки, = 0,0035 мм.
Отже, швидкість поширення ударної хвилі
с |
2 |
109 |
/ 1 |
2 109 |
0,061 |
1310 |
м/ с |
|
999,6 |
206 109 |
0,0035 |
||||||
|
|
|
|
|||||
Ударне підвищення тиску
р 999,6 1310 1,9 2487471Па 2,5МПа.
Отже, максимальний тиск в системі
р рвих. р 531587 2487471 3019058Па.
Напруження на розрив для сталі марки Ст3
84
р =140 МПа. Приймаємо m=0,1 мм. Розрахункова товщина стінки дорівнює
|
3019058(0,061 0,0001) |
0,00073м. |
|
2 140 106 0,9 |
|||
|
|
Товщина стінки трубопроводу = 0,0035 мм більша розрахункового значення.
4.3.9 Розрахунок зусиль , що діють у характерних перерізах
В перерізі 1-1 (рисунок 4.24) діє горизонтальна складова сили тиску на криволінійну поверхню, що визначається за формулою
Fх ( p0 ghc ) Sv ,
де p0 - надлишковий тиск над вільною поверхнею. Над віль-
ною поверхнею тиск атмосферний. Отже, надлишковий тиск дорівнює нулю p0 = 0 (надл.);
hc - глибина занурення центра тяжіння проекції криволінійної поверхні на вертикальну площину, hc = D2 ;
Sv площа проекції криволінійної поверхні на вертикальну
площину, Sv L D ;- густина води.
Отже,
Fg D2 L D 999,6 9,81 102 10 6 1765000H 1765кН.
Вперерізі 2-2 діє вертикальна сила Fz, яка визначається за формулоюFz ( p0 gh) S,
85
p0 = 0 |
(надл.), h=L, |
S |
d |
2 |
|
|
||||
|
4 |
. |
|
|
||||||
Отже, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
F gL |
d |
2 |
|
|
|
3,14 10 |
2 |
|
||
|
|
999,6 9,81 6 |
|
|
4619000H 4619кН. |
|||||
z |
|
4 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.24 – Розрахунок зусиль
Визначимо товщину стінок резервуара Статичний тиск рідини на рівні дна резервуара
p2 L g 6 999,6 9.81 58836Па
Сила тиску Fх передається на два перерізи стінки резервуара
Fx 2 L [ р ] ,
де [ р ] =140 МПа – напруження на розрив для сталі марки
Ст3,
- товщина стінки резервуара; 86
L - висота стінки резервуара, що змочена рідиною. Звідси
|
F |
|
1765 103 |
0.00105м. |
2 L [ р ] |
2 6 140 106 |
|||
|
x |
|
|
|
Мінімальна товщина стінки резервуара дорівнює 4 мм, тому приймаємо товщину стінки 4 мм.
Визначимо товщину кільцевого зварного шва, що з’єднує дно і стінку резервуара
|
|
|
|
Fz D [ р ] |
||
Звідси |
|
|
|
|
||
1 |
|
F |
|
|
4618,6 103 |
0.0105 м 11мм |
D [ р ] |
|
3,14 10 140 106 |
||||
|
|
z |
|
|
|
|
Таким чином підготовка зварного шва повинна передбачувати двосторонню обробку кромок і двостороннє зварювання зі зміцнюючим валиком.
87