3. Расчет параметров трубопровода

Исходные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3– Исходные данные

Условия эксплуатации				Среда использования
Трубопровод очистной системы				морская вода

Напряжения в трубопроводах определяются в зависимости от действующих внешних нагрузок. В общем случае осевые напряжения (вдоль оси трубы) равняются:

Здесь – коэффициент условий работы трубопровода, принимаем для транспортировки инертных жидкостей ;

– прочность КМ в продольном направлении для выбранного пакета [1, с. 205].

– напряжение от внутреннего давления,

где – коэффициент перегрузки,

– внутреннее давление на трубопровод;

– толщина трубопровода;

– средний диаметр трубопровода.

Результаты расчета напряжения от внутреннего давления приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Результаты расчета напряжений

2,4	42,4	1,0	5,3
3,2	43,2		4,05
4,4	44,4		3,03

– напряжение от внешнего давления,

где – внешнее давление на трубопровод, его значение достаточно малое и оно не учитывается.

– наибольшие напряжения от влияния равномерно распределенной нагрузки ,

где – длина межопорной части трубопровода, принимаем ;

– равномерно распределенная нагрузка, которая может быть определена согласно формуле:

где – коэффициенты перегрузки, которые равны соответственно:

– нагрузки от собственного веса трубопровода,

где – плотность материала трубопровода, – внутренний диаметр трубопровода;

– нагрузки от теплоизоляции или антипроникающего покрытия плотностью и диаметром .

Результаты расчета напряжения от влияния равномерно распределенной нагрузки приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Результаты расчета напряжений

2,4	42,4	0,347	0,2	398,695	2212
3,2	43,2	0,462	0,163	420,424	1471
4,4	44,4	0,636	0,131	442,202	1099

Результаты расчета осевых напряжений (вдоль оси трубы) приведены в таблице 6

Таблица 6 – Результаты расчета напряжений

2,4	5,3	2212	2219,8	108,8
3,2	4,05	1471	1476,3
4,4	3,03	1099	1103,05

Кольцевые (тангенциальные) напряжения от внутреннего давления определяются согласно формуле:

где – прочность КМ в кольцевом направлении.

Результаты расчета кольцевых (тангенциальных) напряжений от внутреннего давления приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Результаты расчета напряжений

2,4	42,4	0,007	0,0045	96
3,2	43,2	0,005	0,0021
4,4	44,4	0,002	0,0009

Расстояние между опорами горизонтального трубопровода находят в соответствии с условиями прочности

и жесткости (отсутствия провисания)

Если рассматривать секцию трубопровода как шарнирно опертую балку с достаточно тонкими стенками, то расстояние между опорами горизонтального трубопровода согласно с условиями жесткости можно рассчитать так:

Если известны значения и , то можно определить коэффициент армирования – отношение количества волокон, ориентированных в поперечном направлении, к количеству продольных слоев при продольно-поперечной намотке:

После определения всех геометрических параметров проверим прочность трубопровода согласно критерию прочности Мизеса-Хилла:

Результаты расчета геометрических параметров трубопровода приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Геометрические параметры трубопровода

2,4	2219,8	12,498	12,498	2	1,9446
3,2	1476,3	15,4	18,191	2	1,4169
4,4	1103,05	18,01	21,523	2	0,9832

При действии только внутреннего давления n_АРМ=2.

Окончательно принимаем – толщина трубопровода, количество слоев – 44, – расстояние между опорами и коэффициент армирования .

Необходимость использования теплоизолирующего слоя определяется условиями работы трубопровода (температурой эксплуатации) и свойствами рабочей среды. В нашем случае толщина трубопровода состоит из непосредственно толщины трубы (определенной согласно условий прочности) и толщины теплоизолирующего слоя . В этом случае теплопередача через стенку трубопровода рассчитывается как передача тепла через двухслойную стенку (рис. 1).

Толщину теплоизолирующего слоя можно определить из уравнения Фурье для двухслойной стенки:

Рисунок 1 – Распределение температуры в двухслойной стенке

где – потеря тепла на единицу длины трубопровода, принимаем

– коэффициент теплопроводности стеклопластика;

– коэффициент теплопроводности стеклянной ваты.

Из уравнения (8) получаем , принимаем . Следовательно