3.2 Проверка подземного трубопровода на прочность и на недопустимые пластические деформации

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопровода в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям:

≤ ,

≤ ,

- коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях ( ≥0) =1, при сжимающих ( ‹0) определяется по формуле:

где - максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;

где - кольцевые напряжения в стенке трубы от нормативного давления, определяемые по формуле:

.

Максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий для подземного трубопровода находятся из выражения:

Δ ,

где - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, равная 1000 м; [1]

- коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), для стали = 0,3; [1]

Если одно из проверяемых условий не выполняется, следует либо подобрать другую марку стали с лучшими механическими характеристиками, либо увеличить толщину стенки до ближайшей большей по сортаменту, и повторить расчёт.

По предыдущим исходным данным произведём данный расчёт.

Для проверки по деформациям находим сначала кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки – внутреннего давления:

≤

МПа;

Коэффициент :

.

Условие ≤ выполняется.

≤ МПа;

МПа ≤ 254,17 МПа.

Определим значение продольных напряжений для положительного температурного перепада Δ :

=

= -147,19 МПа;

для отрицательного температурного перепада Δ :

=

= - 16,55 МПа.

Выполнение условия ≤ проверяем дважды:

для положительного перепада Δ :

≤ МПа, т.е. условие выполняется;

для отрицательного перепада Δ :

≤ 168,73 МПа, т.е. условие выполняется.

Проверка на недопустимые пластичные деформации соблюдается.

3.3 Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении

Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении выполняется в плоскости наименьшей жёсткости в соответствии с условием:

,

где S - эквивалентное продольное осевое усилие сжатия в прямолинейном или упругоизогнутом трубопроводе, возникающее от действия двух расчётных нагрузок и воздействий: внутреннего давления и положительного перепада температур, N_кр- продольное критическое усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода.

Проверим общую устойчивость трубопровода в продольном направлении при известных исходных данных:

=0,8 м - высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до дневной поверхности в зависимости от условий прокладки, грунт – гравелистый песок : γ_гр=19 кН/м³; φ_гр=40º; с_гр=0 кПа; k₀=25 МН/м³; ; γ_м=78500 Н/м³ ; изоляционное покрытие – заводское - ρ_и.п.=1750 кг/м³; δ_и.п.=3 мм; ,n_гр=0,8 - коэффициент надёжности по нагрузке от веса грунта.

Площадь поперечного сечения металла трубы:

Эквивалентное продольное усилие:

Осевой момент инерции поперечного сечения трубы:

1) Нагрузка от собственного веса трубопровода:

•нормативная:

•расчетная от действия собственного веса:

•расчетная на продольную устойчивость и устойчивость положения:

где - удельный вес материала, из которого изготовлены трубы, для стали, - коэффициент надежности по нагрузке.

2) Нагрузка от собственного веса изоляции:

- нормативная (выбираем изоляционное покрытие ЗПС – Э (Заводская трехслойная изоляция специального исполнения в соответствии с ГОСТ 51164 – 98 ( ):

-расчетная от действия собственного веса:

;

•расчетная на продольную устойчивость и устойчивость положения:

где – соответственно расчетные и нормативные нагрузки от веса изоляционного покрытия.

3) Нагрузка от собственного веса транспортируемого продукта

Нагрузка от веса продукта, находящегося в трубопроводе единичной длины при перекачке газа:

Нормативная:

,

Расчетная:

,

.

4)Нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом:

5)Среднее удельное давление на трубопровод:

6) Предельное касательное напряжение:

7) Сопротивление грунта продольным перемещением трубопровода:

8)Сопротивление вертикальным перемещениям:

9) Критическое усилие для прямолинейного участка трубопровода в случае жесткопластичной связи его с грунтом:

Проверяем выполнения условия:

0,84МН ≤ 0.825 = 5,203МН;

Условие выполняется, следовательно, устойчивость трубопровода в заданных условиях обеспечивается.

10) Проверим выполнения условия, в случае упругой связи прямолинейного трубопровода с грунтом, для чего рассчитаем критическую продольную силу:

,

где - коэффициент нормального сопротивления грунта (коэффициент постели грунта при сжатии).

= = 61,36 МН;

0,84МН ≤ 61,36 МН

Условие устойчивости также выполняется.

11)Расчётная длина волны выпучивания:

12) Для оценки устойчивости упругоизогнутого участка трубопровода определим параметры и _:

а затем используем номограмму найдём

13)Критическое усилие

=2,033МН

Проверяем условие

,

0,84МН 1,55МН , условие устойчивости также выполняется.

14)Критическое усилие

Проверяем условие:

,

7,56МН> 1.22МН , условие устойчивости не выполняется.

Для того чтобы обеспечить устойчивость трубопровода принимаем больший радиус упругого изгиба ρ=1000м:

Проверяем условие

,

7,56< 1.53, условие устойчивости выполняется.