5.2 Порядок выполнения работы

Работу выполнить по следующим этапам:

1) Заполнить бланк исходных данных, пример которого приведен в приложении Р. Длина и масса арматуры выбираются по каталогу завода-изготовителя.

2) Подобрать радиус кривизны осевой линии (радиус изгиба) и массу отводов по указанному в бланке нормативному документу.

3) Рассчитать пробное давление для гидроиспытаний P_пр по формуле

, (1)

где Р_пр – пробное давления для гидроиспытаний;

Р_раб – рабочее давление;

– предел текучести при температуре 20 °С;

– предел текучести при рабочей температуре.

4) Рассчитать отбраковочную толщину стенки. Расчет производится согласно пункту 13.49 РД 38.13.004-86 «Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс/см²)» либо в программе «Расчет отбраковочной толщины стенки и элементов трубопроводных систем», разработанной на кафедре ТМО [16].

5) Определить, относится ли трубопровод к высокотемпературным согласно СА 03-003-07. Если трубопровод относится к высокотемпературным, то необходимо выбрать коэффициенты релаксации и усреднения по таблицам 5.2 и 5.3 СА 03-003-07 «Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов» [17].

5.3 Требования к оформлению отчета о практическом занятии №5

Отчет должен содержать:

- цель работы;

- исходные данные для расчета в ПК «СТАРТ».

- выводы.

Радиус кривизны осевой линии (радиус изгиба) и масса отводов выбираются из ГОСТ 17375-2001 «Отводы гнутые стальные тип 3D (R=1.5 DN)». Масса и длина арматуры выбирается из каталога завода-изготовителя.

Список нормативно-технических документов, выдаваемых преподавателем на занятии:

- СА 03-003-07 «Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов.

- ГОСТ 17375-2001 «Отводы гнутые стальные тип 3D (R=1.5 DN).

- РД 38.13.004-86 «Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс/см²).

- каталоги арматуры заводов-изготовителей.

Исходные данные для выполнения работы представлены в таблице 3.

Монтажные чертежи для выполнения практического занятия представлены в приложении Б.

Пример заполненного бланка исходных данных (приложение Р) по монтажному чертежу (приложение В) представлен в приложении С.

6 Лабораторная работа №1 на тему «Расчет на прочность и жесткость технологического трубопровода с использованием пк «старт»

Цель работы: рассчитать на прочность и жесткость заданный трубопровод при статическом нагружении с использованием программного комплекса «СТАРТ».

6.1 Общие теоретические сведения

Семейство программ «СТАРТ» предназначено для проектирования и расчета прочности и жесткости трубопроводов различного назначения.

6.1.1 Оценка прочности и несущей способности

Программы семейства «СТАРТ» предназначены для расчета прочности и жесткости трубопроводов различного назначения, имеющих произвольную конфигурацию в пространстве, при статическом нагружении, а также толщин стенок труб и соединительных деталей на давление согласно следующим стандартам:

- пара и горячей воды согласно нормам Госгортехнадзора РФ РД 10-249-98 [19];

- тепловых сетей согласно РД 10-400-01 [19] (документ устарел) и СТО Ростехэкспертиза 10.001-2009 [20] (документ выпущен в развитие РД 10-400-01);

- технологических трубопроводов нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой и других смежных отраслей промышленности согласно РТМ 38.001-94 [21] (устарел) и СА 03-003-07 [22] с изменениями №1, 2, 3;

- магистральных газо- и нефтепроводов (согласно СНиП 2.05.06-85) [23].

А также:

- назначенного ресурса согласно РТМ 38.001-94, СА 03-003-07 и СТО 10.001-2009 [21, 22, 20];

- отбраковочных толщин труб и соединительных деталей (отводов, переходов, тройников, заглушек) технологических трубопроводов согласно требованиям стандарта ассоциации «Ростехэкспертиза» СА 03-005-07 «Технологические трубопроводы нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности. Требования к устройству и эксплуатации».

Общий вид интерфейса программного комплекса «СТАРТ» представлен на рисунке 11.

Рисунок 11 – Интерфейс программного комплекса «СТАРТ»

Средствами программы рассчитываются как самокомпенсирующиеся трубопроводы, в которых компенсация температурных расширений обеспечивается гибкостью самой трубопроводной трассы, так и трубопроводы со специальными компенсирующими устройствами, выполненными в виде волнистых, линзовых или сальниковых компенсаторов.

По программе рассчитываются трубопроводы практически любой сложности:

- надземные, подземные в канале и с участками, защемленными в грунте;

- плоские, пространственные, разветвленные, с замкнутыми контурами;

- с различными конструкциями концевых и промежуточных опор;

- подверженные разнообразным внешним воздействиям (температурное расширение, сосредоточенные и распределенные нагрузки, смещение опор, предварительная растяжка, распор от внутреннего давления и т.д.).

- работающие при низких и высоких температурах (учитывается эффект ползучести и релаксации напряжений согласно нормам);

- с внутренним избыточным давлением и наружным давлением (вакуум) – для таких участков проводится проверка местной устойчивости стенок.

6.1.2 Базы данных

В программе имеется пять нормативных баз данных, обеспечивающих дополнительные удобства при работе:

- «материалы» – содержит физические свойства материалов труб и элементов трубопровода;

- «пружины» – содержит характеристики и податливости пружинных цепей упругих опор различной грузоподъемности по ОСТ 108.764.01-80 [24], ОСТ 24.125.109-01 [25], [26], МН 3958-62 [27], LISEGA;

- «грунты» – содержит различные физико-механические свойства грунтов;

- «компенсаторы» – содержит характеристики осевых, угловых и сдвиговых сильфонных или линзовых компенсаторов;

- «изоляция» – содержит величины весов изоляции в зависимости от изоляционной конструкции, температуры и диаметра трубы.

6.1.3 Расчетные возможности

Программный комплекс «СТАРТ» имеет следующие возможности:

- учет трения в скользящих, направляющих, упругих и других опорах;

- учет взаимодействия трубопровода с грунтом на участках бесканальной прокладки; учитывается нелинейная податливость грунта, слоя пенополиуретановой изоляции и амортизирующих подушек;

- оценка прочности пенополиуретановой изоляции;

- автоматический подбор пружин для упругих опор и подвесок, расчет их затяжки;

- автоматический учет «манометрического эффекта» в отводах, имеющих начальную овальность и распорных усилий от внутреннего давления во всем трубопроводе;

- учет маятникового эффекта при отклонении тяг жестких и упругих подвесок от вертикального положения;

- учет односторонних связей (например, подъем трубопровода над опорами);

- учет совместной работы трубопровода с оборудованием (модуль СТАРТ-Штуцер);

- учет работы упруго-изогнутых участков большого радиуса;

- проверка устойчивости стенок вакуумных трубопроводов, возможность учета укрепления кольцами жесткости различной конфигурации;

- в результате расчета выводятся таблицы напряжений согласно выбранному нормативному документу, нагрузки на опоры, перемещения, усилия, деформации компенсаторов, коэффициенты устойчивости стенок вакуумного трубопровода;

- графическая иллюстрация деформированного состояния в различных расчетных состояниях трубопровода;

- графическая цветовая иллюстрация выполнения нормативных критериев прочности на схеме трубопровода.

6.1.4 Расчет в ПК «СТАРТ»

Данный расчет состоит:

- из выбора расчетной схемы;

- оценки прочности;

- построения эпюр выходных данных для систематизации и удобства проведения анализа полученных результатов.

Выходными данными расчета являются:

- предельные нагрузки в рабочих условиях от всех воздействий;

- нагрузки на оборудование и строительные конструкции в рабочих условиях, холодных условиях, условиях при испытаниях;

- напряжения в рабочих условиях от всех воздействий, в рабочих условиях от весовой нагрузки;

- перемещения в узлах при рабочих условиях от всех воздействий, в холодных условиях, условиях при испытаниях;

- усилия в рабочих условиях, в холодных условиях от всех нагрузок.

6.1.5 Основы работы с программой «СТАРТ»

После запуска программной системы на мониторе появляется следующее меню (рисунок 12):

Рисунок 12 – Меню интерфейса программы

Перед началом работы с программной системы «СТАРТ» пользователю рекомендуется настроить параметры нового документа. Эти параметры будут использоваться по умолчанию при задании входных данных всех вновь создаваемых расчетов.

Меню параметров нового документа изображено на рисунке 12.

Для задания размерности, температурной истории или изоляции пользователь выбирает соответствующий пункт меню. Для задания размерности, температурной истории или изоляции пользователь выбирает соответствующий пункт меню. При выборе пункта меню «Грунт» пользователь может задать для участков бесканальной прокладки шифры грунтов основания и засыпки. При выборе пункта меню «Нормативный документ» пользователь может пометить нормативный документ, по которому будут проводиться дальнейшие расчеты (рисунок 13).

Рисунок 13 – Меню параметров нового документа

6.1.6 Работа с входными данными

Для работы с входными данными пользователь входит в пункт меню «Файл» и появляется изображение (рисунок 14).

Рисунок 14 – Пункт меню «Файл»

Для основных действий возможно также использование пиктограмм.

Для ввода новых входных данных необходимо выбрать пункт «Создать», а для работы с существующим расчетом – «Открыть». Для этих действий можно также воспользоваться пикто­граммами «Создать» и «Открыть», представленными на рисунке 14.

6.1.7 Создание входных данных

После выбора пункта меню «Создать» появляется изображение (рисунок 15). Далее после вы­бора «Трубопровод» появляется панель общих данных (рисунок 16).

Рисунок 15 – Диалоговое окно пункта меню «Создать»

Рисунок 16 – Панель общих данных

При задании общих данных необходимо учесть, что рабочие характеристики упругих опор (количество и структура пружинных цепей, типы пружин и их регулировка) могут назна­чаться как для рабочего, так и для холодного состояния трубопровода. Для рабочего состояния трубопровода характеристики упругих опор рекомендуется назначать в трубопроводах, у кото­рых Т_раб > 350 °С, а для холодного – с Т_раб < 350 °С.

После задания общих данных пользователь выбирает «Продолжить» и переходит в режим графического просмотра и корректировки входных данных трубопровода (рисунок 17).

Рисунок 17 – Режим графического просмотра и корректировки входных данных трубопровода

Для корректировки данных о стандартной температурной истории нагружения (рисунок 18) следует выбрать пункт меню «Файл» – «Свойства». Для некоторых нормативных документов тем­пературная история нагружения не используется (в этом случае она не отображается) или она имеет строго определённый вид.

Рисунок 18 – Окно корректировки данных о стандартной температурной истории нагружения

Для задания характеристик цикла нажмите кнопку «+». Для редактирования отношения температурного перепада текущего цикла к максимальному температурному перепаду или частоты (число циклов с текущей температурой за заданный период) дважды щелкните мышкой на требуемом числе. После этого нажмите клавишу <Tab> или щелкните мышкой в свободное место окна диалога. Для изменения периода пометьте требуемую ячейку и нажмите на появившуюся в правом углу ячейки кнопку. В появившемся списке выберите требуемое значение периода. Во второй колонке отображается величина температурного пере­пада цикла, которая зависит от температуры монтажа, максимальной температуры и значения температурного коэффициента.

После задания всех циклов необходимо нажать кнопку «Продолжить» для продолжения работы.

Занесение данных может выполняться в трех режимах:

- графика;

- три панели;

- список участков.

Все три режима ввода синхронизированы, т.е. действия, выполненные пользователем в одном из них, отражаются на других. Таким образом, для продолжения работы пользователь в любой момент может переходить из одного режима в другой по своему желанию.

Рисунок 18 соответствует графическому режиму. Для перехода к смешанному изображе­нию второго и третьего режимов или обратно необходимо использовать пиктограммы «Таблица» и «Графика».

Графический режим. Перед работой в этом режиме следует провести дополнительную настройку: установить в удобное положение панели инструментов, включить или выключить какие-либо панели инструментов («Вид» - «Панели инструментов»).

Для ввода данных последовательно используются пиктограммы из панели инструментов «Элементы трубопровода», представленной на рисунке 8 справа от поля чертежа. В эту панель входят пиктограммы, соответствующие заданию характеристик участков (обычных и защем­ленных в грунте), всех видов изделий, креплений и деформаций трубопровода. Изображения пиктограмм, соответствующих изделиям и креплениям, приведены в таблице 9. Добавление участка, вставка изделия, крепления, деформации происходит для активного узла. Активный узел помечается крестом. Для задания характеристик участка, защемленного в грунте, он также должен быть активным. Последний узел, введенный во входные данные, всегда является ак­тивным, а для активизации любого узла (например, для построения ответвления) или ранее по­строенного участка необходимо нажать пиктограмму «Выбор» и далее указать курсором мыши на соответствующий элемент. Данные на новый участок копируются с помеченного участка.

На рисунке 19 показана схема трубопровода, полученная следующей последовательностью установки элементов: мертвая опора в узле 1, участок 1-2, отвод, участок 2-3, отвод, участок 3-4, мертвая опора.

Рисунок 19 – Схема трубопровода

При создании трубопровода не все элементы, устанавливаемые в узлах, сразу отража­ются на экране. Элементы, для которых требуется информация о направлении последующего участка (например, отвод), появляются на экране вместе с этим участком.

Ниже приведена таблица (таблица 9) с описанием действий, соответствующих пиктограммам на рисунке 19 [28].

Таблица 5 – Описание пиктограмм

Пикто­грамма	Название пиктограммы	Действие
Основная панель инструментов
	Предварительный просмотр	Предварительный просмотр печати схемы или части схемы
	Печать	Печать схемы или части схемы
	Вырезать1, 2	Вырезать в буфер обмена выделенного элемента, участка или группы элементов с участками
	Копировать1, 2	Копировать в буфер обмена выделенного элемента, участка или группы элементов с участками
	Вставить	Вставить из буфера обмена элемента, участка или группы элементов с участками
	Отменить	Отменить последнее действие
	Возвратить	Возвратить отмененное действие
	Расчет	Выполнить расчет трубопровода
	Таблица	Перейти в режим трех панелей и списка участков
	Графика	Перейти в режим графического представления трубопровода (окно просмотра)
	Результаты	Перейти в режим отображения таблицы с результатами расчета
Панель «Редактирование модели»
	Свойства	Показать и редактировать характеристики выделенного элемента или участка
	Вставить узел	Вставить новый узел на оси существующего участка. Необходимо указать место вставки
	Сместить узел	Сместить выделенный узел вдоль оси участка к одному из соседних узлов
	Разбить участок	Разбить выделенный участок на заданное число частей
	Повернуть сегмент1	Повернуть выделенный элемент или группу элементов вокруг оси, проходящей через узел, принадлежащий выделенному элементу или группе элементов, на заданный угол
	Групповая замена элементов	Заменить характеристики группы элементов, креплений или деформаций в выделенном узле
	Групповая замена участков1, 2, 3	Копирование заданных характеристик из выделенного участка в группу других участков
Продолжение таблицы 5
	Удалить5	Удалить выделенный участок, элемент или их группу. При выделении узла можно удалить все заданные характеристики или элементы
Панель «Управление видом»
	Объемное представление	Переключением между режимом объемного представления трубопровода и режимом показа осей участков
	Исходный вид	Выбор одного из стандартных видов. Доступные виды появляются при нажатии стрелки справа от пиктограммы
	Поворот на угол	Повернуть вид модели на заданный угол вокруг определенной оси координат
	Приблизить	Увеличить масштаб вида трубопровода
	Отдалить	Уменьшить масштаб вида трубопровода
	Вписать в окно	Вписать всю модель в экран
	Назад	Вернуть предыдущий вид
	Поиск участка	Найти участок трубопровода
	Выбор	Режим выделения элементов или участков трубопровода
	Поворот4	Режим динамического вращения вида трубопровода
	Перенос4	Режим динамического панорамирования вида трубопровода
	Масштабирование4	Режим динамического масштабирования вида трубопровода
Примечания: 1 Для выделения сразу нескольких участков и элементов необходимо на них указывать курсором мыши при нажатой клавише <Ctrl>. 2 Для выделения сразу нескольких участков и элементов, составляющих неразветвленную часть трубопровода необходимо указать первый узел, а затем при нажатой клавише <Shift> указать курсором мыши последний узел. Если требуется добавить к выделенным участкам ещё одну ветвь, следует нажать <Ctrl> + <Shift> и указать послед­ний узел этой ветви. 3 Для групповой замены сначала необходимо выделить участок, из которого копиру­ются характеристики, а потом нажать пиктограмму «Групповая замена». 4 В режим динамического масштабирования можно перейти при вращении колесика мыши, в режим динамического панорамирования при нажатом колесике мыши и в режим динамического вращения <Alt> + <Shift>. 5 Для удаления одиночного узла, соединяющего два участка, составляющих прямую, пометьте этот узел, удалите все изделия (крепления, деформации), которые есть в этом узле. После этого снова нажмите пиктограмму .