Добавил:

euroduck97 ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Предмет:

Основы проектирования и строительства трубопроводных систем

Файл:

Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

.pdf

Скачиваний:

592

Добавлен:

01.06.2021

Размер:

18.76 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 5556 / 8356 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 > Следующая >>>

Рис.5.46. Площадь действия нагрузок на защитный кожух от транспорта в зависимости от глубины его заложения

Таблица 5.35

Средняя плотность грунта естественной влажности

Грунт	ρгр, кг/м3
Пески, супеси, пески и супеси с примесью гальки,	1600
щебня или гравия (до 10%)
Пески, супеси, пески и супеси с примесью гальки,	1700
щебня или гравия (более 10%)
Суглинки легкие и лёссовидные с примесью	1600
гальки, щебня или гравия (до 10 %)
Суглинки легкие и лёссовидные с примесью	1750
гальки, щебня или гравия (более 10 %)
Глины без примесей	1800
Глины с примесью гравия, гальки или щебня	1750
(до 10 %)
Глины с примесью гравия, гальки или щебня	1900
(более 10 %)
Гравий и галька	1750
Морские глины с валунами (до 10 %)	1850
Мореные глины с валунами (от 10 до 30 %)	2100
Мореные пески, супеси и суглинки с гравием,	1750
галькой и валунами (до 10 %)
Мореные пески, супеси и суглинки с гравием,	1950
галькой и валунами (до 30 %)
Торф	500–700

549

5.4. Примеры расчетов

Пример 5.1. Рассчитать устойчивость против всплытия подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока воды на трубу.

	Исходные	данные:	участок	категории 1;	Dн×δн =	1020×15,2 мм;
Dн.и	= 1024 мм; Dн.ф = 1070 мм; W = 9,04 10-3				м3; β = 10°	= 0,1744	рад;
ρ =	2000 м;	qв = 9466	Н/м; qизг	= 19 Н/м;	qтр = 3620	Н/м; qдоп	= 0;

γв =1,15 104 Н/м3; γб = 2,3 104Н/м3; υ=υ2 = 0,5 м/с; v = 1,0 10-6 м2/с; L = 350 м;

глубина водоема hв = 7,4 м; hо = 1,0 м; грунт суглинистый, k = 0,4.

Решение

1. Число Рейнольдса по формуле (5.2) для гладкого трубопровода

Re = 0,5 1,024 = 5,12 105 , 1,0 10−6

для офутерованного трубопровода

Re = 0,5 1,07 = 5,35 105. 1,0 10−6

И в том, и в другом случае, Сх = 1,0; Су = 0,66.

2. Горизонтальная составляющая гидродинамического воздействия потока по формуле (5.1)


	Рх =1,0	1,15 104		0,52 1,024 =150 Н/м.

			2 9,8
3.	Вертикальная составляющая гидравлического воздействия потока по
формуле (5.3)
	Ру = 0,66		1,15 104		0,52 1,024 = 99 Н/м.

			2 9,8
4.	Вес балластировки в воде по формуле (5.6)

	н		1						150
q	бал.в	=		1,15	9466	+19	+99	+		−3620	= 7533 Н/м.
			0,9						0,4

5. Вес балластировки в воздухе по формуле (4.64)

qн	= 7533	2,3 104		=17725 Н/м.

бал	2,3	104 −1,15 1,15	104

6. Проверка устойчивости против смятия трубы по формуле (5.8)

550

δн = 3 (1,02 − 0,0152)3 1,15 104 (7,4 +1,0)	= 0,076 > 0,0143 м,
2 2,1 1011

следовательно, устойчивость трубы против смятия обеспечивается.

Пример 5.2. Определить параметры балластировки трубопровода. Исходные данные взять из предыдущего примера.

Решение

1. При балластировке одиночными кольцевыми железобетонными грузами УТК 1020-24-2 (см.табл.5.4) расстояние между грузами рассчитаем по формуле (4.65)

lГ	=	4048 9,8 −1,15	104	1,76	= 2,58 м.
lГ	=	7533			= 2,58 м.
		7533

2.Потребное число грузов по формуле (4.68)

Ν= 350/2,58 + 135,7 ≈ 136 .

3.При балластировке сплошным обетонированием диаметр обетонированной трубы по формуле (5.9)

	π 0,9 1,0242 2,3 104				150
			+ 4 19	+ 99 +		−3620	−0
					0,4
D =							=1,496 м.
б	π (0,9	2,3 104 −1,15 1,15			104 )

4.Толщина слоя бетона по формуле (5.10)

δб =1,496 −1,024 / 2 = 0,236м = 236 мм.

Пример 5.3. Рассчитать параметры укладки подводного трубопровода на дно траншеи протаскиванием на первой и четвертой стадиях.

Исходные данные взять из первого примера. Дополнительно ϕгр = 22°; сгр

=12 кПа; балластировка произведена кольцевыми железобетонными

пригрузами УТК 1020-24-2, толщина груза (t = 0,2 м; Dн.г= 1,5 м; Dтр=Dн.ф= 1,07 м; γгр= 1,7 104 Н/м3; qпс= 0,3 кН/м2.

Решение

1. Расчетная нагрузка от веса футеровки по формуле (5.16)

551

q =1,1 7600 π (1,072 −1,0242 ) = 632 Н/м.

фут	4

2. Вес офутерованного трубопровода в воздухе по формуле (5.15)

G= 350(3620 + 17725 + 32) = 7692000Н = 7692 кН.

3.Сопротивление трубопровода сдвигу по формуле (5.13)

С= 350 12 0,3 1,02 = 1285 кН.

4.Длина хорды пригруза по формуле (5.18)

			i = 2		1,5		2		1,07	2
			i = 2				−			=1,05 м.
					2				2
5.	Пассивный отпор грунта по формуле (5.17)
		0,2	2	2	o	22		o				o		22	o
	17	0,2	tg	2	o	22					45	o	+	22		=1123 кН.
E =136 1,05		2	tg		45 +		2		+ 2 12 0,2 tg		45		+	2		=1123 кН.
		2					2							2
6.	Усилие протаскивания по формуле (5.14)

Тпр = 0,4 7692 + 1285 + 1123 = 5484 кН.

7.Переходим к четвертой стадии. Принимаем S′= 500 м2, fв = 0,32.

8.Вес протаскиваемого трубопровода в воде по формуле (5.21)

Gв = 350(3620+7533-9466) = 590450 Н ≈ 590 кН.

9. Пассивный отпор грунта в воде по формуле (5.24)

		(17	−11,5) 0,2	2		2		o		22	o			o		22	o
		(17	−11,5) 0,2			2		o		22				o		22
Ев	=136 1,05				tg		45		+			+ 2 12 0,2 tg	45		+			=
Ев	=136 1,05		2		tg		45		+	2		+ 2 12 0,2 tg	45		+	2		=
			2							2						2
=136 кН.
10. Усилие протаскивания по формуле (5.23)

Тпр = 0,32 590 + 136 + 0,3 500 = 475 кН .

11. Результаты расчетов усилия протаскивания Тпр по формулам (5.14) и (5.23) показывают, что на первой стадии протаскивания по грунтовой дорожке значение Тпр превышает технические возможности самой мощной лебедки ЛП151, даже при использовании подвижного блока. Для уменьшения Тпр используем рельсовую спусковую дорожку ОСД-3 с собственным весом одной тележки GТ = 13 кН, коэффициентом трения качения fк = 0,0012 м; радиусом колеса тележки RT = 0,4 м, радиусом оси тележки rТ= 0,09 м, грузоподъемностью 250 кН.

552

12. Сопротивление, создаваемое трением качения колеса тележки по рельсам, по формуле (5.26)

						13
	(3,62 +17,23) 1+							1,0012
	(3,62 +17,23) 1+							1,0012
Т1 =						250			= 0,06674 кН/м.
Т1 =		0,4							= 0,06674 кН/м.
		0,4
13. Сопротивление, создаваемое трением скольжения в подшипниках
осей тележки, по формуле (5.27)
(3,62 +17,23)					13
		1	+				0,05 0,09
		1	+				0,05 0,09
Т2 =				250						= 0,2527 кН/м.
Т2 =		0,4								= 0,2527 кН/м.
		0,4

14. Дополнительное сопротивление, создаваемое трением реборд колес о рельсы при движении, по формуле (5.28)

Т3 = 0,5(0,0674 + 0,2527) = 0,1587 кН/м.

15. Сопротивление, создаваемое трением тягового колеса о грунт по формуле ( 5.29), принимая канат для лебедки ЛП-151 диаметром 60,5 мм с qк = 140 Н/м,

Т4 = 0,14 1,0 = 0,14 кН/м. 16. Усилие протаскивания по формуле (5.25)

Тпр = [2 (0,0674 + 0,2527 + 0,1587) + 0,14] 350 = 384 кН.

17. Расчетное тяговое усилие в этом случае по формуле (5.34)

Тр = 1,1 384 =423 кН.

18. Для четвертой стадии протаскивания по той же формуле (5.34).

Тр = 1,1 475 =523 кН.

19. Очевидно, теперь можно заменить лебедку ЛП-151 на ЛП-1А с тяговым усилием Ттяг = 720 кН. В обоих случаях условие (5.35) выполняется.

Пример 5.4. Определить допустимую глубину погружения трубопровода на трех этапах: начальном, промежуточном и конечном.

Исходные данные: Dн×δн = 1020×15,2 мм; Dвн = 989,6 мм; W = 9,04 10-3 м3;

I=6,05 10-3 м4; R2 = 270 МПа; qм = 4140 Н/м при коэффициенте надежности по

нагрузке от собственного веса nс.в = 1,1; qиз = 46 Н/м; qфут = 632 Н/м; qбал.в = 7533 Н/м; qв = 9466 Н/м; трубопровод имеет отрицательную плавучесть и

поддерживается на плаву понтонами с qпт = 5000 Н/м.

553

Решение

5.4.1.Начальный этап

1.Нагрузка от собственного веса трубопровода

qтр = qм + qиз + qфут = 4140 + 46 + 632 = 4818 Н/м. 2. Нагрузка q1 , q2 и ω по формулам (5.32), (5.53)

q1 = 4818 + 7533 – 9466 = 2885 Н/м;

q2 = 5000 + 9466 – 4818 – 7533 = 2115 Н/м;

ω= q1 + q2 = 2885 + 2115 = 5000 Н/м.

3.Параметр m по формуле (5.39)

m = 2115/5000 = 0,423.

4.По графику (см.рис. 5.7) для q2/ qтр = 2115/4818 = 0,44 отношение

уо/Dн = 0,32, откуда уо = 0,3264 м.

5.Параметр β2 по формуле (5.40)

β	2	=	2885	=13,19 10	−4 1	; β = 3,63 10	-2	1	.
			0,3264 2,1 1011 6,05 10−3		м2			м
		4

6. Безразмерные максимальные напряжения на участке b по формуле

(5.43)

σ b = 2 13,19 10−4 270 9,04 10−−33 =1,2875. 5,0 10

7. Безразмерная длина участка а по формуле (5.41)

а = (1−

1−0,423)

0,423

1,2875

= 2,71.

(1 −0,423) [2 (1−

1−0,423)− 0,423]

Безразмерная длина участка с по формуле (5.42)

0,423 1,2875

с =

(1 − 0,423) [2 (1 − 1 − 0,423)− 0,423]−1 = 2,71.

Безразмерная величина поперечной силы по формуле (5.44)

10. Так как

Qo = 0,423 2,71 – 0,9136 = 0,2327.

> 0 то

σb>σn и по формуле (5.46) можем определить

безразмерную допустимую глубину укладки трубопровода

554

	2	2,71									2
											2
h =											2,71	+ 2,71		−0,423×
h =	0,423		(0,423 2,71−0,9136)								3	+ 2,71	+1	−0,423×
	0,423										3
			2		2,71				0,9136	4
	×	2,71		−	2,71	−		+	0,9136		=16,293.
	×	12		−	12	−	1	+	12 2,71		=16,293.
		12			12				12 2,71

11. Длина участка а по формуле (5.47)

a= 0,9136 / 3,63 10−2 = 25 м.

12.Длина участка с по формуле (5.48)

с= 12,71/3,63 10-2 = 74,7 м.

13.Допустимая глубина погружения по формуле (5.49)

hв = 0,3264 16,293 + 1,02 = 6,34 м.

5.4.2.Промежуточный этап

14.По отношению q1/q2 = 2885/2115 = 1,364 находим на графиках (см.

рис.5.9) ψa = 0,26 и ψb = 0,23.

15.Изгибающий момент на участке а по формуле (5.54)

Ма =	3 6,34 2,1 105	6,05 10−3 5,0 10−3	0,26 = 2,02 МН м.
		2

16. Изгибающий момент на участке b по формуле (5.55)
Мb =	3 6,34 2,1 105	6,05 10−3 5,0 10−3	0,23 =1,79 МН м.
		2

17. Максимальные изгибающие напряжения на участках а и b по формуле

(5.56)

σmaxa = 2,02 / 9,04 10−3 = 223 МПа.

σmaxb =1,79 / 9,04 10−3 =198 МПа.

Как видно, и в том, и в другом случае σmax<R2.

18.По графику (см.рис.5.10) для отношения q1/q2 = 1,364 находим коэффициент n= 2,3.

19.Длина участка а по формуле (5.57)

а = 4	6 6,34 2,1 105 6,05 10−3		= 76,6 м.
	(2,3 −0,5) −0,25 2,34	2,115 10−3
5,0 10−3

20. Длина участка с по формуле (5.58)

555

с= 2,3 76,6 = 176,2 м.

21.Длина участка b по формуле (5.59)

b= 176,2 – 76,6 = 99,6 м.

22. Максимально возможная глубина погружения трубопровода по формуле (5.60)

= 2702 0,0152 =

h 10,36 м.

max	1575	0,262 1,0048

23. Соответственно, максимальная глубина водоема по формуле (5.61) hв = 10,36 + 1,02 – 0,33 = 11,05 м.

5.4.3.Конечный этап

24.Реакция грунта по формуле (5.64)

R= 2 2,885 10−3 270 9,04 10−3 =118,7 кН.

25.Длина участка с по формуле (5.62)


с =	118,7				1
с =	118,7		1+		1		=104 м.
	2,885				0,423
	2,885				0,423
26. Длина участка b по формуле (5.63)
b = 118,7					1	= 36,5 м.
	5				0,423
27. Используя уравнение прогибов (5.65), определим h:
2,1 108 6,05 10−3 h = 118,7 1043				− 2,885 1044				+ 5 36,54	= 8560653, откуда
	6				24			24
h =	8560653						= 6,74 м.
h =		2,1 108 6,05 10−3					= 6,74 м.

28. По формуле (5.66) максимальная глубина водоема hв = 6,74 + 1,02 = 7,76 м.

Пример 5.5. Рассчитать тяговое усилие протаскивания рабочего трубопровода в грунтовую скважину при методе наклонно-направленного бурения.

Исходные данные для расчета:

556

Наименование	Обозначение	Величина
Диаметр скважины, мм	Dскв	1,372
Угол входа рабочего трубопровода, град	αвх	6°
Угол выхода рабочего трубопровода,	αвых	9°
град
Радиус кривизны профиля (участок 2), м	R	1225
Длина скважины по оси с учетом	Lскв	412,50
упругого изгиба, м
Длина трубопровода с учетом	Lоб	435,7
технологического запаса,м
Длина участков
1.прямолинейный, м	L1	45,56
2.криволинейный, м	L2	321,06
3.прямолинейный,м	L3	45,88
Балластировка трубопровода
Заполнение рабочего трубопровода		100%
водой, %
Характеристики трубопровода
Наружный диаметр, мм	Dн	1020
Масса 1 м трубы по ТУ-14-3-1573-99, кг	Мт	517,37
Внутренний диаметр, мм	Dвн	978
Толщина стенки номинальная, мм	δн	21
Плотность материала труб, кг/м3	ρтр	7850
Предел прочности стали, МПа	R1	540
Предел текучести стали, МПа	R2	390
Расчетное сопротивление трубной стали	R2	203,48
по пределу текучести, МПа
Толщина изоляции, мм	δи	3,5
Плотность материала изоляции, кг/м3	ρи	970
Вес единицы длины трубопровода с	qтр	5182,4894
изоляцией, Н/м
Коэффициент трения трубопровода и	f	0,5
бурильных труб в скважине
Коэффициент трения при движении	fр	0,05
трубопровода на роликовых опорах
Динамическое напряжение сдвига	τо	100
бурового раствора, Па
Плотность бурового раствора, кг/м3	ρбр	1100
Скорость протаскивания трубопровода,	υ	1,5
м/мин

Решение

1. Выталкивающая сила, действующая на изолированный трубопровод в буровом растворе по формуле (5.107)

q = π 1,0272 1100 9,81 = 8939,1 Н/м.

в	4

557

2. Вес воды (балласта) в единице длины трубопровода по формуле (5.106)

q = π 0,9782 100 9,81 = 7369,476 Н/м.

б	4

3.Вес единицы длины трубопровода, заполненного водой и находящегося

вбуровом растворе по формуле (5.105)

qo=5182,4894 + 7369,476 – 8939,1 = 3612,9 Н/м.

4. Сила сопротивления перемещенного трубопровода в вязко-пластичном буровом растворе на единицу длины по формуле (5.112)

ро = π 1,027 100 = 322,6 Н/м.

5. Усилие на первом прямолинейном участке по формуле (5.113)

Т1 = (0,5 3612,9 0,994522 – 3612,9 0,104528 + 322,6)·45,56= 79342,9 Н.

6. Параметр F по формуле (5.115)

	−	79342,9		= 0,5.
F = 0,5 sign	−	1225	+3612,9 0,994522	= 0,5.
		1225

7.Параметр А по формуле (5.116)

А= е0,5(-0,157-0,1047198)=0,877305769.

8.Параметр G по формуле (5.117)

G =	1225 3612,9	= 3540634,548 Н.
	(−0,5)2 +1

9. Усилие на криволинейном участке по формуле (5.114)

Т2 = 79342,9 0,8773+{(1-0,52) (0,8773 0,9945-

0,9876)+2 0,5 (0,8773 0,1045+0,156434)} 3540634548+1225 322,6

1−0,8773 = 739268,2 Н. 0,5

10. Усилие на втором прямолинейном участке по формуле (5.118)

Т3 = 739268,2 + (0,5 3612,9 0,98768 – 3612,9 (-0,156434) + 322,6) 45,88 =

= 861859,2 Н.

558

<<< < Предыдущая 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 5556 / 8356 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Основы проектирования и строительства трубопроводных систем

#
01.06.202118.76 Mб592Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte.pdf
#
01.06.202138.43 Mб47ВСТО трубопроводная система.ppt
#
01.06.20216.05 Mб91Описание технологических объектов транспорта газа.pdf
#
01.06.20215.41 Mб59Проектная документация Лукойл-Западная Сибирь.pdf
#
01.06.202114.36 Mб70Проектная документация Северный поток 2.pdf
#
01.06.202114.36 Mб50Северный поток-2.pdf