Часть №7. Расчет водовода и промежуточных опор.
Расчёты металлического водовода на прочность и устойчивость оболочки.
Предварительный расчёт.
На предварительной стадии расчет проводится с учетом только внутреннего давления воды Р.
,
где в
– плотность
воды (в=1000
);
H - максимальный пьезометрический напор на рассматриваемом участке водовода.
В условиях постоянной площади сечения подводящего водовода пьезометрический напор определяется по формуле
,
где n – коэффициент перегрузки, n=1,2;
-максимальный
гидроудар в спиральной камере (см. выше);
ВБ- отметка верхнего бьефа, для которой получен максимальный гидроудар (см. выше);
ОСИ-отметка оси водовода в рассматриваемом сечении (на рассматриваемом участке водовода берется сечение ближайшее к турбине);
Толщина оболочки определяется по “котельной” формуле, после чего уточняется в соответствии с сортаментом.
,
где
– диаметр
водовода
;
Р- внутреннее давление воды (см. выше);
R- расчетное сопротивление стали.
,
где Rн - нормативное сопротивление стали (Rн=240МПа);
с- коэффициент перехода к сопротивлениям (с=1,0);
К- коэффициент безопасности по материалу (к=1,1);
m- коэффициент условий работы ( m=0,6);
Кн- коэффициент надежности (для первого класса капитальности Кн=1,2)
→
Расчет с учетом сложного напряженного состояния.
Помимо внутреннего давления воды на оболочку действуют распределенная нагрузка от собственного веса и веса воды, а также осевые силы.
Распределенная нагрузка q находится по формуле
,
где n – коэффициент перегрузки (n=1,2);
в,
ст
– плотность
соответственно воды и стали
(в=1000
,ст=7850
)
–диаметр
водовода (см. выше);
- толщина оболочки (см. выше);
=30 - угол наклона оси водовода к горизонту;
Изгибающий момент М посередине пролёта определяется по формуле для многопролетной балки.
,
где lПР– расстояние между осями промежуточных опор (lПР=20м);
Осевая сила – это равнодействующая трех составляющих (взяты наиболее существенные силы, действующие в осевом направлении):
- веса вышележащей оболочки Аобол (до компенсатора);
- трения по промежуточным опорам Аопор тр;
- трения в компенсаторе Акомп тр;
,
где n – коэффициент перегрузки (n=1,1);
где lо– длина участка трубопровода от рассматриваемого сечения до компенсатора (lПР=20м).
Осевая сила трения по промежуточным опорам при повышении температуры:
,
где n – коэффициент перегрузки (n=1,1);
q- распределенная нагрузка;
lПР - длина участка водопровода между участками промежуточных опор;
- коэффициент трения (для катковой опоры =0,05);
оп - количество промежуточных опор.
Осевая сила трения в компенсаторе сальникового типа при увеличении температуры:
,
где n – коэффициент перегрузки (n=1,1);
-коэффициент трения (=0,015);
Равнодействующая осевая сила А находится как алгебраическая сумма составляющих:
Определение напряжений.
В условиях сложного
напряженного состояния в оболочке
действуют 2 главных напряжения: кольцевое
и осевое
.Согласно
принятому правилу знаков сжимающие
напряжения имеют знак плюс, а растягивающие
– минус.
Кольцевые напряжения
находятся по “котельной” формуле и
для принятого правила знаков отрицательны:
,
где - определенная предварительным расчетом толщина оболочки;
остальные значения см. выше.
Продольные
напряжения
находятся по формуле
,
где А - равнодействующая осевых сил;
- площадь поперечного
сечения оболочки;
M - изгибающий момент в середине пролета;
W - момент инерции сечения.
Согласно энергетической теории прочности, приведенные напряжения определяются по формуле
Прочность металлической оболочки водовода обеспечена, если удовлетворяется неравенство R,
где R - расчетное сопротивление стали, определенное в предварительном расчете;
при значении коэффициента условия работы (m=0,85);
R → проведенный расчет удовлетворяет.
Расчет оболочки водовода на устойчивость.
Рассчитывается несущая способность оболочки против сплющивания внешним атмосферным давлением.
Дополнительная жесткость оболочки может быть обеспечена в результате установки рёбер жесткости. Ребра необходимы, если выполняется неравенство:
,
т.к. условие не выполняется, рёбра жесткости не требуются.
|
Параметр |
Значение |
|
1 |
20 |
|
Внутренний диаметр оболочки D, м |
4,4 |
|
Пролет оболочки lПР, м |
16,2 |
|
Толщина оболочки , м |
0,013 |