Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов

..pdf
Скачиваний:
116
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
35.35 Mб
Скачать

скважин в грунте большего диаметра, чем прокладываемая труба. Этот метод не рекомендуется применять на слабых (водонасыщенных и сыпучих) грунтах во избежание просадки дорожного полотна.

Эффективность применения шнековых установок горизонтального бурения зависит от правильного выбора конструктивных и рабочих параметров установок.

Конструктивные параметры установок: диаметр режущей головки, шаг и длина шнека; угол подъема наружной образующей винтовой линии шнека и др. выбираются, исходя из конструкции перехода, диаметра прокладываемого трубопровода и глубины его заложения под дорогами.

Таблица 5.28

Техническая характеристика установок горизонтального бурения

Показатели

УГБ-4

УГБ-5

УГБ-2

ГБ-1421

Диаметр

325, 426

630, 720

1220

1220, 1420

прокладываемого

530, 630

920, 1020

 

 

кожуха, мм

 

 

 

 

Длина

до 60

40-50

до 40

до 50

прокладки, м

 

 

 

 

Мощность

29

40,5-44

40,5-44

51,5

двигателя, кВт

 

 

 

 

Скорость

1,8-1,9

1,8-18

1,8-18,5

1,5-12,7

бурения, м/ч

 

 

 

 

Максимальное

748,8

748,8

748,8

748,8

усилие подачи

 

 

 

 

кожуха, кН

 

 

 

 

Рабочими параметрами считаются: частота вращения шнека и режущей головки; скорость бурения, подача и толщина стружки; коэффициенты разрыхления грунта, заполнение сечения и объема шнека; производительность шнекового транспортера, мощность и энергоемкость резания и транспортирования грунта, усилия для подачи режущей головки и проталкивания кожуха.

Требуемая мощность установки горизонтального бурения в кВт определится как:

Ny = N6 + Nut + Nnp ,

(5.335)

где Nut - мощность, затрачиваемая на перемещение грунта шнеком; N„p - мощность, затрачиваемая на продавливание кожуха; мощность, затрачиваемая на бурение скважины, равная:

N e = P c p ^ ~ -

(5.336)

где Ru, - средний радиус шнека, м ; п - частота вращения шнека, об/мин; Рср - среднее усилие, необходимое для разрушения грунта режущей головкой, Я, равное:

Рср = к - hc Rc тр ,

(5.337)

где к - коэффициент удельного сопротивления грунта разработки при бурении режущими головками фрезерного типа (определяется по графику (рис. 5,42 в зависимости от Ис и иб)\ Ис - толщина стружки срезаемого грунта, м; Rc радиус скважины, м; тр - число режущих граней на головке, обычно тр = 2-3; Об - скорость бурения, м/мин, определяемая по формуле:

_ n -S -y fv

(5.338)

о* =

где 5-шаг шнека, м (табл. 5.24); Лр-коэффициент разрыхления транспортируемого грунта (табл.5.30); DUI , /)с-диаметр шнека и скважины соответственно, м (табл. 5.31); ^-коэффициент объемного наполнения шнека, зависящий от высоты заполнения шнека и угла естественного откоса насыпных грунтов при движении по цилиндрическим кожухам. Коэффициент y/v находится по графику (рис. 5.43) в зависимости от h (в долях от /?ш), где Рш~ наружный радиус шнека.

Максимальное значение высоты h можно определить, исходя из геометрических размеров транспортируемого грунтового потока, размещенной в пределах шага шнека:

hmax ~ LT • tgq>r

(5.339)

где LT - длина транспортируемого грунтового потока в пределах шага шнека, м. Для расчета можно взять Lr = S\ <рг~ угол естественного откоса разрыхленного грунта в движении, <рг = (0,85-1,0) где - угол естественного откоса грунта в покое, табл. 2.12.

Минимальная частота вращения шнека и режущей головки определяется по эмпирической формуле [74]:

(5.340)

где кгр коэффициент, характеризующий физико-механические свойства грунтов.

K-Ю ,Н/м

О

0.2

0,4

0,6

0,8

—— Ьс,см

Рис.5.42. Зависимость коэффициента удельного сопротивления грунта резанию “к” от толщины стружки hc и скорости бурения иа:

1-2 - слабый известняк; 3-4 - суглинок влажный; 5-6 - супесь

О

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

 

 

 

—►

h (в долях) от R

Рис.5.43. Зависимость коэффициента \|/и от h и срт-

] фг=18в-20°; 2 <рт= 25°- 30°, 3 - фг=40°-45°

Значение коэффициента кгрдля различных грунтов приведены в табл.

5.32.

Таблица 5.29

Основные геометрические размеры шнеков установок горизонтального

______________________________ бурения________________________________

Установка

горизонтального

бурения

УГБ-4

V T C <

У1 D -J

У1 D-Z

ГБ-1421

 

Размеры шнеков, мм

 

Угол подъема

диаметр

диаметр

шаг шнека

винтовой

наружной

внутренней

 

линии

образующей

ограничивающей

 

поверхности

винтовой линии

винтовой линии

 

шнека, а\

270

102

230

25*25'

290

 

230

24*50'

320

 

230

24*15'

345

 

230

23*50'

370

 

230

23*25'

390

 

230

23*10'

480

 

360

31"

500

 

360

3045'

520

 

360

30*30'

550

 

360

30*10'

580

 

360

29*50'

600

152

360

29*40'

570

460

29*10'

590

 

460

28*50'

610

 

460

28*40'

640

 

460

2820'

665

 

460

28*07'

685

 

460

27*55'

750

 

800

32*55'

840

 

600

32*10'

880

 

600

31’52'

920

 

600

31*32'

940

 

600

31*55'

980

 

600

31*15'

1050

168

800

35’05'

1100

 

 

34*47'

1140

 

 

34*40'

1175

 

800

34"20'

1050

168

35*05'

1100

 

 

Э4’47'

1150

 

 

34*40'

1200

 

 

34*34'

1250

 

 

3426'

1300

 

 

34*17'

1350

 

 

34*08'

Таблица 5.30

Коэффициент разрыхления транспортируемого грунта

Грунт

кр

Глина мягкая жирная

1,44-1,75

Глина мореная ломовая

1,5-1,78

Песок без примесей

1,3-1,58

Песок с примесью щебня и гравия

1,37-1,73

Скальные разрыхленные грунты

1,6-1,72

Легкий суглинок

1,42-1,66

Тяжелый суглинок

1,55-1,69

Суглинок с примесью щебня и гравия

1,57-1,72

Супесь без примесей

1,3-1,58

Супесь с примесью гравия и щебня

1,57-1,72

Таблица 5.31

Размеры режущих головок установок УТБ и ГБ

Установка

Диаметр

Диаметр

Диаметр

Диаметр

 

кожуха,

диска,

скважины,

головки,

 

мм

мм

мм

мм

 

325

280

360

 

УГБ-4

426

360

460

315

530

480

575

 

 

 

630

570

670

 

 

630

570

670

 

УГБ-5

720

660

760

315

920

860

960

 

 

 

1 0 2 0

960

1060

 

УГБ-2

1 2 2 0

1165

Ш о

315

ГБ-1421

1 2 2 0

1165

1260

360

1420

1360

1470

 

 

Максимально возможная частота вращения шнека [74] равна:

0,5(с<мg[ - f T sinax)

<Q g 6

"max

-cosa{ +sina{)

(5.341)

f o i / т

 

где a\ - угол наклона винтовой линии шнека, на которой расположены частицы грунта (из табл.5.29);Угкоэффициент трения грунта по винтовой поверхности

шнека в движении (табл. 5.33); f a — коэффициент трения грунта по винтовой поверхности в покое (из табл. 5.33).

Таблица 5.32

Коэффициент кгр, характеризующий физико-механические свойства

транспортируемых грунтов

Грунты и их состояние

 

 

Пески и супеси: нормальной влажности

 

6-7

мокрые

 

7-10

Суглинки и глины: нормальной влажности

 

4,5-6

мокрые

 

6 - 8

Известняки, глинистые сланцы, мел: нормальной влажности

5-8

мокрые

 

8 - 1 0

 

 

Таблица 5.33

Коэффициент трения насыпных грунтов по стали в покое и движении

Грунт

Щебень гранита влажный

0,53

0,45

Известняк мелкокусковой влажный

0,55

0,51

Супесь мелкокусковая нормальной влажности

0,53

0,46

Песок среднезернистый сухой

0,43

0,41

Суглинок мелкокусковой нормальной влажности

0,63

0,54

Мощность, необходимая для перемещения грунта винтовым транспортером со шнеком, смонтированным на опорных подшипниках, определяется по эмпирической формуле [74]:

N u = -

 

- • WT g

 

(5.342)

 

3,6106

 

 

где 1 Ш- длина шнека, м;

ко- поправочный коэффициент, зависящий от типа

грунта; для глинистых и суглинистых грунтов

ко = 1 ,2- 1 ,6 ; для песчаных и

супесчаных грунтов

ко = 1,8-2,0; WT- коэффициент сопротивления насыпного

грунта транспортированию (находится по графику (рис.5.44); g -

ускорение

свободного падения,

м/с2;

Qm -

массовая

производительность

шнекового

транспортера, т/ч, равная:

 

 

 

 

Qm = 6 0 ’L ^ L S n p ' r ü

(5.343)

4

 

где p - плотность грунта, разрыхленного режущей головкой, т/м3.

Мощность, необходимая для перемещения грунта винтовым транспортером с безопорным шнеком, определяется по формуле, аналогичной

(5.342):

 

Ыш=3 6 Л ( Р ' К '*

(5'344)

где W0 - коэффициент сопротивления насыпного грунта транспортированию (находится по 1рафику рис. 5.45).

 

*“ п.об/мнн

Рис.5.44. Зависимость коэффициента

Рис.5.45. Зависимость коэффициента

удельного сопротивления грунта

общего удельного сопротивления

перемещению шнеком:

транспортированию влажного

1 -\)б= 1,5 м/ч; 2 -г)5=2,5 м/ч;

суглинка:

3 - 0)5=5,24 м/ч

1 - 0)5=1,5 м/ч; 2 - щ=2,5 м/ч

Мощность, затрачиваемая на продавливание кожуха с учетом временных вертикальных нагрузок от транспорта, определяется по формуле:

{[з(phll+ p MhM)DK+^ { D l - D l ) p c + GK] L g +qT•*}

f

• Dm,

60103 А „Д ?

(5.345)

где р и рм- плотность насыпного грунта и грунта в массиве соответственно, кг/м ; hM- высота насыпи, м; hM- толщина материкового грунта над кожухом, м; Ою,9Окв - диаметры кожуха; наружный и внутренний соответственно, м; рс -

плотность стали, кг/м3; qT - временная нагрузка от транспорта, определяемая по табл.5.34 в зависимости от глубины заложения кожуха; F — площадь поверхности кожуха, на которую действует давление от временных нагрузок транспорта, определяемая по графику (рис. 5.46) в зависимости от глубины заложения кожуха и его диаметра; / ~ коэффициент трения стали о грунт ( / =0,3-0,6 ); G* - масса единицы длины шнекового транспортера с разрабатываемым грунтом, равная:

GK= Gm + Сгр ,

(5.346)

где Gut - масса единицы длины шнека, кг/м; Gzp - масса грунта на единицу длины шнека, определяемая в зависимости от высоты заполнения кожуха грунтом, равная:

 

Gm* 0 ,6 - G K

(5.347)

где GK- масса единицы длины кожуха, кг/м;

 

GK= j ( D 2KH- D l ) p c

(5.348)

 

4

 

Glp =

РгрУ'о

(5.349)

 

 

Таблица 5.34

Временные нагрузки при различной глубине заложения защитного кожуха

Глубина

Временная нагрузка, МПа

Глубина

 

Временная нагрузка quМПа

заложения

от

от

заложения

 

от

от

кожуха, м

автотранспорта

подвижного

кожуха, м

автотранспорта

подвижного

0,5

10,30

состава ж.д.

3

 

0,349

состава ж.д.

-

 

0,627

1

0,523

0,957

4

h

0,299

0,535

2

0,418

0,768

5

0,262

0,467

Средняя плотность грунта естественной влажности ргр выбирается по табл. 5.35.

3

5

7

9

11

1 3

1 5

1 7

p м 2

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

рт кг/м3

Пески, супеси, пески и супеси с примесью гальки,

1600

щебня или гравия (до 1 0 %)

 

Пески, супеси, пески и супеси с примесью гальки,

1700

щебня или гравия (более 1 0 %)

 

Суглинки легкие и лёссовидные с примесью

1600

гальки, щебня или гравия (до 1 0 %)

 

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 1 0 %)

 

Глины с примесью гравия, гальки или щебня

1900

(более 1 0 %)

 

Гравий и галька

1750

Морские глины с валунами (до 10 %)

1850

Мореные глины с валунами (от 10 до 30 %)

2 1 0 0

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

5.4. Примеры расчетов

Пример 5.7. Рассчитать устойчивость против всплытия подводного трубопровода с учетом гидродинамического воздействия потока воды на трубу.

Исходные

данные:

участок

категории

1; DH^SH =

1020x15^2

мм;

DHM = 1024 мм; В нф =

1070 мм;

W =

9,04-10° м3; Р = 10°

= 0,1744

рад;

р = 2000 м;

дв = 9466 Н/м; дшг =

19 Н/м;

дтр = 3620

Н/м; ^ 0„

- 0;

у. =1,15Ю4 Н/м3; Гб = 2,3-104Н/м3; о=и2 = 0,5 м/с; v = 1,0 Ю-6 м2/с; L = 350 м; глубина водоема he = 7,4 м; h0= 1,0 м; грунт суглинистый, к = 0,4.

Решение

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

Л е= М

^

= 5,12-10’

1,0-10"6

 

для офутерованного трубопровода

 

 

0,5 • 1,07

= 5,35-10*

Re = -

,-6

1,0*10

 

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

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

Р , = 1,0 • 1’15- — •0 ,5 2 • 1,024 = 150 Н /м .

42-9,8

3.Вертикальная составляющая гидравлического воздействия потока по формуле (5.3)

Ру = 0,66 • 1 ,1 5 - 104 • 0,52 • 1,024 = 99 Н/м.

2■9,8

4.Вес балластировки в воде по формуле (5.6)

Ябшв = — f u 5 • 9466 +19 + 99 + — - 362о1 = 7533 Н/м.

Чбале 0 9 (^ 04 )

5. Вес балластировки в воздухе по формуле (4.64)

2,3

104

ч'бап ~ 7533-

= 17725 Н/м.

2,3-Ю4 —1,15-1,15-104

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

Соседние файлы в папке книги