Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Расчет и проектирование трубопроводов при реконструкции. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Старый стальной водовод внутренним диаметром 1,0 м подлежит бестраншейному восстановлению:

1) первый вариант: круглой полиэтиленовой трубой ПЭ 100 диамет-

ром 0,9 м с толщиной стенки согласно ГОСТ 18599-2001 22,0 мм;

2) второй вариант: деформированной полиэтиленовой трубой диа-

метром трубы близким к 1,0 м с толщиной стенки 24,4 мм.

Удельное сопротивление старой стальной трубы рассчитывается по формуле А = 0,0017d

–5,1716

и полиэтиленовых труб А = 0,0004d

-5,7276

Расход Q составляет 0,79 м3/с.

Второй метод реновации — нанесение цементно-песчаного покрытия.

Старый стальной водовод имеет диаметр 1,0 м и подлежит бестраншейной реновации:

1) первый вариант: путем нанесения цементно-песчаного покрытия

методом опалубки;

2) второй вариант: путем центробежного набрызга.

Толщины слоев согласно установленным нормам для диаметра 1,0 м составляют в обоих случаях 11 мм.

Расход Q составляет 0,79 м3/с.

Требуется:

Произвести расчет экономии энергозатрат после проведения работ по бестраншейной реновации стальных трубопроводов двумя методами:

 протягиванием полиэтиленовых труб (два альтернативных случая);

 нанесение цементно-песчаного покрытия (два альтернативных случая).

Произвести сравнение расчетных величин потенциала энергосбережения для четырех случаев.

Задача 4. Прочностной расчет для определения толщины стенки многослойной трубы («сталь + полимерный рукав») как самостоятельной несущей конструкции.

Исходные данные:

 внешний диаметр трубопровода D = 1 400 мм, или 1,4 м, соответ- ственно радиус R = 700 мм, или 0,7 м (при начальной толщине стальной трубы 10 мм);

 остаточная толщина стальной трубы dст = 6,1 мм;

 высота грунтовых вод над лотком трубы Нв = 4 м;

 объемный вес металла (стали) уст = 7,85 т/м3;

 объемный вес полимерного рукава уп = 1,75 т/м3;

 проектная (первоначально задаваемая) толщина полимерного ру- кава dп =15 мм;

 модуль упругости стали Е1 = 21 × 106 т/м2;

 модуль упругости (деформации) полимерного рукава 15 × 104 т/м2.

Требуется:

Определить устойчивость многослойного трубопровода «сталь + полимерный рукав» с учетом остаточной толщины стенки стальной трубы и назначаемой толщины пластикового рукава для обеспечения несущей способности конструкции.

Рекомендации:

Расчет ведется согласно пунктам методики прочностного расчета для определения толщины стенки многослойного трубопровода как самостоятельной конструкции из условий устойчивости многослойного трубопровода с определением величины параметра R/d при известных значениях остаточной толщины стальной трубы, назначаемой толщине стенки полимерного рукава и приведенной по жесткости к металлу толщине пластикового рукава.

Задача 5. Прочностной расчет многослойной трубы («сталь + полимерный рукав») по предельным состояниям на растяжение лотковой части трубопровода (воздействие веса трубы, грунтовых вод, горного давления и внутреннего давления).

Исходные данные:

 глубина залегания трубопровода (от поверхности земли до лотка)

Н = 6 м;

 высота грунтовых вод над лотком трубы Нв = 4 м;

 внутреннее давление воды в трубопроводе Р = 60 м вод. столба

или 60 т/ м2;

 объемный вес грунта у = 1,7 т/м3;

 объемный вес воды ув = 1,0 т/м3;

 модуль упругости окружающего грунтового массива Е2 = 13 × 102 т/м2;

 модуль упругости стали Е1 = 21 × 106 т/м2;

 коэффициенты Пуассона для труб и грунта 1, 2 соответственно

(0,3) и (0,35);

 предел текучести стали Rу = 270 МПа;

 коэффициент, учитывающий формирование нагрузки от горного давления К (принимается равным 0,7 при 6 < Н < 10 м и равным 1 при Н < 6 м).

 коэффициент бокового распора в грунтовом массиве λ = 0,5.

Требуется:

Произвести прочностные расчеты и оценить их результаты в отношении выполнения требований по прочности стенки многослойной трубы при воздействии суммарных нагрузок от собственного веса трубы, давления грунтовых вод, горного давления и внутреннего давления.

Задача 6. Прочностной расчет многослойной трубы («сталь + поли- мерный рукав») по предельным деформациям (прогибам) свода трубопровода от собственного веса трубы, внутреннего давления воды, давления грунтовых вод, горного давления при наличии колесной нагрузки, деформации земной поверхности.

Исходные данные:

 внешний диаметр трубопровода D = 1 400 мм, или 1,4 м, соответ- ственно радиус R = 700 мм, или 0,7 м;

 глубина залегания трубопровода (от поверхности земли до лотка) Н = 6 м;

 высота грунтовых вод над лотком трубы Нв = 4 м;

 внутреннее давление воды в трубопроводе Р = 60 м вод. столба,

или 60 т/ м2;

 объемный вес грунта у = 1,7 т/м3;

 объемный вес воды ув = 1,0 т/м3;

 модуль упругости окружающего грунтового массива Е2 = 13 × 102 т/м2.

 модуль упругости стали Е1 = 21 × 106 т/м2;

 коэффициенты Пуассона для труб и грунта 1, 2 соответственно

(0,3) и (0,35);

 предел текучести стали Rу = 270 МПа;

 коэффициент, учитывающий формирование нагрузки от горного

давления К (принимается равным 0,7 при 6 < Н < 10 м и равным 1 при Н < 6 м);

 коэффициент бокового распора в грунтовом массиве λ = 0,5;

 продольные предельные наклоны земной поверхности

 

100,4

;

 предельные деформации земной поверхности

 

100,6



Требуется:

Произвести прочностные расчеты и оценить их результаты в отношении выполнения требований по предельным деформациям (прогибам) при воздействии суммарных нагрузок от собственного веса трубы, внутреннего давления вод, горного давления и наружного давления грунтовых вод.

Задача 7. Прочностной расчет многослойной трубы «асбестоцемент + полимерный рукав».

Исходные данные:

 асбестоцементная труба диаметром D = 0,4 м;

 проектная толщина стенки асбестоцементной трубы da = 0,023 м;

 назначаемая толщина стенки полимерного рукава dn = 0,01 м;

 назначаемый модуль деформации полимерного рукава En = 25 × 104 т/м2;

 модуль деформации асбестоцементной трубы Еа = 2,5 × 106 т/м2;

 глубина заложения трубопровода Н = 4 м;

 внутреннее давление в трубопроводе Р = 60 т/м2;

 условия прочности асбестоцементной трубы Rа = 600 т/м2.

Требуется:

На базе назначенных толщины стенки и модуля деформации полимерного рукава произвести прочностные расчеты и оценить их результаты в отношении выполнения требований обеспечения условия прочности асбестоцементной трубы.

Задача 8. Прочностной расчет многослойной трубы «железобетон + полимерный рукав».

Исходные данные:

 железобетонная труба диаметром D = 0,8 м;

 проектная толщина стенки железобетонной трубы da = 0,075 м;

 назначаемая толщина стенки полимерного рукава dn = 0,01 м;

 назначаемый модуль деформации полимерного рукава En = 25 ×

104 т/м2;

 модуль деформации железобетонной трубы Еа = 2,5 × 106 т/м2;

 глубина заложения трубопровода Н = 4 м;

 внутреннее давление в трубопроводе Р = 60 т/м2;

 условия прочности железобетонной трубы (приведенное расчет-

ное сопротивление бетона растяжению Rр = 420 т/м2).

Требуется:

2.4. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Задача 1. Рассчитать ресурс стального трубопровода по остаточной толщине его стенки и предложить наиболее оптимальный метод его ремонта.

Решение задачи 1.

Определяется скорость коррозии за год V, мм/год:

V = (d

проек.

– d

ост.

) / N = (12 – 8)/15 = 0,266 мм/год.

Определяется остаточный ресурс N

ост.

, год:

ост.

= (d

ост.

– d

ост.

) / V = (8 – 7)/0,266 = 3,76 года.

Наиболее приемлемым методом бестраншейного ремонта может являться протягивание в трубопровод полимерной трубы или наложение сплошного внутреннего защитного покрытия из полимерных материалов, что будет обеспечивать повышение несущей способности двухслойной трубной конструкции и обеспечит работу трубопровода даже при дальнейшем утонении стенки трубопровода.

Другие методы ремонта, например, нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность не даст должного эффекта, так как не обеспечит усиления несущей способности трубопровода в последующее время эксплуатации.

Задача 2. Определить минимальную толщину стенки участка проектируемого стального трубопровода.

Решение задачи 2.

Для расчета толщины стенки используется формула (54):

S = D(10–1P

внут

+ 10–4hρ + P

под. вод

) / 0,8RK(m1 + m2 + m3 + m4 + m5). (54)

Подставляя исходные значения, получаем: S = 0,71672 см, или 7,17 мм.

Таким образом, при наличии СКЗ толщина стенки стального трубопровода составит 7,17 мм.

В случае отсутствия СКЗ толщина стенки составит: S = 0,84 см, или 8,4 мм.

Таким образом, отсутствие СКЗ приведет к необходимости увеличения толщины стенки на 8,4 – 7,17 = 1,23 мм, или 17,15 %.

Задача 3. Оценка энергосбережения при реновации стального трубопровода бестраншейными технологиями.

Решение задачи 3.

Годовая экономия электроэнергии ΔE (кВт·ч) на 1 пог. м подсчитывается по следующей базовой формуле (55):

ΔE = [9,81 × Q3(А

ст.стар.

– А

п.нов.i

) / η

нас.ηдвиг.

]24×365, (55)

где Q — расход подаваемой трубопроводом воды, м3/с; η

нас.,

и η

двиг.

— соответственно коэффициенты полезного действия соот-

ветственно насоса и электродвигателя;

24 — количество часов работы насоса в сутки, ч; 365 — количество дней в году;

ст.стар

, А

п.нов.i

— соответственно единичные потери в старом стальном

трубопроводе и новом полимерном после ремонта участка.

В случае реализации первого метода реновации — протягивание полиэтиленовых труб — внутренний диаметр круглой полиэтиленовой трубы (первый случай), протягиваемой в трубопровод, составляет: 0,9 – 2 × 0,022 = 0,856 м.

Внутренний диаметр предварительно деформированной трубы (второй случай) составляет 1,0 – 2·0,0244 = 0,9512 м.

Подставляя исходные данные в формулу (1) и производя промежуточные операции, получим расчетные значения годовой экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода:

1) для первого случая (круглая труба) 42,72 кВт∙ч:

3 5,1716 5,7276

9,81 0,79 (0,0017 1,0 0,0004 0,856 )

0,8 0,9



   





на 1 погонный метр длины трубопровода в год;

2) для второго случая (деформированная труба) 68,74 кВт∙ч:

3 5,1716 5,7276

9,81 0,79 (0,0017 1,0 0,0004 0,9512 )

0,8 0,9



   





на 1 погонный метр длины трубопровода в год.

Второй метод реновации — нанесение цементно-песчаного покрытия.

Внутренний диаметр после реновации составит (для первого и второго случаев) 1,0 – 2 × 0,011 = 0,978 м.

Подставляя исходные данные в основную формулу и производя промежуточные операции, получим расчетные значения годовой экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода:

1) для первого случая (метод опалубки) 40,52 кВт∙ч:

3 5,1716 5,2146

9,81 0,79 (0,0017 1,0 0,0009 0,978 )

0,8 0,9



   





на 1 погонный метр длины трубопровода в год;

2) для второго случая (центробежный набрызг) 60,33 кВт∙ч:

3 5,1716 5,3081

9,81 0,79 (0,0017 1,0 0,0006 0,978 )

0,8 0,9



   





на 1 пог. м длины трубопровода в год.

Результаты расчетов по определению годовой экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода для различных технологий сведены в табл. 30.

Таблица 30

Данные по экономии электроэнергии на единицу длины трубопровода

при реализации альтернативных технологий

Наименование

бестраншейной

технологии реновации

Модификация технологии

реновации

Величина ΔЕ,

кВт·ч

1. Протягивание полимерной трубы внутрь старой

Протягивание круглой

в профиле трубы

42,72

Протягивание деформированной

в профиле трубы

68,74

2. Нанесение слоя цементно-песчаного покрытия

Нанесение опалубки

40,52

Центробежный набрызг

60,33

Анализируя данные табл. 30 по двум альтернативным бестраншейным технологиям реновации старого стального трубопровода и их модификаций, можно сделать вывод, что наиболее экономичным результатом в плане уменьшения энергозатрат является бестраншейная реновация старого трубопровода путем протаскивания в него деформированной в профиле полиэтиленовой трубы (ΔE = 68,7426 кВт·ч). Наименее экономичный результат уменьшения энергозатрат достигается в случае реконструкции трубопровода путем нанесения опалубки.

Задача 4. Прочностной расчет для определения толщины стенки многослойной трубы (сталь + полимерный рукав) как самостоятельной несущей конструкции.

Базовая расчетная формула имеет вид (56):

. (56)

Определяются следующие величины:

1) приведенное по жесткости к металлу сечение полимерного ру-

кава d* (57):

d* = dп(Е

пл /Е1

)

1/3

= 15(15 × 102/21 × 106)

1/3

= 0,62 мм; (57)

2) суммарная толщина стенки многослойной трубы (58):

d = d

ст

+ d* = 6,1 + 0,62 = 6,72 мм; (58)

3) требуемый диапазон изменения соотношения R/d (59):

R/d < (Е1 /4Нв)

1/ 3

= (21 × 106/4·4)

1/3

< 109,43; (59)

4) согласно исходным данным R = 700 мм, тогда (60):

R/d = 700/6,72 = 104,17, что < 109,43. (60).

Условия соблюдаются, т. е. расчетная величина R/d находится в установленных рамках.

Далее производится расчет приведенного объемного веса многослойного трубопровода по формуле (61):

= (устd

ст

+ упdп) / (d

ст

+ dп) = (8,75 × 6,1 + 1,75 × 15) / (6,1 + 15) = (61)

79,625 / 21,1 = 3,77 т/м3.

Как показывают результаты расчета объемного веса, новая конструкция «сталь + полимерный рукав» имеет определенный усредненный вес; она более тяжелая, чем полимер, и менее тяжелая, чем сталь.

При решении используются расчетные данные, полученные ранее (см. задачу 4):

1) производится расчет напряжений в лотке трубопровода от соб-

ственного веса трубы по формуле (62):

; (62)

2) производится расчет сжимающих напряжений от внешнего дав-

ления грунтовых вод по формуле (63):

; (63)

3) производится расчет напряжений от внутреннего давления

транспортируемых вод по формуле (64):

; (64)

4) производится расчет напряжений от горного давления с учетом

колесной нагрузки по формуле (65):















2 S





. (65)

Промежуточные расчеты производятся по формулам (66-72):

; (66)

. (67)

. (68)

= μ1 / (1 – μ1) = 0,3 / (1 – 0,3) = 0,42857 и

=μ2 / (1 – μ2) = 0,35 / (1 – 0,35) = 0,5385; (69)

; (70)

; (71)

. (72)

Тогда, подставляя данные по промежуточному расчету, получим:

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]