Расчёт трубопровода

1.Механический расчёт трубопровода

Исходные данные для расчета имеют следующий вид:

• плотность воды _в=1075 кг/м³;

• наружный диаметр трубопровода D_н=820 мм;

• давление в трубопроводе Р=6.3 МПа;

• грунт – глина;

• категория участка – высшая;

• ;

• .

Для стенки трубы выбираем материал – сталь ТУ14-3-1698-90 марки

17 С1С-У, выпускаемую Челябинским трубопрокатным заводом со следующими характеристиками: временное сопротивление разрыву _в=510 МПа, предел текучести _т=360 МПа, коэффициент надежности по металлу трубы к₁=1.47 [1].

В общем случае толщину стенки трубопровода согласно [1], можно определить по формуле (1.1).

,

(1.1)

где, ₁ – коэффициент двухосного напряженного состояния металла труб;

n_р – коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления с промежуточными НПС, n_р=1,1 [1];

р – внутреннее давление в трубопроводе, МПа;

D_н – наружный диаметр трубопровода, мм;

R₁ – расчетное сопротивление материала, МПа.

Значение расчетного сопротивления материала можно рассчитать по формуле (1.2).

,

(1.2)

где  нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается =_в=510 МПа;

m – коэффициент условий работы трубопровода, для первой категории трубопроводов m=0,75 [1];

к₁ – коэффициент надежности по металлу;

к_н – коэффициент надежности по назначению. Для трубопровода с условным диаметром 820 мм и внутренним давлением 6.3 Мпа, к_н=1,05;

Коэффициент ₁=1 при сжимающих продольных осевых напряжениях _прN>0.

При _{пр N}<0 ₁ определяется по формуле (1.25).

,

(1.3)

Рассчитаем предварительную толщину стенки трубопровода, первоначально принимая ₁=1, по формуле (1.1).

Уточняем это значение по [1] и принимаем δ=12 мм.

Продольные осевые напряжения рассчитаем по формуле (1.4).

,

(1.4)

где t – расчетный перепад температур, ⁰С;

 – коэффициент Пуассона, =0,3;

_t – коэффициент линейного расширения металла, который равняется _t=1,210^-5 1/⁰С;

Е – модуль Юнга, равный Е=2,0610⁵ МПа;

n_t – коэффициент надежности по температуре, n_t=1;

D_вн – внутренний диаметр трубопровода, величина которого составляет

Расчетный перепад температур t будет равняться

Рассчитаем продольные напряжения _{пр N}:

Так как для _{пр N(-)}>0 ₁=1 и данный случай уже рассчитан, то найдём значение коэффициента двуосного напряженного состояния для _{пр N(+)} < 0, т.е. получаем

Для данного значения коэффициента ₁ рассчитаем толщину стенки трубопровода

Окончательно принимаем трубу диаметром 820×12 мм.

Теперь произведём проверку толщины стенки на прочность и деформацию.

Прочность в продольном направлении проверяется по условию (1.5).

 R,

(1.5)

где – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (0)=1.0 , при сжимающих (<0) определяется по формуле (1.6).

,

(1.6)

где – кольцевые напряжения в стене трубы от расчетного внутреннего давления, определяемые по формуле (1.7).

.

(1.7)

Окончательно получаем

Тогда получаем

242.4879 < 1247.8 МПа, удовлетворяет условию;

– 143.3607< 0.1318247.8=32.66 МПа, условие выполняется, прочность обеспечена.

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов проверку производят согласно условиям (1.8) и (1.9).

 ,	(1.8)
,	(1.9)

где – максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, значение которых находится по формуле (1.10).

=t;

(1.10)

где – радиус упругого изгиба оси трубопровода, равный

 – коэффициент Пуассона, =0,3 [1];

–коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы;

–кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, МПа;

нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается =_т=360 МПа.

Для проверки по деформациям находим:

1) кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки – внутреннего давления, определяемые по формуле (1.11).

.

(1.11)

Согласно формуле (1.11) получаем

Коэффициент определяется по формуле (1.12).

(1.12)

Согласно формуле (1.12) получаем

Условие выполняется 208,95

2) Продольные напряжения :

при <0,=0,395;

при >0,.

Для положительного температурного перепада

=

Условие  выполняется, т.е.

Для отрицательного температурного перепада получаем

=

Условие  выполняется, т. е.

Проверка на недопустимые пластичные деформации соблюдается.