Контрольні запитання

1. Яка принципова відмінність способу похило-направленого буріння від звичайного траншейного способу укладання трубопроводу?

2. Яка технологія спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?

3. Для чого проводять розширення свердловини?

4. За допомогою чого проводять розширення свердловини?

5. Який буровий розчин використовують при спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?

6. Які функції бурового розчину?

4.7) Що враховують при виборі типу бурової установки?

4.8) Які переваги спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?

9. Які недоліки спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?

5 Практичне заняття №5. Розрахунок надземних переходів без компенсації повздовжніх деформацій

Метою даного заняття є вивчення методики розрахунку надземних переходів без компенсації поздовжніх деформацій та забезпечення уміння застосовувати їх при необхідності.

Завдання - виконання перевірного розрахунку напруженого стану однопрогінного переходу при перетині перешкоди.

При перетинанні трубопроводами невеликих річок, балок, ярів та інших природних перешкод використовуються надземні балкові переходи, які в конструктивному відношенні можуть виконуватися одно- або багатопрогінними, з компенсуючими пристроями і без установки компенсаторів. Найбільш економічними конструктивними схемами є одно- і багатопрогінні (число прогонів не більше чотирьох) надземні балкові переходи без компенсації повздовжніх деформацій, тобто без установлення спеціальних компенсуючих пристроїв. Самокомпенсація повздовжніх деформацій при зміні температури, внутрішнього тиску, просадок опор і тощо. В таких системах прокладання забезпечується за рахунок додаткових прогинів трубопроводу у вертикальній площині і стискання матеріалу труб [1,7]. Розрахункова схема однопрогінного балкового переходу без компенсації повздовжніх деформацій зображена на рис.5.1.

Використовуємо розрахункову схему балкового переходу (рис.5.1,б) і приймаємо до уваги, що розподілене навантаження враховує власну вагу металу труб, вагу транспортованого продукту, вагу льоду та снігу. Але поки-що не враховуємо зміну температури і наявність внутрішнього тиску у трубопроводі. У такому випадку матимемо диференціальне рівняння пружної лінії осі трубопроводу у вигляді [8]

, (5.1)

де - модуль пружності матеріалу труб; - осьовий момент інерції поперечного перерізу труб; - прогин осі трубопроводу у довільному перерізі .

В результаті інтегрування рівняння (5.1) при врахуванні граничних умов (при при ) отримуємо

. (5.2)

Одержаний вираз (5.2) дозволяє знайти найбільший згинальний момент, який має місце в опорних перерізах і дорівнює , найбільший прогин (стрілу прогину) при . Крім того, можна знайти і найбільше напруження згину .

В процесі експлуатації трубопроводу є наявним внутрішній тиск у ньому, а також і зміна температури у навколишньому середовищі, а також і температура продукту, що транспортується. Внутрішній тиск у трубопроводі викликає поздовжнє напруження, величина якого визначається за формулою [6]

, (5.3)

де - коефіцієнт надійності по навантаженню; - коефіцієнт

Пуассона (для пластичних сталей ); - внутрішній тиск в трубопроводі; - внутрішній діаметр трубопроводу; - товщина труб.

Поздовжнє напруження від дії внутрішнього тиску і зміна температури трубопроводу викликають поздовжню силу [2,6]

, (5.4)

де - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу труб; - площа поперечного перерізу труб.

а –конструкція переходу; б – розрахункова схема;

в – епюра згинальних моментів; 1 – трубопровід;

2 – опорна плита; 3 – водойма

Рисунок 5.1 – Однопрогінний балковий перехід

(без компенсації поздовжніх деформацій)

Послідовність розрахунку балкового переходу без компенсаторів така:

1. Визначається максимально допустима довжина прогону балкового переходу при врахуванні внутрішнього тиску в трубопроводі і розподіленого навантаження

, (5.5)

де - розрахунковий опір матеріалу труб.

2. Обчислюється стріла прогину від розподіленого навантаження

, (5.6)

а також поздовжня сила за формулою (5.4).

3. Знаходиться критична сила при стиску трубопроводу за формулою Ейлера

, (5.7)

де - коефіцієнт зведення довжини стержня (прогону трубопроводу; рекомендації по вибору коефіцієнта [2,6]: при одному прогоні , а при двох і більше прогонах ).

4. Розраховується фактична стріла прогину

, (5.8)

(при , а це буде, коли , а при навпаки ).

5) Сумарний згинальний момент в опорних перерізах з врахуванням повздовжнього зусилля

(5.9)

(при від’ємних в (5.9) сумарний згинальний момент буде найбільший за модулем).

6. Сумарне поздовжнє напруження

. (5.10)

У формулі (5.10) другий доданок необхідно брати з таким же знаком, як і перший.

6. Перевіряється міцність надземного трубопроводу в поздовжньому напрямі, користуючись умовою [6]

, (5.11)

де - коефіцієнт, який враховує двоосьовий напружений стан трубопроводу. При , а при

, (5.12)

.

Якщо , то коефіцієнт замінюється на коефіцієнт , який визначається за формулою [6]

, (5.13)

де - кільцеві (тангенціальні) нормативні напруження в стінках труб від внутрішнього тиску ( ); - коефіцієнт умов роботи трубопроводу; - коефіцієнт надійності по призначенню трубопроводу.

Приклад. Виконати перевірний розрахунок напруженого стану однопрогінного переходу при перетині трубопроводом яру довжиною при таких вихідних даних: площа поперечного перерізу трубопроводу ; момент опору при згині і момент інерції поперечного перерізу труб відповідно ; матеріал труб – сталь 17ГС; розрахунковий опір матеріалу труб ; ; ; ; коефіцієнт надійності по навантаженню .

1. Визначаємо максимально допустиму довжину прогону балкового переходу (формула(5.5))

2. Стріла прогину від розподіленого навантаження .

Величина повздовжньої сили (розглядаються два випадки і )

а)

б)

3. Обчислюємо критичну силу при стиску трубопроводу

4. Обчислюємо фактичну стрілу прогину

а)

б)

5) Сумарний згинальний момент з врахуванням повздовжньої сили

а)

б)

6) Сумарне повздовжнє напруження

а)

б)

7) Перевіряємо міцність надземного трубопроводу у повздовжньому напрямі

а) ( )

, умова не виконується, оскільки ,

;

б) ( )

,умова виконується, оскільки .

У зв’язку з тим, що при умова міцності у повздовжньому напрямі не виконується, необхідно підібрати іншу марку сталі для труб, яка забезпечує кращі механічні характеристики або збільшити товщину стінки трубопроводу і повторити розрахунок.