Волгоград Фасад Мастер

Методика расчета толщины стенки трубопровода основывается на принципе предельных состояний. Под предельным состоянием понимается тот момент, когда трубопровод перестает соответствовать установленным требованиям, и наступает состояние разрушения.

Данные курсовой работы:

Dн = 820 мм;

Рв = 5,5МПа.

Выберем трубы стальные электросварные прямошовные диаметром 530-1020 мм. Для стенки трубы выбираем материал – сталь ТУ 14-3-1270-84 марки 17ГС (Челябинский трубный завод) со следующими характеристиками: временное сопротивление разрыву в=510 МПа, предел текучести т=353 МПа, коэффициент надежности по металлу трубы к1=1,47.

1) При отсутствии продольных осевых сжимающих напряжений толщина стенки определяется по формуле:

мм (2.1)

где – коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления, определим np = 1,0

р – внутреннее давление в трубопроводе, МПа;

– наружный диаметр трубопровода, мм;

R1 – расчетное сопротивление материала трубы, МПа.

R1 рассчитаем по формуле:

(2.2)

где нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали, и в расчетах принимаем =в=510 МПа

m – коэффициент условий работы трубопровода, согласно для второй категории трубопроводов m=0,75.

к1 – коэффициент надежности по металлу, для данной марки стали к1=1,47;

кн – коэффициент надежности по назначению, для трубопровода с условным диаметром 820 мм и внутренним давлением от 5,4 до 7,5 МПа кн=1

МПа

Тогда расчетная номинальная толщина стенки равна:

Принимаем д=8,5мм.

2) При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять по формуле:

(2.3)

где 1 – коэффициент двухосного напряженного состояния металла труб и определяемый по формуле:

(2.4)

где – продольное осевое сжимающее напряжение, МПа, определяемое от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла труб в зависимости от принятых конструктивных решений.

(2.5)

где t – коэффициент линейного расширения металла, t=1,210-5 1/0С

Е – модуль Юнга, Е=2,06105 МПа;

t – расчетный перепад температур;

– коэффициент Пуассона, =0,3;

DВН – внутренний диаметр трубопровода.

мм

Предельно допускаемый перепад температур вычислим по формулам:

Положительный

0С,

Отрицательный

0С.

Найдем значение пр.N – при д = 8,5мм:

Рассчитаем значение коэффициента двухосного напряженного состояния для пр N(+)<0 (при пр N(-)>0 1=1 и этот случай уже рассчитан):

Тогда при наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки будет равна:

Окончательно принимаем толщину стенки д = 8,5мм.

Проверка толщины стенки трубопровода

Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы проверяют на прочность и деформацию в продольном направлении

Проверка на прочность трубопровода в продольном направлении

Проверку на прочность подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов в продольном направлении следует производить из условия

(3.1.1)

где пр.N – продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа, определяемое согласно (3.1.1)

ш2 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (пр.N 0) принимаемый равным единице, при сжимающих (пр.N < 0) определяемый по формуле

(3.1.2)

кц – кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле:

(3.1.3)

Итак

Тогда:

, при пр.N < 0

при пр.N 0

Как видно из последних неравенств условия проверки трубопровода на прочность в продольном направлении выполняются.

Проверка недопустимых пластических деформаций трубопровода

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов проверку необходимо производить по двум условиям:

(3.2.1)

(3.2.2)

где – максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, определяемые согласно (3.2.2)

3 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях принимаемый равным единице, при сжимающих – определяемый по формуле:

Видео. Как распределяется давление в трубопроводе

(3.2.3)

где m – коэффициент условий работы трубопровода, согласно второй категории трубопроводов m=0,75;

кн – коэффициент надежности по назначению, для трубопровода с условным диаметром 820 мм и внутренним давлением от 5,4 до 7,5 МПа кн=1

нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали, в расчетах принимается =т=353 МПа (3.2.4)

– кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления, МПа, вычислено выше

Проверим выполнение первого условия:

, условие выполняется.

Теперь проверим выполнение второго условия, для этого найдем ш3:

Определим максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе по формуле:

(3.2.5)

где с- минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода,

Тогда максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе для:

– положительного перепада температур:

– отрицательного перепада температур:

Проверим выполнения условия:

при <0,

, выполняются оба условия

при >0,

, выполняются оба условия.

трубопровод тяговый устойчивость деформация