WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

- продольные напряжения от внутреннего давления в прямолинейпр. р ном надземном трубопроводе с компенсаторами pDвн = пр, пр. р 4ст np - коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления;

p – величина рабочего давления, Па;

cт - толщина стенки трубопровода, м;

изг -напряжения от изгиба, Па;

M изг = ;

W М - величина изгибающего момента в трубопроводе в точке опоры на ферму, Нм;

W – осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы, м3.

Деформации, вызванные изменением температуры и внутреннего давления, воспринимаются компенсаторами трубопроводного перехода.

Третья глава посвящена моделированию экспериментальной установки, получению экспериментальных данных о напряженно-деформированном состоянии (НДС) модели трубопроводного перехода и анализу особенностей поведения при воздействии статической нагрузки.

В работе показано, что определяющими параметрами системы или параметрами, описывающими ее поведение, являются:

1) величина приведенной сосредоточенной силы F от собственного веса трубы и веса продукта, приложенной в точке опоры трубопровода внутри фермы с размерностью [F];

2) длина L, ширина b и высота h фермы, вылет компенсатора lk с размерностью [L];

3) момент инерции поперечного сечения трубы I, с размерностью [L4];

4) площади поперечных сечений элементов фермы A, с размерностью [L2];

5) модуль упругости E, с размерностью [L-2F].

На их основе были получены три критерия подобия:

F I A 1 = = idem, = = idem, 3 = = idem.

EL2 L4 Lh b lk Отношения,, являются одними и теми же, если соблюдено геоL L L метрическое подобие натуры и модели. Коэффициент Пуассона численно одинаков для модели и натуры, т.е. µм = µн.

Основные размеры модели назначены для перехода трубопровода диаметром 1020 мм. В процессе испытаний замерялись линейные перемещения трубопровода и возникающие в нем напряжения в трех сечениях.

На рис.4 изображен общий вид, а на рис.5 – схема экспериментальной установки.

Рис.4. Общий вид экспериментальной установки С целью исключения возможных погрешностей измерений, связанных с деформацией основания модели трубопроводного перехода, она крепилась на станине из двух перфорированных швеллеров №6 длиной 2,5 м каждый (рис.4).

Для измерения напряжений применялись проволочные тензодатчики на бумажной основе, наклеенные вдоль верхней и нижней образующих стержней, моделирующих трубопровод и пояса фермы. Отсчеты относительной деформации тензодатчиков регистрировались прибором ИДЦ – 1. Прогибы трубопровода в моделях замерялись индикаторами перемещений часового типа ИЧ 10 МН, которые были установлены на специальных кронштейнах в зонах рассматриваемых сечений трубопровода.

В качестве поперечной нагрузки использовались подвесные тарированные грузы, которые подвешивались к стержню трубопровода в точках опоры на ферму. Рассматривались расчетные случаи, отражающие возможные эксплуатационные условия: пустой, частично заполненный и полностью заполненный жидкостью трубопровод.

Рис.5. Схема экспериментальной модели перехода трубопровода:

1-трубопровод; 2-индикаторы перемещений ИЧ 10 МН; 3-пояса фермы;

4-цифровой измеритель деформаций ИДЦ-1;

5-подвесные тарированные грузы; 6-тензодатчики сопротивления Полученные после проведения экспериментов и соответствующей их обработки опытные данные как количественно, так и качественно характеризуют напряженно-деформированное состояние конструкции. Исследования показали работоспособность разработанной конструкции трубопроводного перехода при воздействии расчетной статической нагрузки. В относительных координатах были построены графики (рис.6,7) наглядно изображающие, что в диапазоне от 0,5 1,08qрасч прослеживается схожий с теоретической зависимостью пропорциональный характер изменения прогибов и напряжений от действующей нагрузки.

fтр 0,Dтр 0,0,0,0,0,qд 0,48 0,54 0,6 0,66 0,72 0,78 0,84 0,9 0,96 1,02 1,qрасч - теоретическая зависимость для первого и третьего сечений - теоретическая зависимость для второго сечения Рис.6. Характер изменения прогиба трубопровода в зависимости от действующей нагрузки д 0,R0,0,0,0,0,qд 0,48 0,54 0,6 0,66 0,72 0,78 0,84 0,9 0,96 1,02 1,qрасч - теоретическая зависимость для первого и третьего сечений - теоретическая зависимость для второго сечения Рис.7. Характер изменения напряжений в трубопроводе в зависимости от действующей нагрузки Экспериментально установлено, что при увеличении расчетной нагрузки на 12% переход перестает удовлетворять условиям эксплуатации, поскольку наступает предельное состояние по устойчивости сжатых элементов поддерживающей фермы, тогда как напряжения в сечениях трубопровода находятся в пределах упругих деформаций и далеко не равны пределу текучести.

Характер и форма потери устойчивости позволили сделать вывод, что это явление произошло из-за отсутствия в сечении поддерживающей фермы диагональных связей, так как прямоугольная форма сечения сама по себе, как известно, является неустойчивой из-за геометрической изменяемости. Опытным путем показано, что наличие диагональных связей в поперечном сечении поддерживающей фермы отражается на несущей способности трубопроводного перехода и существенно увеличивает его рабочую зону. Расчетная нагрузка при этом возросла на 28% от первоначальной.

Имеющиеся расхождения экспериментальных и теоретических данных вызваны, прежде всего, неидеальностью изготовленной модели, вследствие которой она изначально деформируется несколько по-иному, чем модель строгой формы. Кроме того, поскольку при выполнении моделирования невозможно было достичь полного подобия модели и прототипа, то величины прогибов и напряжений по разработанной методике получены без учета влияния отпора компенсаторов и защемленности ими трубопровода.

Влияние всех этих факторов в совокупности объясняет однозначные расхождения результатов измерения прогибов и напряжений в трубопроводе и некоторую заниженность теоретических данных над опытными значениями (рис.6,7).

Корректность поставленных экспериментов доказана отсутствием превышения абсолютных ошибок измерения как при определении перемещений, так и напряжений над абсолютной погрешностью используемых измерительных приборов.

В четвертой главе предложена усовершенствованная методика расчета балочных трубопроводных переходов с учетом влияния высотного положения опор и их контактного взаимодействия с трубой.

Показано, что трубопроводы, проложенные над землей, оказываются весьма чувствительными к просадке какой-либо из опор или просто к расположению опор не на одном уровне. На практике же нередки случаи смещения опор от проектного уровня. Эти вертикальные смещения опор приводят к появлению дополнительных изгибающих моментов, при этом общая картина напряженного состояния трубопровода становится в этом случае существенно отличной от предполагаемой расчетной схемы. Поэтому принятие в процессе проектирования и сооружения расположения всех опор на одном уровне относительно друг друга указывает на необходимость уточнения существующей расчетной методики балочных трубопроводных переходов.

Поскольку возможности физического моделирования при исследовании данного вопроса ограничены, нами было реализовано компьютерное моделирование.

Анализ результатов исследования показал, что изменением высотного положения опор в балочных переходах можно добиться уменьшения возникающих напряжений в трубопроводе на величину в среднем до 35%, о чем наглядно свидетельствует графическая зависимость на рис.8, построенная на примере трубопровода 102010 мм.

,% Количество пролетов, n Рис.8. Характер влияния понижения опор на возникающие напряжения в многопролетных балочных системах На рис.8 по оси ординат отложена относительная величина снижения напряжений, вычисляемая по формуле - max min = 100, (5) max где - напряжения при равновысотном положении опор, МПа;

max -напряжения после понижения уровня опор, МПа;

min Вследствие изменения уровня опор искусственно создаются дополнительные изгибающие моменты, которые складываются с моментами в расчетных сечениях, при этом напряжения в опорных и пролетных сечениях стремятся выровняться между собой по абсолютной величине. Тем самым происходит более рациональное, с точки зрения равнопрочности, нагружение трубопровода.

Дальнейшим развитием данного вопроса явилась проработка наиболее возможных схем двухконсольных балочных трубопроводных переходов с целью обобщения результатов и представления их в виде номограмм для нахождения необходимых величин опускания опор, при соблюдении которых будет наблюдаться минимум действующих напряжений.

На рис.9 изображена номограмма для нахождения необходимой величины опускания опор в однопролетном балочном переходе.

Y ст 530 720 w 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,Рис.9. Номограмма для определения необходимой величины опускания опор в однопролетном балочном переходе Аналогичные номограммы были построены для двух– и трехпролетных схем трех наиболее распространенных диаметров.

Кривые на номограммах наилучшим образом описываются степенной зависимостью вида Y = a ст wb, (6) где Y – искомая величина необходимой просадки опор.

a,b – коэффициенты, которые для наиболее распространенных диаметров сведены в таблицу:

Однопролетная Двухпролетная схема Трехпролетная схема схема а b а b а b Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y530 0,73 -1,07 1,15 7,34 -1,18 -0,88 4,03 16,32 -0,99 -0,720 1,12 -0,91 4,68 11,60 -0,68 -0,69 12,20 27,38 -0,58 -0,1020 3,07 -0,55 13,10 27,37 -0,28 -0,37 22,33 40,98 -0,33 -0,w – безразмерный коэффициент, определяемый как отношение р qрасч w = ;

R2 1000Н / м qрасч – расчетная распределенная нагрузка, Н/м.

Используя номограммы или уравнение (6) по входным расчетным параметрам D,ст, qрасч, R2, p при проектировании балочных трубопроводных переходов, можно определить величину необходимого вертикального перемещения средних опор, соответствующую минимальным возникающим напряжениям в трубопроводе.

Использование данного способа регулирования напряжений в балочных переходах трубопроводов в свою очередь требует внесения изменений в конструкцию опорной части. В этой связи нами предложена следующая ее конструкция (рис. 10).

мм Диаметр, Рис. 10. Конструкция опорной части трубопровода:

1 – трубопровод; 2 – накладка; 3 – обойма; 4 – фторопласт-4;

5 – полумуфты; 6 – стяжные болты; 7 – регулировочное устройство;

8 – опора Она включает в себя обойму 3, состоящую из двух полумуфт 5, которые скрепляются стяжными болтами 6 таким образом, что позволяют трубопроводу свободно перемещаться вдоль его продольной оси. Проложенный трубопровод выводится в проектное положение за счет регулировочного устройства 7. Накладка 2 представляет собой тонколистовую нержавеющую сталь, которой облицовывают трубопровод в пределах возможных смещений.

Известно, что механическое нагружение деформируемых тел в большинстве случаев является результатом взаимодействия двух и более контактирующих объектов. Поскольку в зоне контакта условия нагружения чаще всего наиболее жесткие, то процессы повреждения начинаются с поверхности. Так, анализом безотказной работы надземных газопроводов, проведенным во ВНИИГАЗе установлено, что свыше 70% отказов вызваны трещинами в местах опирания трубопровода о ригели опор.

В большинстве случаев зона затухания контактных напряжений сопоставима с конечными размерами взаимодействующих тел, поэтому, часто следуя принципу Сен-Венана, явлениями в контакте пренебрегают и исследуют НДС при заданных на границе силах и перемещениях. Такое упрощение реальной задачи связано с существенными трудностями ее решения в целом. Однако с развитием современных численных методов, реализованных на ЭВМ, появилась возможность рассматривать НДС с учетом особенностей контактного взаимодействия. Поэтому в работе нами был исследован вопрос контактного взаимодействия трубы с опорной конструкцией при реализации рационального высотного положения.

Таким образом, помимо уже известных факторов, при проектировании балочных трубопроводных систем должно учитываться также влияние предварительных перемещений опор в вертикальной плоскости, причем согласованное с результатами расчета контактного взаимодействия трубы с опорной конструкцией. Это позволяет добиться рационального, с точки зрения равнопрочности, нагружения трубопровода и повысить точность оценки напряженнодеформированного состояния.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Выполненная диссертационная работа, являясь в целом экспериментально-теоретической, позволяет расширить область применения балочных трубопроводных переходов и с большей достоверностью, учитывая действительные условия работы, подойти к оценке их напряженно-деформированного состояния в направлении улучшения качества проектирования и сформулировать следующие выводы:

1. На основе аналитического обзора известных технических решений разработана более полная классификация надземных трубопроводных переходов по конструктивным признакам, дающая возможность прогнозировать перспективные направления исследований по совершенствованию их конструкций и методик расчета.

2. Предложено новое конструктивное решение надземного трубопроводного балочного перехода с поддерживающим элементом в виде фермы, обеспечивающего увеличение перекрываемого пролета в 2 – 3 раза без устройства промежуточных опор и специальных ветровых систем. Данный трубопроводный переход имеет безразмерный показатель материалоемкости, равный 0,052, который меньше, чем у гибкого висячего равнозначных параметров перехода, с тем же показателем, равным 0,056.

3. Экспериментальные данные показывают вполне приемлемую работоспособность разработанной конструкции трубопроводного перехода при воздействии расчетной статической нагрузки. Установлено, что при превышении фактической нагрузки над расчетной на 12 – 16% конструкция, обладая еще некоторым запасом прочности, перестает удовлетворять условиям эксплуатации ввиду потери устойчивости сжатых элементов поддерживающей фермы. Опытным путем показано, что наличие диагональных связей в поперечном сечении поддерживающей фермы повышает несущую способность трубопроводного перехода и увеличивает рабочий диапазон нагрузок на 28%.

4. Усовершенствование имеющейся методики расчета балочных трубопроводных переходов c учетом влияния высотного положения опор позволяет добиться рационального, с точки зрения равнопрочности, нагружения трубопровода и снизить общий уровень возникающих напряжений в трубопроводе в среднем на 35%. При проектировании балочных трубопроводных систем учет контактного взаимодействия трубы с опорной конструкцией позволяет с большей точностью и приближением к реальным условиям их работы оценивать напряженно-деформированное состояние.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»