WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

dx dx dx r dx ( ( 2 du01) (1 du02) (2) w (1 (2) d d w D0 2 + B12) + B12 + (B11) + B11 ) dx dx r r dx dx d dw c c + u ( 2 ) - u (1) = Pz, 0 dx dx (2) где - коэффициент жесткости связей сдвига между слоями, который зависит от способа закрепления муфты (сварка, мягкая прокладка) на поверхности i ремонтируемого трубопровода; (i=1,2) – перемещения в срединных u поверхностях трубы и муфты вдоль образующей; w - поперечные смещения точек срединной поверхности всего пакета; с - расстояние между срединными поверхностями слоев, лежащих по обе стороны шва, Рz - внутреннее давление;

i i i - интегральные характеристики жесткости растяжения – сжатия и B11, B12, D изгиба.

Система уравнений (4) является замкнутой и разрешается относительно ( ( u01) u02) трех неизвестных функций, и w.

Задача решалась методом конечных разностей при конечной жесткости межслойных связей с использованием соответствующих операторов перехода от дифференциальных уравнений к дискретным.

Исследования проводились при использовании обжимной муфты, установленной через мягкие прокладки ( = 0), и для приварной муфты ( =) при различных краевых условиях. Достоверность численных результатов обоснована путем сравнения с результатами, полученными из имеющегося в литературе точного решения осесимметричного деформирования цилиндрической однослойной оболочки.

Размеры конструкции двухслойной композитной муфты составляют:

толщина стенок 1 = 12 мм и 2 = 16 мм, диаметр D =1020 мм, длина муфты Lм = 2 м. Характеристики жесткости материала: модуль продольной упругости стали Е =210000 МПа, коэффициент Пуассона v = 0,3. Внутреннее давление P = 5,5 МПа.

При установке полумуфт через упругий слой (нулевая жесткость межслойной связи = 0) имеет место смещение по поверхности контакта с трубопроводом. В этом случае гипотеза прямых нормалей выполняется только для каждого отдельного слоя.

Картина распределения нормальных напряжений вдоль образующей по длине муфтового соединения показана в виде двух кривых (рис. 5). Это связано с тем, что напряжения в слоях трубы и муфты при нулевой жесткости межслойных связей различны.

При отсутствии сдвига между слоями по поверхности контакта ( =) имеет место симметричное напряженное состояние относительно срединной поверхности пакета двух слоев.

Сравнение напряжений в слоях конструкции показывает, что при исполнении приварной муфты продольные напряжения в трубопроводе увеличиваются до 30 %. Поэтому для уменьшения уровня напряженного состояния муфтового соединения необходимо обеспечить максимальную податливость по поверхности контакта между трубопроводом и муфтой.

Влияние перемещений на кромках муфтовой конструкции на уровень напряжений произведено без учета внутреннего давления (P=0). Выявлено, что перемещение кромки на 0,5 мм дает увеличение напряжения до 140 МПа.

В четвертом разделе решена задача напряженно-деформированного состояния участка трубопровода, восстановленного по муфтовой технологии с использованием методики раздела 3. Был выбран участок трубопровода, на котором значения толщины стенки муфты 2 = 16 мм задавалась в виде массива, где на участке трубы вне муфты 2 = 0. Толщина стенки трубопровода принималась равной 1 = 12 мм. Диаметр трубы составил D = 1020 мм, длина муфты Lм = 2 м. Длина участка трубопровода L =5 м выбрана с таким расчетом, чтобы характер закрепления трубопровода на краях не влиял на краевой эффект на кромках муфты.

Результаты расчета напряженно – деформированного состояния с учетом только изгиба муфтового соединения от внутреннего давления представлены на рис.5.

, МПа Стенка муфты Стенка трубы -1,5 2,5 3,5 L, м Рис. 5. Распределение нормальных напряжений изгиба от внутреннего давления по длине муфтовой конструкции для обжимной муфты При установке ремонтной муфты считаем, что ремонтное давление в трубопроводе снижено на 1/3. После установки муфты давление поднимается вновь до рабочего значения P = 5,5 МПа. При этом давлении кольцевые напряжения определялись в стенках трубопровода и ремонтной муфты.

Результаты расчета эквивалентных и окружных напряжений приведены на рис. 6.

экв, МПа Стенка трубы Стенка муфты t 1,5 2,5 3,5 L, м Рис. 6. Распределение эквивалентных и кольцевого напряжения по длине муфтовой конструкции для обжимной муфты Разгрузочный эффект муфты составляет 18,8 %, т.е. напряжения в трубе снижаются примерно в 1,2 раза. В зоне же примыкания трубопровода к кромкам муфты возникает напряжение вследствие краевого эффекта, превышающее кольцевое на 8,3%.

В разделе 2 была решена задача деформированного состояния участка трубопровода при капитальном ремонте с учетом основных параметров и воздействий. В разделе 3 рассмотрено напряженно – деформированное состояние ремонтной муфты от внутреннего давления. Чтобы оценить общее напряженно – деформированное состояние участка трубопровода, отремонтированного с использованием муфтовой технологии, используем оба эти решения.

При этом учтем, что продольные напряжения определятся двумя факторами: от изгиба самого трубопровода при создании ремонтного котлована и от внутреннего давления. Изменение эквивалентного напряжения по длине трубопровода приведено на рис. 7-8.

экв, МПа стенка трубы стенка муфты кц 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 L, м Рис. 7. Распределение эквивалентных напряжений вдоль оси трубопровода для обжимной муфты Расчет произведен при следующих параметрах: диаметр трубопровода D = 1020 мм, толщина стенки трубы 1 = 12 мм, толщина стенки муфты 2=16 мм, длина муфты составляет Lм = 2 м. Для расчета был выбран участок трубопровода, длиной L =25 м, с длиной ремонтного котлована Lк = 5 м.

Рабочее давление Pраб = 5,5 МПа, ремонтное - 2/3 Pраб. Осевое сжимающее напряжение = 32 МПа (t = 40 0). В результате установки муфты значения эквивалентных напряжений в теле трубопровода, примыкающем к кромкам муфты, возросли на 19,3 %.

Величина этого напряжения будет расти с увеличением длины ремонтного котлована и величины осевого усилия сжатия трубопровода, т.к.

будет возрастать составляющая напряжения продольно-поперечного изгиба.

Оценку прочности отремонтированного участка трубопровода производим, исходя из общих принципов безопасности работ технических устройств в зависимости от категории участка, степени старения труб, степени опасности дефектов труб.

экв, МПа стенка трубы кц 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 L, м Рис. 8. Распределение эквивалентных напряжений вдоль оси трубопровода для приварной муфты Эквивалентное напряжение не должно превышать следующих значений:

R = (0,72 - 0,95 ) ;

экв y T (3) Ru = (0,45 - 0,5), экв B где Ry – расчетное сопротивление материала трубы по пределу текучести Т;

Ru – расчетное сопротивление материала трубы по временному сопротивлению В.

Значения эквивалентных напряжений для трубопровода диаметром D = 1020 мм, толщиной стенки = 12 мм, материалом трубы - сталь 17Г1С приведены в табл. 1.

Таблица Значения напряжений в стенке трубопровода Напряжение Значения, МПа Эквивалентное экв 0,экв/Ry 0,экв/Ru Величина эквивалентного напряжения будет меняться в зависимости от длины ремонтного котлована (рис. 11). Предельная длина котлована будет определяться из условия не превышения экв значений расчетных сопротивлений Ry и Ru.

, МПа экв 1420/6.820/6.1020/6.1420/5.5 1220/6.1220/5.720/6.1020/5.820/5.720/5.530/6.3 426/6.3 530/5.426/5.2 6 10 14 18 L, м Рис. 9. Изменение эквивалентных напряжений в стенке трубопровода у.

кромки муфты в зависимости от длины котлована (в числителе указан диаметр трубопровода, в знаменателе – рабочее давление) Расчеты показывают, что установка ремонтной муфты разгружает стенку трубопровода под муфтой на 22 %. В то же время, установка муфты приводит к возрастанию напряжения на 26% в зоне, примыкающей к кромке муфты.

Основные выводы по работе 1. Разработанная методика расчета участка трубопровода позволяет оценить его прочность в период проведения ремонтных работ при различных жесткостных характеристиках основания грунта, длине ремонтного котлована и действующих осевых усилий.

2. Для приварной муфты напряжения вдоль образующей от изгиба на 30 % больше в сравнении с обжимной муфтой, где закрепление осуществляется через мягкую прокладку.

3. Выявлено, что начальные несовершенства геометрических форм на кромках полумуфт существенно меняют значения напряжений в трубопроводе. Для обжимных муфт на трубопроводе, диаметром 1020 мм, смещение кромки на 0,5 мм дает увеличение напряжения до 140 МПа.

4. Установка ремонтной муфты и изменение проектного положения участка трубопровода приводят к повышению эквивалентных напряжений до 26 % в ремонтируемой зоне, прилегающей к кромке муфты, что значительно ослабляет стенку трубопровода.

Положения диссертационной работы опубликованы в работах:

1. Якубовская С.В. Математическая модель напряженнодеформированного состояния восстановленного участка магистрального трубопровода по муфтовой технологии / Якубовская С.В., Платонов А.Н., Гольцов В.С. // Известия вузов, сер. "Нефть и газ", №2. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2002 г. - С. 60 –65.

2. Якубовский Ю.Е. Расчет участка трубопровода в период проведения ремонтных работ / Якубовский Ю.Е., Пономарева Т.М., Платонов А.Н. // Тез. докл. межд. семинара "Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли". – Тюмень, ТюмГНГУ, 2002 г. – С. 244 – 247.

3. Платонов А.Н. Осесимметричная задача напряженнодеформированного состояния восстановленного участка трубопровода //Известия вузов, сер. "Нефть и газ", № 4. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2003 г. - С.8185.

4. Якубовский Ю.Е. Проблемы прочности трубопроводного транспорта. / Якубовский Ю.Е., Малюшин Н.А., Якубовская С.В., Платонов А.Н.- Санкт-Петербург: Недра, 2003.- 200 с.

Подписано к печати 24.03.2005 г. Бум. писч. №Заказ № 129 Уч.- изд. л. Формат 60х84 1/16 Усл. печ. л. Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.

Издательство "Нефтегазовый университет" Тюменского государственного нефтегазового университета 625000, Тюмень, ул. Володарского Отдел оперативной полиграфии издательства "Нефтегазовый университет" 625039, Тюмень, ул. Киевская,

Pages:     | 1 ||






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