Лабораторная работа по дисциплине "Трубопроводный транспорт"

Исходные данные по варианту

№ вар.	Dн, мм	Катег. уч-ка	ρ, кг/м3	tф, 0C	tэ, 0C	р, МПа	Марка стали	k1
25	530	III	890	–34	8	4,3	10Г2ФБЮ	1,4

Лабораторная работа № 1

Определить толщину стенки трубы участка магистрального газопровода диаметром Dн = 530 мм. Исходные данные для расчета: категория участка – III, внутреннее давление – p = 4,3 МПа, марка стали – 10Г2ФБЮ, температура стенки трубы при эксплуатации – tэ = 8 0С, температура фиксации расчетной схемы трубопровода – tф = – 34 0С, коэффициент надежности по материалу трубы – k1 = 1,4 (Приложение 4).

Решение

Нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб (для стали 10Г2ФБЮ) равно 590 МПа (Приложение 2); коэффициент условий работы трубопровода m = 0,9 (Приложение 3); коэффициент надежности по назначению трубопровода kн = 1 (Приложение 5), тогда расчетное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб

Коэффициент надежности по нагрузке – внутреннему рабочему давлению в трубопроводе n = 1,1 (Приложение 1).

Расчетная толщина стенки трубопровода

Физические характеристики стали (Приложение 6)

.

Продольное осевое сжимающее напряжение

(МПа)

Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб

Толщина стенки с учетом продольных осевых сжимающих напряжений

Принимаем толщину стенки равной 4 мм.

 

Лабораторная работа № 2

Проверить на прочность, на недопустимость пластических деформаций участок магистрального газопровода с наружным диаметром Dн = 530 мм и толщиной стенки δ = 4 мм. Исходные данные для расчета: категория участка – III, внутреннее давление р = 4,3 МПа, марка стали – 10Г2ФБЮ, температура стенки трубы при эксплуатации tэ = 8 0С, температура фиксации расчетной схемы трубопровода tф = –34 0С, коэффициент надежности по материалу трубы k1 = 1,4, радиус упругого изгиба R = 1000Dн.

Решение

Выполним проверку на прочность.

Определим внутренний диаметр трубопровода, исходя из принятой толщины стенки

Dвн = Dн –2 δ = 530 – 2

4 = 522 (мм).

Продольное осевое сжимающее напряжение по формуле

Кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления

.

Так как <0, то

Из лабораторной работы №1 мы знаем, что R1 = 379,3 МПа, тогда

 R1 = 0,3026 379,3 = 114,79.

13,25 < 114,79 → условие прочности трубопровода выполняется.

Выполним проверку на недопустимость пластических деформаций. Кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления

Максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий

Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб

Предел текучести стали σm= =460 МПа, тогда

 т.к. >0, то =1.

 при  <0, то =0,5441.

 

Условия недопустимости пластических деформаций:

а) 1) 83,33<250.3;

2) <250.3;

б) 280,7<460;

Оба условия недопустимости пластических деформаций выполняются.

 

Лабораторная работа № 3

Рассчитать шаг расстановки пригрузов при укладке трубопровода через болото. Шаг расстановки пригрузов рассчитывать с учетом опорожнения трубопровода. Исходные данные для расчета: наружный диаметр трубы Dн = 530 мм, толщина стенки δ = 4 мм, пригруз – по выбору, масса и размеры в зависимости от диаметра даны в табл. 3.1, 3.2.

Решение

Необходимую дополнительную пригрузку на 1 метр трубы Б определяем по формуле (3.1).

Выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод:

Расчет проводим с учетом опорожнения трубопровода, вес продукта qпр=0;

Выбираем железобетонный пригруз.

Км=1,05 (для железобетонных пригрузов), Кнв=1,05.

(Н/м)

Б=1,05

(1,05 1595-3606)=2022,73 (Н/м),

2022,73>0 → трубу необходимо пригружать.

Для трубы диаметром 530 мм размеры железобетонного пригруза (табл. 3.1)

а = 1320 мм;  R = 330 мм;  с = 800 мм;

d = 330 мм;   b = 900 мм;  h = 240 мм;

Qпр = mгр

g = 1500 9,8 = 14700 (Н),

где масса пригруза mгр = 1500 кг (табл. 3.1).

Тогда вес пригруза в воде:

Бпр =Qпр –

Vпр=14700-1100 9,8 0,69=7295,95 (Н).

Таким образом, шаг расстановки пригрузов равен

 

Лабораторная работа № 4

Определить допустимое расстояние между опорами надземного балочного перехода газопровода, произвести расчет данного участка на прочность и продольную устойчивость. Исходные данные для расчета: наружный диаметр трубы Dн = 530 мм, толщина стенки δ = 4 мм, категория участка – III, внутреннее давление – р = 4,3 МПа, марка стали – 10Г2ФБЮ, температура стенки трубы при эксплуатации – tэ = 8 0С, температура фиксации расчетной схемы трубопровода tф = –34 0С, коэффициент надежности по материалу трубы k1 = 1,4. Переход – однопролетный.

Решение

Расчет допускаемого пролета

Удельный вес продукта:

.

Суммарный вес трубы и продукта:

Осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы

.

Допускаемый пролет

Кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления

.

Расчетное сопротивление материала трубы, R2, МПа (см. пример 2).

(Н), где

=σm, МПа, Кн – коэффициент надежности по назначению трубопровода (Прил. 5), К2 – коэффициент, зависящий от прочностных характеристик стали (Прил. 7).

Выполним проверку на продольную устойчивость

Площадь поперечного сечения трубы

.

Сжимающее продольное усилие в трубопроводе

=

=1107,6 (Н)

Осевой момент инерции поперечного сечения трубы

.

Критическая продольная сила

.

.

516,04<1107,6 → условие продольной устойчивости не выполняется.

Необходимо выбрать меньшее значение lдоп. Примем lдоп=30 м.

1462,4>1107,6→ условие продольной  устойчивости выполняется.

Прогиб от действия поперечных нагрузок

.

Суммарный прогиб трубопровода между опорами

.

Максимальный изгибающий момент в пролете

.

Суммарные продольные напряжения

.

R1 = 379,1 МПа (см. л/р №1).

379,3>284,06→условие прочности выполняется.

 

Лабораторная работа № 5

Рассчитать расстояние между трубоукладчиками и усилия на крюки трубоукладчика, если при изоляционно-укладочных работах работают три трубоукладчика, расчетная схема принята симметричная. Исходные данные: наружный диаметр трубы Dн=530 мм, толщина стенки δ = 4 мм, марка стали – 10Г2ФБЮ, категория участка – III, высота (max) подъема трубопровода при укладке – h = 1,75 м, на которой работают, соответственно, очистная и изоляционная машины – hоч = 0,9 м, hиз = 1,6 м, вес, соответственно, очистной и изоляционной машины – Qоч = 4,5 тс, Qиз = 2,5 тс (табл. 5.1).

Решение

Определим значения a и b по формуле (5.5):

;

;

По номограмме (рис.5.2)

α1=17,5       β1=23,2 (первый вариант расчета);

α2=17,2       β2=22,7 (второй вариант расчета).

Осевой момент инерции поперечного сечения трубы

Нагрузка от веса трубы

Расстояния между трубоукладчиками (по первому варианту расчета)

(м)

(м)

Расстояние между трубоукладчиками (по второму варианту расчета)

78,1 (м)

27 (м)

Усилия на крюках трубоукладчика (по первому варианту расчета)

Усилия на крюках трубоукладчика (по второму варианту расчета)

Из двух вариантов расчета выбираем второй, так как в этом случае усилия на крюки трубоукладчика меньше.

Напряжения от изгиба трубопровода при подъеме на высоту h

Расчетное сопротивление материала трубы

Здесь Кн, Кг – коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода, принимаемые по Приложениям 7 и 6.

150,5 ≤ 376,4 → условие выполняется, то есть изломов трубы не произойдет.