---

. (Б.27)

Якщо у зварних трійниках або врізках номінальна товщина стінки штуцера або приєднаної труби дорівнює е_0b+ с і відсутні накладки, варто приймати . У цьому випадку діаметр отвору повинен бути не більше обчисленого за формулою

. (Б.28)

Б.7 Сила тертя між ґрунтом і трубою

Переміщення попередньо ізольованої труби в ґрунті внаслідок температурних видовжень при зміні температури теплоносія призводить до виникнення сили тертя між оточуючим ґрунтом і зовнішньою поверхнею трубопроводу F_тр, Н/м, що дорівнює:

, (Б.29)

де  – коефіцієнт тертя поліетиленової оболонки по ґрунту, при терті по піску допускається приймати = 0,40;

g_тр – вага 1 м теплопроводу з водою, Н/м;

 – питома вага ґрунту й води, Н/м³;

h₀ – глибина засипання стосовно осі труби, м;

Б.8 Напруження в трубах, відводах і трійниках – згідно з ОСТ 108.031.09

Б.8.1 Розрахункові напруження

При визначенні розрахункових напружень передбачається, що товщини стінок труб, відводів і трійників задовольняють вимоги розділу Б.6.

Середнє окружне напруження від внутрішнього тиску σ_p, МПа, визначається за формулою:

, (Б.30)

де d_BH – внутрішній діаметр перерізу, що розраховується;

φ – коефіцієнт зниження міцності, обумовлений згідно з п.Б.6.1.

Середнє окружне напруження від тиску ґрунту в трубопроводах безканальної прокладки σ_u, МПа, визначається за формулою:

, (Б.31)

де g₁ – навантаження на одиницю довжини трубопроводу від ваги ґрунту й продукту, що заповнює трубу. Навантаження від ваги ґрунту визначається згідно з розділом Б.5;

g₂ – навантаження на одиницю довжини трубопроводу від ваги труби й ізоляції.

Сумарне середнє окружне напруження , МПа, варто визначати за формулою:

σ_φ= σ_p+ σ_И. (Б.32)

Сумарне середнє осьове напруження σ_z, МПа, від внутрішнього тиску, осьової сили і згинального моменту визначається за формулою:

σ_z = σ_pz ± σ_zz ± σ_b, (Б.33)

(знак "+" відповідає розтягу, а "–" – стиску)

де осьове напруження від внутрішнього тиску σ_pz, МПа:

, (Б.34)

напруження від осьової сили σ_zz, МПа:

, (Б.35)

осьове напруження від згинального моменту σ_b, МПа:

. (Б.36)

При визначенні напружень у трубах коефіцієнти інтенсифікації i₀ та і₁ приймаються рівними одиниці, тоді формула (Б.36) набуває виду:

. (Б.37)

Напруження від кручення

. (Б.38)

Радіальне напруження від внутрішнього тиску σ_r, МПа, визначається за формулою:

. (Б.39)

Характеристики перерізу W, см³; А_i, см², визначаються за формулами:

. (Б.40)

Для розрахункового перерізу трубопроводу обчислюються три головних нормальних напруження, які являють собою алгебраїчну суму діючих в одному напрямку напружень від прикладених до перерізу навантажень.

Головні напруження обчислюються за формулами:

• за наявності моменту кручення:

. (Б.41)

Моменти кручення присутні тільки в тримірних трубопроводах, а в двомірних (площинних) трубопроводах τ = 0.

За відсутності моменту кручення:

. (Б.42)

Для забезпечення умови σ₁, > σ₂ > σ₃ індекси при позначеннях остаточно встановлюються після визначення чисельних значень σ_φ і σ_z.

Еквівалентні напруження σ_eq, МПа, для розрахункового перерізу трубопроводу дорівнюють:

σ_eq = σ₁ – σ₃. (Б.43)

Б.8.2 Допустиме еквівалентне напруження (ОСТ 108.031.09)

Величина нормативного напруження приймається згідно з ОСТ 108.031.08. Проміжні значення визначаються методом апроксимації.

Величина еквівалентного напруження σ_eq, МПа, у циліндричних колекторах, трубах та трубопроводах від дії внутрішнього тиску та вагових навантажень повинна відповідати умові

σ_eq 1,1[σ]. (Б.44)

Величина еквівалентного напруження σ_eq, МПа, у трубах та трубопроводах від дії внутрішнього тиску, вагових навантажень та самокомпенсації теплових розширень повинна відповідати умові

σ_eq 1,5[σ]. (Б.45)

Перевірочний розрахунок на міцність трубопроводів виконується спочатку на дію зусиль та моментів, викликаних ваговими навантаженнями, а потім на спільний вплив вагових навантажень та самокомпенсації теплових розширень.

Осьові напруження, а також крутні моменти при розрахунку на спільну дію ваги та самокомпенсації теплових розширень підсумовуються алгебраїчно.

Згинальні моменти при розрахунку на спільну дію ваги та самокомпенсації складаються алгебраїчно тільки в тому випадку, якщо ці моменти діють в одній площині поздовжнього перерізу трубопроводу. Якщо згинальні моменти виникають від дії вагових навантажень та від самокомпенсації теплових розширень, які діють в різних площинах, то складання моментів проводиться геометрично; при цьому необхідно визначити площину, в якій сумарний момент буде найбільшим.

Б.8.3 Напруження у відгалуженнях

Напруження у відгалуженнях визначаються відповідно до Б.8.1 для двох крайніх перерізів А – А та Б – Б (рисунок Б.7). За розрахункове еквівалентне напруження приймається найбільше з двох значень. Характеристики перерізів W і А_i розраховуються за формулою (Б.40), а коефіцієнти i₀ і i_i – за формулами:

• для гнутих, крутогнутих і штампозварних відгалужень, що стикуються з трубами зварюванням:

; (Б.46)

• для відгалужень тих же конструкцій, що стикуються з трубами з використанням фланців:

; (Б.47)

• для відгалужень тих же конструкцій, що стикуються з трубами на фланці з одного кінця й зварюванням – з іншого:

; (Б.48)

• для секторних нормалізованих відгалужень, що стикуються з трубами зварюванням:

, (Б.49)

де

, (Б.50)

. (Б.51)

Б.8.4 Напруження у трійниках

Напруження у трійниках визначаються згідно з Б.8.1 для перерізів А – А,Б – Б та В – В (рисунок Б.8). За розрахункове еквівалентне напруження приймається найбільше із трьох значень.

Концентрація напружень вигину в трійниках залежить від безрозмірного параметра .

Для зварних трійників без зміцнювальних накладок, конструкція яких відповідає рисунку Б.3, а,

(Б.52)

Для зварних трійників зі зміцнювальними накладками, конструкція яких відповідає рисунку Б.4, а, при е_n 1,5 · е_nCT

, (Б.53)

при е_n 1,5 е_nCT

, (Б.54)

Для штампованих і штампозварних трійників, конструкція яких відповідає рисунку Б.4, б,

. (Б.55)

При розрахунку відгалуження (переріз В – В) у ці формули замість номінальної товщини стінки підставляється ефективна е_е, мм, яка визначається так:

• за наявності внутрішнього тиску (Р 0):

е_с=e_nCT· · e_R/ e_Rm, (Б.56)

де e_nCT – номінальна товщина стінки магістралі;

e_R – товщина стінки магістралі без урахування ослаблення отвором (розраховується згідно з (Б.6);

e_Rm – товщина стінки магістралі згідно з (Б.6);

• за відсутності внутрішнього тиску (Р = 0):

е_с=e_nCT· · φ_d/ φ_m, (Б.57)

де φ_d – обчислюється за формулою (Б. 18),

φ_m – приймається найбільшим із двох значень φ_d і φ_w:

φ_m =mах(φ_d; φ_w).

Коефіцієнти концентрації напружень вигину i₀ при дії згинального моменту із площини трійника:

• у звареному трійнику з відношенням зовнішнього діаметра відгалуження до зовнішнього діаметра магістралі d_зB/ d₃ >0,5:

^; (Б.58)

• у звареному трійнику з відношенням d_зВ/ d₃0,5, а також у штампованому (штампозварному) трійнику:

. (Б.59)

Коефіцієнти концентрації напружень вигину i_i при дії згинального моменту в площині трійника: незалежно від його конструкції й співвідношення d_зВ/ d₃ обчислюються за формулою:

i_i =0,75i₀ + 0,25. (Б.60)

Безрозмірний параметр у формулах (Б.56) – (Б.58) визначається за формулою:

. (Б.61)

Характеристики перерізу при розрахунку магістралі (перерізи А – А і Б – Б) визначаються за формулою (Б.40), при розрахунку відгалуження (переріз В – В ) – за формулами:

, (Б.62₎

у яких e_bm приймається: при розрахунку зварних трійників як найменше значення з величин е_b і e_bi_i, a при розрахунку штампованих і штампозварних трійників як найменше значення з величин e_s і e_si_i.

Врізання, конструкція яких відповідає рисунку Б.3, а та рисунку Б.4, а, розраховуються за формулами зварних трійників.

Б.8.5 Напруження від росту температури

Якщо в трубопроводі, який укладений у ґрунт і підданий нагріванню, відсутня компенсація температурних деформацій, то в стінці труби виникають напруження σ_t, МПа, які обчислюють за формулою:

σ_t = σ · Е · ∆t, (Б.63)

де σ – середній коефіцієнт лінійного видовження при нагріванні від 0 до максимальної температури теплоносія;

Е – модуль поздовжньої пружності (за максимальної температури теплоносія);

t = t₁ – t_MOHT – різниця між максимальною температурою теплоносія та температурою трубопроводу при монтажних роботах.

Модулі пружності і коефіцієнт лінійного розширення для трубних сталей марок Ст.3, 10, 20 наведені в таблиці Б.7.

Таблиця Б.7

Температура стінки труби t°С	Модуль пружності Е, Па	Коефіцієнт лінійного розширення, α °С-1	Е · α, Мпа · °С-1
20	20,11 х 1010	1,16 х 105	2,33
75	19,52 х 1010	1,20 х 105	2,34
100	19,38 х 1010	1,22 х 105	2,36
125	19,13 х 1010	1,24 х 105	2,37
150	18,93 х 1010	1,25 х 105	2,37

Б.9 Максимальна довжина прямих ділянок

Базуючись на інформації, яка була викладена в розділах Б.1 – Б.8, можна окреслити загальні принципи розрахунку витривалості попередньо ізольованих теплових мереж. Починаючи розрахунок проектант має керуватися однією засадою – сумарне напруження, яке виникає в стінці провідної труби, завжди має бути меншим ніж допустиме нормативне напруження.

Розгляд проблеми розрахунку попередньо ізольованих трубопроводів слід почати з наступного прикладу.

Ділянка трубопроводу завдовжки L₀ затиснута між двома нерухомими опорами (рисунок Б.9).

Рисунок Б.9 – Трубопровід між двома нерухомими опорами

Наповнення трубопроводу теплоносієм з температурою t₁, що відрізняється від початкової температури труби t₀ підтиском Р_р, викликає в перерізі "i" на відстані від нерухомої опори L₀, м, осьові напруження розширення σ_z, МПа:

σ_z = α · E · ∆t – v – σ_α, (Б.64)

де t = t₁ – t₀

У ситуації, коли один із кінців звільнений від нерухомої опори (рисунок Б.10), замість напружень у матеріалі труби виникає деформація i_zt:

Рисунок Б.10 – Теплове видовження трубопроводу з одним вільним кінцем

, (Б.65)

яка викликає переміщення вільного кінця на величину l_i, м:

l_i= L_i· i_zt= L_i· α · ∆t. (Б.66)

Якщо додатково помістити трубопровід у ґрунт (рисунок Б.11), який впливає на зовнішню оболонку (що передається на провідну трубу) рівномірно розкладеною силою Р, це викличе додаткові напруження від тертя , МПа:

Скачать бесплатно