Методика расчета

Расчетную толщину стенки трубопровода d, см, следует определять по формуле

, (1)

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия

, (2)

где n – коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, принимаемый по табл. 13 [2];

p – рабочее (нормативное) давление, МПа;

D_н – наружный диаметр трубы, см;

R₁ – расчетное сопротивление растяжению, МПа. Определяем по формуле:

(3)

где R₁^н - нормативное сопротивление растяжению металла труб и сварных соединений принимают равным минимальному значению временного сопротивления по техническим условиям на трубы, МПа; [3]

m - коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый по табл.1 [3];

k₁ – коэффициент надежности по материалу, табл. 9 [2];

k_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, табл 11 [3];

Y₁ – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по формуле

, (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. Определяем по формуле , МПа

, (5)

где a - коэффициент линейного расширения металла трубы, град ^–1;

Е – переменный параметр упругости (модуль Юнга), МПа;

Dt – расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, ⁰С;

m - переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона);

n – коэффициент надежности по нагрузке – внутреннему рабочему давлению в трубопроводе;

r - рабочее (нормативное) давление, МПа;

D_вн – внутренний диаметр трубы, см;

d_н – номинальная толщина стенки трубы, см;

Толщину стенки труб, определенную по формулам (1) и (2), следует принимать не менее 1/140 D_н, но не менее 3 мм для труб условным диаметром 200 мм и менее и не менее 4 мм – для труб условным диаметром свыше 200 мм.

2.3 Пример расчета
Цель расчета: Определить толщину стенки газопровода и проверить наличие осевых сжимающих напряжений, возникающих при сооружении газопровода.
Исходные данные:
Наружный диаметр газопровода Dн, мм 219
Давление в газопроводе Р, кгс/см2 55
категория прокладки IV
Коэффициент условий работы трубопровода m 0, 9
Коэффициент надежности по материалу К1 1, 4
Коэффициент надежности по назначению трубопровода Кн 1
Для расчета следует использовать СНИП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы.
Определяем расчетное сопротивление растяжению (сжатию), R 1, кгс/см2
где R1н – нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, которое следует принимать минимальному значению временного сопротивления.
Определяем расчетную толщину стенки , см
где n = 1, 1 – коэффициент надежности по нагрузке. [3]
Полученную величину толщины стенки трубопровода округляем до ближайшей большей величины по сортименту труб. Принимаем толщину стенки 8 мм.
Определяем продольное осевое напряжение, GпрN, МПа
где α t – коэффициент линейного расширения металла труб, α t = 1, 2 · 10-6
Е– переменный параметр, модуль упругости, Е= 2, 1 · 106 кг/см2
∆ t– расчетный температурный перепад, ∆ t = 50º С
Dв – внутренний диаметр газопровода.
Знак «-» указывает на наличие продольных осевых напряжений. Определяем коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние по формуле (4): Определяем толщину стенки по формуле (2): Принимаем для газопровода толщину стенки 8 мм. В случае выбора трубы другой марки стали, с другими прочностными характеристиками необходимо расчет повторить. Принятая толщина стенки удовлетворяет условию: 0, 156< 0, 8> 0, 3 см
Вывод: Определили толщину стенки газопровода и проверили осевые сжимающиеся напряжения, возникающие при эксплуатации участка газопровода.

Таблица 1- Исходные данные для определения толщины стенки

Параметры	Обо- значе ние	Единица измере-ния	Вариант
Наружный диаметр газопровода	Дн	см
Рабочее давление	Р	кг/см2
Температурный перепад	t	0С
Временное сопротивление металла труб	sв	кгс/см2
Категория газопровода			III	IY	III	III	III	IY	III	III	IY	III
Коэффициент условий работы газопровода	ГП		0, 9	0, 9	0, 9	0, 9	0, 9	0, 9	0, 9	0, 9	0, 9	0, 9
Коэффициент надежности по назначению	КН		1, 05	1, 05	1, 05	1, 05	1, 05	1, 05	1, 05	1, 05	1, 05	1, 05
Коэффициент надежности по материалу	К1		1, 47	1, 47	1, 47	1, 47	1, 4	1, 4	1, 47	1, 47	1, 4	1, 47
Коэффициент надежности по нагрузке	П		1, 1	1, 1	1, 1	1, 1	1, 1	1, 1	1, 1	1, 1	1, 1	1, 1

Контрольные вопросы

1. Сколько категорий трубопроводов вы знаете?

2. От чего зависит коэффициент условия работы?

3. Чему равен коэффициент перегрузки по внутреннему давлению для трубопроводов?

4. Назовите возможную категорию для трубопроводов диаметром 1220, 1420 мм.

5. Каким газопроводам присваивают высшую категорию?

6. От чего зависит коэффициент надёжности по материалу?

7. От чего зависит коэффициент надёжности по назначению трубопровода?

8. Как влияет на толщину стенки наличие в трубопроводе продольных осевых сжимающих напряжений?

9.От чего зависит температура стенки трубопровода?

10.Какие внутренние усилия возникают в прямолинейном подземном трубопроводе?

11.Написать формулу для определения кольцевых напряжений.

12.Написать формулу для определения напряжений от воздействия температуры.

13.Написать формулу для определения продольных напряжений от внутреннего давления.

14.Написать формулу для определения толщины стенки при наличии сжимающих напряжений и при отсутствии их.

15.Какому условию должна удовлетворять принятая толщина стенки.

Литература