ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
На основе техиико-экономического расчета выбирается экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода для каждого участка между анкерными опорами. Толщина оболочки трубопровода определяется из расчета прочности. В необходимых случаях рассчитывают устойчивость (жесткость) трубопровода. На участке между анкерными опорами диаметр трубопровода принимается одинаковым. В пределах каждого участка при движении сверху вниз пьезометрический напор возрастает. Толщина оболочки трубопровода наибольшая в конце участка, где наибольший напор, а наименьшая — в начале участка
Расчет оболочки стального трубопровода производится по методу предельных состояний. Расчетное сопротивление сталей R определяется как нормативное сопротивление Rn, деленное на коэффициент безопасности по материалу k, т. е. R = R1I/k. В качестве нормативного сопротивления при расчетах на статические нагрузки принимается нормативный предел текучести. В предварительных расчетах условие прочности оболочки может быть записано:
Коэффициент безопасности по материалу k зависит от класса сталей, способа изготовления стальных изделий и задается в соответствии с рекомендациями 17-12, с. 43—44. Коэффициент надежности сооружений и конструкций ku зависит от класса капитальности и прииимается по данным 17-12: для сооружений I класса — 1,20; II класса— 1,15; III класса—1,1.
Коэффициент условий работы т учитывает возможные случайные отступления в размерах действительной конструкции от проектируемой, а также возможные неблагоприятные условия работы конструкции. Значения коэффициентов т определяются путем исследования условий работы реальных конструкций при строительстве и эксплуатации или их моделей в лабораторных условиях.
Значения коэффициента перехода с от основных сопротивлений материала к производным принимается при расчете нормальных напряжений 1,0—1,2, при расчете касательных напряжений 0,6 17-12, табл. 10.
Отдельные элементы конструкции тройников и развилок при наличии пульсирующей составляющей давления потока рассчитываются по несущей способности этих элементов с учетом их выносливости. В этом случае расчетное сопротивление понижается путем умножения на коэффициент v, согласно СНиП II-B-3—72, с. 35. Для неразрезных участков трубопровода следует производить расчеты по проверке деформаций и перемещений от статических нагрузок.
При проектировании стальных трубопроводов должна предусматриваться защита их от коррозии и износа от истирания наносами. Увеличение толщины оболочки против расчетной на износ и коррозию допускается только при специальном обосновании. Минимальная толщина оболочки принимается 6—10 мм. В зависимости от внутреннего давления и диаметра трубопровода принимаются стандартные толщины стального листа по сортаменту. Значение б изменяется по длине трубопровода уступами от бн до 6К (рис. 17-11).
Для принятой толщины оболочки трубопровода производится расчет ее прочности с учетом сложнонапряженного состояния. При этом учитываются все силы и изгибающие моменты для двух сечений, трубы— по середине пролета между промежуточными опорами и у опорных колец. Для стальных турбинных трубопроводов характерно двухосное напряженное состояние. Определяющими несущую способность являются нормальные напряжения. При симметричной загрузке трубопровода касательные напряжения, как правило, не учитываются. Несущая способность оболочки характеризуется приведенным напряжением, определяемым по энергетической теории прочности. Условие прочности определяется по формуле
При опорожнении трубопровода с закрытыми в верхнем конце затворами и при отказе от работы воздухопроводящих устройств в нем возможно появление вакуума. Наружное атмосферное давление при вакууме внутри трубы может привести к смятию оболочки, если разность наружного и внутреннего давлений превышает критическое значение.
Критическое давление для круглой трубы без колец жесткости определяется по формуле:
Действительный избыток внешнего давления р с учетом коэффициента перегрузки должен быть меньше критического. Принимая коэффициент условий работы конструкции 0,5, получим.
На предварительных стадиях проектирования предельное расстояние между кольцами жесткости на оболочке может быть определено из графика, на рис. 17-13, б в зависимости от отношения D/6. Задав / в зависимости (1.7-19), можно определить момент, инерции кольца жесткости и затем подобрать по сортаменту соответствующий швеллер. При детальных расчетах жесткости оболочки трубопровода необходимо учитывать дополнительно изгибающие моменты от нагрузок, вызывающих изгиб оболочки 17-2. Расстояние между кольцами жесткости и их размеры уточняются на основе технико-экономических расчетов при условии минимальной стоимости конструктивных элементов, обеспечивающих несущую способность оболочки.