Расчет на прочность трубопроводов

Результатом прочностного расчета труб может быть:

1) толщина стенки трубы (конструкторский расчет);

2) допустимые напряжения от внешних нагрузок (поверочный расчет);

3) допустимые давления (поверочный расчет).

1. Расчёт толщины стенки труб.

Толщина стенки труб должна быть не менее

а) для бесшовных труб и для сварных труб из углеродистой, низколегированной марганцо­вистой и хромомолибденовой стали, а так же аустенитной сталей при условии проведения термической обработки готовых труб коэффициент прочности сварных соединений φ = 1,0

б) для труб из высокохромистой и хромомолибденовой стали φ = 0,8.

Формула справедлива при ; для атомных установок и реакторов .

Величина прибавки C₁ для прямых труб принимается в зависимости от минусового допуска

,

где А выбирается из табл.5.2.

Для гнутых труб

где A₁ – коэффициент, зависящий от минусового допуска и радиуса гиба трубы.

Величина прибавки C₁ должна во всех случаях приниматься не менее 0,5мм.

Таблица 5.2

Наибольший минусовый допуск по толщине стенки, %		12,5
	0,2	0,17	0,15	0,10	0,08
	0,18	0,15	0,12	0,06	0,03

В атомных энергоустановках дополнительная прибавка принима­ется наибольшему из двух значений:

где R - радиус гиба трубы по нейтральной линии,

- овальность сечения трубы в гнутом участке, в %;

- относительное утонение стенки в растянутой части гнутого участка, %.

S - расчетная толщина стенки, мм,

S_и - номинальная толщина стенки, принятая при изготовлении элемента, мм;

- минимальная толщина стенки в растянутой части гнутого участка, мм.

2. Поверочный расчет напряжений от внешних нагрузок.

Эквивалентное напряжение в трубе от внешних нагрузок (осевой силы, изгибающих и крутящих моментов) вычисляется по формуле:

где - дополнительное напряжение растяжения или сжатия от внешней осевой силы, МПа;

Q_вн - внешняя нагрузка, кг,

f - площадь сечения трубы, мм, определяется как

- дополнительное изгибное напряжения, МПа;

W - момент сопротивления сечения трубы, мм³;

φ_н - коэффициент прочности поперечного сварного соединения при изгибе принимается следующий:

а) для труб из аустенитной и высокохромистой стали катаных φ_н =0,6; ковано-сверленых - φ_н =0,7

б) для труб из перлитной стали катаных - φ_н = 0,8; кова­но-сверленых - φ_н = 0,9;

- дополнительные напряжения кручения, МПа.

Величина найденного эквивалентного напряжения от внешних нагрузок должна удовлетворять следующему условию

Величина приведенного напряжения от внутреннего давления определяется по формулам:

а) для бесшовных труб

б) для труб с продольным сварным швом

Допустимое напряжение при η =1,0.

При вычислении дополнительные напряжения , и τ определяются для одного сечения трубы. Когда наибольшие значения этих напряжений находятся в разных сечениях, следует выявить сечение с наибольшим .

Если величина окажется больше допустимого значения, т.е. условие не будет соблюдаться, то необходимо осуществить конструктивные мероприятия, снижающие до допустимых пределов.

При прогреве трубопровод удлиняется. Однако свободному перемещению трубопровода препятствуют жесткие опоры по концам трубы. Поэтому в трубе при тепловых расширениях возникают добавочные тепловые напряжения, которые называются напряжением от самокомпенсации. Эквивалентные напряжения от самокомпенсации находятся по формуле:

,

где - дополнительное напряжение растяжения или вызванное продольным усилием при самокомпенсации, МПа;

- дополнительное напряжение от изгибающего момента, возникшего при самокомпенсации, МПа;

- дополнительное напряжение от крутящего момента при самокомпенсации, МПа.

Условия прочности трубопровода при самокомпенсации определяются как

Если это условие не соблюдается, то необходимо проводить конструктивные мероприятия по упрочению или создавать предварительный натяг при монтаже холодного трубопровода.

3. Допустимое давление в трубах поверхностей нагрева.

Допустимое рабочее давление при расчете труб определяется по формулам:

а) для бесшовных труб:

б) для труб с продольным сварным швом:

Величина пробного давления при гидравлических испытаниях поверхностей нагрева, изготовленных из бесшовных и сварных труб не должна превышать вычисленную по одной из формул:

при

при

где - допустимое напряжение при комнатной температуре t = 20⁰С

φ - коэффициент прочности шва.

В процесс гибки трубы происходит утонение стенки трубы и она приобретает овальность. В то же время прямая цилиндрическая труба превращается в тор. Известно, что тор правильной формы может выдержать большее давление. Таким образом, при гибке трубы может произойти как снижение прочности трубы, так и наоборот.

Утонение стенки трубы может быть определено как

где - утонение стенки трубы при гибе, мм;

R - средний радиус гиба, мм;

При расчете на прочность утонение трубы при гибе частично учитывается добавкой С₁.

Добавка С₁ выбирается обычно в зависимости от относительного радиуса гиба . Как правило (табл.5.2).

Дата добавления: 2013-12-13