Балластировка трубопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Хабаровский Тихоокеанский государственный Университет

Кафедра мостов, оснований и фундаментов

Контрольная работа

по дисциплине «Сооружение, эксплуатация и ремонт газонефтепроводов»

Выполнил:

студент 2 курса

заочного обучения

Специальность: НД(б)зу-22

№ зач. книжки: 12041030667

Грунешова Ксения Анатольевна

Хабаровск 2014 г.



Задача 1. Расчет параметров балластировки трубопроводов

балластировка трубопровод рельеф местность

Цель: 1) рассчитать параметры балластировки трубопровода; 2) рассчитать устойчивость трубопроводов на водном переходе.

Рассчитать устойчивость против всплытия трубопровода, сооружаемого на болоте на вогнутом рельефе местности, если известно, что D_н = 720 мм; д_н = 8 мм; D_н.и. = 731 мм; в = 0,12391 рад; Е₀ = 2,1·10⁵ МПа; ??_в = 1100 кг/м³; ??_б = 2300 кг/м. Балластировку предполагается производить утяжелителями типа ж/б седловидные грузы, чугунные кольцевые грузы. Длина балластируемого участка: ж/б седловидными грузами - L₁= 150 м; чугунными кольцевыми грузами - L₂ = 170 м.

Решение:

Определяем вес балластировки в воде:

где - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным: 0,9 - для ж/б грузов, 1,0 - для чугунных грузов;

- коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия;

- расчетная нагрузка от 1 п.м. трубы, заполненной продуктом, если в процессе эксплуатации невозможно ее опорожнение и замещение продукта воздухом, определяется по формуле:

где - коэффициент надежности по нагрузке от веса трубы;

- объемный вес стали, Н/м³ (для стали у = 78500 Н/м³);

- расчетная нагрузка от веса продукта; с учетом возможного опорожнения трубопровода по СНиП 2.05.06-85* принимается равной нулю;

- выталкивающая сила воды, приходящаяся на единицу длины полностью погруженного в воду трубопровода при отсутствии течения воды, определяемая по формуле:

где - наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия и футеровки;

- плотность воды с учетом растворенных в ней солей 1100-1150 кг/м3;

g - ускорение свободного падения.

- расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода, определяемая по формуле:

где - модуль упругости стали; - момент инерции сечения трубопровода; - угол поворота оси трубопровода; - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода.

где момент инерции определяется по формуле:



2. Определяем вес балластировки в воздухе по формуле:

где - плотность материала балластировки, 2300 кг/м³ - для бетонных грузов, 7450 кг/м³ - для чугунных грузов.

3. Рассчитываем расстояние между грузами по формуле:

где - нормативный вес одного утяжелителя.

- для ж/б седловидных грузов:

Принимаем шаг утяжелителя 2,20 м.

- для чугунных грузов:

Принимаем шаг утяжелителя 1,20 м.

4. Определяем необходимое число пригрузов:



где - длина балластируемого участка.

- для ж/б седловидных грузов:

- для чугунных грузов:

Рассчитать устойчивости трубопровода на водном переходе, длиной 150 м. Исходные данные:

1. На подводном переходе применяется усиленная изоляция. Для изоляции трубопровода выбираем битумную изоляцию толщиной д = 8 мм, тогда диаметр трубопровода будет равен:

2. Расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод по формуле:

где - наружный диаметр футерованного трубопровода.

3. Рассчитываем число Рейнольдса, приняв скорость течения реки 0,85 м/с и вязкость воды 1,31 · 10-6 м²/с.



где - средняя скорость течения реки;

- вязкость воды.

Для футерованного трубопровода 105 ? Re ? 10⁷ коэффициент С_х = 1.

4. Горизонтальная составляющая гидродинамического воздейтсвия потока составит:

где - гидродинамический коэффициент лобового сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и характера внешней поверхности трубопровода.

5. Величина пригруза, необходимая для компенсации горизонтальной составляющей гидродинамического воздействия потока на единицу длины трубопровода составит:

6. Вертикальная составляющая гидродинамического воздействия потока определяется по формуле:



где - коэффициент подъемной силы, = 0,55.

7. Нормативная нагрузка от собственного веса металла трубы определяется по формуле:

где - удельный вес металла, из которого изготовлены трубы (для стали = 78500 Н/м³);

- наружный диаметр трубопровода;

- внутренний диаметр трубопровода.

8. Нормативная нагрузка от собственного веса футеровки определяется по формуле:

где - плотность деревянной футеровки;

- наружный диаметр офутерованного трубопровода;

- наружный диаметр изолированного трубопровода.

9. Нормативная нагрузка от собственного веса изоляции определяется по формуле:



где - плотность битума;

- наружный диаметр изолированного трубопровода.

10. Расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода определяется по формуле:

где - коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, = 0,95;

- нормативная нагрузка от собственного веса металла трубы;

- нормативная нагрузка от собственного веса изоляции;

- нормативная нагрузка от собственного веса футеровки.

11. Осевой момент инерции поперечного сечения трубы и дополнительная выталкивающая сила за счет изгиба трубопровода определяются по формулам:

где;

- осевой момент инерции поперечного сечения трубы:



12. Определим величину пригрузки трубопровода в воде:

где - коэффициент надежности по материалу пригруза, для чугунных пригрузов, 0,9 - для бетонных пригрузов;

- коэффициент надежности устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаем по приложению 4;

- расчетная нагрузка, обеспечивающая упругий изгиб трубопровода соответственно рельефу дня траншеи;

- расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод;

- величина пригруза, необходимая для компенсации вертикальной составляющей Ру гидродинамического воздействия потока на единицу длины трубопровода, ;

- величина пригруза, необходимая для компенсации горизонтальной Рх составляющей гидродинамического воздействия потока на единицу длины трудопровода, ;

- коэффициент трения трубы о грунт при поперечных перемещениях, ;

- нагрузка от веса перекачиваемого продукта, , т.к. рассчитывается крайний случай - трубопровод без продукта;

- расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода.

13. Определим расстояние между пригрузами и их число. Для балластировки трубопровода выбираем чугунные кольцевые грузы массой 1100 кг, объемом 0,1455 м³.

Расстояние между пригрузами определим по формуле:

14. Число пригрузов определим по формуле:

N_г = L / l_г = 500 / 1,795 = 279.

Задача 2. Выбор и расчет защитного футляра (кожуха)

Цель: 1) выбрать и рассчитать на прочность защитный футляр; 2) расчет потребной мощности при прокладке защитного футляра способом горизонтального бурения на переходе через автодорогу.

Рассчитать на прочность защитный футляр на переходе трубопровода при следующих исходных данныхD_н = 1020 мм; Н = 2,4 м; д = 8 мм; грунт - насыпной; ??_гр.ср. = 17 кН/м³; ц_гр = 27°; f_кр = 0,5; k₀ = 1·10⁵ кН/м³; полотно дороги - бетонное.

Решение:

1. Определяем диаметр защитного футляра:

где - наружный диаметр футляра.

Для прокладки футляра используем трубы Новомосковского трубного завода D_K = 1020 мм, изготовленные по ТУ-14-3-1424-86 из стали 13Г1С-У.

2. Определяем расчетное сопротивление материала футляра:

где - нормативное сопротивление сжатию металла труб, равное минимальному значению предела текучести;

- коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый по СНиП 2.05.06-85*, равный 0,6;

- коэффициент надежности по назначению, зависящий от рабочего давления и диаметра; согласно СНиП 2.05.06-85*

3. Определяем ширину свода обрушения:

где - угол внутреннего трения грунта.

4. Определяем высоту свода обрушения:

где - коэффициент крепости грунта.

5. Так как ? Н (1,645 м ? 2,4 м), над футляром образуется свод естественного обрушения.

Определяем значения расчетной вертикальной нагрузки от действия грунта и расчетную величину бокового давления грунта:

где - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принимаем = 1,2;

- средний вес грунта в естественном состоянии.

6. Вычисляем момент инерции полотна дороги:

где -единичная ширина полотна дороги, принимаем равной 1;

- толщина покрытия дороги.

7. Определяем цилиндрическую жесткость полотна дороги:



где - модуль упругости материала полотна дороги;

- коэффициент Пуассона.

8. Определяем коэффициент жесткости полотна дороги:

где - коэффициент постели грунта при сжатии.

9. Вычисляем параметр а':

Таким образом, зону распространения суммарной реакции основания определим как сумму:

2а = 1,42 + 0,95 + 1,42 = 3,79 м.

10. Максимальное значение реакции основания имеет место в точках х₂ и х₃, равных нулю, когда параметр з = 1 и определяется по формуле:



где - нагрузка, передаваемая на полотно дороги.

11. Нагрузка, передаваемая на основание полотна дороги от действия транспорта

12. Определяем напряжения в грунте при х=0 и z=Н=2,4 м:

13. Находим максимальное значение у_z:

при z/a = 2,4/1,895 = 1,3, отсюда = 75,6 кПа.

14. Определяем расчетное давление от подвижного транспорта:

где - коэффициент надежности по нагрузке от подвижного транспорта.

16. Вычисляем расчетное сжимающее усилие:

где - радиус футляра.

16. Определяем расчетный изгибающий момент:

где с - коэффициент, учитывающий всестороннее сжатие футляра, с = 0,25.

17. Вычисляем толщину стенки футляра:

Принимаем = 22 мм.

Определить потребную мощность при прокладке защитного футляра методом ННБ через автомобильную дорогу, если известно, что D_Н = 1020 мм; D_K = 1020 мм; грунт - насыпной; h_н = 1 м; h_м = 1,5 м; ??_гр.ср. = 17 кН/м³; ц_гр = 27°; f_кр = 0,5; k₀ = 1,5.

Решение:

1. Определяем максимально возможную частоту вращения шнека по формуле:

где - угол подъема винтовой линии поверхности шнека, принимаем равным 35°05';

- коэффициент трения грунта по винтовой поверхности шнека в движении, принимаем равным 0,41;

- коэффициент трения грунта по винтовой поверхности в покое, принимаем равным 0,43.

3. Определяем высоту заполнения шнека:

где - шаг шнека, принимаем равным 800 мм;

- угол внутреннего трения грунта.

4. Определяем коэффициент объемного наполнения шнека:

По графику зависимости коэффициента объемного наполнения шнека от высоты заполнения шнека находим шн = 0,057.

5. Определяем скорость бурения:

где - максимальная частота вращения шнека;

- диаметр скважины;

- коэффициент разрыхления транспортируемого грунта.

6. По графику зависимости коэффициент удельного сопротивления грунта резанию от толщины стружки и скорости бурения находим коэффициент удельного сопротивления грунта при толщине стружки срезаемого грунта hc = 0,17 см, и скорости бурения = 1,6 м/ч

k = 120 · 10⁵ Н/м².

7. Определяем среднее усилие, необходимое для разрушения грунта режущей головкой:

Р_ср = 120 · 10⁵ · 0,0015 · 0,55 · 2 = 19800 Н.

8. Вычисляем мощность, затрачиваемую на бурение скважины:

N_б = 19800 · 0,55 · 3,14 · 61,31 / 30 = 69882,2 Вт = 69,9 кВт.

9. Определяем производительность шнекового транспортера:

Q_Ш = 60 · (3,14 · 1,050²) / 4 · 0,8 · 61,31 · 1,6 · 0,057 = 232,3 т/ч.

10. Определяем мощность, затрачиваемую на перемещение грунта шнеком при длине шнека Lш = 30 м:

N_Ш = 232,3 · 30 · 60 · 9,81 / (3,6 · 106 · 1,6) = 0,71 кВт.

11. Определяем массу единицы длины защитного футляра д_К = 9 мм, внутреннем диаметре Dкв = 1020 - 9 · 2 = 1002 мм и плотности материала футляра с_ст = 7850 кг/м³

G_K = 3,14/4 · (1,020² - 1,002²) · 7850 = 224,3 кг/м.

12. Определяем массу единицы длины шнека:

G_Ш = 0,6 · 224,3 = 134,6 кг/м.

13. Определяем массу грунта на единицу длины шнека:

G_гр = 3,14/4 · 1,002² · 1500 · 0,057 = 67,4 кг/м.

14. Определяем массу единицы длины шнекового транспортера с разрабатываемым грунтом:

G_K = 134,6 + 67,4 = 202 кг/м.

15. Определяем мощность, затрачиваемую на продавливание футляра:



Определяем требуемую мощность УГБ:

N_у = 69,9 + 0,71 + 1,21 = 71,82 кВт.

Размещено на Allbest.ru