ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА С ЗОНОЙ УТОНЕНИЯ
В работе проведена оценка напряженно-деформированного состояния технологического трубопровода с утонением (далее трубопровод) для 2х вариантов:
I. рабочие условия;
II. гидравлические испытания.
Трубопровод состоит из линий А и Б. Линия А предназначена для транспортировки продукта, а линия Б – для сброса горючих газов от линии А. Трубопровод изготовлен из стали 09Г2С и расположен на открытом воздухе.
В Autodesk Inventor была создана поверхностная модель с утонением, которая затем была импортирована в ANSYS для получения расчетной модели.
Рабочие нагрузки, приложенные к расчетной модели в каждом из вариантов, приведены в табл. 1.
Таблица 1. Значения рабочих нагрузок
| № варианта | I | II | ||
| Линия | А | Б | А | Б |
| Давление, [МПа] | 2,5 | 0,05 | 3,625 | 0,45 |
| Температура, [°С] | 41 | 30 | 20 | |
| Гидростатическое давление, [кПа] | - | 0÷259 | 137÷164 | |
Общий вид трубопровода с указанием месторасположения и типа опор, а также геометрия зоны утонения представлены на рис. 1.
 |
| Рис. 1. Общий вид трубопровода |
Прочностные характеристики материала и допускаемые напряжения для различных вариантов приведены в табл. 2.
Таблица 2. Прочностные характеристики и допускаемые напряжения для 2х вариантов
| № варианта | I | II | |||||||
| Линия | А | Б | А | Б | |||||
| Предел текучести, [МПа]* | 238 | 242 | 245 | ||||||
| Временное сопротивление разрушению, [МПа]* | 432 | 432 | 432 | ||||||
| Категория напряжений** | (σ)1 | (σ)2 | (σ)RK | (σ)1 | (σ)2 | (σ)RK | (σ)1 | (σ)2 | (σ)RK |
| Допустимое значение, [МПа] | 159 | 206 | 432 | 161 | 209 | 432 | 221 | 278 | 432 |
*прочностные характеристики указаны при рабочей температуре, получены линейной интерполяцией (ПНАЭ Г-7-002-89, прил.1, п.1.1)
**категории напряжений согласно ПНАЭ Г-7-002-89
В соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86, п.1.2.16 расчет напряжений без учета концентраций был проведен в предположении линейно-упругого поведения материала.
По результатам расчета были определены и рассмотрены наиболее нагруженные характерные зоны:
- зона А (отвод);
- зона Б (врезка в трубопровод);
- зона В (зона утонения).
Карты распределения эквивалентных напряжений всего трубопровода представлены на рис. 2.
| Вариант I | Вариант II |
 |
 |
| Рис. 2. Карты распределения эквивалентных напряжений всего трубопровода, [Па] | |
Карты распределения эквивалентных напряжений характерных зон представлены на рис. 3.
| Вариант I | Вариант II | |
| Зона А |  |
 |
| Зона Б |  |
 |
| Зона В |  |
 |
| Рис. 3. Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон, [Па] | ||
 - место с максимальными (σ)1 / (σ)2 / (σ)RK |
||
Проверка условий прочности и коэффициент запаса для каждой зоны приведены в табл. 3.
Таблица 3. Оценка результатов
| № варианта | Зона |
Категория напряжений |
Расчетное значение, [МПа] |
Знак |
Допустимое значение, [МПа] |
Коэффициент запаса |
Условие прочности |
| I | А | (σ)1 | 124 | < | 159 | 1,28 | выполнено |
| (σ)2 | 160 | < | 206 | 1,28 | выполнено | ||
| Б | (σ)1 | 93 | < | 159 | 1,71 | выполнено | |
| (σ)2 | 187 | < | 206 | 1,10 | выполнено | ||
| (σ)RK | 210 | < | 432 | 2,05 | выполнено | ||
| В | (σ)1 | 274 | > | 159 | 0,58 | не выполнено | |
| II | А | (σ)1 | 142 | < | 221 | 1,55 | выполнено |
| (σ)2 | 160 | < | 278 | 1,73 | выполнено | ||
| Б | (σ)1 | 133 | < | 221 | 1,66 | выполнено | |
| (σ)2 | 267 | < | 278 | 1,04 | выполнено | ||
| (σ)RK | 300 | < | 432 | 1,44 | выполнено | ||
| В | (σ)1 | 435 | > | 221 | 0,50 | не выполнено |
Выводы:
1) При рабочих условиях эксплуатации в зоне утонения стенки трубопровода σ1 превышает допустимые значения напряжений, но не превышает временное сопротивление - это приведет к необратимым локальным пластическим деформациям.
2) При гидравлических испытаниях в зоне утонения стенки трубопровода σ1 превышает допустимые значения напряжений и превышает временное сопротивление - это приведет к образованию и развитию трещин.
 |
скачать "ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА С ЗОНОЙ УТОНЕНИЯ" |
