Ограничение перемещения ТУС гидрометеорологическимиусловиями

Для расчета допускаемых по условиямпрочности трубопровода перемещений ТУС определяются такие внешние нагрузки, которыесоответствуют предельным допускаемым напряжениям σ втрубопроводе. Наиболее удобно расчет проводить графическим способом, вследующей последовательности.

Задаться рядом последовательновозрастающих параметров характеризующих состояние погоды или внешней среды.Например, для колебаний в вертикальной плоскости задаться несколькими,возрастающими значениями высоты расчетной волны h₁, h₂, h₃. Определить для этого волнения последовательно несколько значений динамическойсоставляющей изгибающего момента в трубопроводе М²_дин(1), М²_дин(2), М²_дин(3). Затем прибавить к ним наибольший изгибающий момент, полученный в результатестатического расчета трубопровода на прочность М_ст.

Получим ряд значений изгибающего момента:

(М_ст+ М²_дин(1)); (М_ст+ М²_дин(2)); (М_ст+ М²_дин(3))…

Подставив их в формулу (15), получимзначения напряженного состояния трубопровода σ₁, σ₂, σ₃,....Построим график зависимости h_i = f(σ_i), отложивпо оси ординат значение h_i, а по оси абсцисс σ_i. На этот график необходимо нанести вертикальныелинии, параллельные оси ординат, соответствующие значению допускаемыхнапряжений σ_эк для выбранного материала труб.Пересечение этой линии с графиком h_i = f(σ_i) дает предельнодопустимое волнение при эксплуатации ТУС.

Аналогично производится расчет пригоризонтальных колебаниях ТУС, только М_ст заменяется М_теч.

Пример построения подобногографика приведен ниже.

Исходные данные. В качествеобъекта для расчета взято ТУС "Сулейман Везиров" с тремя секциямистингера. Укладывается обетонированный трубопровод сечением 800×18 мм; h₁ = 25м, h₂ = 55 м- отстояние нижнего опорного ролику стингера соответственно от поверхности моряи дна:

ω =1,12 1/с (см. рис.2);

γ = 10 кгс/см,

J = 3,38×10⁵ см⁴;

N = 45000 кгс;

К = 10 м;

W = 8451 см³;

h₃ % =3м;

L = 107м;

F =442 см²;

Е = 2×10⁶ кгс/см²;

l_ст = 100м;

ω₀ = 0,9 1/с;

d = 0,88м;

q = 8,8 кгс/см - масса трубопровода.

Из статического расчета имеютсяследующие данные о напряженно-деформированном состоянии трубопровода:

l = 22200см - длина провисшей части трубопровода;

М_ст = 21,2×10⁶ кгc см -максимальный статический момент.

Определим по графику рис. 7 максимальнуюамплитуду колебаний ТУС:

α_ц = 0,64м; α₃ = 0,72; ψ =0,76°(0,013 рад); θ =2,8° (0,048 рад).

По формуле (42) определим G_mв амплитуду колебаний концевого опорного ролика:

G_mв =(107/2 + 100) × 0,013 + 0,72 + 10 × 0,048 = 3,2м.

Определим обобщенную массу трубопровода :

Определим коэффициент S_α:

и коэффициент φ:

По формуле (47)определим М^в_дн:

Подставляя различные значения X, получим эпюру изгибающих моментов вдоль трубопровода.Максимальное значение М^в_дн(max) =6,35×10⁶ кгс см.

Общий изгибающий момент М_в= М_cm + М^в_дн = 21,2×10 +6,35×10⁶ =27,55×10⁶ кгс см.

Общие напряжения в трубопровод (15)

σ =45000/442+27,55×10⁶/8451= 3362 кгс см

Аналогичнымобразом рассчитывают напряжения для других значений h₃ (например, h_3% = 1, 2, 4м и т.д.), что, позволяет построить график, которыйприведен на рис. 10. На этом рисунке приведены значения h_i = f(σ_i) также длятрубопроводов сечением 1020×20 мм и 325×12 мм.

Определим теперь допускаемыенапряжения по разделу 3.2.7 Рекомендаций. Для сравнения возьмем трубы измалоуглеродистой стали с расчетным сопротивлением (пределом текучести) R^Н₂ =3600 кгс/см² и высокопрочной стали с R^Н₂ =4500 кгс/см².

По формуле (3) рекомендаций определим σ_эк для малоуглеродистой стали

для высокопрочной стали

Отложив на шкале абсцисс расчетноезначение σ_эк в виде вертикальной прямой, параллельнойоси ординат, находим в месте пересечения ее с кривой h_i = f(σ_i) значение допускаемоговолнения. Для трубопровода 800×18 мм ординаты точек 1, 2, 3 на рис. 10характеризуют допускаемое значение волн: 1 - h =1,5 м при использованиималоуглеродистой стали и курсовом угле подхода волн (КУВ = 0°); 2 - h = 2,35 м при использовании высокопрочнойстали и КУВ = 45 + 90°; 3 - h = 3,7 м при использованиивысокопрочной стали и КУВ = 0°.

Рис.10. Эпюры напряженного состояния трубопровода и выбор допускаемого волнения:

Ординаты точек, характеризующие допускаемые значения волн; 4 и 8 - с учетомсмещения судна КУВ - 0°; 5 - для трубы 325×12 мм; 6 и 10 - для суднабортом КУВ 45 - 90°: 7 - для трубы 820×18 мм; 9- для трубы 1020×20мм

Из рис. 10 видно, что для трубопровода325×12 мм практически нет ограничений до погодным условиям до волнения h =4,5 м, фактически укладкарегламентируется заливаемостью палубы и грузоподъемными операциями с трубами, ане прочностью трубопровода при укладке.

Трубопровод 1020×20 мм укладывать сТУС невозможно, требуется значительное увеличение натяжения трубопровода иследовательно, увеличение мощности натяжных механизмов на судне.

По формуле (45) вычисляют частоту первого тона собственныхколебаний трубопровода

Безразмерный коэффициент затухания колебаний можновычислить по формуле

По формуле (46)определяют коэффициент динамичности

Коэффициент динамичности удовлетворяетусловию S =1,03 ≤ 1,05, частота колебаний трубопровода почти на порядок ниже чем частотавозмущающей силы ω = 1,12 >> Р =0,2 1/с, т.е. резонансныеколебания трубопровода исключаются.

Произведен расчет трубопровода вгоризонтальной плоскости с учетом течения V = 1 м/с

Колебание конца стингера определяют поформуле (43)

G_m2 =0,64 + 25×0,048 = 1,84 м.

Наибольший изгибающий момент по формуле -(47)

М²_дн = М^в_днG_m2/ G_mв =6,35×10⁶×1,84/3,2=3,65×10⁶ кг.см.

Определяют нагрузку от течения у стингерапо формуле (50) (принимается С_х =0,7).

Примем трапециевидную нагрузку Р =0,16 кгс/см; Р₁ = 0,16 кгс/см.

Изгибающий момент определяют по формуле(53)

Наибольший момент равен М_теч(mах) =2,85.10⁶ кгс/см.

Изгибающий момент от гидродинамическихсил следующий:

М₂ =2,85×10⁶ +3,65×10⁶ = 6,5×10⁶ кгс/см.

Напряжений в трубопроводе по формуле (56)следующие:

σ = 45000/422 + 6,5×10⁶/8451 =102+802=904 кгс/см²

Эти напряжения невелики по сравнению с напряжениямив вертикальной плоскости трубопровода и не ограничивают перемещения ТУС.

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 38; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!