ХВИЛЬНОТЕХ - розрахунок осьової та радіальної напруги на стінки трубопроводу
Автори: Заслужений винахідник РФ, д.т.н., Х.М. Низамов; к.т.н. В.М. Применко; Л.В. Количів; український університет дружби народів
Журнал «Подвійні технології», №4, 2000р.
У процесі експлуатації трубопровідних систем різного призначення неминуче виникають інтенсивні хвильові (коливання тиску, гідроудари) та вібраційні процеси внаслідок роботи насосних агрегатів, зміни режиму їх роботи, спрацьовування запірної арматури, аварійних відключень електроживлення, помилкових дій обслуговуючого та ремонтного персоналу тощо. , які призводять до виникнення змінних у часі напруг у стінках трубопроводів та появі, з плином часу, втомних і корозійно-втомних тріщин у місцях зварних з'єднань або яких-небудь малопомітних дефектів, що є концентраторами напруг (подряпини, задираки та ін.)
Всі ці фактори, як правило, не враховуються під час проектування трубопровідних систем. Так, наприклад, при проектуванні магістральних трубопроводів [1] враховуються всі навантаження, що діють на трубопровід - зміна температури, вага засипки, вітрові і снігові навантаження і т.п., за винятком динамічного характеру навантаження стінки трубопроводу в процесі експлуатації. У нормативних документах різних галузей промисловості, переважно, регламентуються допустимі рівні вібрації трубопроводів. Так згідно з нормами Мінгазпрому [2] аварійний рівень вібрації оцінюється значенням віброшвидкостіVe=18 мм/с, а запобіжний перевищеннямVe=41 мм/с. За нормами Союзкомресомашу для ділянок трубопроводів більше0.5 мрозмах вібропереміщень обмежений величиною0.5 мм, а нормам та ГАНГ ім.Губкіна для трубопроводів поршневих компресорних машин вводиться до цієї величини поправочний коефіцієнт, що дорівнює0.75. Вимоги до пульсацій тиску цих документах відсутні.
Слід зазначити, що у нормативних документах багатьох галузей промисловості відсутні як обмеження на пульсації тиску, а й обмеження на вібрації.
У той же час останніми роками заміна зношених трубопроводів ведеться вкрай низькими темпами. За відсутності регламентуючих обмежень на допустимі динамічні навантаження це призводить до щорічного збільшення кількості аварій на трубопроводах на 7-10% (за даними щорічних доповідей про стан довкілля РФ).
Для визначення напруги в стінках трубопроводу будемо вважати, що крім постійного робочого тиску на нього діють змінні в часі навантаження - пульсації тиску і вібрація.
Напруги від пульсацій тиску можуть бути визначені за формулами:
деΔP- амплітуда коливань тиску;D- діаметр трубопроводу;δ- товщина стінки.