Стаття Вважаємо штуцери разом! із журналу CADmaster №5(20) 2003 (додатковий)

Вважаємо штуцери разом!

Завантажити статтю у форматі PDF - 379 Кбайт

CADmaster » CADmaster №5(20) 2003 (додатковий) » Проектування промислових об'єктів Вважаємо штуцери разом!

Програма працює в середовищі Windows 9x/2000/XP та призначена для проведення перевірочних розрахунків при проектуванні та реконструкції судин та апаратів для нафтопереробної, хімічної, нафтохімічної, газової, нафтової та інших галузей промисловості.

Навіщо потрібний «ШТУЦЕР»?

Всім проектувальникам, які займаються розрахунком трубопровідних систем на міцність, знайоме поняття «мертва опора». В даному випадку під «мертвою опорою» розуміється опора, що накладає обмеження на все ступеня свободи. Як правило, такою опорою замінюється місце з'єднання трубопроводу та судини (апарата): це суттєво спрощує розрахунок, але часто призводить до отримання надмірно завищених зусиль та навантажень як у самому трубопроводі, так і у вузлі з'єднання 1 .

Облік жорсткості місця з'єднання трубопроводу та апарату щодо сил і моментів від зовнішніх зусиль і внутрішніх навантажень багато чому визначає точність результатів розрахунку міцність як трубопроводу, і самих судин (апаратів) у місці врізки. З'являється можливість обґрунтовано призначати навантаження, що діють на штуцердопускаються, і не використовувати «умовні» мертві опори. Точність обчислень значно підвищується, проектувальник може вибрати надійніші та економічніші конструкції трубопроводу та його опор, а також місця з'єднання з апаратом.

«ШТУЦЕР» став логічним продовженням раніше випущеного модуля «СТАРТ-ШТУЦЕР" 2 та першою спеціалізованою вітчизняною програмою 3 для розрахунку зусиль, напруг та жорсткості у вузлі з'єднання штуцера зсудиною (апаратом). «СТАРТ-ШТУЦЕР» вважає лише жорсткісні характеристики вузла врізання, чим зумовлено його застосування в розрахунках трубопровідних систем, а з появою програми «ШТУЦЕР» стало можливим визначати як жорсткість, так і міцність елементів вузла з'єднання штуцера з посудиною або апаратом.

На жаль, методиці та способу отримання значень жорсткості, а також розрахунку міцності вузлів врізання до останнього часу не приділялося належної уваги: в Україні поки немає нормативних документів, що регламентують визначення зовнішніх навантажень, що допускаються, на штуцери при одночасному впливі внутрішнього тиску. Програма написана на базі методики комплексного розрахунку жорсткості та напруженого стану вузлів урізання штуцерів з урахуванням гранично допустимого рівня напруги. Для визначення міцності та жорсткості місця з'єднання використовуються залежності безрозмірних відносних параметрів переміщень та напруг від геометричних характеристик елементів врізання відповідно до методик, викладених у WRC107-79, WRC297-874, BS5500-76 4 . Додатково дано оцінку міцності зміцнення отвору під дією внутрішнього тиску за ГОСТ 24755-89. Допустимий рівень напруг визначається згідно з «Нормами розрахунку на міцність обладнання та трубопроводів атомних енергетичних установок» (ПНАЕ Г-7-002-86, Держатоменергонагляд СРСР, 1989), ГОСТ 14249-89 та РД 26-02-62-98.

Можна справедливо заперечити: на вирішення подібних завдань останнім часом широко використовується метод кінцевих елементів. Це так, але застосування згаданого методу потребує спеціальних розрахункових програм (наприклад, ANSYS) та високої кваліфікації користувача, а також значних часових витрат. Крім того, при використанні методу кінцевих елементів досить складнооцінити результати напружено-деформованого стану зони врізання Отримані напруги, як правило, різко зменшуються в міру віддалення від зони врізання, що висуває додаткові вимоги до якості кінцево-елементної розбивки моделі.

На сьогодні немає чіткого розмежування областей між так званими «піковими» напругами, отриманими безпосередньо в зонах концентрації, та місцевими локальними напругами. "Пікові" напруги розташовуються в дуже малій зоні концентраторів напруг, швидко згасають і на оцінку міцності для статичних розрахунків конструкцій з пластичних матеріалів практично не впливають. У той самий час для локальних мембранних і згинальних напруг існує нормативна база з оцінці їх граничних величин, що й використана у програмі.

Застосування програми «ШТУЦЕР» дозволяє вирішувати такі завдання:

визначення мембранних, згинальних та загальних напруг від дії зовнішніх навантажень та внутрішнього тиску в місцях врізання штуцера як у циліндричних обичайках і опуклих днищах, так і в самому патрубку штуцера;
визначення допустимих мембранних та загальних напруг;
розрахунок зміцнення отвору від внутрішнього тиску;
видача висновку про працездатність вузла врізання;
визначення жорсткості (податливості) вузла врізання;
виведення протоколу розрахунку (форми протоколу можуть коригуватися користувачем).

Чи складно скористатися програмою?

Програма створювалася для вимогливого і фахівця, що цінує свій час, тому її інтерфейс гранично наочний, компактний і лаконічний.

Вся навігація здійснюється за допомогою закладок.

На першому екрані, що з'являється під час створення проекту, фахівець надає проекту шифр і вводитьдані (починаючи від типу вузла врізання), вибирає вид розрахунку та тип штуцера, залежно від якого програма показує розрахункову схему.