Трубопровода в обводненной местности

Постановка задачи:Рассчитать шаг расстановки железобетонных грузов при укладке нефтепровода через болото. Исходные данные для расчета: наружный диаметр трубы - D_н, толщина стенки - d, b - угол поворота трассы, град, R=1000 D_н - радиус упругого изгиба. вид груза, его масса и размеры. Исходные данные в табл. 3.1.

Расчет устойчивости участка нефтепровода, прокладываемого заболоченных и пойменных участках трассы, выполняется по формуле:

Б>=K_М (К_Н.В. q_вс +q_изг – q_тр – q_пр), (1)

где Б – необходимая дополнительная пригрузка на 1 м, н/м; K_М – коэффициент, зависящий от вида пригрузки, K_М = 1,05 (для ж/бетонных и чугунных грузов); К_Н.В. – коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимается равным 1.05 для заболоченных и пойменных участков трассы; q_вс – расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод, н; D_н –наружный диаметр трубопровода (с учетом изоляции и футеровки); g_в-объемный вес воды, н/м³ ; q_изг – дополнительная пригрузка, необходимая для изгиба трубопровода по заданной кривой дна траншеи, н/м.

Если Б > 0, то это означает, что трубопровод обладает положительной плавучестью и его необходимо пригружать.

Выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод определяется по формуле, Н/м:

(2)

Объемный вес воды с учетом взвешенных частиц, Н/м³, определяем по формуле:

, где =1100 кг/м³ - плотность воды на болоте;

Дополнительная пригрузка, необходимая для изгиба трубопровода по профилю траншеи:

· для вогнутых участков трассы определяется по формуле:

, (3)

· для выпуклых участков трассы определяется по формуле:

(4)

Е – модуль упругости материала трубы, Па (прил.6); осевой момент инерции поперечного сечения трубы, м⁴, определяем по формуле:

b - угол поворота трассы, рад, b (рад)= b (град)* /180; R=1000D_н - радиус упругого изгиба, м.

Собственный вес трубы q_тр, Н/м, определяем по формуле:

(5)

где = 0,95 - коэффициент надежности по нагрузке от веса трубы;

=78500 Н/м³ - объемный вес стали, принимаемый по прил. 6.

Нагрузку от веса продукта в трубе q_пр, Н/м , определяем по формуле:

где = 0,95 - коэффициент надежности по нагрузке от веса продукта.

Расчет проводим с учетом опорожнения трубопровода, поэтому .

Шаг расстановки железобетонных грузов определяется по формуле:

(6)

Вес груза в воде определяется по формуле:

(7)

Вес груза в воздухе, Q_пр, определяем по формуле:

Q_пр=т_гр·g (8)

где т_гр – масса груза, кг (прил. 8); g=9,8 м/с² - ускорение свободного падения.

Для железобетонных грузов объем , м³, рассчитываем по формуле: (9)

где а, b, d, h, R, с - размеры железобетонного груза, прил. 8 .

Для чугунных грузов объем , м³, рассчитываем по формуле

. (10)

R₁, R₂ , М - размеры чугунных грузов, м, даны в прил. 9.

Зная расстояние между грузами и длину обводненного участка трассы, можно определить необходимое количество грузов.

Пример 3. Рассчитать шаг расстановки железобетонных пригрузов при укладке нефтепровода через болото. Шаг расстановки пригрузов рассчитывать с учетом опорожнения нефтепровода. Исходные данные для расчета: наружный диаметр трубы Dн= 1220 мм, толщина стенки d = 11 мм, пригруз - железобетонный седловидный, масса и размеры в зависимости от диаметра даны в прил. 8.

Решение

Необходимую дополнительную пригрузку на 1 метр трубы Б определяем по формуле (1).

Выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод:

(Н/м)

Расчет проводим с учетом опорожнения трубопровода, вес продукта qпр= 0;

Км= 1,05 (для железобетонных пригрузов) .

Кнв= 1,05 (для болотистых участков).

(Н/м),

(Н/м), в Б добавить q_изг

10100 > 0 → трубу необходимо пригружать.

Для трубы диаметром 1220 мм размеры железобетонного пригруза (прил. 8):

а = 2000 мм R = 580 мм с = 1050 мм

d = 320 мм b = 1600 мм h = 500 мм

(м3)

(Н),

где масса пригруза тгр= 4000 кг (прил. 8)

Тогда вес пригруза в воде:

(Н)

Таким образом, шаг расстановки пригрузов равен = 16653/10100= 1,65 м.

Приложение 2