Определение усилий протягивания гмт в ремонтируемый трубопровод

Усилие протягивания ГМТ будет зависеть от сил трения, определяемых силами давления ремонтных труб о стенки ремон­тируемого трубопровода и будет принимать максимальные зна­чения в местах их изгиба или излома.

На рисунке ниже представлена расчетная схема, на которой пока­зан угол излома θ осевой линии ремонтируемого трубопровода. Взаимодействие выделенного участка ГМТ с трубой происходит в точке К, а излом трубы предполагается в вертикальной плос­кости. В этом случае взаимодействие ГМТ с трубой будет мак­симальным, так как сила давления от изгиба рукава и его сила тяжести окажутся направленными в одну сторону. На краях выделенного участка действуют поперечные силы Q1 и Q2, момен­ты М1 и М2, и продольные силы Т1 и Т2, причем первую из них можно считать силой протягивания предыдущей части ГМР. Если рассматривается начальный участок, то сила Т1 принимает­ся равной нулю, а вторая сила Т2 - искомая сила протягивания рассматриваемого участка со всей, следующей за ним частью ГМТ.

Расчетная схема усилия протягивания ГМТ в ремонтируемый участок трубопровода

1 - 0127
Вес рассматриваемого участка ГМТ находится из выражения
G = γL,

где γ - погонный вес ГМТ; L - длина участка, определяемая из длины дуги

L = Rθ.

При известных значениях внутреннего диаметра ремонтируе­мого трубопровода DT и наружного диаметра ГМТ dp можно определить радиус R изгиба ГМТ, протянутого в трубопровод:

R = DT - dp /1-cosθ/2

Сила трения в точке К будет максимальной в состоянии пре­дельного равновесия и при известном статистическом коэффициен­те трения f определяется известным законом Кулона:

Fтр=fN.

Если задаться какой-то величиной силы Т1, то неизвестными ве­личинами будут поперечные силы Q1 и Q2, моменты М1 и М2, нор­мальная реакция N и искомая сила протягивания Т2. Из-за превы­шения числа неизвестных над числом уравнений задача является трижды статически неопределимой и может быть решена при известном коэффициенте трения f поверхностей ГМТ и внутрен­ней поверхности ремонтируемого трубопровода. Из-за грата,
заусениц, отложении различного рода на внутренней поверхно­сти ремонтируемого трубопровода коэффициент трения f выше известных значений трения металла о металл и был определен экспериментально.

С целью упрощения решения введем следующие допущения:

  • из-за равенства плеч изгиба ГМТ силы Q1 и Q2 предпола­гаем равными по величине;
  • можно приближенно определить вертикальные составляю­щие этих сил, исходя из известной схемы двухопорной балки, нагруженной посередине силой Р и получившей при этом прогиб с углом поворота в опорных точках, равным θ/2:

1 - 0128 - копия

где l - длина балки (в нашем случае можно считать l = L), EJ - изгибная жесткость балки, то есть изгибная жесткость ГМТ.

Принимая во внимание допущения, можно определить силу протягивания Т2 из двух уравнений равновесия выделенного элемента ГМР (см. рисунок выше):

1 - 0128

Как правило, восстанавливаемый трубопровод имеет пере­менную кривизну или несколько криволинейных участков или изломов, тогда он разбивается на части и применяется предло­женный метод расчета последовательно к каждой части с ис­пользованием системы уравнений выше как рекурсивной, то есть после каждого шага найденная Т2 принимается в последу­ющем шаге равной Т1.

В соответствии с изложенной методикой, для вычисления си­лы протягивания ГМР в восстанавливаемый трубопровод была составлена программа для ЭВМ с использованием математиче­ской системы Maple 7.

Исходя из величины допускаемого напряжения для проволок оплетки [σ] = 205 МПа, что соответствует действующим напря­жениям Рраб, были определены предельно допустимые силы протягивания Fпp для ГМР различных типоразмеров (таблица ниже).

Это предельно допустимые значения протягивания для ГМТ, свыше которых при проведении ремонтных работ прикладывать к ГМТ нельзя.

Предельно допустимые нагрузки на ГМР

dy, мм

Рраб, Н

Т, Н

Масса гибкой части l, м кг

32

4,0

4069

1,5

40

4,0

5024

2,1

50

4,0

9156

2,4

70

2,5

11636

4,3

100

1,6

14379

5,6

100

2,5

22467

8,1

125

1,6

21884

6,8

125

2,5

34193

9,7

150

1,6

32154

10,1

150

2,5

50240

13,5

200

2,5

86546

16,2

250

1,6

84906.

21,3

В общем случае сила, необходимая для протягивания ГМТ конкретной длины в конкретный трубопровод, будет зависеть от длины ремонтируемого участка, состояния внутренней поверхности, степени кривизны участка и других менее важных факторов.

Важным параметром любого трубопровода является его про­ходное сечение. В таблице ниже приведены расчетные отношения внутреннего диаметра dy к наружному диаметру DH для не­скольких диаметров полиэтиленовых труб и для ГМР, посколь­ку полиэтиленовые трубы и ГМР имеют большую толщину стен­ки по сравнению со стальными жесткими трубами.

Сравнение проходного сечения полиэтиленовых труб и ГМР

Полиэтиленовые трубы

Гибкие металлические рукава

п/п

DH, мм

dy/DH

DH, мм

dy/DH

1

50

0,820

49,5

0,646

2

63

0,819

58,5

0,683

3

75

0,818

68,8

0,726

4

90

0,817

96,0

0,729

5

140

0,851

153,0

0,816

6

180

0,817

184,0

0,815

7

200

0,818

237,0

0,843

8

280

0,817

289,0

0,865

Из сравнения отношения dy/DH полиэтиленовые трубы ма­лого диаметра (до DH = 180 мм) дают меньшее сужение проход­ной части по сравнению с ГМР, а по мере увеличения диамет­ров, наоборот, полиэтиленовые трубы дают большее сужение.

Но учитывая, что использование ГМТ в качестве ремонтной трубы при ремонте трубопроводов методом «труба в трубе» и в качестве байпасной линии при ремонте трубопроводов без остановки перекачки является временной мерой, незначительное уменьшение проходного сечения не является определяющим, более того, при отсутствии ГМТ достаточного диаметра воз­можно использование гибких трубопроводов меньшего сечения (рисунок ниже).

Ремонт дюкера с использованием ГМТ

1 - 0130

Рейтинг@Mail.ru