Автоматизированная программа проведения прочностных расчетов при заполнении межтрубного пространства в двухслойной трубной системе

12 мая 2016 г.

Методика расчета системы трубопроводов при забутовке межтрубного пространства весьма сложна для ручного счета и, кроме того, не позволяет оперативно выявлять оптимальные решения, изменяя ряд исходных параметров. Выходом из данной ситуации, значительно сокращающим время расчета и создающим возможность просмотра альтернативных вариантов (например, при изменении диаметра протаскиваемого трубопровода, толщины его стенки, материала для забутовки межтрубного пространства и других параметров), является применение проектировщиком автоматизированной программы проведения прочностных расчетов восстановленной системы «старый трубопровод + цементный раствор + полимерный трубопровод». Таким образом, программа представляет собой продукт, позволяющий провести прочностной расчет многослойной трубной конструкции, образующейся после бестраншейного ремонта старого трубопровода путем протягивания в него полимерной трубы и забутовки межтрубного пространства.

Ниже приведена инструкция пользователя в виде последовательных операций, производимых с помощью автоматизированной программы.

Диалоговое окно автоматизированной программы расчета нагрузок на трубопровод с входной информацией по соответствующим позициям

3.39

1. При выводе на экран диалогового окна в верхней его части в строке (слева направо) выделяются четыре кнопки управления:

  • Прочитать исходные данные из файла типа *.МЕМ;
  • Сохранить исходные данные в файле типа *.МЕМ;
  • Выходная форма (расчет);
  • выход из программы X.

Под указанной выше строкой размещена панель Входная информация.

2. Для заполнения полей панели Входная информация последовательно вводятся значения по 14 позициям (рисунок выше).

3. После введения исходные данные сохраняются. Для этого нажимают кнопку Сохранить исходные данные в файле типа *.МЕМ. На экране появляется вставка в виде малого промежуточного окна для фиксации операции сохранения данных под соответствующим кодовым номером. После внесения номера и нажатия кнопки Сохранить в малом окне вставки дублируется сохраненное имя файла со всей исходной информацией.

4. Для проведения автоматизированного счета и просмотра полученных результатов нажимают кнопку Выходная форма (расчет) и на экране дисплея высвечивается вся входная и выходная (расчетная) информация. Для распечатки данных проводятся стандартные операции входа в файл и нажатия кнопки Печать.

5. При необходимости выхода из программы нажимается кнопка выхода из программы X.

6. При последующих обращениях к автоматизированной программе в зависимости от поставленной задачи выполняются следующие операции:

  • для нахождения сохраненных исходных данных и результатов счета под соответствующим номером файла типа mem нажимают кнопку Прочитать исходные данные из файла *.МЕМ; при этом появляется малое промежуточное окно, где пользователь мышкой нажимает на искомое имя файла. Автоматически это имя появляется в строке Прочитать и, после нажатия кнопки Открыть, появляется основное диалоговое окно с сохраненными исходными данными и результатами счета. При необходимости просмотра результатов счета и исходной информации нажимают кнопку Выходная форма (расчет), а затем можно произвести распечатку (нажатие кнопок Файл и Печать).

Ниже приводится пример расчета трубопроводной системы после восстановления стальной трубы внутренним диаметром D = 0,4 м полимерной трубой диаметрами dнар - 0,32 dвн = 0,29 м, где в качестве исходных данных используются сведения, представленные в диалоговом окне выше.

Результаты работы программы представлены в распечатке (без входной информации).

Выходная форма

1. Проверка несущей способности конструкции по условию прочности на воздействие внутреннего давления (условие I)

Прочность обеспечена: 1,62 МПа > Р = 0,80 МПа

2. Проверка несущей способности конструкции на непревышение предельно-допустимой овализации (деформации) поперечного сечения трубопровода (условие II)

Жесткость трубопровода Рл в Н/м2 132846,78

Жесткость трубопровода Рл* в МПа: 0,132847

Коэффициент, учитывающий совместное действие отпора основания и внутреннего давления: 0,1389

А.  Нагрузка для случая равномерной забутовки межтрубного пространства при отсутствии воды в протягиваемом трубопроводе Рпр1, Н/м: -1383,38

Относительная деформация вертикального диаметра трубопровода Е2,%: 0,1469

(Овализация в пределах нормы [Е], %: 5,0000)

Б. Нагрузка для случая равномерной забутовки межтрубного пространства при наличии воды в протягиваемом трубопроводе Рпр2, Н/м: -647,54

Относительная деформация вертикального диаметра трубопровода Е1,%:  0,0687

(Овализация в пределах нормы [Е], % 5,0000)

В. Нагрузка для случая неравномерной забутовки межтрубного пространства при отсутствии воды в протягиваемом трубопроводе Рпр3, Н/м: +1454,91

Горизонтальная составляющая силы давления при забутовке Рх3, Н/м: 1280,00

Вертикальная составляющая силы давления при забутовке Рz3, Н/м: -691,64

Тангенс угла наклона равнодействующей силы давления tgα3 0,54

Угол наклона к горизонту равнодействующей силы давления α3 28,38°

Относительная деформаций вертикального диаметра трубопровода Е3,%: 0,1545

(Овализация в пределах нормы [Е],%: 5,0000)

Г. Нагрузка для случая неравномерной забутовки межтрубного пространства при наличии воды в протягиваемом трубопроводе Pпр4, Н/м: +1280,76

Вертикальная составляющая силы давления воды на внутреннюю цилиндрическую поверхность протягиваемой трубы Pв, Н/м: 1280,00

Горизонтальная составляющая силы давления при забутовке Рх3 Н/м: 1280,00

Вертикальная составляющая силы давления при забутовке Pz3 Н/м: -691,64

Тангенс угла наклона равнодействующей силы давления tgα4  1,12

Угол наклона к горизонту равнодействующей силы давления α 48,12°

Относительная деформация вертикального диаметра трубопровода Е4, %: 0,1360

(Овализация в пределах нормы [Е], % 5,0000)

3. Проверка несущей способности конструкции на устойчивость круглой формы протянутого трубопровода (условие III)

А. Равномерное радиальное давление для случая равномерной забутовки и отсутствия воды в протягиваемом трубопроводе P1, МПа: +0,163. Устойчивость обеспечена

Б. Равномерное радиальное давление для случая равномерной забутовки и наличия воды в протягиваемом трубопроводе Р2, МПа: +0,164. Устойчивость обеспечена

В. Равномерное радиальное давление для случая неравномерной забутовки и отсутствия воды в протягиваемом трубопроводе Р3, МПа: +0,1702. Устойчивость обеспечена

Г. равномерное радиальное давление для случая неравномерной забутовки и наличия воды в протягиваемом трубопроводе Р4, МПа: +0,1701 Устойчивость обеспечена.

Как свидетельствуют результаты расчета по автоматизированной программе при исходных параметрах система «старый трубопровод + цементный раствор + полимерный трубопровод» обладает несущей способностью по всем трем пунктам проверки.