Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу
Виконано розрахунок напружено-деформованого стану вантового переходу за існуючого його положення та додаткового впливу від діагностичного поршня. Для визначення зусиль у трубі та вантах окрім програмного комплексу “3D PipeMaster” використовуються аналітичні розв’язки. Такий комплексний аналіз дозвол...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48510 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних
 поршнів на ділянці вантового переходу / І.В. Лохман, І.В. Ориняк, Ю.В. Банахевич, С.В. Романов, С.А. Радченко, А.В. Богдан // Проблемы прочности. — 2009. — № 6. — С. 125-139. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860123794291556352 |
|---|---|
| author | Лохман, І.В. Ориняк, І.В. Банахевич, Ю.В. Романов, С.В. Радченко, С.А. Богдан, А.В. |
| author_facet | Лохман, І.В. Ориняк, І.В. Банахевич, Ю.В. Романов, С.В. Радченко, С.А. Богдан, А.В. |
| citation_txt | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних
 поршнів на ділянці вантового переходу / І.В. Лохман, І.В. Ориняк, Ю.В. Банахевич, С.В. Романов, С.А. Радченко, А.В. Богдан // Проблемы прочности. — 2009. — № 6. — С. 125-139. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Виконано розрахунок напружено-деформованого стану вантового переходу за існуючого його положення та додаткового впливу від діагностичного поршня. Для визначення зусиль у трубі та вантах окрім програмного комплексу “3D PipeMaster” використовуються аналітичні розв’язки. Такий комплексний аналіз дозволяє не тільки оцінити напруження у відповідальних елементах переходу, але й розробити рекомендації щодо зміцнення конструкції повітряного переходу перед проведенням внутрішньотрубної діагностики.
Выполнен расчет напряженно-деформированного состояния вантового перехода при существующем его положении и дополнительном воздействии от диагностического поршня. Для определения усилий в трубе и вантах наряду с программным комплексом “3D PipeMaster” применялись аналитические решения. Такой комплексный анализ позволяет не только оценить напряжения в ответственных элементах перехода, но и разработать рекомендации по укреплению конструкции воздушного перехода перед проведением внутритрубной диагностики.
We have performed calculation of stress-strain state of the cable-stayed pipe transition portion for its current location and of the additional effect of the diagnostic piston. In order to assess efforts in the tube and transition portion, we use analytical solutions combined with simulations using the 3D PipeMaster software package. Such comprehensive approach allows one to assess stresses in the critical components of the transition portion, as well as to develop recommendations on the strengthening of this structure before internal diagnostics of the pipe.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:40:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.4
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних
поршнів на ділянці вантового переходу*
І. В. Лохмана, І. В. Ориняк6, Ю. В. Банахевича, С. В. Романовв,
С. А. Радченко6, А. В. Богдан6
а ДК “Укртрансгаз”, Київ, Україна
6 Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України, Київ, Україна
в Асоціація “Надійність машин та споруд”, Київ, Україна
Виконано розрахунок напружено-деформованого стану вантового переходу за існуючого його
положення та додаткового впливу від діагностичного поршня. Для визначення зусиль у трубі
та вантах окрім програмного комплексу “ЗБ РіреМаяґег” використовуються аналітичні
розв’язки. Такий комплексний аналіз дозволяє не тільки оцінити напруження у відповідальних
елементах переходу, але й розробити рекомендації щодо зміцнення конструкції повітряного
переходу перед проведенням внутрішньотрубної діагностики.
К л ю ч о в і с л о в а : вантовий повітряний перехід, трубопровід, напружений стан,
пілон, сили інерції.
Вступ. Більшість магістральних газопроводів на території України експ
луатуються понад 20 років. За цей час у них накопичилася велика кількість
різного роду дефектів, що може призвести до аварійної ситуації. Сучасним і
найбільш ефективним способом виявлення дефектів у трубопроводах є про
ведення внутріш ньотрубної діагностики, що дозволить досить точно описати
геометрію дефектів і виконати їхню прив’язку по кілометражу. Пропускання
внутрішньотрубного снаряда здійснюється на великій ділянці газопроводу (як
правило, між двома компресорними станціями), що складається з підземної
частини та повітряних переходів.
Проблема полягає в тому, що внутрішньотрубний снаряд має певну вагу і
рухається з деякою швидкістю, що зумовлює наявність інерційних сил на
криволінійних ділянках. Окрім того, до ваги снаряда додається вага “бруду”,
що накопичується перед снарядом під час його проходження по газопроводу.
У той же час повітряні переходи є високонавантаженими конструкціями,
оскільки ще при проектуванні з метою економії металу в них закладаються
дуж е низькі, порівняно з іншими галузями, коефіцієнти запасу міцності [1].
Вж е від внутрішнього тиску метал труби знаходиться на межі допустимого
стану, і врахування будь-яких інш их навантажень, наприклад ваги внутріш
ньотрубного снаряда, може формально перевести трубопровід в недопус
тимий стан.
У роботі виконано аналіз напруженого стану повітряного переходу через
р. Дністер магістрального газопроводу (М Г) Івацевичі-Долина, II нитка,
456,3 км. Візуальний огляд свідчить про наявність нахилу пілонів, защ емлен
* Доповідь на міжнародній науково-технічній конференції “Міцність і надійність магістраль
них трубопроводів” (МТ-2008).
© I. В. ЛОХМАН, I. В. ОРИНЯК, Ю. В. БАНАХЕВИЧ, С. В. РОМАНОВ, С. А. РАДЧЕНКО, А. В. БОГДАН,
2009
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 6 125
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
ня на них вантів та скривлення осі трубопроводу. Такі зміни в порівнянні з
проектною конфігурацією потребують перевірки міцності переходу перед
початком проведення внутріш ньотрубної діагностики.
Складність конструкції переходу потребує проведення комплексного ана
лізу з використанням як аналітичних, так і числових процедур для оцінки
стану труби та вантів. Потрібно також виконати розрахунки для поточної
ситуації та за д ії додаткового навантаження від поршня.
1. А н ал із існую чого напруж еного стану переходу. Перш ніж перейти до
розрахунку міцності переходу за д ії додаткових зусиль, виконаємо аналіз
існуючого напружено-деформованого стану (НДС) переходу (рис. 1). Візуаль
ний огляд повітряного переходу вказує на прогин труби в горизонтальній
площині праворуч по ходу газу, а коткові опори, на які спирається труба на
пілонах, знаходяться в неробочому стані. Труба з ’їхала з катків в напрямку
вигину в горизонтальній площині та впирається в них.
Рис. 1. Зовнішній вигляд повітряного переходу з боку м. Долина.
Результати інструментальної зйомки показують, що в горизонтальній
площині ділянка між пілонами є криволінійною (рис. 2). Максимальне гори
зонтальне відхилення від прямої лінії в центральній частині переходу складає
67 см. Прогин у точках кріплення вантів дорівнює 30 см, у центральній
частині - 37 см (рис. 3). Також спостерігаються вертикальні відхилення
верхніх точок пілонів 1 та 2 (рис. 4), які становлять відповідно 22 і 17 см.
Розрахунок НДС переходу з врахуванням підземних ділянок виконано за
допомогою програмного комплексу (ПК) “3Б PipeM aster”, який використо
вується для розрахунку складних просторових багатоконтурних розгалуже
них трубопровідних систем за статичного та динамічного навантаження [2-5].
В хідні дані для розрахунків наступні:
геометричні розміри труби: зовнішній діаметр - 1220 мм; товщина
стінки труби - 17,0 мм; товщина стінки відводів - 30,0 мм;
матеріал труби - сталь 17Г1С із наступними механічними характеристика
ми: модуль пружності Е = 2 - 105 МПа; модуль зсуву Є = 8 • 10 4 МПа; коефіці
єнт Пуассона ^ = 0,3; коефіцієнт температурного розширення а Т = 0,0000125;
границя текучості о т = 430 МПа; границя міцності о в = 540 МПа;
126 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
ЗО -1 ( -і Ю -1 )0 -£0 -Е0 -Ао
------0 -
і
Долина
БіЬрка
X, м
Рис. 2. Точки повітряного переходу в горизонтальній площині.
Рис. 3. Вертикальний прогин труби.
Пілон 2 Пшон1
Рис. 4. Схема вантового переходу.
Й Х # 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 127
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
власна вага для прямих труб д п = 4650 Н/м; для відводів д в = 6650 Н/м;
характеристики вантових тросів: зовнішній діаметр - 37 мм; погонна
вага - 5,025 кг/м; границя міцності - 800 МПа;
характеристики вітрових розтяжок: зовнішній діаметр - 14,8 мм;
ґрунт на підземних ділянках - суглинок із наступними характеристи
ками: питома вага у гр = 16580 Н/м ; модуль пружності Е гр = 1 1 МПа; коефі
цієнт Пуассона ^ гр = 0,35; зчеплення с гр = 1 8 кПа; кут внутрішнього тертя
рр гр = 1 9 °; загальний коефіцієнт дотичного опору ґрунту с ^ = 2 МПа/м.
1.1. Р о зр а х у н о к н а п р уж е н о го с т а н у т р уб о п р о во д у . Розрахункову схему
трубопроводу повітряного переходу зображено на рис. 5. При всіх режимах
навантаження в опорах, які моделюють дію вантів, початкове переміщення
складає 30 см. Оскільки достовірно неможливо встановити систему зовнішніх
навантажень на трубу, для такої схеми виконано розрахунок НДС за наступ
них режимів.
Режим 1: власна вага.
Режим 2: власна вага + температурний перепад Д Г = 30° С.
Режим 3: власна вага + Д Г = — 30° С.
Режим 4: власна вага + внутрішній тиск р = 5,5 МПа.
Режим 5: власна вага + Д Г = 30° С + р = 5,5 МПа.
Режим 6: власна вага + Д Т = —30°С + р = 5,5 МПа.
Рис. 5. Розрахункова схема повітряного переходу, побудована за допомогою ПК “3D Pipe
Master”.
Мета такого розрахунку полягає в оцінці максимально можливих напру
жень у трубі, які можуть мати м ісце за існуючих переміщень у місцях
кріплення вантів. Аналіз результатів розрахунків свідчить, що за напруженим
станом перехід задовольняє умовам міцності. Розрахункове значення реакції
на вантових опорах складає 11,2 тс. Враховуючи, що така опора моделює дію
чотирьох тросів, в одному з них зусилля дорівнює 2,8 тс, що відповідає
напруженню 42,6 МПа, яке значно менше за границю міцності.
Розрахункові переміщення в вертикальній площині досить добре збіглися
з даними інструментальної зйомки. Для горизонтальних переміщень маємо
велику розбіжність між розрахунковими та виміряними значеннями для всіх
режимів навантаження. Максимальне горизонтальне відхилення від прямої
лінії в центральній частині переходу складає 67 см. Розрахунок показує, що
128 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
таке переміщення можливе при надлишковій довжині труби, що є аналогом
навантаження температурним перепадом Д Г = 410° С.
Оскільки таке навантаження є нереальним, одна з причин наявності
великих горизонтальних переміщень - виникнення кривини ще на етапі
будівництва. Параболічний характер здеформованої геометрії вказує на те, що
це не похибка в геометрії згинів, а лише надлишкова довжина труби. Іншою
причиною наявності великих горизонтальних переміщень може бути посту
пове їх накопичення за рахунок видовження труби при сезонних коливаннях
температури. Позбавитися таких великих переміщень можливо, наприклад,
якщо в прилеглих підземних ділянках переходу зробити вирізки труби.
1.2. Р о зр а х у н о к зуси л ь н а т росах . За допомогою даних інструментальної
зйомки визначимо зусилля на тросах вантових опор за величиною їх прови
сання. Схематично вантовий перехід із позначенням ділянок і кутів між
тросами та пілонами зображено на рис. 4.
Вираз для сили натягу троса Т в залежності від власної ваги Р = p g F та
довжини тросу Ь записується наступним чином:
Г = ^ ь 2
w c 8 (1)
де - максимальне провисання; а - кут нахилу до вертикалі (рис. 6); g -
прискорення вільного падіння; р - густина матеріалу троса; Б - площа
поперечного перерізу.
Провисання в центральних точках тросів згідно з вимірами та резуль
татами розрахунку зусиль і напружень в тросах представлено в табл. 1.
Визначені зусилля близькі до значень, отриманих із використанням ПК “3Б
PipeM aster”. Напруження в тросах не перевищують 165 МПа, що значно
менше за границю міцності.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 129
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
Т а б л и ц я 1
Результати розрахунку зусиль у тросах
Ділянка
на рис. 4
Макси
мальне
прови
сання
Погонна
вага,
Н/м
Довжина
троса,
м
Кут
нахилу,
град
Зусилля
в тросі,
тс
Проекція
на вісь
2 , тс
Проекція
на вісь
X, тс
Напру
ження
в тросі,
МПа
I 5,0 49,3 29,10 60 9,2 4,6 7,9 139,0
II 7,4 49,3 36,40 69 10,5 3,7 9,8 159,8
III 5,5 49,3 28,70 90 9,4 0 9,4 142,9
IV 7,1 49,3 36,20 70 10,9 3,8 10,2 164,9
V 4,4 49,3 28,70 61 10,3 5,0 9,0 157,2
Вітрова
розтяжка
2,1 9,0 52,04 0,5 1,5 - - 130,0
1.3. Р о зр а х у н о к н а п р уж е н ь у п іл о н а х . Пілони виготовлялися з двох труб
із наступними геометричними параметрами: зовнішній діаметр труби - 420 мм;
товщина стінки труби - 13 мм.
Якщо вважати, що троси на котках защемлені, то за однакових зусиль у
тросах, але за різних кутів між тросами і пілоном виникає неврівноважена
сила, що діє під певним кутом на пілон та призводить до його згинання. На
рис. 7 показано схему навантаження пілона. При зусиллі у тросі, наприклад,
11,5 тс та кутах між пілоном і вантами 60 і 70° виникає неврівноважена сила,
проекція якої в горизонтальному напрямку дорівнює 0,85 тс. Така сила
призводить да нахилу пілона, величину якого приблизно можна оцінити так:
Ж =
P H 3
3Е І
(2)
де Р - проекція рівнодіючого зусилля в горизонтальному напрямку; Н -
висота пілона; І - момент інерції пілона.
130 188Ы 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
Зазначимо, що незначна похибка в визначенні кутів нахилу тросів при
зводить до великої похибки при визначенні сил, які діють на пілон. Більш
коректним є розрахунок зусиль на пілонах за виміряним переміщенням на
них із використанням (2), у результаті чого отримано наступні значення
горизонтальних зусиль у пілонах від одного троса: на першому пілоні 0,79 тс;
на другому 0,61 тс. Такі зусилля на пілонах призводять до згинальних
моментів, напруження від яких у місцях защемлення пілонів дорівнюють
126,5 (для першого пілона) і 97,8 МПа (для другого).
Зазначимо, що при навантаженні консольної балки зосередж еним зусил
лям на вільному кінці вона деформується за кубічною параболою. Аналогіч
на схема навантаження реалізується для пілонів. Але згідно з геодезичними
даними нахил пілонів не відповідає кубічній параболі. Ш видше за все нахил
був допущ ений ще при будівництві переходу. Тому достовірно визначити, яке
зусилля діє на пілон та які в ньому виникають напруження, неможливо.
Отримані вище значення напружень є орієнтовними.
2. Р озрахунок зусиль і напруж ень у вантах за д ії додаткового наван
таж ення.
2.1. А н а л іт и ч н и й р о з р а х у н о к н а п р уж е н ь у ва н т а х п р и до д а т к о во м у
н а в а н т а ж е н н і т а за щ е м л е н н і к от к ів . Оцінимо вплив додаткового наванта
ження в точках кріплення вантів до трубопроводу на напруження в вантах
при защ емлених котках на пілонах. Розглядається навантаження силами по 1
тс. Кінцевою метою є визначення розподілу цього навантаження між трубою і
вантами. Оскільки повітряний перехід є симетричним, можна розглядати
лише одну його половину.
Розв’язок такої задачі складається з чотирьох етапів. При цьому вважа
ється, що навантаження діє окремо на ванти і трубу. На перших трьох етапах
визначається реакція вантів на одиничне навантаження. На останньому етапі
розглядається сумісне навантаження з урахуванням отриманих податливостей.
Рис. 8. Розподіл зусиль у тросах.
С и лове р івн ян ня. При прикладенні в точці D сили 1 тс на один трос IV
діє сила P = 0,25 тс (рис. 8). При цьому в тросах I V та V виникають зусилля
P jv та P v відповідно. Рівнодіюча цих зусиль у горизонтальному напрямку
Р п дорівнює:
Р п = 4 (P Iv sin fl — P v cos a ) . (3)
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, N 6 131
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
З в ’я зо к м іж перем іщ енням и п ілона т а т роса. На рис. 9 представлено
схему переміщення пілона та одного троса V, який прикріплено до бетонної
опори (рис. 5). Кут нахилу троса V до горизонту позначимо через а . При
прикладенні сили на пілон Р п в його верхній точці (точка В) вона пере
міщується в точку В і на величину А Х п . При цьому довжина троса збіль
шується на величину А L v й визначається відрізком ОВ ̂
Рис. 9. Зв’язок між переміщенням верхнього кінця пілона та видовженням ділянки троса, яка
прикріплена до бетонної опори.
Введемо поняття податливості верхньої точки пілона (точка В на рис. 9)
в горизонтальному напрямку згідно з (2):
Н 3
Сп = 3 Е І '
Горизонтальне переміщення верхньої точки пілона А Х п визначається за
наступним співвідношенням:
А Х п = Р п С п. (5)
Із трикутника В С В Х (рис. 9) зв’язок між видовженням ділянки троса АЬу
та переміщенням пілона А Х п можна визначити як
А Ь У = А Х п со8 а . (6)
Тут видовження троса V знаходиться за формулою
Р у Ь у
^ = - Е У ’ (7)
де Б - площа поперечного перерізу троса; Е ' - модуль Юнга троса; Ь у -
його довжина.
Із сумісного розв’язку рівнянь (3) та (6) із урахуванням (5), (7) отри
маємо наступний вираз для зусилля на пілоні:
132 ІХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, N2 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
р п =
4 PIVL V sin р
L v + 4 C пE 'F co s2 a (8)
з урахуванням (4) - для переміщення пілона:
4PIVLVH 3 sin Р
Д Х п =
3EILV + 4 E 'H 3F co s2 a
(9)
З урахуванням того, що Р у = P /co s 3 , а = 29°, /3 = 70°, отримаємо на
ступні значення від навантаження одиничною силою: РІУ = 0 ,73 тс; Р у =
= 0 ,77 тс; Рп = 0 ,77 тс; Д Х п = 3,8 мм.
А н ал із п ерем іщ ен ь т роса ІУ. Оцінимо податливості вантів у вертикаль
ному напрямку. При навантаженні троса ІУ силою Р = 0,25 тс (рис. 10) його
вертикальне переміщення відбувається за рахунок:
переміщення пілона в горизонтальному напрямку (рис. 10,а);
переміщення троса III в горизонтальному напрямку (рис. 10,6);
видовження троса ІУ.
Рис. 10. Переміщення троса IV .
Спочатку трос I V займав положення B D (рис. 10). При переміщенні
пілона в горизонтальному напрямку він зайняв положення B D i (рис. 10,а).
При цьому точка D прикладення сили P змістилася в вертикальному напрям
ку в точку D i на величину Д У '. Із трикутника D M D i величина Д У ' з
урахуванням того, що зміною кута Р можна нехтувати, визначається як
AL
Д У ' = — Р , (10)cos Р
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 133
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
де величина AL знаходиться з трикутника B K B
AL = A X п sin p. (11)
Аналогічно на переміщення точки D в вертикальному напрямку на
величину AY" (рис. 10,6) впливає переміщення троса III в горизонтальному
напрямку. При цьому для визначення AY" з трикутника D K D j отримаємо
наступний вираз:
A Y " = A X IU tg p , (12)
де A X ц і - видовження троса III в горизонтальному напрямку,
a x « i = : (13)
Рш - осьове зусилля в тросі III; Lm - довжина троса III.
Окрім цього, треба враховувати видовження троса IV:
a l iv = PE F V , ( 14)
яке призводить до вертикального переміщення:
A L iv
AY"' = — V , (15)
cos p '
де PIV - зусилля в тросі IV; LIv - довжина троса IV.
Таким чином, загальне вертикальне переміщення точки D (рис. 10) з
урахуванням (1 0 )-(1 5 ) становить:
Р L
A Y = A Y ' + A Y " + AY"' = | A X п + 111 111
п 2E 'F
P n /Lо , - IVLIV
tg P ^ ^ в . (16) E F cos p
Підставимо вираз (9) в (16) з урахуванням того, що p iv = P l cos А Рш =
= P i v sin p , а = 29°, Р = 70°, і отримаємо значення вертикального переміщ ен
ня одного троса I V від одиничної сили AY = 26,2 мм.
С ум існ е р івн ян н я п одат ли вост ей т руби т а т роса . При навантаженні
додатковою силою Р = 1 тс у місці кріплення ванта до труби зусилля між
ними розподіляються наступним чином:
4Pk + Рр = 1тс , (17)
де Pk - зусилля, яке передається на один вант; Р р - зусилля, яке передається
на трубу.
Для переміщень троса й труби маємо співвідношення
P kC k = Pp C p , (18)
134 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, N2 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
де С к - податливість одного троса без урахування наявності труби, Є к =
= Д Г /0,25 = 105 мм/тс; С р - податливість труби, яка визначається з викорис
танням ПК “3Б PipeMaster” без урахування вантів, С р = 89,2 мм/тс.
Розв’язок системи рівнянь (17), (18) наступний: Р к = 0,19 тс; Рр = 0,23 тс.
Таким чином, при д ії на весь перехід додаткового зовнішнього зусилля,
наприклад, рівного 50 тс, у тросах виникають додаткові зусилля: Рш = 13,0 тс;
Р у = 13,9 тс; Р у = 14,6 тс, які призводять до додаткових напружень: о ш =
= 198,7 МПа; о у = 212,5 МПа; о у = 223 ,7 МПа та в комбінації з існуючими
напруженнями (табл. 1) сягають 380 МПа. Незважаючи на те, що це значні
навантаження, вони в два рази менші за границю міцності. Значення додат
кових зусиль у тросах УІ та УІІ (рис. 5) складають 4,75 тс, що призводить до
додаткових напружень 72 МПа. На кожен пілон при цьому додатково діє
горизонтальне навантаження Р п = 1,03 тс, яке в місцях защемлення пілонів
зумовлює напруження 38,2 МПа.
2.2. А н а л іт и ч н и й р о з р а х у н о к н а п р уж е н ь у ва н т а х п р и до д а т к о во м у
н а в а н т а ж е н н і й в іл ь н и х к о т к а х . Котки на пілонах защ емлені. Однак
оскільки на них може діяти велике горизонтальне навантаження Р п, можлива
ситуація, коли вони зірвуться. Оцінимо вплив додаткового навантаження в
точках кріплення вантів до трубопроводу на напруження в вантах при вільних
котках на пілонах.
Розв’язок такої задачі подібний до розв’язку задачі при защемлених
котках. Різниця полягає лише в тому, що зусилля в тросах ІУ та У рівні між
собою:
Р у = Р у = Р / с08 Д (19)
У цьому разі при навантаженні одиничною силою маємо наступні зна
чення: РІІІ = 0,69 тс; РІу = Р у = 0 ,73 тс; Рп = 0,19 тс; Д Х п = 13,3 мм; Д Г =
= 52 ,4 мм. За такого значення Д Г розв’язок системи рівнянь (17) і (18) такий:
Р к = 0,16 тс; Рр = 0,37 тс.
При дії на весь перехід додаткового зовнішнього зусилля, наприклад, рів
ного 50 тс (в обох точках кріплення вантів прикладене зусилля 25 тс), у тро
сах виникають додаткові зусилля: Рш = 11,0 тс; Р у = 1 1 ,7 тс; Р у = 11,7 тс,
які призводять до додаткових напружень: о щ = 166,5 МПа; о у = 177,1 МПа,
о у = 1 7 7 ,1 МПа та в комбінації з існуючими напруженнями (табл. 1) дося
гають 342 МПа. Значення додаткових зусиль, які виникають у тросах у і та у і і
(рис. 5), складають 4 тс, що призводить до додаткових напружень 61 МПа. На
кожен пілон додатково д іє горизонтальне навантаження Рп = 3,0 тс, яке в
місцях защемлення пілонів призводить до напруження 122,4 МПа.
2.3. Р о зр а х у н о к н а п р уж ен ь у в а н т а х і т р у б і п р и д о д а т к о во м у н а в а н
т а ж е н н і т а за щ ем л е н н і кот к ів з а до п о м о го ю П К “3 0 Р ір е М а $ їе г”. Оцінимо
вплив додаткового навантаження в точках кріплення вантів до трубопроводу
на НДС переходу при защемлених котках на пілонах. Розрахункову модель
переходу показано на рис. 11.
Для перевірки аналітичного розрахунку проведемо аналіз зусиль та пере
міщень вантів без урахування труби. При навантаженні одиничною верти
кальною силою в місці кріплення вантів до труби маємо такі результати:
Р у = 0 ,73 тс; Р у = 0 ,78 тс; Р п = 0,06 тс; Д Х п = 4,1 мм; Д Г = 2 8 ,4 мм. Отри-
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 135
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
мані дані практично збігаються з аналітичними значеннями і свідчать про
коректність як аналітичного, так і числового розрахунків.
В табл. 2 приведено результати розрахунку переходу при врахуванні
впливу вантів і труби за симетричною (в обох точках кріплення вантів до
труби прикладено силу 25 тс) та несиметричною (сила 50 тс прикладена ли т е
в одній точці кріплення вантів до труби) схемами навантаження.
Т а б л и ц я 2
Напруження й переміщення в вантах при дії додаткового зусилля
№
роз-
в’яз
ку
Д7,
мм
Д^ п,
мм
Ри,
тс
ст ст ст ст
0? М п, Н • м М тах, Н • м
ош , МПа оІу, МПа О у , МПа о уІ, МПа о п, МПа Отах, МПа
1 498,9 72,3 1,03 13,0
198,7
13,9
212,5
14,6
223,7
4,75
72
0,7 •Ю6
38,2
-
2 511,6 76,2 1,03 11.9
181.9
13,8
210,4
14,6
223,7
4,7
72
0,7 •Ю6
38,1
1,365 •Ю6
75,3
3 681,8 78,8 1,05 11.9
181.9
14,2
217,5
15,1
231,3
4,9
74,4
0,7 •Ю6
39,1
3,6 •Ю6
202,6
Примітка. № 1 - аналітичний розв’язок при дії додаткового зовнішнього зусилля 25 тс в обох
точках кріплення вантів; № 2 - розв’язок за допомогою ПК “3Б РіреМа8іег” при дії додат
кового зовнішнього зусилля 25 тс в обох точках кріплення вантів; № 3 - розв’язок за
допомогою ПК “3Б РіреМазіег” при дії додаткового зовнішнього зусилля 50 тс в одній точці
кріплення вантів.
Рис. 11. Розрахункова модель вантового переходу за дії додаткового навантаження, побудо
вана в ПК “3Б РіреМа8іег”.
Результати аналітичного та числового розрахунків при навантаженні
додатковим зусиллям 25 тс в обох точках кріплення вантів практично збіга
ються (табл. 2). Загальні напруження в вантах сягають близько 400 МПа, що в
два рази менш е за границю міцності. В табл. 2 також наведено додаткові
значення згинальних моментів М п і напружень о п у пілонах та макси
мальних згинальних моментів М тах і напружень о тах у трубі.
При прикладенні додаткового зусилля 50 тс в одній точці кріплення
вантів загальні напруження в них сягають 400 МПа, щ о в два рази м енш е
за границю міцності. При цьому додаткові напруження в трубі дорівнюють
136 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
200 МПа, в пілонах - 40 МПа. Такий великий рівень напружень свідчить про
те, що за такого навантаження в трубі й пілоні можливі пластичні дефор
мації.
3. Розрахунок зусиль і напруж ень у трубопроводі під час руху порш ня.
На прикладі розв’язання двох задач проаналізовано зміну НДС трубопроводу
під час руху внутрішньотрубного поршня.
3.1. П о р ш е н ь р у х а є т ь с я п о к р и в о л ін ій н и х д іл я н к а х п ереходу. Рух порш
ня по ділянках переходу з певною кривиною (коліно) зумовлює додаткову
центробіжну силу. Наприклад, при русі поршня масою т = 6 т зі швидкістю
V = 2 м/с по коліну з радіусом кривини г = 6 м центробіжна сила становить
Г с = m v 2/ г = 4 тс.
За допомогою ПК “3Б PipeM aster” розраховано значення напружень та
переміщень, які виникають у трубопроводі при додатковій модельній центро-
біжній силі 1 тс у зоні колін. На рис. 12 показано повітряний перехід у плані
та його здеформовану форму при прикладенні додаткового зусилля в точці з
координатою х = 20 м. Для наочності здеформовану форму представлено
шляхом додавання до початкової форми додаткових переміщень, помножених
на коефіцієнт 200. У точці прикладення сили горизонтальні переміщення
становлять 7,3 мм, поздовжні - 4,7 мм. Прикладена центробіжна сила призво
дить до максимального осьового зусилля в вантах 0,3 тс, що в напруженнях
становить 5 МПа. При цьому напруження у трубопроводі від згинальних
моментів складають близько 1,4 МПа.
Рис. 12. Переміщення трубопроводу при русі поршня вагою 1 тс: 1 - повітряний перехід у
плані; 2 - здеформована геометрія переходу за дії центробіжної сили; 3 - здеформована
геометрія переходу за дії додаткової осьової сили.
3.2. П о р ш е н ь р у х а є т ь с я п о ц ен т р а л ь н ій п р я м о л ін ій н ій д іл я н ц і п ер е
ходу. Внаслідок накопичення різного роду відходів перед поршнем можливе
періодичне його застрявання. У такому випадку виникає різниця тисків між
точками, що знаходяться позаду та попереду поршня, і, як наслідок, додаткове
0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6 137
І. В. Лохман, І. В. Ориняк, Ю. В. Банахевич та ін.
осьове зусилля, яке стримується силами тертя на опорах. Сила тертя на одній
опорі при коефіцієнті тертя 0,1 складає приблизно 2,3 тс. Якщо додаткове
зусилля перевищує сили тертя, то в переході мають місце додаткові пере
міщення.
За допомогою ПК “3Б PipeMaster” розраховано значення напружень і
переміщень, які виникають у трубопроводі при додатковій осьовій силі 1 тс
на центральній прямолінійній ділянці переходу. На рис. 12 крива 3 відобра
жає форму повітряного переходу в горизонтальній площині при д ії такої
додаткової осьової сили. Здеформовану форму отримано шляхом додавання
до початкової (на рис. 12 крива 1) додаткових переміщень, помножених на
коефіцієнт 200. При цьому максимальні горизонтальні переміщення становлять
5 мм, поздовжні - 3,8 мм. Прикладена осьова сила зумовлює максимальне
осьове зусилля в вантах 0,2 тс, що в напруженнях становить 3,2 МПа. На
пруження у трубопроводі від згинальних моментів складають близько 1 МПа.
Внаслідок руху поршня по трубі можуть виникнути додаткові перемі
щення у горизонтальній площині, які необхідно обмежити. Для цього перед
пропусканням поршня рекомендується закріпити перехід на криволінійних
ділянках у напрямках, що вказані на рис. 12 стрілками.
Виникнення додаткових горизонтальних переміщень може супроводжу
ватися динамічними ефектами, в результаті чого напруження в вітрових
розтяжках значно збільшаться. У разі розриву однієї вітрової розтяжки на
трубу буде діяти зусилля принаймні в 1,5 тс, яке стримує розтяжка. Дія такого
зусилля призведе до додаткового переміщення труби в напрямку кривини ще
на 8 см. При дублюванні натягнутих вітрових розтяжок цього можна уник
нути.
Додатково з використанням ПК “3Б PipeM aster” виконано динамічний
розрахунок переходу, який показує, що наявність вітрових розтяжок майже не
впливає на власні частоти та форми коливань труби.
В и с н о в к и
1. Виконано комплексний аналіз стану труби та вантів перед пропус
канням діагностичного снаряда з використанням як аналітичних, так і число
вих процедур. Розрахунки проведено для поточної ситуації та за д ії додат
кового навантаження від поршня.
2. За результатами інструментальної зйомки за допомогою ПК “3Б
PipeM aster” побудовано модель труби повітряного переходу і за різних розра
хункових режимів оцінено її НДС. За результатами замірів провисання вантів
отримано значення сил натягу.
3. Проведено аналітичне та числове за допомогою ПК “3Б PipeMaster”
моделювання впливу додаткового навантаження на перехід, зумовленого на
явністю поршня з брудом.
4. Проаналізовано зміну НДС трубопроводу під час руху внутрішньотруб-
ного поршня. Показано, що при русі поршня по трубі можливе виникнення
додаткових переміщень у горизонтальній площині, які необхідно обмежити.
Із цією метою рекомендується перед пропусканням поршня виконати закріп
лення переходу на криволінійних ділянках.
138 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 6
Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів
Р е з ю м е
Выполнен расчет напряженно-деформированного состояния вантового пере
хода при сущ ествующ ем его положении и дополнительном воздействии от
диагностического поршня. Для определения усилий в трубе и вантах наряду с
программным комплексом “3Б PipeMaster” применялись аналитические реш е
ния. Такой комплексный анализ позволяет не только оценить напряжения в
ответственных элементах перехода, но и разработать рекомендации по укреп
лению конструкции воздуш ного перехода перед проведением внутритрубной
диагностики.
1. О риняк І. В., Б о гд а н А. В., Б о р о д ій М . В . Використання категоризації
напружень і деформаційних критеріїв при оцінці м іцності магістральних
трубопроводів // Техн. диагностика и неразрушающий контроль. - 2007.
- № 4. - С. 6 - 15.
2. О ры няк И. В., Т ороп В. М., Р ом ащ ен ко В. А., Ж ур а х о вск и й С. В. Расчет
пространственного разветвленного трубопровода в программном комп
лексе оценки прочности оборудования АЭС // Пробл. прочности. - 1998.
- № 2. - С. 87 - 100.
3. К р а со вск и й А. Я ., О ры няк И. В., Р адч ен ко С. А., Б а т ур а А. С. Оценка
прочности трубопроводов А ЭС с учетом их фактического состояния с
помощью программного комплекса “3Б PipeM aster” // Проблеми ресурсу
і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин. - Київ: Ін-т електро
зварювання ім. Є. О. Патона НАН України. - 2006. - С. 171 - 177.
4. О ры няк И. В., Р адч ен ко С. А., Б а т ур а А. С. Расчет собственных и
вынужденных колебаний трубопроводной системы. Сообщ. 1. Анализ
колебаний пространственной стержневой системы // Пробл. прочности. -
2007. - № 1. - С. 79 - 93.
5. О ры няк И. В., Р адч ен ко С. А., Б а т ур а А. С. Расчет собственных и
вынужденных колебаний трубопроводной системы. Сообщ. 2. Динами
ческая жесткость гиба трубы // Там же. - № 2. - С. 5 2 - 7 1 .
Поступила 12. 05. 2009
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, N 6 139
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48510 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:40:49Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лохман, І.В. Ориняк, І.В. Банахевич, Ю.В. Романов, С.В. Радченко, С.А. Богдан, А.В. 2013-08-20T12:02:58Z 2013-08-20T12:02:58Z 2009 Визначення можливості й умов пропускання діагностичних
 поршнів на ділянці вантового переходу / І.В. Лохман, І.В. Ориняк, Ю.В. Банахевич, С.В. Романов, С.А. Радченко, А.В. Богдан // Проблемы прочности. — 2009. — № 6. — С. 125-139. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48510 539.4 Виконано розрахунок напружено-деформованого стану вантового переходу за існуючого його положення та додаткового впливу від діагностичного поршня. Для визначення зусиль у трубі та вантах окрім програмного комплексу “3D PipeMaster” використовуються аналітичні розв’язки. Такий комплексний аналіз дозволяє не тільки оцінити напруження у відповідальних елементах переходу, але й розробити рекомендації щодо зміцнення конструкції повітряного переходу перед проведенням внутрішньотрубної діагностики. Выполнен расчет напряженно-деформированного состояния вантового перехода при существующем его положении и дополнительном воздействии от диагностического поршня. Для определения усилий в трубе и вантах наряду с программным комплексом “3D PipeMaster” применялись аналитические решения. Такой комплексный анализ позволяет не только оценить напряжения в ответственных элементах перехода, но и разработать рекомендации по укреплению конструкции воздушного перехода перед проведением внутритрубной диагностики. We have performed calculation of stress-strain state of the cable-stayed pipe transition portion for its current location and of the additional effect of the diagnostic piston. In order to assess efforts in the tube and transition portion, we use analytical solutions combined with simulations using the 3D PipeMaster software package. Such comprehensive approach allows one to assess stresses in the critical components of the transition portion, as well as to develop recommendations on the strengthening of this structure before internal diagnostics of the pipe. uk Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу Assessment of capabilities and conditions of passage of diagnostic pistons in the cable-stayed transition portion Article published earlier |
| spellingShingle | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу Лохман, І.В. Ориняк, І.В. Банахевич, Ю.В. Романов, С.В. Радченко, С.А. Богдан, А.В. Научно-технический раздел |
| title | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу |
| title_alt | Assessment of capabilities and conditions of passage of diagnostic pistons in the cable-stayed transition portion |
| title_full | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу |
| title_fullStr | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу |
| title_full_unstemmed | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу |
| title_short | Визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу |
| title_sort | визначення можливості й умов пропускання діагностичних поршнів на ділянці вантового переходу |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48510 |
| work_keys_str_mv | AT lohmanív viznačennâmožlivostíiumovpropuskannâdíagnostičnihporšnívnadílâncívantovogoperehodu AT orinâkív viznačennâmožlivostíiumovpropuskannâdíagnostičnihporšnívnadílâncívantovogoperehodu AT banahevičûv viznačennâmožlivostíiumovpropuskannâdíagnostičnihporšnívnadílâncívantovogoperehodu AT romanovsv viznačennâmožlivostíiumovpropuskannâdíagnostičnihporšnívnadílâncívantovogoperehodu AT radčenkosa viznačennâmožlivostíiumovpropuskannâdíagnostičnihporšnívnadílâncívantovogoperehodu AT bogdanav viznačennâmožlivostíiumovpropuskannâdíagnostičnihporšnívnadílâncívantovogoperehodu AT lohmanív assessmentofcapabilitiesandconditionsofpassageofdiagnosticpistonsinthecablestayedtransitionportion AT orinâkív assessmentofcapabilitiesandconditionsofpassageofdiagnosticpistonsinthecablestayedtransitionportion AT banahevičûv assessmentofcapabilitiesandconditionsofpassageofdiagnosticpistonsinthecablestayedtransitionportion AT romanovsv assessmentofcapabilitiesandconditionsofpassageofdiagnosticpistonsinthecablestayedtransitionportion AT radčenkosa assessmentofcapabilitiesandconditionsofpassageofdiagnosticpistonsinthecablestayedtransitionportion AT bogdanav assessmentofcapabilitiesandconditionsofpassageofdiagnosticpistonsinthecablestayedtransitionportion |