Д.т.н. Айнабеков А. И., д.т.н. Сулейменов У.С.,

к.т.н. Молдагалиев А.Б., к.т.н. Серикбаев Т.Т.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова. г. Шымкент. Казахстан.

учет температурного воздействия при работе предварительно напряженного магистрального трубопровода

В научной литературе широко освещены теоретические основы проектирования предварительно напряженных оболочек, принципы расчета и подбора конструктивных параметров предварительного напряжения. Однако наблюдается значительный пробел в исследовании вопросов влияния температурных воздействии на напряженно-деформированное состояние подобной комбинированной конструкции.

Учитывая, что подавляющая часть магистральных трубопроводов подвержены систематическому нагреву, воздействию различного рода повышенных технологических температур, актуальным являются вопросы разработки теоретических основ расчета предварительно напряженного трубопровода на температурные воздействия [1,2].

Характер воздействия повышенных температур на предварительно напряженный трубопровод весьма сложен. Напряженно-деформированное состояние стенки трубопровода следует определять учитывая температурные усилия в стенке и в обмотке, а также необходимо учесть ее влияние на достигнутый уровень предварительного напряжения. Очевидно, температурное воздействие оказывает влияние на уровень натяжения нити обмотки на корпус магистрального трубопровода.

На основе методики расчета предварительно напряженных трубопроводов в упругой стадии работы, подробно описанной в работе [3], исследуем напряженно-деформированное состояние стенки магистрального трубопровода с напряженной обмоткой с учетом температурных воздействий.

Рассмотрим бесконечно длинную цилиндрическую оболочку, с проволочной навивкой с плотно прилегающими витками. Обмотка навивается с определенным натягом.

Значения момента М₀, усилия Т₀ и давления обмотки на стенку цилиндрической оболочки будут определены из выражении[3]:

; (1)

; (2)

; (3)

где - модули упругости оболочки и обмотки соответственно; - радиус стенки цилиндрической оболочки; D – натяг, под которым понимают разницу между внешним радиусом цилиндрической оболочки и внутренним радиусом обмотки;

d – диаметр проволоки обмотки; p – давление в оболочке.

В формулах (1) - (3) коэффициенты A, B, C вычисляются по формулам [3]:

; (4)

; (5)

; (6)

где . (7)

С точки зрения учета температурных напряжений, особый интерес представляет значение натяга D.

Натяжение, которому необходимо подвергнуть проволоку, чтобы получить натяг D равно

. (8)

Однако заметим, что при повышении температуры за счет температурного удлинения проволоки натяг заметно изменится.

Значение натяга с учетом температурного воздействия можно записать в общем виде: (9)

где натяг, от напрягаемой обмотки, натяг от температурных воздействий.

Если можно определить из уравнения (8), то значение можно выразить известной формулой:

(10)

Тогда, напряжения в обмотке можно определить по формуле:

(11)

Для оценки влияния температуры на достигнутый уровень предварительного напряжения с использованием полученных выше формул, были выполнены расчеты магистрального газопровода диаметром 1220мм, выполненного из стали марки 17Г1С с , предварительно напряженного проволочной обмоткой из стальной проволоки диаметром 5 мм, нагруженного внутренним избыточным давлением p = 7,5 МПа. Для упрощения процедуры расчета принято [4].

Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица1 - Значения предварительного напряжения в стенке оболочки в зависимости от температуры

Расчетные параметры	Значения Δ Т,^0С
	0	10	20	30	40	50	60
Значение общего натяга Δ, 10^-2 см.	3,82	3,09	2,36	1,62	0,89	0,16	-0,058
Кольцевые напряжения в стенке оболочки,	-85	-69	-52	-36	-20	-4	-
Напряжения в обмотке,	83	67	51	35	19	4	-

Анализ результатов расчетов показывает, что с увеличением градиента температуры достигнутый уровень предварительного напряжения снижается. Так, при градиенте температуры С достигнутый уровень предварительного напряжения может снизиться на 10-12 % по сравнению с начальным, а при С предварительно натянутая обмотка не влияет на напряженное состояние стенки оболочки.

Следовательно, температура эксплуатации трубопровода в значительной мере оказывает влияние на напряженное состояние стенки оболочки и обмотки.

Результаты расчетов подтверждают необходимость учета температурных воздействий в инженерных расчетах и проектировании предварительно напряженных оболочек.

Литература

1. Беленя Е.И. Предварительно напряженные несущие металлические конструкции. – М.: Стройиздат, 1975. – 415 с.

2. Беленя Е.И., Астряб С.М., Рамазанов Э.Б. Предварительно напряженные металлические листовые конструкции. – М.: Стройиздат, 1979.– 192 с.

3. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. – М.: Машгиз, 1960. – 744 с.

4. Сулейменов У.С., Шупакова Р.А., Молдагалиев А.Б., Серикбаев Т.Т., Тулешов М.О. Расчет предварительно напряженных цилиндрических оболочек с учетом температурных воздействий // Механика и моделирование процессов технологии.- Тараз. 2008. - №2. С.183-186.