СТАРТ-ПРОФ позволяет оценить нагрузки и напряжения в трубопроводе, вызванные срабатыванием предохранительного клапана статическим методом.
В момент срабатывания предохранительного клапана, из-за разности давлений и из-за вылета продукта в атмосферу на большой скорости возникает реактивная сила F, действующая в противоположную сторону от направления выхлопной трубы, т.е. на отвод 28.
Один из методов расчет на действие такой силы - статический метод. Для выполнения расчета в СТАРТ-ПРОФ, необходимо приложить силу F в точке 29, находящейся в узле отвода.
F = DLF ∙ F1
F1 - статическая реактивная сила, возникающая при выбросе продукта, Н
DLF - динамический коэффициент, учитывающий мгновенное приложение нагрузки. Для определения точного значения данного коэффициента необходимо определение периода собственных колебаний трубопровода. При отсутствии такой информации, допускается принимать его значение максимальным, равным DLF=2.0 в запас прочности.
W - массовый расход продукта, кг/с (пропускная способность предохранительного клапана, указанная на нем и умноженная на 1.11)
gc=1,
V1 - скорость истечения продукта на выхлопном патрубке (узел 36), м/с. Может быть определено по программе Предклапан
P1 - абсолютное максимальное давление на выхлопном патрубке в момент выброса, Н/м². Может быть определено по программе Предклапан
Pa - атмосферное давление, Н/м²
A1 - площадь сечения отверстия трубы, м² A1=p∙(D-2s)²/4
Расчет следует выполнять по режиму ПДКОН. В приведенном примере пружины заменены на нестандартные крепления.
Для определения V1 и P1 существует несколько методов:
ASME B31.1 Power Piping (Нормы США)
РТМ 34 Том 1, Теплоэлектропроект
Расчет характеристик V1 и P1 по программам Гидросистема или Предклапан
Динамическая реактивная сила, возникающая при выбросе продукта в атмосферу в момент срабатывания предохранительного клапана при расчете статическим методом должна быть равна:
F = DLF ∙ F1
DLF - динамический коэффициент, учитывающий мгновенное приложение нагрузки. Для определения точного значения данного коэффициента необходимо определение периода собственных колебаний трубопровода. При отсутствии такой информации, допускается принимать его значение максимальным, равным DLF=2.0 в запас прочности.
,
где
V1 - скорость истечения продукта на выхлопном патрубке (узел 36), м/с
P1 - абсолютное максимальное давление на выхлопном патрубке в момент выброса, Н/м²
h0 - энтропия в состоянии покоя на входе клапана, МДж/кг
J = 999835.0529 м*Н/МДж
a, b - константы согласно таблице
Состояние пара |
a, МДж/кг |
b |
влажный пар массовое содержание пара <90% |
0.6769 |
11 |
насыщенный пар массовое содержание пара ≥90% 1.05 кгс/см² ≤ P1 ≤ 70.31 кгс/см2 |
1.9143 |
4.33 |
перегретый пар массовое содержание пара ≥90% 0.07 кгс/см² ≤ P1 ≤ 140.61 кгс/см2 |
1.93291 |
4.33 |
Файл примера: ReliefValve.ctp
Исходные данные:
Диаметр выхлопной трубы: 0.219 м
Толщина стенки выхлопной трубы: 0.016 м
продукт: насыщенный пар
пропускная способность предохранительного клапана: 48 кг/с
Давление пара: 64 кгс/см²
Температура пара: 538°C
Расчет:
Расчет с учетом реактивной силы от срабатывания предохранительного клапана должен выполняться по режиму ПДКОН для технологических норм.
A1=p∙(D-2s)²/4 = 3.14159∙(21.9-2∙1.6)²/4 = 0.027465 см²
a = 1.9143 МДж/кг
b = 4.33
W = 48∙1.11 = 53.28 кг/с
Энтропия в состоянии покоя для пара при давлении 64 кгс/см² и температуре 538°C h0 = 3.506 МДж/кг
J = 999835.0529 м*Н/МДж
Максимальное давление на выхлопном патрубке в момент выброса: P1=53.28/0.027465*(4.33-1)/4.33*(2*(3.506-1.9143)*999835.0529/(2*4.33-1)/1)^0.5 = 961693 Н/м²
Скорость истечения продукта на выхлопном патрубке: V1 = (2*999835.0529*(3.506-1.9143)/(2*4.33-1))^0.5 = 644.77 м/с
Статическая реактивная сила, возникающая при выбросе продукта: F1 = 53.28*644.77 + (961693-100000)*0.027465 = 58019 N
Динамическая реактивная сила, возникающая при выбросе продукта: F = DLF ∙ F1 = 2*58019 = 116039 кгс
Создадим дополнительное силовое загружение ПДК в редакторе режимов работы:
Если в системе много предохранительных клапанов, то нужно создать для каждого клапана отдельный режим (1.2, 1.3 и т.д.) если они срабатывают не одновременно.
Динамическую реактивную силу приложим в узле 29:
Нагрузки на опоры с учетом силы срабатывания предохранительного клапана:
Напряжения с учетом силы срабатывания предохранительного клапана:
