Расчет нагрузок от пробкового (снарядного) режима потока в СТАРТ-ПРОФ

СТАРТ-ПРОФ позволяет оценить нагрузки и напряжения в трубопроводе, вызванные движением пробок в двухфазном потоке.

Нагрузки от пробкового (снарядного) режима потока могут быть рассчитаны в программе Гидросистема, экспортированы в СТАРТ-Проф. Последовательность действий следующая:

1. Расчетная модель СТАРТ-Проф сохраняется в файл (.ctp)
2. Файл .ctp импортируется в программу Гидросисетма
3. Выполняется двухфазного газожидкостного течения в программе Гидросистема и полученные нагрузки экспортируются в файл .ctpf
4. Нагрузки из файла .ctpf импортируются в СТАРТ-Проф в редакторе режимов работы (Добавить > Силовые загружения из файла)

При ударах пробок в отводы и тройники, возникают дополнительные динамические нагрузки на трубопровод, которые могут привести к падению труб с опор, превышению допустимых нагрузок на штуцера аппаратов, насосов и т.д.

Один из методов расчета на действие таких сил - статический метод. Вертикальная, горизонтальная и равнодействующая силы F определяются по формулам:

где

F - нагрузка, Н

- угол отвода, например 90, 45 и т.д. градусов

- плотность продукта, кг

v - скорость движения пробки в момент удара в отвод, м/с

A - Площадь поперечного сечения, м2

DLF - динамический коэффициент, принимаемый равным DLF=2

Для прямых тройников нагрузка рассчитывается как для отвода 90 градусов.

Полученные статические силы нужно поочередно прикладывать во всех отводах по пути следования пробок.

Пример расчета

Файл примера: SlugFlow.ctp

Исходные данные:

• Диаметр трубы: 0.219 м

• Толщина стенки трубы: 0.016 м

• Продукт: пар + вода

• Скорость 12.65 м/с

• Плотность воды ρ=1000 кг/м³

Расчет:

A=p∙(D-2s)²/4 = 3.14159∙(0.219-2∙0.016)²/4 = 0.027465 м²

Нагрузки на отвод №2:

F=DLF*ρ*v*v*A*(1-cos 90)=2*1000*12.65*12.65*0.027465*(1-cos 90)=8790 Н=879 кгс

F=2*1000*40*40*0.027465*sin 90=8790 Н=879 кгс

Нагрузки на отвод №3:

F=DLF*ρ*v*v*A*(1-cos 90)=2*1000*12.65*12.65*0.027465*(1-cos 90)=8790 Н=879 кгс

F=2*1000*40*40*0.027465*sin 90=8790 Н=879 кгс

Нагрузки на отвод №4:

F=DLF*ρ*v*v*A*(1-cos 60)=2*1000*12.65*12.65*0.027465*(1-0.5)=4395 Н = 439 кгс

F=2*1000*12.65*12.65*0.027465*sin 60=7610 Н=761 кгс

Чем меньше угол отвода, тем меньше нагрузка, поскольку угол изменения направления движения пробки меньше.

С помощью редактора режимов работы создадим один основной режим работы (1) и три дополнительных, которые будут моделировать последовательные удары "пробки" в отводы 2, 3 и 4. Расчет основного режима производится по режиму ПДН, а дополнительных по режиму ПДК.

Ниже показаны этапы расчета 1-3:

Этап 1 соответствует режиму 1.1, этап 2 - режиму 1.2 и этап 3 - режиму 1.3.

Вставим узлы рядом с отводом 2 и зададим в них инерционные силы:

Аналогично поступим с отводом 3:

И с отводом 4:

Нагрузки от удара в отвод 3

Напряжения от удара в отвод 3

Для того, чтобы предотвратить падение трубопровода с опор, снизить нагрузки на концевые опоры, снизить напряжения, нужно:

- установить ограничители (упоры с зазором, амортизаторы, демпферы), которые будут воспринимать большие динамические нагрузки

- постараться изменить конфигурацию трассы, чтобы углы поворота были как можно меньше

- предотвратить образование пробок