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:
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.
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