Высокие вертикальные трубы встречаются в небоскребах, шахтах и т.д. Есть две особенности таких трубопроводов, которые нужно учесть при расчете:
Программа СТАРТ-ПРОФ текущей версии прикладывает вес продукта как равномерно-распределенную нагрузку на трубу. Такой подход можно считать корректным при расчете горизонтальных труб и вертикальных труб небольшой высоты (до 30 метров). Но для очень высоких труб это может привести к некорректному распределению нагрузок на опорах по высоте.
На рисунке (а) ниже показана эпюра осевой силы в трубе F, вызванная равномерно-распределенной нагрузкой q для трубы с опорой снизу. Программа покажет наибольшие напряжения в трубе в нижнем сечении q*L/A, A – площадь поперечного сечения трубы. Но в реальности давление жидкости будет действовать только на дно трубы и осевые напряжения по всей высоте трубу будут нулевыми. Правильный результат можно получить, приложив весь вес жидкости не как распределенную нагрузку, а как сосредоточенную силу в нижней опоре.
Вертикальная труба, опертая снизу
В случае крепления трубы сверху, учет веса жидкости при помощи распределенной нагрузки также дает некорректный результат. Эпюра напряжений в трубе получается треугольной и напряжение в нижней части трубы равно нулю. В реальности же, эпюра будет прямоугольной и напряжения будут одинаковые по всей высоте трубы.
Вертикальная труба, закрепленная сверху
В случае закрепления трубы в нескольких точках по высоте пружинными или жесткими опорами, приложение веса жидкости в виде распределенной нагрузки приведет к равномерному распределению нагрузок на опоры по высоте, тогда как в реальности, наиболее нагруженными будут нижние опоры.
Vertical Pipe Supported by Several Springs
Рассмотрим, как корректно смоделировать высокий вертикальный трубопроводов в СТАРТ-ПРОФ:
Нужно добавить сосредоточенную силу q*L в самый нижний отвод
Для высоких вертикальных участков следует учитывать изменение давления по высоте трубопровода. Для этого вертикальный трубопровод нужно разделить на несколько участков и для каждого из них указать давление P+γ·h, где P - избыточное давление в самом верхнем участке трубопровода, γ - плотность жидкости, h - глубина жидкости от верхней точки до середины или до нижней точки (в запас) участка.
Другая проблема, которая может возникнуть - это потеря устойчивости трубопровода, опертого снизу т.е. сжатого большой силой от собственного веса трубы и изоляции. В случае превышения сжимающей силой критического значения, может произойти потеря устойчивости как показано на рисунке (a) ниже.
Для предотвращения потери устойчивости, необходимо закрепить трубу не снизу (а), а сверху (b), либо добавить поддерживающие опоры (d), которые снизять сжимающее усилие в трубе, либо добавить направляющие опоры (хомуты) (c), которые предотвратят потерю устойчивости.
В модуле СТАРТ-Элементы есть специальный расчет, который позволяет проверить устойчивость вертикальных или горизонтальных трубопроводов. Для вертикальных труб следует задать коэффициенты трения в скользящих опорах равными нулю и ввести величину сжимающей силы N, полученной из расчета по СТАРТ-ПРОФ (из таблицы внутренние усилия, но без учет распора от внутреннего давления). Программа выдаст максимальную величину шага расстановки направляющих опор (хомутов), которые необходимы для предотвращения потери устойчивости.
