Jump to content

Расчёт тройника на высокое давление


Recommended Posts

Дмитрий Белугин

Добрый день, уважаемые форумчане.

В области расчетов у меня проблемы и в теме высокого давления я недавно, а никто из коллег на рабочем месте не смог мне подсказать, поэтому решил обратится сюда за помощью.

На данный момент по эскизам заказчика разрабатываю элемент манифольда для буровой вышки.

Давление рабочее - 35МПа, испытательное - 70МПа. Температура не указана, но по информации от заказчика особо высоких температур там быть не должно, поэтому согласовал +50 градусов Цельсия расчётную.

Сталь - 09Г2С. Сталь уже закуплена и по сертификатам имеет следующие мех. свойства: Временное сопротивление разрыву = 445 МПа, минимальное значение предела текучести = 310 МПа

Внутренний проход трубопровода - 100мм, наружный 140мм.

Проблема состоит в следующем, равнопроходные тройники и угольники рассчитанные на такое давление по ГОСТ 22822-83 (исп.2) по габаритам длиннее, чем я могу использовать, потому что необходимо соблюсти заданные габариты.

Пробовал считать по РД РТМ 26-01-44-78, по данным расчета (если я правильно все сделал) тоже выходит, что длинна укрепления должна быть немного длиннее, чем мне позволяют габариты.

В связи с этим разработал модель на основании ГОСТа, но сильно укороченную и немного увеличил размер "квадратной" части. Места под сварной шов и разделку осталось минимум.

Посчитал через SW Simulation методом МКЭ(разделку под сварной шов не учитывал), задав самые плохие условия по предельным температурам.

Коэффициента запаса прочности ниже 1,1 нигде не обнаружилось, в остальных местах больше.

Подскажите пожалуйста правильно ли я производил расчет и правильно ли приложил нагрузки и закрепления или что-то не учел? Не будет ли критичным, что места под сварку "впритык", не создаст ли это дополнительные напряжения, которые могут негативно сказаться потом?

Эскиз узла в котором используется данный тройник:

b717e400b7ad639a055a8f240d04d408.jpg

Результаты расчета в SW Simulation:

fe76e3b1fccaa21b83b999f7f25f9e02.png

Модель в формате солида и step:

https://disk.yandex.ru/d/ewYdrrcls5lnIQ

 

Link to post
Share on other sites


UnPinned posts
Jesse

@Дмитрий Белугин не могу посмотреть сам файл расчёта (будущая версия), но чем вы руководствовались, когда закрепляли все грани со стороны привариваемых трубопроводов по всем степеням свободы?
Из того, что видно по картинке: силу тяжести можно не учитывать - по сравнению с таким давлением это ничто; температуру, правильней в данном случае, наверно прикладывать ко всему телу, а реальный запас будет в раза 1.5-2 выше, т.к. у вас сингулярность в угле вблизи заделки. Последнее, впрочем, зависит от сетки.
Короче, вам скорее всего лучше смоделировать весь узел целиком... и если этот узел на концах приваривается, допустим, к трубе, жёсткость которой намного больше вашего узла, то там и надо крепить
 

Link to post
Share on other sites
karachun

@Дмитрий Белугин @Jesse Температурная нагрузка вообще не нужна. Тройник прогреется почти до одинаковой температуры и температурные напряжения там будут небольшими. И этот тройник не жестко зажат он же находится в составе трубопровода а там есть изгибы, колена, сильфоны, которые компенсируют температурные деформации.

 

Температуру можно и нужно учесть уменьшением механических свойств материала.

 

И еще - это же область сосудов под давлением. Разве там считают по эквивалентным напряжениям? Там вроде надо делать линеаризацию напряжений, выделять изгибные и мембранные и сравнивать с допускаемыми.

Например как вот здесь.

https://cccp3d.ru/topic/74722-расчёт-по-пнаэ-г-7-002-с-использованием-мкэ/

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites
Jesse
3 минуты назад, karachun сказал:

Температурная нагрузка вообще не нужна. Тройник прогреется почти до одинаковой температуры и температурные напряжения там будут небольшими. И этот тройник не жестко зажат он же находится в составе трубопровода а там есть изгибы, колена, сильфоны, которые компенсируют температурные деформации.

да, согласен, тоже об этом подумал. Сам крайне редко прикладываю температуру. Температуру самое главное учесть в контексте снижения предела текучести. Ну тут 50 град фигня тож)

 

5 минут назад, karachun сказал:

И еще - это же область сосудов под давлением. Разве там считают по эквивалентным напряжениям? Там вроде надо делать линеаризацию напряжений, выделять изгибные и мембранные и сравнивать с допускаемыми.

Если критерий "сумма мембранных и изгибных" суть "сигма1+сигма2", до можно смело считать по дефолтному Мизесу - в запас идёт..)
А элементы конструкций где регламентируются онли мембранные , например, в тонкой обечайке под давлением экв.напр=мембр, а где только изгибные, то и там экв.= изгибные:smile:
Короч, Мизес, мизес и ещё раз Мизесс!)
А линеаризация хрен знает.. ЧЕм больше толщина, тем больше её погрешность.  И в данном случае тоже, наверно............

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites
karachun

Вообще видно что тройник массивный.

Можно, в первом приближении, посчитать трубу, диаметром 100 мм и толщиной стенки 20 мм на действие кольцевых, осевых и радиальных напряжений. Если труба пройдет то и тройник тоже - он везде в полтора раза толще.

 

https://cae-club.ru/sites/default/files/commentsfiles/16_prakticheskie_raschety_na_prochnost_konstruktivnyh_elementov_chast_1.pdf

Со страницы 11.

Link to post
Share on other sites
AlexArt

Вообще мало того, что линеаризация так еще и по теории максимальных касательных напряжений, а они дают более высокое значение на 10% обычно.

Link to post
Share on other sites
Дмитрий Белугин
18 часов назад, Jesse сказал:

 чем вы руководствовались, когда закрепляли все грани со стороны привариваемых трубопроводов по всем степеням свободы?
 

Честно сказать ничем, просто думал раз есть три поверхности под сварку, значит их и нужно закреплять. Понимаю, что нужно задавать степени свободы, но как их определить хотя бы примерно, не могу сообразить.

Я в расчетах новичок. Ранее я работал с сосудами под давлением и там рассчёт сводился к правильному составлению модели в Пассате, остальное все делала программа.

Поэтому так сказать теоретических знаний, не говоря уже о практических мне катастрофически не хватает.

18 часов назад, Jesse сказал:

сингулярность в угле вблизи заделки. Последнее, впрочем, зависит от сетки.

Да, увидел, что там сингулярность, поэтому прозондировал еще в нескольких точках.

18 часов назад, Jesse сказал:

Короче, вам скорее всего лучше смоделировать весь узел целиком... и если этот узел на концах приваривается, допустим, к трубе, жёсткость которой намного больше вашего узла, то там и надо крепить

Можете подсказать как лучше закреплять всю сборку целиком?

Общий вид трубопровода, к сожалению не могу скинуть сейчас, она на работе осталась. Только в понедельник или ближе к вечеру сегодня, как получится.  Поэтому опишу на словах.

Вообщем есть вышка буровая и к ней крепится данный узел, потом две 8-ми метровых трубы и  на концы данных труб крепятся "гусаки" (отводы гнутные под 165 градусов). Узел который я выкладывал расположен у основания.

Соединяются данные узлы между собой на специальные быстро-разъемные соединения. К началу и концам этого трубопровода присоединены РВД.

Точной информации как на вышке будет этот трубопровод крепится у меня нет, потому что оборудование под замену идет вроде бы и ничего кроме это отрезка трубопровода в поставку не входит.

Но знаю что чаще всего применяется следующая схема закрепления: там где расположены 8-ми метровые трубы закрепление идет через специальные хомуты к вышке, а за специальные крепления на "гусаках" вся конструкция подвешивается на тросы, и натягиванием через талреп где-то наверху регулируется.

Как закреплен нижний узел, который я выкладывал, могу только догадываться. Скорее всего так же на хомутах.

 

Исходя из этого я могу только предположить, что степень свободы направленная по оси Z будет присутствовать скорее всего больше других, но на сколько сильно, неизвестно. Поэтому если моделировать узел нижний целиком, надо правильно все нагрузки учесть будет и тут я вообще теряюсь как это можно сделать.

19 часов назад, karachun сказал:

И еще - это же область сосудов под давлением. Разве там считают по эквивалентным напряжениям? Там вроде надо делать линеаризацию напряжений, выделять изгибные и мембранные и сравнивать с допускаемыми.

Например как вот здесь.

https://cccp3d.ru/topic/74722-расчёт-по-пнаэ-г-7-002-с-использованием-мкэ/

Честно сказать, я не знаю как правильно вообще по МКЭ считать, многих терминов я до конца не понимаю. Как уже писал выше ранее с расчетами сталкивался только в Пассате.

С ссылкой на тему поверхностно ознакомился, надо вникать глубже. Почитаю ПНАЭГ.

17 часов назад, karachun сказал:

Можно, в первом приближении, посчитать трубу, диаметром 100 мм и толщиной стенки 20 мм на действие кольцевых, осевых и радиальных напряжений. Если труба пройдет то и тройник тоже - он везде в полтора раза толще.

 

https://cae-club.ru/sites/default/files/commentsfiles/16_prakticheskie_raschety_na_prochnost_konstruktivnyh_elementov_chast_1.pdf

Со страницы 11.

 Очень полезный документ для понимания сути расчета. Спасибо. По данной методике пока не пробовал считать, но ранее считал трубу по РД РТМ 26-01-44-78, получилась стенка порядка 16-17мм, с прибавками как раз укладывалось в 20мм.

Можете пожалуйста еще какую-нибудь литературу посоветовать по расчетам на высокое давление методом МКЭ? Или просто по МКЭ, чтобы разобраться и изучить.

Link to post
Share on other sites
soklakov
05.05.2021 в 12:21, Дмитрий Белугин сказал:

Можете подсказать как лучше закреплять всю сборку целиком?

по плоскостям симметрии.

а там где сварка - вообще не крепить. там моменты и силы накрайняк.

05.05.2021 в 12:21, Дмитрий Белугин сказал:

Ранее я работал с сосудами под давлением и там рассчёт сводился к правильному составлению модели в Пассате, остальное все делала программа.

по идее в модель входят ГУ. но пассат есть пассат

04.05.2021 в 21:13, AlexArt сказал:

Вообще мало того, что линеаризация так еще и по теории максимальных касательных напряжений, а они дают более высокое значение на 10% обычно.

"обычно" в опасных местах НДС близок к одноосному. а там у них (мизеса и треска) тоже разница 10%? ))

  • Хаха 1
Link to post
Share on other sites
AlexArt
5 часов назад, soklakov сказал:

"обычно" в опасных местах НДС близок к одноосному. а там у них (мизеса и треска) тоже разница 10%? ))

Что вы говорите? Давление + моменты дадут однооску? Опасные места обычно в корпусе трубопроводной арматуры, а там бывают изгибы от геометрии вообще только от давления.

Ааа, понятно, это вы так свои косяки заметаете...

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.



×
×
  • Create New...