CADmaster

1 августа этого года НТП «Трубопровод» завершил разработку новой программы «ШТУЦЕР».

Программа работает в среде Windows 9x/2000/XP и предназначена для проведения поверочных расчетов при проектировании и реконструкции сосудов и аппаратов для нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой, нефтяной и других отраслей промышленности.

Зачем нужен «ШТУЦЕР»?

Всем проектировщикам, занимающимся расчетом трубопроводных систем на прочность, знакомо понятие «мертвая опора». В данном случае под «мертвой опорой» понимается опора, накладывающая ограничения на все степени свободы. Как правило, такой опорой заменяется место соединения трубопровода и сосуда (аппарата): это существенно упрощает расчет, но зачастую приводит к получению чрезмерно завышенных усилий и нагружений как в самом трубопроводе, так и в узле соединения ¹.

Учет жесткости места соединения трубопровода и аппарата при определении сил и моментов от внешних усилий и внутренних нагружений во многом определяет точность результатов расчета на прочность как трубопровода, так и самих сосудов (аппаратов) в месте врезки. Появляется возможность обоснованно назначать действующие на штуцер допускаемые нагрузки и не использовать «условные» мертвые опоры. Точность вычислений значительно повышается, проектировщик может выбрать более надежные и экономичные конструкции трубопровода и его опор, а также места соединения с аппаратом.

«ШТУЦЕР» стал логическим продолжением ранее выпущенного модуля «СТАРТ-ШТУЦЕР" ² и первой специализированной отечественной программой ³ для расчета усилий, напряжений и жесткости в узле соединения штуцера с сосудом (аппаратом). «СТАРТ-ШТУЦЕР» считает только жесткостные характеристики узла врезки, чем обусловлено его применение в расчетах трубопроводных систем, а с появлением программы «ШТУЦЕР» стало возможным определять как жесткость, так и прочность элементов узла соединения штуцера с сосудом или аппаратом.

К сожалению, методике и способу получения значений жесткости, а также расчету прочности узлов врезки до последнего времени не уделялось должного внимания: в России пока нет нормативных документов, регламентирующих определение допускаемых внешних нагрузок на штуцеры при одновременном воздействии внутреннего давления. Программа написана на базе методики комплексного расчета жесткости и напряженного состояния узлов врезки штуцеров с учетом предельно допустимого уровня напряжений. Для определения прочности и жесткости места соединения используются зависимости безразмерных относительных параметров перемещений и напряжений от геометрических характеристик элементов врезки — в соответствии с методиками, изложенными в WRC107−79, WRC297−874, BS5500−76 ⁴. Дополнительно дана оценка прочности укрепления отверстия под действием внутреннего давления по ГОСТ 24755–89. Допускаемый уровень напряжений определяется согласно «Нормам расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» (ПНАЭ Г-7−002−86, Госатомэнергонадзор СССР, 1989), ГОСТ 14249–89 и РД 26−02−62−98.

Можно справедливо возразить: для решения подобных задач в последнее время широко используется метод конечных элементов. Это так, но применение упомянутого метода требует специальных расчетных программ (например, ANSYS) и высокой квалификации пользователя, а также значительных временных затрат. Кроме того, при использовании метода конечных элементов довольно сложно оценить результаты напряженно-деформированного состояния зоны врезки. Полученные напряжения, как правило, резко уменьшаются по мере удаления от зоны врезки, что предъявляет дополнительные требования к качеству конечно-элементной разбивки модели.

На сегодня нет четкого разграничения областей между так называемыми «пиковыми» напряжениями, полученными непосредственно в зонах концентрации, и местными локальными напряжениями. «Пиковые» напряжения располагаются в очень малой зоне концентраторов напряжений, быстро затухают и на оценку прочности для статических расчетов конструкций из пластичных материалов практически не влияют. В то же время для локальных мембранных и изгибных напряжений существует нормативная база по оценке их предельных величин, которая и использована в программе.

Применение программы «ШТУЦЕР» позволяет решать следующие задачи:

• определение мембранных, изгибных и общих напряжений от действия внешних нагрузок и внутреннего давления в местах врезки штуцера как в цилиндрических обечайках и выпуклых днищах, так и в самом патрубке штуцера;
• определение допускаемых мембранных и общих напряжений;
• расчет укрепления отверстия от внутреннего давления;
• выдача заключения о работоспособности узла врезки;
• определение жесткости (податливости) узла врезки;
• вывод протокола расчета (формы протокола могут корректироваться пользователем).

Сложно ли пользоваться программой?

Программа создавалась для требовательного и ценящего свое время специалиста, поэтому ее интерфейс предельно нагляден, компактен и лаконичен.

Вся навигация осуществляется при помощи закладок.

На первом экране, появляющемся при создании проекта, специалист присваивает проекту шифр и вводит данные (начиная от типа узла врезки), выбирает вид расчета и тип штуцера, в зависимости от которого программа показывает расчетную схему.

Экран Тип узла врезки	Экран Виды расчетов
Экран выбора типа штуцера	Экран расчетной схемы штуцера

Далее необходимо задать свойства обечайки и сварных швов, описать габариты штуцера и накладное кольцо (если оно есть).

Экран описания обечайки	Экран описания сварных швов
Экран описания штуцера	Экран описания накладного кольца

Завершив описание штуцера, можно перейти на закладку Нагрузки и расчет.

После задания условий нагружения, нагрузок и видов расчетов следует нажать кнопку Расчет штуцера (F3) . Если геометрия и расположение элементов врезки не выходят за рамки условий применения, программа выдаст значения результатов расчета прочности и жесткости (податливости) врезки штуцера, расчет укрепления отверстия, а также заключение о работоспособности узла соединения.

Отчет выдается в удобном виде, с детализированными подробностями, готовым для включения в пояснительную записку по проекту. На экране Нагрузка и расчет будут представлены краткие результаты расчета. Если необходим полный отчет с промежуточными результатами вычислений, следует перейти на вкладку Отчет.

Экран Нагрузки и расчет

Экран Отчет

Поскольку большинство трубопроводов заканчивается емкостью или аппаратом, диапазон применения программы «ШТУЦЕР» сопоставим с диапазоном программной системы «СТАРТ». Программа привлекательна тем, что работает «на стыке» расчетов и позволяет скоординировать работу отделов, проектирующих трубопроводные системы и конструирующих или выбирающих емкости (аппараты). Кроме того, она не допустит ситуации, при которой проектировщик передает проект трубопровода дальше по маршруту, коллеги смотрят расчеты и говорят:

- Нагрузки на емкость недопустимы!
…а трубы уже положены.

Скачать статью в формате PDF — 378.8 Кбайт