Расчетная часть-Расчет насадки типа «Паук» скребка трубопроводного СКР-3-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование транспорта и хранения нефти и газа

Расчет насадки типа «Паук» скребка трубопроводного СКР-3: Расчет фланцевого соединения, Расчет усилий затяжки фланцевого соединения, Расчет затяжки шпилек, Расчет расхода жидкости -Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование транспорта и хранения нефти и газа

7. Техническое предложение

На основании рассмотренных патентов и собственного предложения с целью повышения энергетической эффективности очистки предлагаю в переднем фланце скребка установить насадку типа «Паук», выполненную в виде пучка изогнутых в направлении внутренней поверхности трубопровода патрубков (отрезков труб).
Кроме того, предлагаю заменить материал ведущего и чистящих дисков, а именно изготовить их из армированного полиуретана. Армирование выполнить вдоль плоскости каждого диска стеклосеткой: посредине и у поверхности дисков. Также кромки ведущего и чистящих дисков, примыкающих к стенке трубопровода с обеих сторон, изготовить с углом менее 90°, образованным на периферии дисков с обеих сторон кольцевыми выемками, имеющими в поперечном сечении форму неравнобедренного треугольника.
Изобретение позволяет увеличить эффективность очистки трубопровода путем изготовления режущих кромок на ведущем и чистящих дисках, поскольку энергетический процесс сдвига значительно больше усилий на срез. Также установленная насадка в переднем фланце будет воздействовать на внутреннюю поверхность трубопровода направленным потоком нефти, тем самым способствуя размыву отложений парафина и различных отложений.
Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода вводится в полость очищаемого трубопровода через специальные камеры пуска и приема скребков. Перемещение устройства осуществляется благодаря перепаду давления, создаваемому манжетами.

а) б)
Рис. 7.1 – а) схема насадки типа «Паук» для размыва отложений;
б) схема диска ведущего и чистящего с режущими кромками;




8. Расчетная часть
8.1 Расчет фланцевого соединения

Рассчитаем шпильки во фланцевом соединении насадки типа «Паук» и выходного патрубка.
Определим площадь фланца:
S=(π∙D^2)/4, (8.1)
где S – площадь фланца, м2; D – внутренний диаметр, м.
S=(3,14·〖0,14〗^2)/4=0,015 м^2
Определим силу, действующую на площадь фланца:
F=P∙S, (8.2)
где F - сила, действующая на площадь фланца, Н/м2;
P - рабочее давление, Па;
S – площадь фланца, Н/м2;
F=7·〖10〗^6·0,015=0,105· 〖10〗^(6 ) Н/м^2 .
Рассчитаем силу, действующую на каждую шпильку крепления во фланце:
F_ш=F/(z·k) , (8.3)
где F_ш-сила, действующая на каждую шпильку крепления во фланце, Н/м2;
F - сила, действующая на площадь фланца, Н/м2;
z - количество шпилек;
k – коэффициент неравномерности.
F_ш=(0,105· 〖10〗^(6 ))/(8·0,7)=0,019 · 〖10〗^(6 ) Н/м^2.
Материал шпильки 09Г2С, = 345 МПа
Запас прочности по нормальным напряжениям:
n_σ=σ_т/σ, (8.4)
где n_σ - запас прочности по нормальным напряжениям;
σ_т – предел текучести, Н/м2;
σ - нормальные напряжения в теле шпильки, Н/м2.
n_σ=345/2800=2,3.
8.2 Расчет усилий затяжки фланцевого соединения

За расчетное усилие принимают большее из двух.
Эксплуатационное усилие:
P_эксп=Р_ср+Р_у=π/4∙D^2∙Р_р+π∙D∙В_эф∙m∙Р_(р , ) (8.5)
где D-средний диаметр уплотнения, м;
Ширина для плоских прокладок:
〖 В〗_эф=0,5∙В, (8.6)
где В-ширина прокладки, м;
В_эф=0,5∙20=10 мм



Для паронита:
 Удельное сопротивление смятия прокладки для создания герметичности q_n=32 МПа;
 Прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала m=1, 2;

Р_эксп=3,14/4∙〖0,12〗^2∙7∙〖10〗^6+3,14∙0,12∙0,01∙1,2∙7∙〖10〗^6=822 кН
Усилие предварительной затяжки:
Р_зат=π∙D∙В_эф∙q_n, (8.7)
〖 Р〗_зат=3,14∙0,12∙0,01∙32∙〖10〗^6=120,6 кН
За расчетное усилие принимаем Р_эксп=822 кН;
〖 Р〗_эксп=Р_расч;

8.3 Расчет затяжки шпилек

Усилие, действующее на одну шпильку:
Р_ш=Р_расч/z, (8.8)
где z-количество шпилек(z=8);
Р_ш=822/8=102,7 кН
Напряжение в каждой шпильке:
σ_расч=(4∙Р_ш)/(π∙z∙d_1^2 )≤σ_т/n_ш , (8.9)
где σ_т-предел текучести материала шпильки (σ_т=345 МПа);
n_ш-коэффициент запаса прочности (n_ш=3...5);
Принимаю n_ш=3;
σ_расч=(4∙102,7∙〖10〗^3)/(3,14∙8∙〖0,01〗^2 )=113,5 МПа

σ_расч≤σ_т/n_ш (8.10)

σ_т/n_ш =115 МПа, следовательно, условие выполняется.
Необходимый момент крепления шпилек:

〖 M〗_ш=Р_ш∙d_1/2∙tg(β+ρ)+Р_ш∙f/3∙((D_0^3-d_1^3)/(D_0^2-d_1^2 )), (8.11)

где β-угол подъема резьбы;
ρ-угол трения в резьбе;
S-шаг резьбы (для М10 S=1,5);
β=arctg(S/(π∙d_1 )), (8.12)

β=arctg(1,5/(3,14∙0,010))=〖78,8〗^о

ρ=arctg〖 f〗_1, (8.13)

ρ=arctg 0,15=〖8,5〗^о

где f_1=0,15-коэффициент трения в резьбе;
f=0,2-коэффициент трения гайки о фланец;
D_0-наружный диаметр опорного бурта гайки, м;
D_0=1,5∙d_1, (8.14)
D_0=1,5∙0,01=0,015 м
Необходимый момент крепления шпилек:
М_ш=102,7∙〖10〗^3∙0,01/2∙tg(〖78,8〗^о+〖8,5〗^о )+102,7∙〖10〗^3∙0,2/3
∙((〖0,015〗^3-〖0,01〗^3)/(〖0,015〗^2-〖0,01〗^2 ))=11 кН/м

8.4 Расчет расхода жидкости

Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия
, (8.15)
где и - диаметры струи и отверстия;
и - площади поперечного сечения струи и отверстия соответственно;
Рассчитаем площадь сектора :
(8.16)
где и - радиус и угол 1-го сектора;


Далее рассчитаем площадь сектора :
, (8.17)
где и - радиус и угол 2-го сектора, соответственно;

Зная площади секторов и , рассчитаем площадь одного из четырех отверстий в заднем фланце:
(8.18)



Рис. 9.1 Отверстие в заднем фланце для истечения жидкости

Степень несовершенного сжатия рассчитывается по формуле Жуковского:

, (8.19)
где - площадь поперечного сечения трубопровода в направлении движения жидкости к отверстию;



Скорость истечения жидкости через такое отверстие:

, (8.20)
где - коэффициент скорости, рассчитывается как:

, (8.21)
где и - коэффициент Кориолиса и коэффициент сопротивления отверстия;
Для турбулентного движения жидкости принимаем ; 1;

Напор жидкости рассчитывается как:
, (8.22)
Т.к. четыре отверстия в заднем фланце симметричны, следовательно, для всех - напор от центра отверстия до сечения трубопровода;
- плотность нефти;
- давление в нефтепроводе;
-атмосферное давление;

Зная напор, можем рассчитать скорость истечения нефти через четыре отверстия в заднем фланце:


Расход жидкости считаем как:

, (8.23)

где -площадь поперечного сечения жидкости, проходящей через отверстие, рассчитывается как:

(8.24)



Следовательно, расход жидкости через полость скребка будет равен:



Рассчитаем скорость истечения жидкости через трубки в насадке для размыва отложений:

, (8.25)
где d = 0,03 м - диаметр трубок в насадке;