ПОДВОДНЫЕ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ

Расчет силового воздействия потока на трубопровод

Скорость течения в различных точках потока изменяется и зависит как от глубины, так и от положения в плане. Данная скорость составляет 0,4÷0,6 поверхностной. Средняя скорость течения определяется выражением:

Мгновенные значения скоростей могут отклоняться от среднего значения до 30% в обе стороны. Сведения о скоростях течения и распределения их в плане и по глубине речного потока получают на основании инженерно-геологических изысканий в меженный и поводковый периоды. Поводковый период характеризуется наибольшими скоростями.

Распределение скоростей течений при наличии ледяного покрова отличается от течения при свободной поверхности. При свободной поверхности максимальное значение скорости - в верхней части потока, а при наличии льда - на глубине 0,4Н от нижней кромки льда.

Силовое воздействие потока для рассматриваемых схем рассчитывается следующим образом.

Для трубопровода, находящегося в потоке выше дна реки, сила лобового сопротивления при расстоянии от дна до трубы S > D_H и подъемная сила определятся как:

Зависимость коэффициента лобового сопротивления С_х от Rе для труб, футерованных деревянными рейками, или бетонированных труб:

Коэффициент подъемной силы С_у зависит не только от Rе и шероховатости, но и от расстояния от дна трубы. При S = 0, С_у = 0,6.

При расположении трубы вблизи поверхности потока:

Для трубопровода, расположенного в траншее, необходимо учитывать особенности течения в придонной области. Скорость потока в траншее на глубине у определяется из уравнения:

Для расчета Р_х и Р_у используются формулы лобового сопротивления и подъемной силы при симметричном обтекании трубы с соответствующей корректировкой С_х и С_у по скорости в траншее.

Трубопровод, находящийся в потоке, подвергается не только статическим, но и динамическим нагрузкам. Колебания трубопровода происходят как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Частота колебаний в горизонтальном направлении практически равна собственной частоте и проявляется в узком интервале скоростей от 0,1 м/сек до 0,3 м/сек.

Переменная гидродинамическая сила определяется по формуле:

Для неколеблющихся трубопроводов С_уn≈0,2 и С_хn≈0,1, для колеблющихся трубопроводов:

С_уn достигает максимума при у₀≈0,6D_H и затем падает, что ограничивает беспредельное увеличение амплитуды колебаний.