автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.07, диссертация на тему:Разработка уточненной методики расчета напряженно-деформированного состояния надземных участков газопроводов и практических рекомендаций по повышению эффективности их работы в горных условиях

ВВЕДЕНИЕ.

1. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ

1.1. Методика проведения исследований

1.2. Перемещения надземных переходов Г-образного типа с компенсаторами

1.3. Перемещения надземных переходов трапециевидного типа с компенсаторами.

1.4. Перемещения надземных переходов без компенсаторов

1.5. Исследование деформированного состояния и характера работы компенсирующих устройств

1.6. Анализ полученных результатов и вывод основных закономерностей деформаций надземных переходов

Выводы по главе I

2. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ.

2.1. Методика измерений и обработка результатов

2.2. Напряженное состояние надземных переходов в зависимости от основных конструктивных схем провдадки

2.3. Напряженное состояние компенсирующих устройств.

2.4. Напряженное состояние крутозагнутых колен

2.5. Анализ полученных результатов и их сравнение с расчетными данными . ^

Выводы по главе 2.

3. РАЗРАБОТКА УТОЧНЕННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ

3.1. Расчет перемещений линейной части переходов для основных схем црокладки.

3.2. Расчет компенсирующих устройств с учетом угла поворота колен меньше 90°.

3.3. Влияние перемещений линейной части переходов на изменение вылета компенсаторов, соцряженных под углом, меньше 90°.

3.4. Определение |фитических перемещений трубопровода, исходя из условия устойчивости линейной части надземных переходов

Выводы по главе

4. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ УЧАСТКОВ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ИХ РАБОТЫ

4.1. Уточненная методика расчета напряженного состояния надземных участков газопроводов

4.2. Разработка рациональных схем прокладки переходов балочного типа

4.3. Разработка способа обеспечения свободных перемещений линейной части переходов на опорах.

4.4. Разработка технологической карты и схемы повышения эффективности работы переходов балочного типа

4.5. Внедрение результатов исследований при эксплуатации газопроводов "Братство","Союз" и строительстве газоцровода Уренгой-Ужгород на горном Карпатском участке

Выводы по главе

Бурное развитие газовой промышленности СССР обуславливает интенсивное развитие сети магистральных трубопроводов, опережающее строительство которых будет оставаться решающей предпосылкой успешной реализации планов, принятых ХХУ1 съездом КПСС [I] .

В одиннадцатой и двенадцатой пятилетках основной прирост добычи газа ожидается за счет новых месторождений в отдаленных северных и восточных районах страны, что в условиях объективной инерционности сети потребителей неизбежно цриводит к дальнейшему увеличению средней дальности транспортирования, прокладке магистральных трубопроводов на резко пересеченной местности и необходимости преодоле -ния большого количества естественных и искусственных препятствий при помощи сооружения переходов различного типа.

Широкое применение при сооружении линейной части магистральных трубопроводов через препятствия получили надземные переходы в виде балочных систем [23, 71, 83] , чему способствовали работы, выполненные коллективами сотрудников ВНИИСТа, Гипроспецгаза, Союзгазпро-екта, Укргипрогаза и других проектных и научно-исследовательских институтов.

По конструктивному исполнению надземные переходы балочного типа цредставляют собой самонесущие, статически неоцределимые системы, схемы прокладки которых выбираются в зависимости от ширины преодолеваемых црепятствий и внешних силовых воздействий, а также от геологических изысканий и экономического сравнения вариантов надземной и подземной прокладки [7, 29 ] .

Особенно актуальна цроблема обеспечения надежности надземных участков магистральных трубопроводов, подверженных наибольшему воздействию внешних силовых факторов и окружающей среды и по этой причине являющимися наиболее нацряженными элементами линейной части трубоцроводов [27, 29] .

Практика показывает, что погрешности расчета на црочность и устойчивость, игнорирование силовых воздействий и факторов, влияющих на несущую способность надземных участков трубопроводов, использование конструктивных решений, не отвечающих действительным условиям их работы и другие ошибки проектирования, резко снижают эксплуатационную надежность трубопроводных систем и создают условия для возникновения аварийных ситуаций,

В цроцессе эксплуатации трубопроводов колебания температуры и внутреннего давления способны вызвать значительное изменение длины их надземной части, компенсировать которые только за счет упругих деформаций сжатия или растяжения металла трубы практически невозможно [10, 14, 19] . Поэтому основным и наиболее надежным способом компенсации цродольных деформаций трубопроводов является самокомпенсация [54, 71 ] , заключающаяся во введении в схему прокладки линейной части специальных компенсирующих устройств.

Особую роль в компенсирующих устройствах играют 1фиволиней-ные элементы ( колена ), введение в схему открытых участков которых потребовало дополнительных исследований по изучению их гибкости, деформативности и напряженного состояния, так как изгиб труб с 1фиволинейной продольной осью, в отличие от прямой трубы, сопровождается изменением формы поперечного сечения [9] ,

Повышенная гибкость !фивых труб впервые была обнаружена цри экспериментальном исследовании изгиба лирообразных компенсаторов [98] , а объяснение этого явления вскоре было дано в работе Т. Кармана [103], явившейся началом теоретического исследования изгиба кривых труб с учетом влияния деформаций поперечного сечения.

Дальнейшие исследования труб с криволинейной осью как советских [57, 64, 89, 90, 91] , так и зарубежных [101, 102, 105] авторов, в основном, были нацравлены на уточнение коэффициента уменьшения гибкости кривых труб по сравнению с црямыми, изучение влияния внутреннего давления, условий закрепления концов, плоскости действия изгибающего момента, а также упруго-пластических деформаций и факторов, препятствующих овальной деформации поперечного сечения изгибаемых труб.

Многочисленные экспериментальные исследования [54, 99, 100, 104] показали, что деформация поперечных сечений кривых труб при изгибе существенно изменяется по их длине при любом способе примыкания к соседним участкам* При этом, чем короче кривая труба, тем сильнее сказывается влияние концевых зацеплений. Даже в случае соединения кривых труб с прямыми участками при помощи сварки, крайние сечения цивой трубы деформируются [14] • В связи с этим кривые трубы, входящие в состав линейной части трубопроводов, оказываются в действительности более жесткими, чем это следует из результатов их теоретических исследований [54 ] .

Метод расчета цивых труб конечной длины, учитывающий влияние условий зацепления концов, получил дальнейшее развитие в работе [15]и ряде других.

Многие авторы [16, 17, 45] исследовали характер работы и напряженное состояние кривых труб для случая больших упругих перемещений.

Экспериментальные исследования, цроведенные в целях проверки теоретических выкладок для цромышленных образцов сварных колен диаметром 0,152 м, изогнутых под малым и большим радиусами, подтвердили увеличение жесткости колен при наличии растягивающих напряжений, создаваемых внутренним давлением. Кроме того данные о цротяженности зоны упругих деформаций показали, что несмотря на некоторое увеличение жесткости колен, вызванное внутренним давлением, для доны упругих деформаций результ1фующий эффект комбинации "момент + деформация" цриводит к более раннему переходу к пластическим деформациям, чем цри внешних силовых воздействиях [99 ] .

Дальнейшие исследования работы 1фивых труб [9, 61, 79] показали, что их несущая способность не ограничивается областью упру -гих деформаций, а созфаняется и цри упруго-пластических.

Наряду с исследованиями крутозагнутых колен, приводились работы по изучению характера и напряженного состояния 1фивых труб, сваренных из отдельных секторов - сварных колен, получивших широ -кое применение в связи с увеличением диаметра труб, используемых для сооружения магистральных трубопроводов.

Наиболее значительные исследования работы сварных колен, позволившие широко использовать их в практике строительства магист -ральных трубопроводов, проведены авторами работ [54, 58, 79]. Исследования цроводились в широком диапазоне изменения гибкости таких колен. В результате проведенных исследований было опровергнуто мнение о том, что жесткость сварных колен цри изгибе не понижается по сравнению с жесткостью прямых труб и доказано, что их гибкость аналогична гибкости гладких кривых труб.

Проведенные экспериментальные исследования позволили решить и другую не менее важную задачу на пути применения сварных колен -распределение напряжений и оценка предельной несущей способности таких колен под действием внутреннего давления.

Эксперименты, проводившиеся на 1фивых трубах, изготовленных в натуральную величину, непосредственно в П-образных компенсато -pax, показали, что предельная несущая способность сварных колен зависит от их конструкции и близка к теоретической несущей спо собности прямых труб для колен с тремя секторами.

Результаты экспериментального определения напряженного состояния металла |фиволинейных труб, сваренных из отдельных секторов, проводившиеся в натурных условиях, приведены в работах [8, 21, 31] . Исследования криволинейных участков подсоединения нефтеперекачивающих агрегатов к магистральному нефтепроводу [31] , проводившиеся посредством замера деформаций металла трубы при помощи тензометри-рования на изменение внутреннего давления показали более интенсивный рост напряженного состояния в сегментном соединении по сравнению с крутозагнутым отводом.

Следует отметить, что все проводившиеся исследования как гладких, так и сваренных из отдельных секторов криволинейных труб, относятся в основном к коленам с центральным углом, равным 90°.

Тем не менее в црактике строительства магистральных трубопроводов, особенно из труб большого диаметра ( 1,42 м ), все шире используются для образования углов поворота отбытых участков линейной части трубопроводов как крутозагнутые, так и сваренные из отдельных секторов колена, угол поворота которых меньше 90°.

Можно цредположить, что уменьшение угла поворота колен должно сказываться на напряженном их состоянии, а потому исследования характера работы и напряженно-деформированного состояния таких колен, проведенные в трассовых условиях на работающем трубопроводе, представляют несомненный интерес для изыскания путей повышения эксплуатационной црочности трубопровода в целом.

Наряду с обширными и всесторонними исследованиями труб с 1фи-волинейной продольной осью, вводимых в схему любого трубопровода для образования компенсационных контуров, проводились работы по изучению компенсирующей возможности таких контуров [55, 58, 81,104].

В этой связи необходимо отметить работы [55, 56, 70, 92] , направленные на всестороннее исследование компенсирующей способ -ности компенсаторов П - образного типа, проведенные для различного диаметра труб. Теоретические исследования позволили получить зависимости для их расчета, а экспериментальные - дали возможность определить рациональные их размеры.

Ряд работ теоретического плана были направлены на уцрощение выражений, применяемых для расчета компенсаторов П- и образного типа [19, 63] , с сохранением при этом достаточной точности.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования компенс1фующей способности относились к компенсаторам, сопряженным с линейной частью под углом 90°.

Однако, обследования характера работы компенсаторов, соцря-женных под углом меньше 90°, проведенные на действующем газопроводе [33, 34, 37, 38, 40] , показали значительные расхождения в их работе по сравнению с компенсаторами, сопряженными под углом 90°, выразившиеся в поперечных перемещениях трубоцровода относительно опор, превосходящих аналогичные перемещения трубопровода надземных участков с компенсаторами, сопряженными с линейной частью под углом 90°.

Отклонение от установленных норм эксплуатации, несоответствие положения линейной части трубопроводов цроектному положению, может привести к отказам и нормальному функционированию как самих открытых участков, так и магистральных трубопроводов в целом[26, 36 , 43]. При сооружении надземных переходов в целом через реки и овраги из труб большого диаметра ( 1,42 м ) в горных условиях, несоблюдение проектных установок ( кривые изгиба, вылеты компенсаторов, конструкций опорных частей и пр.), а также несоответствие конструктивных решений переходов действительным условиям их работы [34, 41], приводит к недопустимым деформациям трубопровода и дорогостоящим исправлениям.

Немалое значение в формировании надежности линейной части магистральных трубопроводов ( открытых участков балочных переходов в особенности ) имеет соответствие действительных условий работы надземных участков трубопроводов с расчетными предпосылками и конструктивными решениями. Тем не менее опыт эксплуатации отбытых участков надземных переходов указывает на то, что эти условия далеко не соблюдаются. На практике имеются зачастую случаи нарушения проектного положения трубопровода балочных переходов на опорах вследствие значительных перемещений линейной части в поперечном направлении, которые цриводят к разрушению опорных частей, дополнительному изгибу трубы переходов в горизонтальной плоскости, потери ее устойчивого равновесия на опорах, а также другим нарушениям, снижающим эксплуатационную надежность балочных переходов, в частности, и магистральных трубопроводов, в целом, из-за возникновения , вследствие этих нарушений, аварийных ситуаций.

Поэтому важное значение приобретает разработка таких конструктивных схем прокладки открытых участков магистральных трубопроводов, которые соответствовали бы действительному характеру их работы, обеспечивали бы свободное перемещение трубы переходов на опорах, создавая тем самым необходимую компенсирующую способность балочным переходам как строительным конструкциям.

Кроме того, компенсирующая способность трубопроводов большой протяженности зависит во многом от сил трения [65] , возникающих при нагреве или охлаждении труб на трущихся поверхностях. Фактические напряжения изгиба и перемещения трубопровода могут значи тельно отличаться от теоретических, подсчитанных без учета сил трения. Особенно это касается открытых участков магистральных трубопроводов, сооружаемых из труб диаметром 1,42 м, так как с увеличением диаметра труб возрастают и силы трения на опорах. Поэтому улучшение компенсирующей способности надземных переходов неразрывно связано с обеспечением достаточно эффективного способа перемещения труб на опорах с наименьшим трением.

При этом метод прокладки трубопроводов оказывает существенное влияние на конструкцию опор, поскольку при этом изменяется как прикладываемые к опорам нагрузки, так и перемещения, на которые должны быть рассчитаны опорные части. При прямолинейной прокладке с компенсацией деформаций компенсаторами, повернутыми на угол 90°, возможно относительно небольшие поперечные смещения трубы на подвижных опорах, а при прямолинейной прокладке без компенсации продольных деформаций, трубопровод почти не перемещается [83] ,

Конструкций опор, обеспечивающих возможность сооружения открытых участков магистральных трубопроводов, разработано достаточно много [2, 3, 4, 5, б]. Однако, наибольшее применение цри сооружении балочных переходов трубопроводов большого диаметра получили продольно-подвижные опоры каткового типа [29 , 71, 83 ] , как одни из наиболее простых и дешевых в конструктивном исполнении.

Обследование состояния таких опор на газопроводах "Братство" и "Союз" показало, что в ходе эксплуатации балочных переходов происходит разрушение опорных частей, нарушение проектного положения катков и их перекос вследствие смещения опорного башмака в поперечном направлении, вызванного характером перемещений балочных переходов с компенсаторами, сопряженными с линейной частью под углом, меньшим 90°, резко снижающие компенсирующую возможность надземных переходов.

В этой связи црактическую значимость приобретают вопросы разработки способов обеспечения свободного перемещения трубопровода балочных переходов на опорах, компенсация деформаций которых выполняется компенсаторами, сопряженными под углом, меньшим 90°,путем создания опорных конструкций соответствующего типа.

Снижение компенсирующей способности балочных переходов вследствие разрушения опорных частей, невозможность свободного перемещения трубопровода в поперечном направлении из-за использования при сооружении балочных переходов продольно-подвижных опор каткового типа, а также значительные ( до 0,8 м ) поперечные перемещения линейной части, способны изменить напряженно-деформированное сос -тояние трубы переходов и вызвать потерю их устойчивости в поперечном направлении.

Исследования переходов магистральных трубопроводов проводились в работах [Ю, II, 12, 13, 19, 32, 60, 76] и других, в которых рассмотрены вопросы расчета их линейной части на температурные воздействия [13, 19] и вопросы определения частот и максимальных цролетов балочных переходов [60 ] , исследован продольно-поперечный изгиб трубы [76, 80, 88 ] , а также рассмотрена возможность потери переходами устойчивого равновесия [25, 43, 95, 96, 97] и другие технологические вопросы.

Рассмотренные в этих работах вопросы касаются, в основном, простейших однопролетных переходов, носят теоретический характер и почти совсем не рассматривают вопросы напряженно- деформированного состояния сложных многопролетных балочных переходов с компенсацией продольных деформаций трубопровода компенсаторами, сопряженными с линейной частью трубопровода под углом, меньшим 90°.

В этой связи исследования напряженно-деформированного состояния многопролетных балочных систем с компенсаторами, сопряженными с линейной частью трубопровода под углом меньшим 90°, проводимые в трассовых условиях, разработка уточненных методик расчета напряженно-деформированного состояния переходов с такими компенсаторами и самих компенсаторов, а также уточнение и выбор рациональных схем прокладки линейной части переходов, являются актуальными.

Данная диссертационная работа посвящена созданию новых эффективных методов расчета напряженно-деформированного состояния надземных участков газопроводов и их конструктивных решений с учетом совместной работы линейной части и компенсирующих систем, а также разработке практических рекомендаций и мероприятий по повышению эффективности их работы при эксплуатации в горной местности.

В работе впервые, на основе натурных измерений, проведен комплекс исследований напряженно-деформированного состояния балочных переходов с компенсаторами, сопряженными с линейной частью под углом меньше 90°, включающими линейную часть, крутозагнутые колена и компенсаторы.

Разработан алгоритм и программное обеспечение для решения задачи определения напряженного состояния металла трубы надземных переходов балочного типа на основе измерения их деформированного состояния. Получены инженерные методики расчета, позволяющие проводить оценку возможных перемещений линейной части переходов в зависимости от конструктивного их исполнения, прогнозировать напряженное состояние трубопровода в период эксплуатации и выбрать рациональную схему прокладки надземных участков с учетом возможных перемещений линейной части, а также вести расчет компенсаторов с учетом угла их сопряжения.

В первой главе диссертации приведены результаты натурных измерений характера перемещений линейной части переходов балочного типа в зависимости от конструктивного их исполнения и режима эксплуатации, проведен их анализ и определены наиболее опасные в деформированном отношении схемы прокладки.

На основе анализа данных по измерению деформированного состояния трубопровода и выбора наиболее опасных участков во второй главе приведены результаты детальных исследований напряженного состояния трубы переходов, включающие крутозагнутые колена и компенсаторы, с целью изучения действительного напряженного их состояния, выявления наиболее напряженных участков трубопровода и факторов, способствующих его изменениям.

В третьей главе на основе измерений напряженно-деформированного состояния надземных участков, проведенных экспериментальным путем, изложены результаты теоретических исследований характера перемещений линейной их части, компенсирующей способности компенсаторов, сопряженных с надземными участками под углом меньше 90°, и степени влияния поперечных перемещений компенсируемых участков на изменение вылета таких компенсаторов и устойчивого положения линейной части трубы на опорах. Разработаны уточненные методики расчета перемещений трубопровода переходов с учетом конструктивного их исполнения, компенсирующей способности компенсаторов с учетом угла сопряжения и величины поперечных перемещений линейной части переходов.

Четвертая глава посвящена расчету напряженного состояния надземных участков газопроводов, разработке и внедрению способов снижения величины напряжений, действующих в надземных участках, сопряженных под угломс компенсирующими устройствами.

Предложена конструкция свободно-подвижной самоустанавливающейся опоры каткового типа и разработаны технологические схемы по обеспечению эксплуатационной надежности переходов балочного типа, а также приведены результаты внедрения выполненных исследований при эксплуатации балочных переходов газопроводов "Братство","Союз" и строительстве горного участка газопровода Уренгой-Помары-Ужгород.

Работа подготовлена на кафедре "Сооружение трубопроводов и хранилищ" Ивано-Франковского института нефти и газа.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность и признательность научному руководителю, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР и Башкирской АССР, профессору, доктору технических наук В.Л.Березину за внимание и помощь, оказанные в процессе выполнения диссертационной работы.

Автор цризнателен коллективу ОНИЛ-4 Ивано-Франковского института нефти и газа за содействие и помощь в проведении эксперимен -тальных исследований.

I. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Исследования проводились на надземных переходах магистральных газопроводов "Братство" и "Союз" на их горном Карпатском участке.

Изучение проектной документации и натурные обследования газопроводов "Братство" и "Союз" показали, что надземные переходы на их горном Карпатском участке, выполненные в виде балочных систем, по конструктивному исполнению, протяженности и наличию компенсаторов, а также по их взаимному положению по отношению к цродоль-ной оси переходов можно разделить на четыре группы:

1. Переходы, представляющие многопролетную неразрезную балочную систему с устройством температурных компенааторов по обоих концах прямолинейного участка трубопровода, расположенных по одну или разные его стороны ;

2. Переходы, представляющие многоцролетную неразрезную балочную систему с температурными компенсаторами, расположенными по концам прямолинейного участка с одной или обеих его сторон и "мертвыми" опорами, установленными на этих участках.

3. Переходы балочного типа с одним температурным компенсатором, расположенным наклонно к горизонту или вертикально.

4. Надземные переходы в виде однопролетных балок, защемленных с двух концов в грунт, без компенсации деформаций компенсаторами.

По конструктивному исполнению температурные компенсаторы,применяемые для компенсации деформаций надземных переходов, близки к группе Г-образных, с той отличительной особенностью, что углы их сопряжения с компенсируемыми участками изменяются в пределах от 30° до 90°, а относительно горизонтальной поверхности земли в пределах от 20°до 45°. Для изменения направления оси трубопровода и увеличения его гибкости используются сварные колена из трех секторов, а также крутозагнутые колена, сваренные с двух секторов. Радиус изгиба сварных и крутозагнутых колен изменяется в пределах от до 10 Д^

Для улучшения защемления трубы в местах входа компенсаторов в грунт устроена бутобетонная или бутовая отмостка.

Обеспечение свободы перемещений трубы переходов в продольном направлении осуществляется при помощи продольно-подвижных опор кат-кового типа, установленных на трубобетонном регеле.

Уменьшение степени воздействия продольных перемещений подзем -ных участков трубопровода на надземные переходы достигается за счет использования подземных компенсаторов-упоров Г-образного и трапецевидного типов, расположенных в зонах, непосредственно црилегаю-щих к переходам.

Выводы по главе 4.

I. Рассмотрено совместное влияние температурных деформаций и угла поворота оси трубопровода на напряженное состояние линейной части надземных участков газопроводов. Показано, что уменьшение угла поворота оси трубопровода вызывает рост интенсивности сжимаю

- 198 щих нацряжений в трубопроводе, снижающих его устойчивость. Получены аналитические зависимости изгибающего момента М , отпора V и сжимающего усилия Л/ в компенсаторе и компенсирувмом участке трубопровода от угла сопряжения компенсатора/» и соотношения его вылета к длине компенсируемого участка ЬкЦ.

2. Предложены рациональные схемы прокладки надземных участков с компенсирующими устройствами, сопрягаемыми с линейной частью под углом с учетом погонной жесткости компенсаторов и соответствующей расстановки опор.

3. Разработана и внедрена конструкция свободно-подвижной самоустанавливающейся опоры, обеспечивающая возможность продольных, поперечных и угловых деформаций опорных сечений трубопровода.

4. Разработаны технологическая схема и схема ремонтно-профи-лактических работ по обеспечению надежности эксплуатации над -земных участков газопроводов в горных условиях путем повышения компенсационной их епособн§сти, а также рекомендации по повышению надежности эксплуатации отдельных надземных участков газопроводов "Братство", "Союз" и Уренгой-Помары-Ужгород.

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

I.Путем проведения натурных измерений перемещений линейной части надземных участков газопроводов, проложенных в горных усл§-виях, и статистической обработки полученных данных установлено, что изменение деформированного состояния трубопровода зависит не только от воздействия факторов ( давления, температуры и т.п.), учитываемых существующими нормативными документами, но и от углов поворота оси трубопровода и конструктивных особенностей надземного участка. Так, при уменьшении угла поворота оси трубопровода с ж¡1 до -я*/6, поперечные перемещения линейной части надземного участка возрастают более чем в 2 раза, что не предусматривалось цроектными решениями.

2. Экспериментальными исследованиями напряженного состояния надземных участков показано, что изгиб трубопровода, обусловленный поперечным отклонением его оси от проектного положения, приводит к росту суммарных напряжений в узлах сопряжения линейной части с компенсаторами на 20 - 40 %, что значительно снижает эффективность работы надземного участка и может привести к возникновению аварийной ситуации на газопроводе.

3. Установлено, чт§ напряжения в компенсаторах с углом сопряжения б//5< ^/2 на 30 - 40 % больше, чем на компенсируемых участках, а эпюра распределения нацряжений по длине и периметру колен имеет переменный характер.

4. В результате теоретических исследований и их сравнения с результатами натурных измерений предложена уточненная методика расчета перемещений и напряженного состояния надземных балочных переходов, учитывающая наряду с известными факторами влияние

- 200 угла сопряжения линейной части с компенсатором и конструктивных особенностей надземных участков.

5. Для повышения эффективности работы надземных участков газопроводов рекомендуется углы поворота колен компенсаторов принимать не менее а в расчетные формулы СНиП ввести поправочные коэффициенты, учитывающие эти углы.

Установлено, что для обеспечения несущей способности надземного участка газопровода оптимальное соотношение длины компенсатора к длине компенс1фуемого участка должно составлять 0,2 - 0,3,

6. Предложены рациональные схемы прокладки надземных участков с компенсирующими устройствами, сопрягаемыми с линейной частью под углом Jb ¿ ^/2, с учетом погонной жесткости компенсаторов и со§тветствующей расстановки опор. Разработана и внед -рена конструкция свободно-подвижной самоустанавливающейся опоры, обеспечивающая возможность продольных, поперечных перемещений и угловых деформаций опорных сечений трубопровода.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при внедрении мероприятий по повышению эффективности работы ряда надземных участков газопроводов "Братство", "Союз" и Уренгой-Помары-Ужгород, эксплуатируемых в горных условиях. Экономический эффект при этом составил 167 тыс.рублей.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М.: Политиздат,1981.-223 с.

2. A.C. 529333 ( СССР ). Опора для надземной прокладки трубопровода / Е.Я.Шадрин. Опубл. в Б.И. ,1976,№ 35.

3. A.C. 618608 ( СССР ). Прямолинейный самокомпенсирующийся трубопровод с качающимися опорами / Г.С. Амелин.-Опубл.в Б.И., 1978, № 29.

4. A.C. 398801 ( СССР ). Опора для крепления трубопровода / В.Г.Раврилов, А.А.Денисов, Ю.А.Зайцев.- Опубл. в Б.И., 1974, № 38.

5. A.C. 307239 ( СССР ). Опора надземного трубопровода /А.С.Апарцев, С.О.Конторович. -Опубл. в Б.И., 1971, № 20.

6. A.C. 286426 ( СССР ). Опора для надземного трубопровода / В.А.Кортунов, Л.А.Моргулис, М.П.Золотарев и др. Опубл. в Б.И., 1971, № 36.

7. Аистов A.C., Вольский И.И., Гуменный А.К. Экспериментальное исследование напряженного состояния труб магистральных трубопроводов. Нефтяное хозяйство, 1974, № I, с.57-59.

8. Аистов A.C., Вольский М.И., Гуменньт й А.К. Расчет напряженности в стенках труб большого диаметра с учетом их овальности. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1974, № 2, с.5-7.- 202

9. Айнбиндер A.B., Петров И.П., Усс Л.Н. Анализ упругой и упруго-пластической работы надземных трубопроводов. Строительство трубопроводов, 1973, №7, с. 16 - 20.

10. Айнбиндер A.B., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие.-М.;Недра, 1982. 343 с.

11. Айнбиндер A.B., Гильзин С.К. Характеристика участков трубопроводов, имеющих повороты в горизонтальной плоскости. -Строительство трубопроводов, 1978, № 7, с.30-31.

12. Айнбиндер A.B., Герштейн М.С., Петров И.П. Уточненная методика расчета однопролетных бескомпенсаторных переходов.-Строительство трубопроводов, 1970, № б, с.36 38.

13. Аксельрад Э.Л., Ильин В.П. Расчет трубопроводов.-Л.: Машиностроение, 1972, 240 с.

14. Аксельрад Э.Л. Уточнение верхней 1фитической нагрузки изгиба трубы с учетом геометрической нелинейности. Изв.АН СССР, 1965, № 4, с.121 - 133.

15. Аксельрад Э.Л. Уравнения деформаций оболочки вращенияи изгиба тонкостенных стержней при больших уцрутих перемещениях.-Изв. АН СССР, ОТН. Мех. и маш., i960, № 4, с.84-92.

16. Аксельрад Э.Л. Изгиб тонкостенных стержней при больших упругих перемещениях. Изв. АН СССР, ОТН. Мех.и маш., 1961,3, с.124 132.

17. Валыкин М.К., Конючков В.В, Определение напряжений цри температурном воздействии в трубопроводах 2 -образной конфигурации.- Изв. высш.учебн.заведений. Энергетика, 1971, № I, с". 122 125.

18. Варышпольский Е.М. Расчет трубопроводов на температурные воздействия. Строительство трубопроводов, 1968,№ 1,с.20 - 22.- 203

19. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.- М.: Наука, 1965. 856 с.

20. Белкин Н,М. Гидроиспытания 1футозагнутых отводов до разрушения. Строительство трубопроводов, 1975, № 8, с.13-14.

21. Березин В.Л. и др. Сооружение и ремонт газонефтепроводов. М.: Недра, 1972. - 351 с.

22. Березин В.Л., Бородавкин П.П., Самойлов Б.В. Выбор оптимальных решений при надземной прокладке трубопроводов. М.: ВНИЭгазцром, 1973. - 40 с.

23. Березин В.Л., Ясин Э.М. и др. Надежность магистральных трубопроводов, М.: 1972. - 212 с.

24. Быков Л.И., Григоренко П.П. и др. Расчет воздушных переходов с учетом прилегающих подземных участков. В кн: Мате -риалы Респ. научн.-техн,- техн. конф. по пробл. нефт. и газ. пром.—ти. Уфа, 1973, с.164 - 165.

25. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. Госстройиздат. М., 1961.- 202 с.

26. Бородавкин П.П., Таран В,Д. Трубопроводы в сложных условиях.- М.: Недра, 1968. 304 с.

27. Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубоцроводном строительстве. -М.: Недра, 1976. 219 с.

28. Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов.-М.: Недра, 1977. 407 с.

29. Боченов Е.Е. Расчет бруса на устойчивость. М.: 1968.8 с. - ( Методические указания к расчетно-проектировочной работе)

30. Вольский М.И., Сперанский В.Н. Результаты экспериментального определения напряженного состояния металла труб криволинейных соединений технологической системы НПС "Бобовичи".-Нефтепромьтсловое строительство, 1978, № 9, с.30-32.- 204

31. Габбасов Р.Ф. Определение несущей способности трубопроводов с учетом физической и геометрической нелинейности. -Строительство трубопроводов, 1968, № 2, с.10 12.

32. Гаген Ю.Г., Гайдаш Н.Л. Исследование перемещений открытых участков трубопроводов.- Нефть и газ, 1977, № 4, с.81-84.

33. Гаген Ю.Г. Исследование и разработка наунных основ повышения качества строительно-монтажных работ при сооружении магистральных нефтегазопроводов: М.Автореф.дисс.на соиск. учен.степ, д-ра техн.наук.- М., 1976. - 36 с. - В надзаг.: МИНХ и ГЛ.

34. Гаген Ю.Г.,Гайдаш Н.Л.,Шлапак Л.С. Расчет компенсаторовс поворотом в плане на угол меньше 90°.- В кн.: Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных нефтегазопроводов и нефтебаз. Межвуз. научн.-темат. сб. Уфа, 1980,вып.2,с. 108-112.

35. Гаген Ю.Г. и др. Повышение надежности конструктивных решений надземных переходов газопроводов диаметром 1420 мм. В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции по оптимизации трубопроводного транспорта нефти и газа. К.; 1979, с.28-29.

36. Гайдаш Н.Л. и др. Повышение эксплуатационной надежности газопроводов больших диаметров в горных условиях.- В кн.: Тезио докладов 2 республ. НТК Повышение эффективности и надежности трубопроводного транспорта на Украине.К.,1978,с.21-22.

37. Гайдаш Н.Л., Шлапак Л.С., Левицкий Т.Л. О перемещениях надземных участков трубопроводов. Нефтяная и газовая промышленность, 1982, № 3,с.49-52.

38. Гайдаш Н.Л.,Шлапак Л.С., Левицкий Т.Л. Продольно-поперечная катковая опора.-Нефтяная и газовая промышленность, 1982, № 4, с.42-44.

39. Гайдаш H.JI., Шлапак Л.С., Сорока И.И. Расчет Л-образных компенсаторов с учетом угла поворота колен.- Нефтяная и газовая промышленность, 1981, № 4, с.42-44.

40. Гайдаш Н.Л., Шлапак Л.С., Сорока И.И. Выбор рациональной схемы црокладки надземных переходов.- Нефтяная и газовая цромыш-ленн«сть, 1981, № I, с.47-49.

41. Гайдаш Н.Л., Шлапак Л.С. Связь двухгранных и линейных углов в надземных переходах трубопроводов. В сб.: Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений. Львов : Вища школа, 1980, вып.18, с.95-97.

42. Ганиевская И.В. Устойчивость трубопроводов под действием сжимающих напряжений при случайных начальных прогибах.-Строительство трубопроводов, 1976, № 5, с.26-27.

43. Гузь А.Н., Махорт Ф.Г., Гуща О.И. Введение в акусто-упругость.-К.: Наукова думка, 1977,- 151 с.

44. Григорьев Л.Я. Самокомпенсация трубоцроводов.-Л.: Энергия, 1969. 151 с.

45. Даниловская В.В. 0 напряжениях и предельном состояниив кривых трубах цри чистом изгибе.-Л.: Тр.ЛКИ, Судпромгиз, 1959, вып.23,с.58-63.

46. Дарков A.B., Клейн Г.К., Кузнецов В.И. и др. Под. ред. А.В.Даркова. Строительная механика.М.: Высшая школа, 1976.-600 с.

47. Дворкин Л.З. Вопросы повышения надежности магистральных газопроводов.- Проектирование и строительство трубопроводов и газонефтепромысловых сооружений: научно-технический реферат.сб./ Информнефтегазстрой, 1979, № 3, с.13-21.

48. Деточенко A.B., Михеев А.Л., Волков М.М. Спутник газовика. Справочник.-М.: Недра, 1978.-311 с.

49. Зенкевич 0., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и механике сплошных сред,- М.: Недра, 1974, 239 с.

50. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. - 541 с.

51. Иванцов О.М. О проблемах надежности магистральных трубопроводов.— М.; ВНИПИЭСУнефтегазстрой, 1977, № 10, с.3-16.

52. Реф. сб. ВНИПИЭСУнефтегазстрой. Сер. Проектирование и строительство трубопроводов и газонефтепромысловых сооружений).

53. Ильин В.Н., Дедовской И.В. Исследование с помощью ЭЦВМ деформаций кривых элементов трубопроводов. Строительство трубопроводов, 1970, № 9, с.13-17.

54. Камерштейн А.Г. Условия работы стальных трубопроводов и резервы их несущей способности.- М.: Стройиздат, 1966.-321 с.

55. Камерштейн А.Г. Исследования несущей способности П-образ-ных компенсаторов.- Строительство трубопроводов, 1961, № II,с.21-23.

56. Камерштейн А.Г. Компенсаторы трубопроводов.- Изд.АН СССР, ИТЭИН, 1954.-324 с.

57. Камерштейн А.Г. Исследование несущей способности кривых труб, работающих в условии самокомпенсации температурных деформаций.- Тр./ВНИИ по стр-ву маг. тр-дов, 1971, вып.25, с.75-91.

58. Камерштейн А.Г. Исследование прочности и гибкости компенсаторов со сварными коленами. Тр./ ВНИИСтройнефть, Гостош-техиздат, 1952,вып.5,с.34-38.

59. Караманский Т.Д. Численные методы строительной механики.-М.: Стройиздат, 1981. 434 с.

60. Качанов Л,М. 0 пластическом изгибе кривых тонкостенных труб. Изв.АН СССР, ОТН, 1957, № 5, с.346 - 351.

61. Красулин И.Д., Соловьев П.С. К методу измерения больших деформаций элементов трубопроводов. Тр./ ВНИИ по стр-ву маг. тр.-дов, 1971, вып.25, с.393-398.

62. Лось А.О., Сенько В.В, Упрощенные формулы для расчета 2.-й П-образных компенсаторов. Строительство трубопроводов,1967, № 4, с.25-26.

63. Ледовской И.В. 0 влиянии внутреннего давления на деформацию поперечного сечения изгибаемых кривых труб.- Л.: ЛИСИ., Сопротивление, мат. , теор.мех., строй.мех., 1968, с.62-67.

64. Магалиф В.Я., Шапмро Е.Е. Компенсирующая способность трубопроводов с учетом сил трения на скользящих опорах.- Строительство трубопроводов, 1975, № I, с.21-23.

65. Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем.- М.: Наука, 1977.- 345 с.

66. Первушин Г.Г., Соколов С.М. Определение напряженно-деформированного состояния трубопроводов по замеренным величинам перемещений. В кн.: Проблемы нефти и газа Тюмени, Тюмень, 1980, вып.45,с.31-36.

67. Первушин Г.Г., Соколов С.М., Кутузова Т.Т., Тур В.М. Расчет напряженно-деформированного состояния трубопроводов с использованием замеренных величин перемещений. В кн.: Проблемы нефти и газа Тюмени. Тюмень, 1980, № 46, с.46-51.

68. Петров И.П., Фомичев В.Д. Определение частот и максимальных пролетов балочных систем надземных переходов. Тр./ ВНИИ по стр.-ву маг.тр.-дов, 1976, вып.32,ч.1, с.68-75.- 208

69. Петров И.П., Камерштейн А.Г. Развитие теории расчета стальных напорных трубопроводов на прочность. М.: Тр./ ВНИИСТ, 1971,. вып.25, с.72-79.

70. Петров И.П., Спиридонов В.В. Надземная прокладка трубопроводов. М.: Недра, 1973,- 470 с.

71. Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций.- Л.: Судостроение, 1974.- 334 с.

72. Постнов В.А. Численные методы расчета судовых конструкций.- Л.: Судостроение, 1977. 279 с.

73. Понамарев С.Д. Расчеты на прочность в машиностроении.-М.: Машгиз, 1956,- 884 с.

74. Рабинович И.М. Курс строительной механики стержневых систем. М.-Л,: Госиздат, 1940. - 392 с.

75. Расщепкин К.Е. Исследование напряженного состояния трубопровода в пределах теории тонких оболочек как балки, лежащей на упругом основании. В кн.: Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов, Труды ВНИИПГнефть, 1974, вып.ХП, с.ЮЗ-ПЗ.

76. Рождественский В.В., Черный В.П. Напряженно-деформированное состояние кривых труб при упруго-пластическом изгибе.-Тр./ ВНИИ по стр.-ву маг. тр.-дов, 1976, вып.32,ч.1,с.24-35.

77. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике.-М.: Наука, 1977.- 438 с.

78. Снепер А.Х. Расчет 1фиволинеЙных участков трубопроводовв упруго-пластической области работы металла,- Тр./ВНИИ по стр.-ву маг. тр.-дов, 1971, вып.25, с.104-119.

79. Спиридонов В.В., Свердлов М.Ф. Исследование деформативност и нацряженного состояния надземных газопроводов. Тр./ ВНИИ по стр.-ву маг. тр.-дов, 1971,вып.25, с.230 - 245.

80. Спиридонов В.В., Петров И.П. Расчет компенсаторов для надземных магистральных трубопроводов. Тр./ ВНИИСТ, i960, вып.10, с.48 - 57.

81. Строительные нормы и правила. Магистральные трубоцроводы. СНиП-П-45-75, ч.А, гл.45.М.: 1975.- 60 с.

82. Таран В.Д. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1964.- 544 с.

83. Телегин Л.Г., Карташев Г.И. Организация строительства линейной части магистральных трубопроводов.- M.ï Недра, 1971.271 с.

84. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. К.ï Наукова думка, 1972. - 501 с.

85. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. Т.2.-М.:Наука, 1965. 480 с.

86. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1974. - 223 с.

87. Трегуб A.C. Расчет трубопроводов с компенсаторами, црокладываемыми в районе разработки свиты пластов. Стрвительство трубопроводов, 1968, № 9,сЛ7-18.

88. Ханукаев P.C. Изгиб кривых труб переменным по длине моментом вследствие температурнвх деформаций трубопровода. -Экспер. и теор. исслед. темпер, усилий в конструкциях зданий. -Л.: 1974, с.34-46.

89. Черный В.П. 0 коэффициенте понижения жесткости кривых труб при упруго-пластическом изгибе. Проектирование и строительство тр.-дов и газонефтепромысловых соор.: ( Научно-технический реф.сб. /Йнформнефтегазстрой), 1974, № 5, с.32- 36.- 210

90. Черный В.П. 0 решении задач упруго-пластического изгиба кривых труб. Тр./ ВНИИ по стр-ву маг.тр.-дов, 1976, вып.34, с.95-100.

91. Шварц И.Г. Определение рациональных размеров П-образных компенсаторов,- Строительство трубопроводов, 1969, № 7, с.28-29.

92. Шлапак Л.С.,Сид«р М.Д., Тымчук Я.И. Обеспечение устой-, "чивости перехода ВП-25 на газопроводе "Союз".- Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений: Респ.межвед.научн.-техн.сб./ Львов: Вища школа, 1982, вып.19,с.125-130,

93. Шлапак Л.С., Краило Н.Б. Исследование нацряженного состояния балочных переходов на основе натурных измерений. В кн,: Тезисы докладов 1-й республиканской конференции Проблемы освоения Западно-Сибирского комплекса,Уфа, 1982,с.49-50,

94. Ясин Э.М. Изгиб и устойчивость поворотов трубопроводов в вертикальной плоскости. Строительство трубопроводов, 1973, № 2, с.20 - 22.

95. Ясин Э.М., Азметов Х.А. Прочность и устойчивость трубопроводов на выпуклых участках рельефа. Научн.-техн. сб.: Транспорт и хранение нефтепродуктов и углевод. 1974, № 2,с.16-18.

96. Ясин Э.М., Черникин В.И, Устойчивость подземных трубопроводов.- М.: Недра, 1968.- 120 с.

97. BantlinA. Formänderung und Beanspruchung federnder Ausgleichrohre, VDI, Bd. 54, S. 45, 1910.

98. Barthélémy J. Etude de la deformation et des tensions internes des Tuyaux a Ligne Mayenne Plane, Soumis a des efforts exterieurs et a une pression interne. Bulletin de l'Association Technique Maritime, 1947.

99. Gross N. Experiments on short-radius pipe-bends. Inst. Mech. Engs., Pros. (B), 1952-53, v. 1B, N 10.

100. Hovgaard W. The elastic deformation of pipe bends. J. of Math. Phys., MIT, v. 6, 1926, v. 7, 1927-28, v. 8, 1929.

101. Hovgaard W. The bending of curved pipes. Ill Internat. Congr. for Appl. Mech., Stockholm, v. 2, 1930.

102. Karman Th. über die Formänderung dünnwandiger Rohre, insbesondere federnder Ausgleichrohre. VDI, Bd. 55, H 45, 1911.

103. M a r k 1 A. E. C. Piping-flexibility analysis. Trans. ASME, v. 77, H 2, 1955.

104. Vigness I. Elastic properties of curved tubes. Trans. ASME, v. 65, N 2, 1943.