Приложение Е (обязательное). Критерии для проектирования трубопроводов

Приложение Е
(обязательное)

Критерии
для проектирования трубопроводов

Е.1 Горизонтальные насосы

Е.1.1 Конфигурации трубной обвязки не должны вызывать недопустимой несоосности компонентов насоса и привода. Конфигурации трубопроводов, создающие нагрузки на компоненты патрубка, находящиеся в пределах диапазонов, указанных в таблице 5, ограничивают деформацию корпуса до 1/2 величины соответствующего проектного критерия, определенного поставщиком/изготовителем насоса (6.3.3) и обеспечивают смещение вала насоса на уровне 250 мкм (0,010 дюйма) и ниже.

Е.1.2 Конфигурации трубопроводов, создающие нагрузки, значения которых выходят за пределы диапазонов, указанных в таблице 5, также являются приемлемыми без консультаций с поставщиком/изготовителем насосов, если условия, установленные в перечислениях а) - в), выполняются. При выполнении этих условий деформация корпуса насоса будет отвечать расчетным критериям поставщика/изготовителя согласно 6.3.3, при этом смещение вала насоса будет составлять менее 380 мкм (0,015 дюйма).

а) Отдельные компонентные силы и моменты, действующие на каждый фланец патрубка насоса, не должны превышать значений диапазона, установленного в таблице 5 (Т4), более чем в два раза.

б) Результирующая прилагаемая сила (, ) и результирующий прилагаемый момент (, ) действующие на каждый фланец патрубка, должны удовлетворять соответствующим уравнениям (Е.1) и (Е.2):

,

(Е.1)

.

(Е.2)

в) Прилагаемые составляющие сил и моментов, действующих на каждый патрубок насоса, должны переводиться в центр насоса. Величина результирующей прилагаемой силы результирующего прилагаемого момента и прилагаемого момента должна ограничиваться уравнениями (Е.3) - (Е.5) (при расчетах по этим формулам должно использоваться правило знаков, показанное на рисунках 21 - 25, и правило правой руки).

,

(Е.3)

,

(Е.4)

,

(E.5)

где

,

где

;

;

;

,

где

;

;

.

В единицах измерения USC число 1000 должно быть заменено числом 12. Это число является переводным множителем для перевода миллиметров в метры или дюймов в футы.

Е.1.3 Конфигурации трубопроводов, создающие нагрузки, превышающие нагрузки, установленные в Е.1.2, должны одобряться потребителем/заказчиком и поставщиком/изготовителем.

Примечание - Для оценки фактической несоосности машин (при стандартных рабочих условиях), должны выполняться проверки центровки труб, в соответствии с требованиями Главы 6 [65]. Согласно [65], допустимой является лишь небольшая доля от того допустимого отклонения, величина которого может быть найдена на основе использования цифр, указанных в данном приложении.

Е.2 Вертикальные линейные насосы

Вертикальные линейные насосы (ОН3 и ОН6) поддерживаемые только закрепленным трубопроводом, должны подвергаться составляющим нагрузкам, которые в два раза превышают значения, приведенные в таблице 5. Если такие нагрузки не создают основное напряжение в любом патрубке, превышающее 41 (5950 psi). Для расчетов характеристики секции патрубков насоса должны основываться на трубе Schedule 40, номинальный размер которой соответствует аналогичным размерам патрубка насоса. Для вычисления главного напряжения, продольного напряжения и напряжения сдвига в патрубках можно использовать уравнения (Е.6), (Е.7) и (Е.8) соответственно.

Для получения значений в системе СИ используются уравнения (Е.6) - (Е.8):

,

(Е.6)

,

(Е.7)

.

(Е.8)

Для вычислений в системе единиц USC используются уравнения (Е.9) - (Е.11):

,

(Е.9)

,

(Е.10)

,

(Е.11)

где

- главное напряжение, выражаемое в МПа (фунт-сила/квадратный дюйм);

- продольное напряжение, выражаемое в МПа (фунт-сила/квадратный дюйм);

- сдвиговое напряжение, выражаемое в МПа (фунт-сила/квадратный дюйм);

- прилагаемая сила по оси X;

- прилагаемая сила по оси У;

- прилагаемая сила по оси Z;

- прилагаемый момент по оси X;

- прилагаемый момент по оси У;

- прилагаемый момент по оси Z;

, - внутренний и наружный диаметры патрубков соответственно, мм (дюйм).

, , , , и обозначают прилагаемые нагрузки, действующие на патрубки на входе и выходе, соответственно обозначения и были опущены для упрощения уравнений. Сила берется со знаком плюс, если нагрузка приводит к растяжению патрубка, и со знаком минус, если нагрузка приводит к сжатию патрубка. Чтобы определить, растягивается или сжимается патрубок, необходимо по рисунку 21 определить приложенные нагрузки. В уравнениях (Е.8) - (Е.11) должно использоваться абсолютное значение .

Е.3 Система обозначений

В примерных задачах, приведенных в Е.4, используются обозначения с определениями:

С - центр насоса. Для насосов типов ОН2, ВВ2 и ВВ5 с двумя опорными основаниями центр определяется как точка пересечения оси вала насоса и вертикальной плоскости, проходящей через центр двух оснований согласно рисункам 24 и 25. Для насосов типов ВВ1, ВВ3 и ВВ5 с четырьмя опорными основаниями центр определяется как точка пересечения оси вала насоса и вертикальной плоскости, проходящей через середину между четырьмя основаниями согласно рисунку 23;

D - нагнетательный патрубок;

- внутренний диаметр трубы Schedule 40, номинальный размер которой равен размеру рассматриваемого патрубка насоса, мм (дюйм);

- наружный диаметр трубы Schedule 40, номинальный размер которой равен размеру рассматриваемого патрубка насоса, мм (дюйм);

F - сила, выражаемая в ньютонах (фунт-сила);

- результирующая сила; и вычисляются путем извлечения квадратного корня из суммы квадратов прилагаемых компонентных сил, действующих на фланец патрубка; и определяются из таблицы 5 с использованием соответствующих размеров патрубка;

М - момент, выражаемый в ньютонах на метр (футах на фунт-силы);

- результирующий момент; и вычисляются путем извлечения квадратного корня из суммы квадратов прилагаемых компонентных моментов, действующих на фланец; и определяются из таблицы 5 с использованием соответствующих размеров патрубка;

- главное напряжение, МПа (фунт-сила на квадратный дюйм);

- продольное напряжение, (фунт на квадратный дюйм);

- напряжение сдвига, (фунт на квадратный дюйм);

S - всасывающий патрубок:

х, у, z - координаты положения фланцев патрубка относительно центра насоса, мм (дюйм);

X, Y, Z - направления действия нагрузки на рисунках 21 - 25;

Нижний индекс А - прилагаемая нагрузка;

Нижний индекс T4 - нагрузка, взятая из таблицы 5.

Е.4 Примерные задачи

Е.4.1 Пример 1А - единицы СИ

Е.4.1.1 Задача

Для консольных насосов с торцевым всасыванием (ОН2), размеры и координаты положения патрубка аналогичны приведенным в таблице Е.1. Прилагаемые нагрузки на патрубок приведены в таблице Е.2. Задача состоит в определении, выполняются ли условия, установленные в перечислениях а) - в) Е.1.2.

Таблица Е.1 - Размеры и координаты расположения патрубков, пример 1А

Патрубок	Размер DN	X, мм	Y, мм	Z, мм
Линия всасывания	250	+267	0	0
Линия нагнетания	200	0	-311	+381

Таблица Е.2 - Прилагаемые нагрузки патрубков для примера 1А

Нагрузка	Значение, H	Момент	Значение,
-	- +12900 0 -8852	Всасывание	- -1356 -5017(a) -7458
-	- +7117 -445 +8674	Нагнетание	- +678 -3390 -4882
(а) См. F.4.1.2.1.

E.4.1.2 Решение .

E.4.1.2.1 Проверка соблюдения условия а) Е.1.2 выполняется следующим образом:

Для патрубка размером DN 250 обеспечивающего торцевое всасывание, имеем:

,

,

,

,

,

.

Поскольку величина превышает значение, установленное в таблице 5 (в системе единиц СИ) более чем в два раза, данная величина является неприемлемой. Пусть может быть снижено до -4879. Тогда

.

Для верхнего нагнетательного патрубка размером DN 200 имеем:

,

,

,

,

,

.

При условии, что значение может быть уменьшено до минус 4879, прилагаемые нагрузки, действующие на каждый патрубок трубопровода, удовлетворяют условию, указанному в перечислении а) Е.1.2.

Е.4.1.2.2 Проверка соблюдения условия б) Е.1.2 выполняется следующим образом.

Для всасывающего патрубка значения и определяются путем извлечения квадратного корня из:

,

.

С учетом уравнения (Е.1):

,

,

1,96 < 2.

Для нагнетательного патрубка и определяются методом, используемым для нахождения и :

,

.

С учетом уравнения (F.2):

,

,

1,93 < 2.

Нагрузки, действующие на каждый патрубок, удовлетворяют соответствующему уравнению взаимодействия, таким образом, условие б) Е.1.2 выполняется.

Е.4.1.2.3 Проверка соблюдения условия в) Е.1.2 выполняется следующим образом.

Для проверки данного условия векторы силы и момента переносятся в центр насоса и раскладываются на составляющие; определяют в соответствии с условием в) Е.1.2:

,

,

,

,

,

,

,

.

С учетом уравнения (Е.3):

,

,

20023 < 24825.

определяется согласно перечислению в) Е.1.2:

.

С учетом уравнения (Е.4) имеем:

,

,

3194 < 8400.

определяется, как показано ниже в перечислении в) Е.1.2:

;

;

;

;

;

= -3194 (см. предыдущие вычисления);

;

.

С учетом уравнения (Е.5) имеем:

,

11092 < 1,5 (6750 + 4710),

11092 < 17190.

Таким образом, все условия перечисления в) Е.1.2 соблюдены.

Е.4.2 Пример 2А - единицы СИ

Е.4.2.1 Задача

Для вертикальных линейных насосов ОН3 или ОН6 с размерами DN 80 DN 100 х 178 м прописанные в предложении нагрузки на патрубок приведены в таблице Е.3. Проверка показала, что , и более чем в два раза превышают значения, приведенные в таблице 5 (единицы СИ). По указаниям раздела Е.2 эти составляющие нагрузки приемлемы при условии что вычисленное главное напряжение составляет менее 41 МПа. Задача состоит в определении главного напряжения для всасывающего и нагнетательного патрубков.

Таблица Е.3 - Предложенные прилагаемые нагрузки патрубков для примера 2А

Нагрузка	Значение, H	Момент	Значение, Нм
-	- -2224 -5338 +1334	DN 100 линия всасывания	- +136 -2034 +1356
-	- +1334 -2224 +445	DN 80 линия нагнетания	- +2712 +271 +136

E.4.2.2 Решение

E.4.2.2.1 Вычисления для всасывающего патрубка проводятся, как показано ниже:

Для трубы Schedule 40 с номинальным размером DN 100 = 114 мм и = 102 мм. Поэтому

,

,

,

.

Уравнение (E.7) используют для расчета продольной составляющей напряжения для всасывающего патрубка .

Прилагаемая нагрузка , действующая на всасывающий патрубок, находится в отрицательной области оси Y и вызывает напряжение сжатия; поэтому используемое отрицательно.

.

Уравнение (E.8) используется для расчета сдвигового напряжения патрубка линии всасывания .

.

Главное напряжение всасывающего патрубка рассчитывается по уравнению (Е.6):

,

,

= +35,63 < 41.

Таким образом, величина нагрузок на всасывающий патрубок приемлема.

Е.4.2.2.2 Расчеты для нагнетательного патрубка проводятся следующим образом: для трубы Schedule 40 с номинальным размером 80 мм, = 89 мм и = 78 мм. Следовательно,

,

,

,

.

Уравнение (E.7) используется для определения продольного напряжения нагнетательного патрубка .

Прилагаемая нагрузка на нагнетательный патрубок находится в отрицательной области оси Y и вызывает растягивающее напряжение; следовательно, имеет положительный знак.

.

Уравнение (E.8) служит для расчета сдвигового напряжения , действующего на нагнетательный патрубок:

.

Главное напряжение для нагнетательного патрубка рассчитывается по уравнению (Е.6):

= +97,67 > 41.

Таким образом, нагрузка на нагнетательный патрубок слишком велика. По результатам проверки, если снижается на 50 % до 1356 , результирующее главное напряжение по-прежнему превышает 41 МПа. Следовательно, максимальное значение в два раза превышает или 1900 .

Е.4.3 Пример 1В - система USC

Е.4.3.1 Задача

Для консольных насосов с торцевым всасыванием (ОН2), размеры и координаты расположения патрубков соответствуют данным таблицы Е.4. Нагрузки, действующие на патрубок, приведены в таблице Е.5. Задача состоит в том, чтобы определить, выполняются ли условия, прописанные в перечислениях а) - в) Е.1.2.

Таблица Е.4 - Размеры и координаты расположения патрубка для примера 1В

Размеры в дюймах
Патрубок	Размер	x	y	z
Всасывающий Нагнетательный	10 8	+10,50 0	0 -12,25	0 +15

Таблица Е.5 - Пример 1В. Нагрузки, действующие на патрубок

Нагрузка	Значение, фунт-сила	Момент	Значение, футфунт-сила
-	- +2900 0 -1990	Всасывание	- -1000 -3700(a) -5500
-	- +1600 -100 +1950	Нагнетание	- +500 -2500 -3600
(а) См. E.4.1.2.1.

Е.4.3.2 Решение

Е.4.3.2.1 Проверка выполнения условия а) Е.1.2 осуществляется следующим образом.

Для патрубка диаметром 10 (торцевое всасывание) имеем:

,

,

,

,

,

.

Поскольку превышает значение, указанное в таблице 5 (единицы USC) более чем в два раза, оно считается неприемлемым. Пусть можно снизить до -3599. Тогда

.

Для нагнетательного патрубка с верхним диаметром 8 дюймов имеем:

,

,

,

,

,

.

Если можно снизить до -3599, нагрузки, действующие на каждый из патрубков трубопровода, удовлетворяют условию а) Е.1.2.

Е.4.3.2.2 Проверка условия б) Е.1.2 осуществляется следующим образом.

Для всасывающего патрубка значения и определяют путем извлечения квадратного корня из суммы, полученной методом квадратов:

,

.

С учетом уравнения (E.1):

,

,

1,95 < 2.

Для нагнетательного патрубка и определяют тем же методом, что и :

,

.

С учетом уравнения (F.2):

,

,

1,92 < 2.

Нагрузки, действующие на каждый патрубок, удовлетворяют соответствующему уравнению взаимодействия, так что условие, установленное в б) Е.1.2, выполняется.

Е.4.3.2.3 Проверка выполнения условия в) Е.1.2 показана ниже.

Чтобы проверить это условие, приложенные силы и моменты перемещают к центру насоса и раскладывают на составляющие. определяется в соответствии с перечислением в) Е.1.2:

,

,

,

,

,

,

,

.

С учетом уравнения (Е.3):

,

,

4501 < 5640.

рассчитывают в соответствии с перечислением в) Е.1.2:

.

Учитывая уравнение (E.4),

,

,

2358 < 6200.

рассчитывается в соответствии с перечислением в) Е.1.2:

;

;

;

;

;

= -2358 (см. предыдущий расчет);

;

.

Учитывая уравнение (E.5),

,

,

8180 < 12750.

Таким образом, требования перечисления в) Е.1.2 удовлетворены.

Е.4.4 Пример 2В - в единицах USC

Е.4.4.1 Задача

Для вертикальных линейных насосов (ОН3 - ОН6) с размерами NPS 3NPS 47 дюймов указанные в предложении нагрузки на патрубок соответствуют значениям, приведенным в таблице Е.6. Проверка показала, что значения , и более чем в два раза превышают значения, приведенные в таблице 5 (в системе единиц USC). Как указано в Е.2, эти компонентные нагрузки являются приемлемыми при условии, что вычисленное главное напряжение составляет менее 5950 psi. Задача состоит в определении главного напряжения для всасывающего и нагнетательного патрубков.

Таблица Е.6 - Пример 2В. Предлагаемые нагрузки, воздействующие на патрубки

Нагрузка	Значение, фунт-сила	Момент	Значение, футфунт-сила
-	- -500 -1200 +300	NPS 4 всасывание	- +100 -1500 +1000
-	- +300 -500 +100	NPS 3 нагнетание	- +2000 +200 +100

Е.4.4.2 Решение

Е.4.4.2.1 Вычисления для всасывающего патрубка проводятся, как показано ниже.

Для трубы Schedule 40 с номинальным размером 4 дюйма = 4,500 дюйма и = 4,026 дюйма. Имеем:

,

,

,

.

Уравнение (Е.10) используется для определения продольного напряжения для всасывающего патрубка .

Нагрузка на патрубок линии всасывания действует в отрицательном направлении по оси Y и создает сжимающее напряжение; поэтому имеет отрицательный знак.

.

Уравнение (Е.11) используется для определения напряжения сдвига для всасывающего патрубка .

.

Главное напряжение для всасывающего патрубка , вычисляется по уравнению (Е.9):

= + 5105 < 5950.

Следовательно, нагрузки всасывающего патрубка являются приемлемыми.

Е.4.4.2 Расчеты для нагнетательного патрубка показаны ниже.

Для трубы Schedule 40 с номинальным размером 3 дюйма = 3,500 и = 3,068. Поэтому

,

,

,

.

Уравнение (Е.10) используется для определения продольного напряжения нагнетательного патрубка .

Прилагаемая нагрузка действующая на нагнетательный патрубок, лежит в отрицательной области оси Y и создает растягивающее напряжение; поэтому имеет положительный знак.

= [1,27(+500)/2,84] + [122(3,5) (2002)]/61,47 = 14131.

Уравнение (Е.11) используют для расчета сдвигового напряжения нагнетательного патрубка .

.

Главное напряжение для нагнетательного патрубка , вычисляют по уравнению (Е.9):

.

Таким образом, нагрузки на нагнетательный патрубок неприемлемо высоки. Если значение уменьшается на 50% до величины 1000 футфунт-сила, то, как показывают результаты проверки, результирующее главное напряжение все еще будет превышать 5950 psi. Поэтому максимальное значение равно удвоенному значению , или 1400 футфунт-сила.