Tải bản đầy đủ
i6.Tính toán các lực tác dụng lên đường ống.

i6.Tính toán các lực tác dụng lên đường ống.

Tải bản đầy đủ

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

233

N5 Khớp nhiệt độ

Khớp nhiệt độ
N6

16 1.62

Đ36

Đ37

L/3

L/ 3

11,24 o

Đ38

Đ39

8.48

Đ40

L1

L

45.00

211.5

Đ41
Đ42

Đ43

18.75

Đ44

Đ45

9.00

L

L2
2 9
. 8

III. Các lực tác dụng lên đờng ống áp lực.
1.Trọng lợng bản thân ống
1


n1

a1

A1'

G

L1

A1''
L2

Trọng lợng bản thân ống (Gô ) gồm 2 thành phần ,là lực n1 vuông góc với trục
ống và lực a1 theo hớng trục ống
Lực n1 gây uốn võng ống và thông qua ống truyền lên các mố đỡ ,lực a 1 hớng
xuống dới theo trục ống và truyền lên mố ôm
Các thành phần hớng trục của trọng lợng bản thân ông truyền lên mố ôm là
Trong đó :

A1 = qo.L1.sin , A1 = qo. L2.. sin1
qo Trọng lợng mỗi m dài ống;

.( Dn2 Dt2 )
D 2t
qo = 1. T
+ n . .
4
4
T Trọng lợng riêng của thép = 7,8.104N/m3
Dn Đờng kính ngoài ống Dn = Dt +
Dt Đờng kính trong đờng ống Dt =1,4 m
Với là chiều dày ống thép = 0,015 m => Dn = 1,4 + 0,015 =1,415 m

.(1,415 2 1,4 2 )
qo = 1.78.
= 2,58( KN / m )
4

120

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

sin
sin =



Góc

nghiêng

đặt

đờng

ống

;

H
21
=
= 0,195
L 107,75

H Độ chênh cao giữa 2 mố, H =21 m
L - Khoảng cách giữa 2 mố , L = 107,75 m
L1 Chiều dài tính toán đờng ống,L1 = L

L
2L
=
=
3
3

2.107,75
3

L1 = 71,833 m
A1 = 2,58.71,833.0,195= 36,14( KN )
A1 = 0 do sin1 = 0
mố ôm).

(1 = 0 là góc nghiêng đoạn ống phía sau

2.áp lực nớc trong ống
Tác dụng lên thành ống theo hớng của bán kính ống , sinh ra ứng suất hớng
vòng trong thành ống, ở các đoạn ổng thẳng áp lực nớc bên trong không sinh ra
lực hớng theo trục ống nó chỉ phát sinh lực hớng trục ở chỗ uốn cong , chỗ đờng kính thay đôỉ và chỗ đặt cửa van trong ống.
*Chỗ cửa van ,chỉ khi đóng mở của van mới sinh ra lực hớng trục ,khi cửa van
đóng hoàn toàn lực này bằng.
A2 =

2

.Dt .H = .1,4 2.9,81.157,31 2374,4( KN )
4
4

A2

Trong đó : Dt là đờng kính trong ống thép Dt = 1,4 m
H : cột nớc tính toán tính từ bể áp lực cho đến mố thứ 6
H = Zbal - Zmố 6 - Htổn thất(Qmax)= 382,27- 211,5 13,46 = 157,31 m

121

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Lực A2 thông qua thành ống truyền lên mố ôm ở ngay trớc của van, nếu
giữa cửa van và mố ôm có khớp nhiệt độ thì lực này không truyền lên mố
ôm.
* Lực hớng trục do nớc bên trong tác dụng lên chỗ đờng ống uốn cong
A'3
A'3'
R



A3 = A3 = .Dt2 .H = .1,4 2.9,81.157,31 2374,4( KN ) .
4
4
*Lực hớng trục do nớc bên trong tác dụng lên đoạn ống có đờng kính thay đổi
A4.

Dt

A4

dt



.H .( Dt2 d t2 ) = ..9,81.157,31.(1,4 2 0,8 2 ) 1599( KN )
4
4
Trong đó : Dt Đờng kính đờng ống lớn.
dt Đờng kính đờng ống nhỏ.dt = 0,8 m
3. Trọng lợng nớc trong ống
Cũng có hớng thẳng đứng từ trên xuống và phân bố dọc theo chiều dài thành
A4 =

ống Trọng lợng nớc trên mỗi mét dài ống là gn=
Trọng lợng nớc giữa 2 mố đỡ Gn = l . gn = 14

2
D t
4

3,14 2
1,4 .9,81 =211,31 KN
4

Trong đó : l là khoảng cách giữa 2 mố đỡ l = 14 m
Thành phần vuông góc với trục ống là n2 = Gn cos = 211,31 . 0,98 = 207,25
KN
Lực n2 gây uốn võng ống và truyền lên mố đỡ
4. Lực do nớc bên trong tác dụng lên khớp co dãn nhiệt độ A5
'

A5 = A'' 5 =



.H .( D 2 Dt2 ) = .9,81.157,31.(1,512 1,4 2 ) 387,78( KN )
4
4

122

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

A''8

A'8

A''5

A'5

5.Lực ma sát của nớc lên thành ống A6.
Lực này hớng trục và cùng chiều với dòng chảy, gồm lực ma sát của đoạn ống
L1 phía trên mố ôm A6 gây ng suất nén trong thành ống và lực A6 của đoạn
ống L2 phía dới mố ôm gây ứng suất kéo ,đều truyền lên mố ôm . trị số của nó
đợc tính theo

A'6
Dt

A''6



.h ' w .Dt2 = ..9,81.0,41.1,4 2 6,18( KN )
4
4


A '' 6 = .h' ' w .Dt2 = ..9,81.0,071.1,4 2 1,71( KN )
4
4
Trong đó :
hw , hw Tổn thất cột nớc do ma sát trong đoạn ống dài
A' 6 =

L1 = 71,833 m và L2 = 12,67 m ,

hw =

dd .V 2
.
2.g

Trong đó :
V= 3,96 m/s - vận tốc lớn nhất trong ống
123

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

dđ - hệ số tổn thất dọc đờng.
dđ = .

L
D

Với L - chiều dài tính toán của đờng ống áp lực
D - đờng kính đờng ống áp lực =1,4 m
- hệ số ma sát thuỷ lực; lấy = 0,01.
71,833

dđ = 0,01. 1,4

= 0,513

12,67

dđ = 0,01. 1,4 = 0,09
0,513.3,96 2
hw =
=0,41 m.
2.9,81

hw =

0,09.3,96 2
2.9,81

=0,071m.

6.Lực ma sát khi đờng ống di chuyển trên mố trung gian A7.
Khi ống có đặt khớp nhiệt độ ,nhiệt độ thay đổi ,ống có thể co dãn ,vì vậy phát
sinh lực ma sát giữa ống và mặt tiếp xúc của mố đỡ .Lực ma sát truyền lên mố
ôm là

A7

A7 = ( qô + qn ).l. cos.fms

3,14.9,81.1,4 2
= ( 2,58+
).14.0,98.0,3 72,74
4

( KN )
Trong đó : fms Hệ số ma sát với mố trợt là fms = 0,3.
l Khoảng cách giữa các mố trung gian.l= 14 m
7. Lực ma sát của vật liệu chèn ở khớp co giãn khi nhiệt độ thay đổi:
Do là khớp nhiệt độ kiểu trợt nên khi ống co dãn do nhiệt độ thay đổi cũng phát
sinh lực ma sat giữa thành ống và vòng lót ống .Khi nhiệt độ tăng ở khớp nối
phía trên mố ôm phát sinh lực ma sát A7 gây ứng suất nén trong thành ống ,khi
nhiệt độ giảm lực này gây ứng suất kéo trong thanh ống .Trị số của lực này là:
A8 =A8 = .D.b.fk..H =
124

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

= 3,14.1,4.0,4.0,3.9,81.157,31=814,07 kN.
Trong đó : fk hệ số ma sát giữa vật liệu chèn với thành ống; fk= 0.7
b là chiều dài vật liệu chèn khớp b = 0,4 m
8. Lực li tâm của dòng nớc ở chỗ đoạn ống uốn cong

A9
A'9
A9 = A9=

3,14.1,4 2.9,81.3,94 2
.D0 2 2
. .V =
= 23,88 kN.
4.9,81
4
g

A9 - thành phần lực hớng trục của lc li tâm;
V - lu tốc lớn nhất trong ống;V = 3,94 m/s
9. . Lực gây ra do nhiệt độ thay đổi khi chiều dày thành ống không đổi ,
A10
Khi ống dẫn không có khớp nhiệt độ giữa 2 mố ôm thì khi nhiệt độ
thay đổi ,ống không thể co dãn đợc ,do đó phát sinh lực hớng trục
A10 = .E.t. .D.


- Hệ số nở nhiệt = 12.10-61/độ

t Sự thay đổ nhiệt độ, nhiệt độ lớn nhất của Việt Nam
làm 10 C
o

E Mô đun đàn hồi của thép E = 2,1 . 106 kg/cm2
= 2,1 .108 (KN / m2)
- Chiều dày thành ống = 0,015 m
D - Đờng kính trong ống thép D = 1,4 m
Tuy nhiên do đờng ống có bố trí khớp nhiệt độ nên không có lực này
i7.Tính toán kích thớc mố ôm theo điều kiện bền và ổn
định.
Mố ôm là loại kết cấu trọng lực, cờng độ của nó dễ thoả mãn, vì vậy khi
thiết kế mố ôm chủ yếu căn cứ vào điều kiện chống trợt, điều kiện ổn định để
quyết định kích thớc ngoại hình của mố ôm. Phụ tải và tổ hợp lực của nó tác
dụng lên mố ôm khống chế trong điều kiện đầy nớc, nhiệt độ tăng. Do đờng
ống đợc đặt trên nền đất nên ta thiết kế cho mố ôm đặt trên nền đất.
125

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Quy định những lực cùng với hớng dòng chảy là dơng và ngợc hớng là âm
.Gọi A là các lực theo trục của đoạn ống tác dụng vào mố ôm ,lực A là các
lực hớng theo trục của đoạn ống phía dới tác dụng vào mố ôm .
Từ phần tính toán các lực tác dụng lên đờng ống sẽ tìm ra đợc các lực tác dụng
lên mố , tên lực và trị số đợc thống kê trong bảng sau ,còn phơng chiều nh
hình vẽ ở trên
A1'

Tên lực
Trị số( KN)

A1'' A3'

36.14

A''3

2374.4
0

A5''

387.78
2374

A8'' A9' A9''
23.9
814.1

A5 '

'

A6' A6'' A7'

A8 '

6.18

814.07

387.8

72.74
1.71

''

3715.19
23.83

3601.8

Tổng lực hớng trục của đoạn ống phía trên tác dụng lên gối là3715,19 KN và
có chiều hớng theo chiều dòng chảy .Tổng lực hớng trục của đoạn ống phía dới tác dụng lên gối là 3601,8 KN và có chiều ngợc với chiều dòng chảy .
Từ giao điểm của hai lực hớng trục ' và '' vẽ trục toạ độ X và Y rồi đem
tổng lực hớng trục phân theo hai thành phần này sẽ có: ( ở đây = 11,48o là
góc nghiêng của đoạn ống phía trên của mố ôm , = 0o là góc nghiêng của
đoạn ống phía dới mố ôm )

Y

A'X
A''X

A'Y

A'

X

X = ' cos = 3715,19 . cos11,48 = 3640,88 KN
Y = ' sin =3715,19.0,195 =724,46 KN
X= '' =3601,8
126