piping stress analysis

۱۳۹۹/۰۲/۲۴ ۱۰:۳۲:۴۵
piping stress analysis

لوله و اتصالات همواره دارای تنش های فراوانی از جمله تنش های حرارتی ، تنش های فشاری و کششی و ارتعاشی می باشند که می بایست تمامی این تنش ها را دفع کرد زیرا باعث آسیب رسیدن به سیستم پایپینگ می شود .

پس از تحلیل تنش سیستم پایپینگ می بایست برای ساپورت گذاری اقدام نمود ، از این رو پیشنهاد می شود که پس از مطالعه تحلیل تنش سیستم پایپینگ مقالات ساپورت گذاری لوله ها را مطالعه فرمایید .

تنش لوله

 

بررسب فشارهای وارده به سیستم پایپینگ

تحلیل گر تنش سیستم Piping ، از نقشه ایزومتریک Piping که توسط مهندس طراح تکیه گاه تکمیل و نشانه گذاری شده است ، به عنوان یک ورودی برای محاسبات تنش سیستم Piping استفاده می کند .

تحلیل گر تنش باید شکل تکیه گاه را طوری تعیین کند که سیستم Piping ، برای هر ترکیب خاص بارگذاری ، که با استفاده از معادلات کد به کار رفته تعیین شده است ، تحت تنش های بیش از حد قرار نگیرد .

از نقشه ایزو متریک نشانه گذاری شده جهت نشان دادن مکان نصب و نوع تکیه گاه هایی که تحلیل گر تنش باید لحاظ نماید ، استفاده می شود .
تحلیل گر تنش باید بین نیاز به وجود تکیه گاه و نیاز به انعطاف پذیری کافی جهت انطباق با انبساط حرارتی نوعی تعادل را برقرار نماید .
بهترین راه حل برای این مساله اینست که با مد نظر قرار دادن موقعیت و عملکرد مناسب برای جلوگیری از قفل شدگی حرارتی ( Thermal lockup ) ، کمترین تعداد تکیه گاه مورد نیاز انتخاب شود .

تحلیل تنش

بنابراین ممکن است تعداد زیادی از موقعیت ها و راستاهای عملکرد نشان داده شده در ایزومتریک بدون استفاده بماند . استفاده " بهینه " از سیستم تکیه گاهی با مد نظر قرار دادن مزیت تنش های مجاز Piping ( بر اساس کد به کار رفته ) جهت مینیمم کردن موقعیت های تکیه گاه تحقق می یابد .

وظیفه دیگر تحلیل گر تنش در کنار تعیین مکان های لازم برای نصب تکیه گاه و راستای عملکرد آنها ، تعیین عملکرد یا وظیفه تکیه گاه است . این امر منجر به انجام مرحله دیگر در فراهم کردن یک طراحی اقتصادی ( در کنار به حداقل رساندن تعداد تکیه گاه ها ) می شود .
معمولا عملکرد تکیه گاه ( مثلا تکیه گاه صلب با فنر ثابت ، فنر متغییر یا کمک فنر ) بر اساس نوع بارگذاری و جابه جایی های ناشی از انبساط حرارتی در راستای تکیه گاه تعیین می شود .
زمانی که جابه جایی حرارتی عمودی نسبتا کوچکی وجود داشته باشد ، بارهای وزنی را با قلاب میله ای ساپورت می کنند . برعکس ، هرگاه نیاز باشد جابه جایی حرارتی به مقداری بزرگ مد نظر قرار داده شود ، ممکن است از یک فنر استفاده شود .

به طور مشابه اگر جابه جایی حرارتی کم باشد ، از یک تکیه گاه جانبی صلب و وقتی جابه جایی ها زیاد باشد از یک کمک فنر ( برای بارگذاری ناشی از شوک ضربه ای )استفاده می گردد . از آنجایی که اجزای تکیه گاه صلب از فنرها و کمک فنرها ارزان تر هستند .

تحلیل گر تنش باید تلاش کند تا جابه جایی حرارتی به حداقل رسیده و هزینه ها کمتر شود .شاید استفاده از کمک فنرها راه حل سریعی برای مسائل تحلیل تنش باشد ولی از آنجایی که هزینه تهیه و نیز تعمیر و نگهداری کمک فنرها بسیار بالاست ، باید تا جایی که ممکن است از آنها کمتر استفاده گردد .

piping stress

 

قبل از تحلیل انبساط حرارتی ، می توان با انتخاب صحیح موقعیت تکیه گاه های صلب اولیه جابه جایی حرارتی را روی مسیر هدایت کرد . با تحمیل مقدار جابه جایی در مکان های تعیین شده برابر صفر ، تحلیل گر می تواند به استفاده از تکیه گاه های صلب دیگر میان این نقاط اقدام نماید .

پس از تعیین موقعیت تکیه گاه های صلب ، تحلیل گر تنش باید یک تحلیل " حرارتی آزاد " ( Free thermal ) یا هدف تعیین جابه جایی ها و تنش های انبساطی در سیستم Piping انجام دهد .

در این محاسبات فقط اثر تکیه گاه های صلب در نظر گرفته می شود و در واقع لوله از اثرات تکیه گاه های غیر صلب " آزاد " می باشد .
در بسیاری از موارد ، تحلیل حرارتی آزاد قبل از تعیین مکان تکیه گاه های صلب انجام می شود . سپس این تکیه گاه های صلب در نقاط دارای جابه جایی حرارتی کم ، قرار داده می شوند .
همچنین مهندس طراحی تکیه گاه از جابه جایی های تعیین شده در تحلیل حرارتی آزاد ، برای انتخاب فنرها و کمک فنرها استفاده خواهد کرد .
تحلیل های بعدی که توسط مهندس تحلیل تنش سیستم Piping انجام می شود ، حالت های بارگذاری مقید هستند که در آن تکیه گاه ها ( اعم از صلب ، فنری یا کمک فنرها ) برای تمامی حالت بارها ، صلب در نظر گرفته می شوند .
بنابراین حالت بارهای تحلیل شده ، وزن و بارهای موقتی برای تکیه گاه های صلب بارهای وزنی برای فنرها و بارهای ناشی از شوک های ضربه ای در کمک فنرها خواهد بود .
تحلیل تنش های ذکر شده را می توان با کامپیوتر و یا به صورت محاسبات دستی انجام داد . معمولا محاسبات دستی نتایج کم دقت تری را ارائه می دهند ، لذا برای بارگذار های پیچیده باید از روش های المان محدود و برنامه ها و نرم افزارهای کامپیوتری موجود استفاده گردد که یک بار دیگر استفاده از نرم افزار CAESAR II ، با توجه به قدرت و توانایی های بالای آن استفاده می گردد .

تعیین بارهای مورد نیاز برای طراحی سیستم تکیه گاهی

نتایج حاصله از تحلیل تنش سیستم piping برای بارهای وزن ، حرارتی و نیز بارهای موقتی ، باید با نتایج حاصل از تحلیل بارهای تکیه گاهی مه در تحلیل جداگانه محاسبه شده ، ترکیب شده و بار طراحی معادل برای هر تکیه گاه تعیین گردد .

حالت های ترکیب بار لازم معمولا در مدرک معیار طراحی پروژه ( Project design criteria ) مشخص می شود . از طرفی یک قانون سرانگشتی بیان می کند که تمام بارهایی که ممکن است به طور همزمان به سیستم اعمال شوند باید به طور همزمان نیز در نظر گرفته شوند تا مقدار بار ماکزیمم و مینیمم وارد بر تکیه گاه تعیین شود .

برای مثال ، با نگرش به این که همواره فرض می شود زمین لرزه سیستم piping را در جهت مثبت یا منفی تحت تاثیر قرار دهد و نیز ممکن است این رخداد در زمان کار سیستم یا زمان غیر عملیاتی سیستم صورت گیرد ، ترکیبات بارگذاری زیر باید در طراحی لحاظ شود.

DW = Dead Weighs ( وزن مرده )

TH = Thermal load ( بار حرارتی )

EQ = Earthquake ( زمین لرزه )

DW + TH + EQ

DW + TH – EQ

DW + EQ

DW – EQ

از این چهار حالت بارگذاری ، تنها بارگذاری ماکزیمم در هر جهت باید برای طراحی تکیه گاه انتخاب شود . معمولا برای تکیه گاه بارهای طراحی در یک ورق جداگانه جمع آوری می شود .
بارها و جابه جایی ها ممکن است بر اساس محورهای موضعی (local axes) منطب بر محور لوله و یا محورهای اصلی (global axes) سیستم (X,Y,Z) واحد صنعتی مشخص شده باشند .
محورهای موضعی (local axes) شامل جهات محوری ، عمودی و جانبی لوله می شوند . برگه اطلاعاتی تنش های سیستم piping ، که برای هر حالت بارگذاری محاسبه شده ، ارائه می شود ، می تواند برای طراحی مساله متصله به سیستم PIPING نیز مورد استفاده قرار گیرد .
توجه کنید برای هر دو حالت وزن مرده به علاوه زلزله و وزن مرده منهای زلزله ، از یک تنش یکسان محاسبه شده است ،به این دلیل است که در کدهای PIPING الزام بر این است که جمع مطلق تنش های حاضر در هر حالت بارگذاری انجام شود .

هرگاه برای یک شرایط بارگذاری خاص ، بیشتر از یک مقدار به دست آید ، ماکزیمم مقدار در هر راستا برای طراحی انتخاب می شود .این حالت به طور مکرر در شرایط بارگذاری حرارتی اتفاق می افتد که می تواند در ظرایط عملیات متعددی از قبیل شروع به کار ، عملکرد طبیعی ، توقف و رخداد حوادث پیش بیاید .

پایپ کالا ، حس بازاری متفاوت

عضویت در خبرنامه
با عضویت در خبر نامه پایپ کالا مگ ، هر هفته یک ایمیل حاوی مطالب جدید دریافت خواهید کرد.
ارسال نظر
ارتباط با کارشناسان پایپ کالا