Блог

Расчет прочности внешнего корпуса насоса по ASME BPVC VIII

На сегодняшний день крупнейшими производителями сосудов и аппаратов, работающих под давлением, является Китай, Германия, Канада, Великобритания, Россия и другие. Оборудование, изготавливаемое этими странами, поставляется и применяется по всему миру. При этом в каждой эксплуатирующей стране разработана своя нормативно-техническая база. Проблема заключается в том, что все нормы весьма разнородны по своему статусу и не образуют единой системы.

Необходимость в международной стандартизации очевидна на фоне того, что современная индустрия развиваются очень быстро. 

В настоящее время проблемой международной стандартизации занимается Американское общество инженеров-механиков – ASME. Нормы, разработанные обществом, получили масштабное распространение и широко используются в мире.

Самыми известными стандартами общества инженеров-механиков можно назвать стандарты на котлы и сосуды под давлением - ASME BPVC, на основе которого выполнена оценка прочности в данной работе. 

Одноступенчатые консольные насосы широко используются в процессах первичной и вторичной переработки сырой нефти и нефтепродуктов. Для обеспечения безопасности при работе с углеводородами необходимо выполнять расчет прочности. Расчет прочности позволяет оценить не только надежность используемого оборудования, но и обеспечить экономию материала при изготовлении корпуса насоса.

В данной работе объектом исследования является внешний корпус насоса с патрубками, приваренными к цилиндрическому корпусу. Целью работы является оптимизация толщины корпуса насоса (при необходимости) на основании расчёта прочности. 

Построение расчетной модели насоса

Внутреннее наполнение корпуса насоса отсутствует и не рассматривается в расчётах. Для оценки воздействия деталей внутри смоделирована их проекция на корпус насоса. В расчете использована половина модели насоса, с применением условия симметрии. Для построения качественной конечно-элементной сетки, произведена декомпозиция геометрической модели.

Рисунок 1 –  Расчетная модель насоса

Начальные и граничные условия

Расчёт производился без учёта теплообмена и сжимаемости. Корпус насоса выполнен из стали ASTM А182 Gr.F53 (Super Duplex), свойства которой определяются согласно ASME BPVC.II.D. Давление на всасывающей и нагнетающей части насоса прикладываются отдельно (согласно рисунку 3 Граничные условия). В зонах контакта внутренних деталей с внутренней поверхностью насоса, давление среды в расчете не учитывается. На внутренней поверхности корпуса насоса в зоне контакта с внутренней деталью, перпендикулярной осевому направлению, задано граничное условие ограничения степеней свободы вдоль оси корпуса насоса. На патрубки действуют силы и моменты, согласно API Standart 610/ISO 13709. Насос зафиксирован за лапы. На нижних поверхностях лап задано граничное условие запрета перемещений в нормальном направлении к поверхности. Расчет выполнен в программной системе ANSYS.

Рисунок 2 - Граничные условия

Оценка результатов расчета

В качестве выходных параметров расчета получены линеаризованные максимальные касательные напряжения по толщине в регулярной части насоса, в сворном шве всасывающего патрубка и в сварном шве нагнетательного патрубка. 

Согласно ASME BPVC VIII оценка прочности производится по предельным значениям интенсивности напряжения, представленным на рисунке 3. В данном расчете оценка производилась по первичным напряжениям т.к. расчет проводится без учета теплопроводности и сжимаемости.

 

Рисунок 3 – Выдержка из ASME BPVC VIII part 3

Для категоризации напряжений необходимо применить линеаризацию, которая позволяет разделить напряжения на мембранную, изгибную и пиковую составляющие.

В таблице 1 представлены сводные результаты прямых расчетов, а также оценка напряжений по ASME BPVC VIII.

Таблица 1 – Результаты прямых расчетов. Оценка напряжений

Локация Параметр Расчетные значения Параметр оценки Допускаемые напряжения Превышение
Регулярная часть Мембранные общие, Pm , МПа 132 Sy/1,5 343 нет
Мембранные локальные, PL , МПа 139 Sy 515 нет
Изгибные, Pb , МПа 62 - - -
PL+P 201 αSy/1,5 481 нет
Сварной шов всасывающего патрубка Мембранные локальные, PL , МПа 78 Sy/2,5 206 нет
Изгибные, Pb , МПа 61 - - -
PL+P 139 αSy/2,5 288 нет
Сварной шов нагнетательного патрубка Мембранные локальные, PL , МПа 117 Sy/2,5 206 нет
Изгибные, Pb , МПа 117 - - -
PL+Pb  234 αSy/2,5 288 нет


Заключение

Согласно ASME BPVC 2015 Section VIII оценка проводилась по мембранным и изгибным напряжениям.

Запас прочности в регулярной части насоса составляет 1.5, в сварных швах – 2.5.

Напряжения в трех зонах исследования по всей толщине не превышают допустимые, корпус насоса удовлетворяет всем критериям ASME BPVC. Увеличение толщины стенки корпуса насоса не требуется.

Связанные новости
Сотрудники АО «ЦИФРА» приняли участие в расширенном заседании НТК АО «Газпром диагностика» по теме «Использование моделирования на основе метода конечных элементов (МКЭ) при проведении экспертизы промышленной безопасности линейной части магистральных газопроводов и шлейфов компрессорных станций».

18 июля Экспертный совет по аттестации программных средств при Ростехнадзоре принял решение включить АО «ЦИФРА» в перечень организаций-пользователей SCAD Office. Лицензия SCAD Office № 18320 и решение Ростехнадзора размещены в разделе Программное обеспечение.

Связанные публикации в блоге
В ракетно-космической отрасли наибольшее распространение получили двигатели на жидком и твёрдом ракетном топливе. Среди преимуществ твердотопливных ракетных двигателей можно отметить как длительный срок хранения топлива, так и относительную простоту конструкции и дешевизну самих двигателей, что обуславливает их широкое применение в этой отрасли. Одним из важнейших процессов в камере сгорания ракетного двигателя является процесс горения твёрдого топлива, так как он определяет газоприход в двигателе и, следовательно, его секундный массовый расход и развиваемую тягу.
Бронеодеждой или БО согласно ГОСТ 34286-2017 называют средства индивидуальной броневой защиты, выполненные в виде пальто, накидок, плащей, костюмов, курток, брюк, комбинезонов, жилетов и т.п., предназначенные для периодического ношения с целью защиты туловища и (или) конечностей человека (за исключением стоп ног и кистей рук) от воздействия холодного оружия и огнестрельного стрелкового оружия, а также поражения осколками (далее - средства поражения). БО применяется тогда, когда может потребоваться защита жизни и здоровья человека. Она классифицируется и для нее проводятся испытания согласно назначенным классам.
Связанные вебинары
В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.