Putkiston erikoiskannakoinnin suunnittelu sekä menetelmä kannakoinnin luokitteluun putkistosuunnittelussa

Abstract

Tämä diplomityö on tehty AFRY Finland Oy:n tarpeisiin. Tavoitteena oli luoda menetelmä erikoiskannakoinnin luokitteluun putkistosuunnittelussa. Erikoiskannakkeet tarkoittavat standardien ulkopuolisia sovellutuksia, joiden tulee täyttää putkistomäärittelyn vaatimukset. Työssä luodaan yhteensä 8 erikoisvalmisteista primääri- tai primääri- ja sekundäärikannakerakennetta. Luokittelumenettelyä on tarkoitus käyttää ohjeena määritettäessä suurimpia sallittuja kuormituksia erikoisvalmisteisille kannakerakenteille. Menettely pätee levyosista koostuville, ulkoisesti kuormitetuille, kannakerakenteille, jotka toimivat putkistojen kiintopisteinä tai ohjauksina. Työtä edelsi neliosainen esiselvitys.

Työn tulokset pohjautuvat FEM-laskennan tuottamiin likimääräisratkaisuihin. Tuloksissa esitetään tutkittava kannakerakenne, kuormitustilanteen kriittisin liitoskohta, suurin sallittu kuormitus varmuuskertoimella ja ilman sekä korkeampien käyttölämpötilojen sallitut kuormat. Tarkastusmenetelmänä kimmoteorian mukaiselle lineaariselle analyysille (LA) toimii laajan plastisen muodonmuutoksen analyysi (GDP).

Tuloksia ja tulosten tarkastusta analysoitaessa havaittiin, että luotu menettely on huomattavan varma aksiaalisen ja poikittaissuuntaisen kuormitustilanteen tapauksessa. Pystysuuntaisen kuormituksen tapauksessa menetelmä toimi optimaalisesti. Tutkittavan kannakerakenteen tyypillä, geometrialla, putkisankojen lukumäärällä, levyjen ainevahvuudella ja monella muulla tekijällä on vaikutusta syntyneisiin tuloksiin.

Jatkotutkimusehdotuksina esiin nousivat 2-, 3-, 4-pisteohjain mallien tutkiminen ja tulosten vertailu keskenään sekä tämän työn kanssa, jäykistelevyjen ja sankojen määrän vaikutus rakenteelle, sekä menettelytapa edustavien jännitysarvojen valitsemiselle.

This master’s thesis is for AFRY Finland Oy. The intent was to create an approach for categorizing the special piping supports in piping design. Special piping supports mean non-standardized applications of supports which must fulfill the requirements of the piping design. In total, eight special primary supports or primary and secondary supports are designed in the process. The categorizing approach is used as guideline for defining maximum allowable loads for the special piping support structures. Approach is valid for supports which consist of plates, are externally loaded, and work as fixed points or guides. Four part prestudy was also performed before the actual study.

Results are based on approximate FEM-calculation solutions. The results represent examined piping support structure, most critical detail of the load case, maximum allowable load with safety factor and without it, and maximum allowable load for higher operating temperatures. Gross plastic deformation analysis (GDP) is used as an inspection method for linear analysis’ (LA) results.

Analyzing the results and checking GDP analysis confirmed that the approach gave prominently safe results for axial and lateral loading cases. With vertical loading case the approach gave ideal results. Examined support structure’s type, geometry, number of clamps, thickness of the plates and many other factors had influence to the results.

Following further study topics arose: 2-, 3-, 4-guide pipe support models’ research and result comparison, research of the effect of the number of pipe clamps and stiffening plates and principle to select representative point of interest for stress linearization.