Materiaalin kuljetusputkiston sekundäärikannattimien suunnittelu
Koskimäki, Riku (2026)
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20260810116396
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20260810116396
Tiivistelmä
Tässä tutkimuksessa tutkittiin erilaisten sekundäärikannattimien soveltuvuutta materiaalin kuljetusputkistojen kannakointiin. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää erilaisissa sekundäärikannattimissa ilmenevät rasitukset, arvioida niiden syitä sekä etsiä tapoja optimoida putkiston kannakointia.
Tutkimuksen aineistokeruu suoritettiin FE-laskennalla, jonka avulla saatiin sekundäärikannattimissa ilmenevät rasitukset. Laskenta suoritettiin standardin SFS-EN 13480-3 mukaisen joustavuusanalyysin periaatteita hyödyntäen. Laskennan tuloksena saatiin sekundäärikannattimien jännitykset, joita verrattiin standardien SFS-EN 13480-3 suunnittelujännityksiin, ja putkiston siirtymät, joita vertailtiin eri sekundäärikannatin mallien välillä.
Tuloksissa havaittiin tuellisten ulokekannattimien ja porttikannattimien rasitusten olevan merkittävästi matalammat, kuin tuettomien ulokekannattimien. Tuettomat ulokekannattimet tukivat putkistoa heikommin lämpöliikkeestä aiheutuvien kuormitusten suunnassa nostaen sekundäärikannattimen rasituksia. Poikkileikkauksen koon muuttamisella ei ollut yhtä huomattavaa vaikutusta sekundäärikannattimissa ilmeneviin rasituksiin, kuin sekundäärikannattimen mallin tai neliörakenneputkien pituuksien muuttamisella. Vertailtaessa sekundäärikannattimien sijaintia keskenään, suurimmat rasitukset ilmenivät ennen putkimutkia sijaitsevissa kannattimissa johtuen suurista putkiston siirtymistä lähellä putkimutkia.
Tutkimustulosten perusteella todettiin, että putkiston suorilla osuuksilla kaikki sekundäärikannattimet on suunniteltava jäykäksi estämään putken suuntaisia liikkeitä, suurten rasitusten välttämiseksi putkimutkien läheisyydessä sijaitsevissa sekundäärikannattimissa. Sekundäärikannattimien keskinäisen vertailun perusteella havaittiin sekundäärikannattimen geometrian muokkaamisen olevan tehokkain tapa vähentää neliörakenneputkissa esiintyviä rasituksia. In this research, the suitability of various secondary supports for material conveying pipelines was studied. The aim of the study was to find out the stresses that occur in different secondary support models and assess their causes as well as to find ways to optimize pipe supporting.
The data collection for the research was carried out using an FE calculation, which was used to determine the stresses that occur in secondary supports. The calculation was conducted utilizing the principles of flexibility analysis defined in standard SFS-EN 13480-3. Secondary support stresses resulting from calculation were compared to the design stresses given in SFS-EN 13480-3 and the resulting pipeline displacements were compared between different secondary support models.
The results show that stresses on the cantilever with extra support and gate support were significantly lower than in cantilever support. Cantilever support did not support studied pipeline effectively in the direction of loads caused by thermal expansion of pipe which led to high stress concentrations in secondary support. Changing the size of the cross section did not have as significant effect on the stresses in the secondary support as changing model of a secondary support or the length square hollow tubes. The comparison of different secondary support locations showed that the greatest stresses occurred in the supports located before the pipe bends due to large pipe displacement near the bends.
Based on the results of the study it was found that at the straight sections of the pipeline every secondary support should be designed to be as stiff as possible to prevent pipe displacements and thus to avoid high stress concentrations in the secondary supports near the pipe bends. Additionally, it was found during the comparison of secondary support that modifying the geometry of secondary support is the most effective way to reduce stresses that occur in square hollow tubes.
Tutkimuksen aineistokeruu suoritettiin FE-laskennalla, jonka avulla saatiin sekundäärikannattimissa ilmenevät rasitukset. Laskenta suoritettiin standardin SFS-EN 13480-3 mukaisen joustavuusanalyysin periaatteita hyödyntäen. Laskennan tuloksena saatiin sekundäärikannattimien jännitykset, joita verrattiin standardien SFS-EN 13480-3 suunnittelujännityksiin, ja putkiston siirtymät, joita vertailtiin eri sekundäärikannatin mallien välillä.
Tuloksissa havaittiin tuellisten ulokekannattimien ja porttikannattimien rasitusten olevan merkittävästi matalammat, kuin tuettomien ulokekannattimien. Tuettomat ulokekannattimet tukivat putkistoa heikommin lämpöliikkeestä aiheutuvien kuormitusten suunnassa nostaen sekundäärikannattimen rasituksia. Poikkileikkauksen koon muuttamisella ei ollut yhtä huomattavaa vaikutusta sekundäärikannattimissa ilmeneviin rasituksiin, kuin sekundäärikannattimen mallin tai neliörakenneputkien pituuksien muuttamisella. Vertailtaessa sekundäärikannattimien sijaintia keskenään, suurimmat rasitukset ilmenivät ennen putkimutkia sijaitsevissa kannattimissa johtuen suurista putkiston siirtymistä lähellä putkimutkia.
Tutkimustulosten perusteella todettiin, että putkiston suorilla osuuksilla kaikki sekundäärikannattimet on suunniteltava jäykäksi estämään putken suuntaisia liikkeitä, suurten rasitusten välttämiseksi putkimutkien läheisyydessä sijaitsevissa sekundäärikannattimissa. Sekundäärikannattimien keskinäisen vertailun perusteella havaittiin sekundäärikannattimen geometrian muokkaamisen olevan tehokkain tapa vähentää neliörakenneputkissa esiintyviä rasituksia.
The data collection for the research was carried out using an FE calculation, which was used to determine the stresses that occur in secondary supports. The calculation was conducted utilizing the principles of flexibility analysis defined in standard SFS-EN 13480-3. Secondary support stresses resulting from calculation were compared to the design stresses given in SFS-EN 13480-3 and the resulting pipeline displacements were compared between different secondary support models.
The results show that stresses on the cantilever with extra support and gate support were significantly lower than in cantilever support. Cantilever support did not support studied pipeline effectively in the direction of loads caused by thermal expansion of pipe which led to high stress concentrations in secondary support. Changing the size of the cross section did not have as significant effect on the stresses in the secondary support as changing model of a secondary support or the length square hollow tubes. The comparison of different secondary support locations showed that the greatest stresses occurred in the supports located before the pipe bends due to large pipe displacement near the bends.
Based on the results of the study it was found that at the straight sections of the pipeline every secondary support should be designed to be as stiff as possible to prevent pipe displacements and thus to avoid high stress concentrations in the secondary supports near the pipe bends. Additionally, it was found during the comparison of secondary support that modifying the geometry of secondary support is the most effective way to reduce stresses that occur in square hollow tubes.