На правах рукописи
Квазистатическое состояние и динамические возмущения
надземных магистральных трубопроводов
01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре динамики и прочности машин им.
Научный руководитель: | - доктор технических наук, профессор |
Официальные оппоненты: | - доктор технических наук, профессор - доктор технических наук, профессор |
Ведущая организация: | - ООО «Газпром ВНИИГАЗ» |
Защита состоится «18» декабря 2009 г. в 1500 часов в аудитории Б-112 на заседании диссертационного совета Д 212.157.11 при Московском энергетическом институте (техническом университете) Москва, Красноказарменная ул.,.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета)
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять Москва, Красноказарменная ул.,. Ученый совет МЭИ (ТУ).
Автореферат разослан _______________2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Трубопроводный транспорт жидких и газообразных углеводородов играет важнейшую роль в топливно-энергетическом обеспечении хозяйственного комплекса России, в ее устойчивом экономическом развитии. Главной ресурсной базой газовой промышленности и центром добычи газа на ближайшую перспективу остается Западная Сибирь. Вместе с тем в ближайшие годы компенсация падения добычи газа в этом регионе будет происходить за счет Заполярного и других месторождений Крайнего Севера. Таким образом, начало транспортировки газа все более и более смещается в зоны многолетнемерзлых и вечномерзлых грунтов. В связи с этим возрастает внимание к трубопроводам, прокладываемым в условиях вечной мерзлоты, результатам эксплуатации уже действующих надземных трубопроводов. Чрезвычайно актуальна оценка адекватности сложившихся к настоящему времени расчетных методик, нормативных требований к их проектированию, строительству и эксплуатации.
Эксплуатационная надежность трубопроводов закладывается при проектировании и обеспечивается качеством строительно-монтажных работ и обслуживания эксплуатирующей организацией в течение всего срока эксплуатации. Особое значение, определяющее качество проекта, имеют расчеты на прочность трубопроводной системы, которые должны быть адекватны конструктивному исполнению и действующим нагрузкам. Требования к проведению расчета на прочность и устойчивость надземных трубопроводов, а также к учитываемым нагрузкам и воздействиям достаточно подробно регламентированы в строительных нормах. Вместе с тем, в действующих нормах опущены требования к выполнению расчетов напряженно-деформированного состояния надземных трубопроводов, связанные с учетом истории их нагружения – важным фактором, присущим механическим системам с сильной физической нелинейностью, обусловленной трением в опорах.
В надземных трубопроводах наблюдаются явления, учет которых вообще не отражен в нормативных документах. К ним относятся динамические возмущения трубопровода, происхождение которых обусловлено конструкцией – свободным опиранием на опоры, и которые возникают не только при изменении давления рабочей среды, но и при медленном (квазистатическом) изменении температуры трубы. Эти явления влияют на напряженно-деформированное состояние, техническое состояние конструкции и, следовательно, на эксплуатационную надежность трубопровода.
Все вышесказанное, с учетом имеющихся в настоящее время публикаций, относящихся к надземным трубопроводам, предопределяет актуальность выполнения работ по адекватной оценке напряженно-деформированного состояния надземного трубопровода, как на стадии его проектирования, так и при эксплуатации. Оценке, отражающей в полной мере реальную конструкцию, физико-механические характеристики материалов, эксплуатационные факторы и природно-климатические условия.
Целью работы является разработка адекватных математических моделей магистральных трубопроводов, эксплуатируемых в природно-климатических условиях Крайнего Севера; исследование на их основе квазистатического напряженно-деформированного состояния типового участка реального надземного магистрального газопровода, моделирование динамических возмущений квазистатического состояния трубопровода при изменении температуры окружающей среды.
Методы исследования. В диссертационной работе анализ напряженно-деформированного состояния реального надземного магистрального газопровода в статической и динамической постановках выполнен методом полномасштабного конечно-элементного моделирования с использованием современного программного обеспечения – программного комплекса ANSYS. Уравнения движения (динамического равновесия) рассматриваемой конечно-элементной модели трубопровода в матричной форме решаются методом Ньюмарка.
Предварительное исследование колебаний балочной конструкции, обусловленных трением в опорах и возникающих при квазистатическом изменении температуры, с целью выбора параметров решения, выполняется на основе аналитического решения, полученного методом разложения по формам собственных колебаний.
Научная новизна. Выполненная работа показывает, что адекватная оценка прочности магистральных трубопроводов надземной прокладки может быть выполнена только на основе полномасштабного моделирования напряженно-деформированного состояния с учетом всех конструктивных и физических особенностей, отражающих реальное взаимодействие трубопровода и опорно-ригельных устройств, действующие нагрузки и воздействия, последовательность их приложения и изменение в процессе эксплуатации.
В работе впервые смоделированы явления, наблюдаемые на практике - возникновение динамических возмущений в реальных конструкциях надземных трубопроводов в процессе изменения их температуры. Показано, что эти явления влияют на несущую способность опорно-ригельных частей и самого трубопровода, могут приводить к потере работоспособности трубопровода.
Достоверность научных результатов. Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечивается адекватной постановкой задач, корректным использованием математического аппарата, современных программных средств, верификацией численных решений путем сравнения с аналитическими. Выполненное моделирование напряженно-деформированного состояния отражает поведение реального надземного магистрального трубопровода и явления, наблюдаемые при его эксплуатации: звуковые волны, вибрации трубопровода; следы этих колебаний проявляются в виде повышенного истирания ригелей опор, повреждений опорно-ригельных устройств, снижения сопротивления металла трубопровода хрупкому разрушению.
Практическая ценность. В работе представлены методологические подходы и реализованы решения задач, позволяющие адекватно отразить и существенным образом уточнить напряженно-деформированное состояние реальных конструкций надземных магистральных газопроводов, работающих в условиях природно-климатических условий Крайнего Севера. Результаты диссертационной работы, разработанные программные модули использовались для анализа напряженно-деформированного состояния участков надземных магистральных трубопроводов при экспертизе их промышленной безопасности, выполненной «ДИАТЭКС» (г. Волгоград). Использование результатов работы при проектировании и экспертизе промышленной безопасности надземных трубопроводов будет способствовать повышению их эксплуатационной надежности.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на межотраслевой Школе-семинаре “Оценка технического состояния и остаточного ресурса сосудов и аппаратов химических, газо - и нефтеперерабатывающих производств”, 17-23 сентября 2001 г., г. Волгоград; на научном семинаре «Нелинейное деформирование конструкций», НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля, г. Москва, 14 сентября 2007 г.; на XXII Международной конференции «Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов», г. Санкт-Петербург, 24-27 сентября 2007; на научном семинаре на кафедре Динамики и прочности машин им. , МЭИ, октябрь, 2009 г.
По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка литературы. Объем работы – 135 страниц, включая 63 рисунка. Список литературы включает 103 наименования.
Краткое содержание работы
Во введении дается краткая историческая справка о развитии трубопроводного транспорта жидких и газообразных углеводородов в РФ, в частности, газопроводов надземной прокладки в районах вечной мерзлоты и Крайнего Севера – в республике Саха-Якутия и на Таймыре, приводятся сведения об опыте их эксплуатации и проблемах обеспечения эксплуатационной надежности. Отмечается, с одной стороны, сложность реализации нормативных требований к расчету напряженно-деформированного состояния надземных трубопроводов при проектировании, а, с другой, наличие проблем, связанных с повреждаемостью конструкций при эксплуатации, а также явлений в их поведении, не охватываемых действующей нормативной документацией и технической литературой. Формулируется цель диссертации. Обосновываются важность и актуальность поставленной задачи, дается краткое описание содержания диссертации, приводятся сведения о публикациях и докладах с участием автора.
В первой главе приводятся нормативные, литературные и фактические данные о природно-климатических факторах Крайнего Севера, анализируется их влияние на напряженно-деформированное состояние надземных магистральных газопроводов. В частности, отмечается, что изменение температуры воздуха отличается значительными суточными и сезонными флуктуациями. Анализ телеметрических данных за последние 5 лет показал, что в районе прокладки отрицательные температуры воздуха достигали 54 – 55 0С, положительные - 33 – 34 0С, кратковременные (суточные) размахи температуры воздуха –С, газа – до 40 0С. Надземная прокладка трубопровода и большая его протяженность приводят к тому, что температура стенки трубопровода и рабочего продукта либо достаточно близка к температуре воздуха (в холодное время, полярную ночь), либо превышает ее из-за дополнительного подогрева под воздействием солнечной радиации. Температурное воздействие на трубопровод проявляется в виде деформации, обусловленной разницей изменяющейся во времени температуры стенки и температуры «фиксирования расчетной схемы»; низкие значения температуры в зимний период предопределяют работу металла в неблагоприятной (по механическим характеристикам) температурной области, в которой возрастает его чувствительность к дефектам и повреждениям; изменение температуры создает также дополнительные усилия на опоры и трубопровод, как в направлении оси трубопровода, так и в направлении оси ригеля.
Приводятся фактические примеры, иллюстрирующие изменения технического состояния трубопроводной системы под воздействием эксплуатационных и природно-климатических факторов: нарушения проектного положения трубопровода, повреждения опорно-ригельных устройств (образование провисов трубопровода над опорами, наклоны ригелей опор, смещения ложементов, повреждения свай) и разрушения опор. Рассматриваются причины повреждений, разрушений опорно-ригельных устройств, аварий газопроводов. Приведенные данные свидетельствуют о наличии активных, в том числе нестационарных, деформационных процессов в надземной газопроводной системе.
Учитывая, что прочность магистральных трубопроводов определяется как их нагруженностью, так и несущей способностью материала конструкции, приводятся экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что для надземных трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера, основным деградационным процессом является снижение сопротивления металла хрупкому разрушению. Так как изменения соответствующих механических характеристик в процессе эксплуатации обусловлены микроповреждениями структуры материала трубопровода, это также свидетельствует о наличии существенных нестационарных и циклических нагрузок.
Обсуждаются проблемы учета трения в опорах, а также сил другой природы, препятствующих свободному перемещению трубопровода на опорах, при расчете напряженно-деформированного состояния надземных трубопроводов; проблемы выбора расчетных моделей трения, расчетных значений коэффициентов трения, адекватного математического описания поведения надземного трубопровода под воздействием природно-климатических и эксплуатационных факторов.
Анализ технической литературы (работы , , , , , и др.) показывает, что к динамическим процессам в системах с трением проявляется повышенный интерес. Они достаточно широко исследуются и экспериментально, и теоретически. Исследования проводятся с целью изучения причин возникновения колебаний в трибологической системе, условий стабильности различных колебательных режимов, выявления критических значений параметров и их сочетаний, переводящих систему в тот или иной режим трения. В процессе контактного взаимодействия, особенно в случае «сухого» трения, экспериментально наблюдаются квазипериодические либо периодические изменения скорости относительного перемещения поверхностей. На макроуровне это проявляется в виде релаксационных либо квазигармонических фрикционных автоколебаний. Рассматриваются подходы к объяснению причин возникновения колебаний в системах с трением. Все они связывают развитие колебаний с изменением коэффициента трения в процессе фрикционного взаимодействия.
Во второй главе рассматривается объект исследования – типовой участок линейной части магистральной газотранспортной системы, реализованной на Таймыре (рис. 1), и его расчетная модель (рис. 2).
Рис.1. Участок надземного магистрального газопровода
Рис. 2. Расчетная схема участка газопровода. Вид в плане
Типовой участок газопровода состоит из двух прямолинейных труб и слабоизогнутого в плане Λ-образного компенсатора температурных деформаций, расположенного между ними. Прямолинейные трубы уложены на продольно-подвижные опоры, а температурный компенсатор - на свободно-подвижные опоры; на границах участка установлены неподвижные («мертвые») опоры. Обсуждаются конструктивные особенности опорно-ригельных устройств, схемы монтажа трубопровода на типовом участке, определены нормативные значения изменения температуры воздуха в течение года в условиях Таймыра.
Даётся подробное описание разработанных конечно-элементных моделей типового участка реального газопровода, позволяющих адекватно учитывать конструктивные особенности и взаимодействия трубопровода с опорно-ригельными устройствами (геометрию трубопровода, наличие ограничений, односторонность связей, наличие трения в контактных парах «трубопровод – опоры», зависимость коэффициента трения от скорости относительного перемещения контактирующих пар), а также действующие эксплуатационные нагрузки и природно-климатические воздействия (гравитацию, собственный вес, температуру трубопровода, перемещения опор и т. д.) и их изменение во времени.
Используемые в моделях контактные элементы «точка–точка» позволяют описать процесс движения находящихся в контакте поверхностей в предположении, что коэффициент «сухого» трения 
= const, а в элементах «точка – поверхность» учесть зависимость трения от скорости относительного движения контактируемых поверхностей (рис. 3). Эта зависимость аппроксимируется экспоненциальной моделью снижения трения.
Рис.3. Зависимость коэффициента трения от относительной скорости
движения точки контакта
Уравнения динамического равновесия конечно-элементной модели трубопровода в матричной форме имеют вид: 
, где 
, 
, 
– матрицы масс, демпфирования, жесткости; 
– векторы узловых перемещений, скоростей, ускорений; 
– вектор приложенной в узлах внешней нагрузки. Точкой обозначено дифференцирование по времени. Матричное уравнение решается методом Ньюмарка, который реализует метод конечных разностей на временном интервале 
Дается описание реализации решения используемых в работе уравнений динамического и статического равновесия, обсуждаются особенности формулировок граничных и начальных условий, задания параметров решения задачи.
Обсуждаются особенности, которые должны быть учтены при формулировке граничных и начальных условий, задании параметров решения. Первая – это неопределенность граничных условий в местах опирания трубопровода на промежуточные опоры на всех стадиях нагружения. Известно только частично или полностью положение трубопровода в крайних «мертвых» опорах и положение остальных промежуточных опор (ригелей), которое определяется на стадии проектирования из чертежа, при строительстве – из строительной документации, на стадии эксплуатации – по данным геодезических измерений (в реализованных моделях их линейные и угловые перемещения полагаются равными нулю). Фактическое положение трубопровода на опорах определяется из решения многоконтактной задачи с использованием алгоритмов, реализующих методы штрафных функций или Лагранжа решения контактных задач. Вторая особенность – необходимость отслеживания истории нагружения трубопровода, которая обусловлена сильной физической нелинейностью задачи (наличием трения в опорах). Этот фактор проявляется как при решении задач в статической постановке, так и в динамической.
В рассмотренных задачах в качестве исходного состояния принимается ненагруженный участок трубопровода, находящийся в покое. При решении задач рассматриваются следующие этапы нагружения: укладка трубопровода на опоры; нагружение трубопровода внутренним давлением рабочего продукта и, при необходимости, другими нормативными расчетными нагрузками (снеговой, гололедной, ветровой, кинематической – перемещением опор); изменение температуры трубопровода.
Для адекватного описания изменения напряженно-деформированного состояния при решении задач необходимо реализовать пошаговое нагружение на каждой стадии. В статической постановке – пошаговое силовое, в динамической – пошаговое временное и силовое. Наряду с обычными требованиями к величине шага нагружения (шаг нагружения должен обеспечить сходимость итерационного процесса решения и отразить историю нагружения) при решении задач в динамической постановке необходимо учитывать особенности реакции рассматриваемой системы на прикладываемые нагрузки. Во-первых, приложение силовой (гравитационной при укладке, внутреннего давления и т. д.) и температурной нагрузок вызывает нестационарную реакцию системы, величина которой зависит от темпа нагружения. Чтобы исключить взаимовлияние приложенных на каждой стадии нагрузок (особенно это важно при изучении температурных возбуждений), переход к каждой последующей стадии должен осуществляться после завершения динамической реакции системы на нагрузку, приложенную на предыдущей стадии нагружения. Необходимое для этого время определяется скоростью нагружения и скоростью диссипации энергии в опорах и в самом трубопроводе. Во-вторых, в реальных условиях нагрев или охлаждение трубопровода – процесс существенно более медленный по сравнению с характерным временем динамической реакции трубопроводной системы на вызывающее эту реакцию воздействие. Время заметных изменений температуры (несколько градусов) трубопровода – часы, сутки; время заметных изменений положения трубопровода при возникновении колебаний – доли секунды. Соответственно, мониторинг в реальном масштабе времени поведения трубопровода при изменении его температуры должен вестись с шагом, значительно меньшим секунды. На компьютерах средней мощности выполнение расчетов с таким шагом практически не осуществимо, так как требует значительных ресурсов времени и памяти. Тем не менее, учитывая, что динамические возмущения трубопроводной системы, подверженной медленному нагреву или охлаждению, – события достаточно редкие, а также что до момента появления возмущения трубопровод находится в квазистатическом состоянии, скорость изменения температуры трубопровода на этапе температурного нагружения, предшествующего возмущению, может быть взята существенно большей. При этом выбранная скорость не должна быть слишком большой, чтобы полученное напряженно-деформированное состояние трубопровода было адекватным и не было пропущено возникающее динамическое возмущение.
После выявления момента возмущения необходимо выполнить повторное моделирование процесса, повторив расчет с теми же параметрами до момента времени, предшествующего началу возбуждения. Далее для описания изменения напряженно-деформированного состояния в процессе возбуждения расчет необходимо выполнять со значительно меньшим временным шагом.
Для облегчения работы по построению конечно-элементной модели, задания ее параметров и нагрузки разработаны макрокоманды на языке параметрического проектирования APDL, приводится их краткое описание.
Третья глава посвящена рассмотрению работы надземного трубопровода в статической постановке, соответствующей требованиям СНиП, параметрическому анализу влияния трения в опорах и природно-климатических факторов на его напряженно-деформированное состояние.
Рассматривается трубопровод с наружным диаметром 720 мм, толщиной стенки труб - 8 мм, толщиной стенки «кривых» вставок компенсатора - 11 мм, зазоры между поверхностью трубы и сваями продольно-подвижных опор - 14 мм, расстояния от поверхности трубы до свай подвижных опор (компенсатора) - 1 м. Материал трубопровода – сталь типа 09Г2С. Считается, что коэффициенты трения (трения скольжения) в опорах одинаковые и могут принимать одно из значений, лежащих в диапазоне 0 – 0.3.
Нагружение проводится в соответствии с описанием во второй главе. Изменение максимального продольного напряжения на типовом участке надземного магистрального газопровода показано на рис. 4.
Рис. 4. Изменение максимальных продольных напряжений на расчетном
участке газопровода в процессе нагружения
На первой стадии нагружения (трубопровод укладывается на опоры) максимальные продольные напряжения, обусловленные изгибом, невелики - около 10 МПа; напряженное состояние в трубопроводе, как и следовало ожидать, не зависит от наличия трения. Нагружение рабочим давлением (следующие 4 шага нагружения) приводит к увеличению максимального значения продольного напряжения на расчетном участке до ~ 120 – 140 МПа; нижнее значение – соответствует отсутствию трения, верхнее – трению с коэффициентом «сухого» трения, равным 0.3.
Далее изменение напряженно-деформированного состояния трубопровода связано с изменением его температуры. Сначала при повышении температуры трубопровода на 40 градусов (следующие 80 шагов нагружения) происходит монотонное увеличение максимального напряжения на участке до ~150 – 190 МПа, в зависимости от величины коэффициента трения. При последующем понижении температуры на 70 градусов (следующие 140 шагов нагружения) максимальные напряжения на участке при отсутствии трения падают примерно до исходных значений, соответствующих началу процесса изменения температуры, а при наличии трения сначала падают, а затем вновь увеличиваются до ~ 150 МПа при коэффициенте трения 0.3. И, наконец, при возвращении к температурным условиям, соответствующим температуре «фиксирования расчетной схемы» (следующие 40 шагов нагружения), при наличии трения максимальные напряжения на участке сначала падают, а затем, к концу рассматриваемого температурного цикла, немного подрастают.
Таким образом, из рисунка 4 видно, что трение существенным образом влияет на напряженное состояние надземного трубопровода при изменении его температуры.
Более наглядное представление о влиянии трения на изменение напряженно-деформированного состояния трубопровода, обусловленное изменением его температуры, дают графики с выделенной температурной стадией нагружения, на которых при этом по оси абсцисс отложено текущее изменение температуры. Так, на рис. 5, на котором изображены зависимости максимальных продольных напряжений на трубопроводном участке от температуры трубы, дополнительно хорошо видно влияние истории нагружения: при учете в расчетах трения в опорах значения напряжений при одних и тех же температурах при изменении направления нагружения не совпадают, а напряжения в трубопроводе в конце температурного цикла отличаются от напряжений в исходном состоянии.
Рис. 5. Изменение максимальных продольных напряжений
Далее подробно исследуется изменение деформированного состояния трубопровода и максимальных продольных напряжений на расчетном участке в течение годового температурного цикла при различных значениях коэффициента трения в контактных парах «трубопровод-опоры», в течение нескольких годовых температурных циклов, при суточных изменениях температуры трубопровода (при минимальных и максимальных абсолютных температурах воздуха). Анализируется влияние вертикальных перемещений опор – характерного явления для надземных трубопроводов, работающих в условиях вечной мерзлоты - на напряженно-деформированное состояние газопровода при изменении температуры.
В заключительной части главы приведен пример расчета напряженно-деформированного состояния при нормативном температурном диапазоне и действии снеговой нагрузки для надземного трубопровода, работающего в климатических условиях Таймыра.
В четвертой главе приводятся решения задач о реакции надземного трубопровода на изменение температуры окружающей среды в адекватной динамической постановке. Данная постановка задач позволяет показать, что в реальности из-за наличия сил трения в опорах (или сил другой природы, препятствующих свободному перемещению трубопровода по опорам) при медленном изменении температуры трубопровода квазистатические состояния трубопровода сопровождаются динамическими возмущениями – внезапно возникающими и достаточно быстро затухающими колебаниями.
Вначале рассматриваются простейшие модели о реакции на изменение температуры однопролетной балки (трубопровода) длиной L с одним заделанным концом, а с другой стороны опирающейся на опору с трением. С учетом как продольных, так и изгибных деформаций. Для первой модели получено аналитическое и численное решение. Методом разложения по формам собственных колебаний балки получены формулы для продольных перемещений и напряжений. Эта же задача решается с помощью математического моделирования. Сравнение результатов моделирования с аналитическим решением показывает, что численный метод полностью отражает как сложную форму колебательного процесса, так и характер его изменения во времени; погрешность численного моделирования незначительна (рис. 6).
Рис. 6. Результаты аналитического решения (слева) и моделирования (справа)
Затем выполняется адекватное полномасштабное моделирование динамического поведения типового участка реального трубопровода. Рассматривается укладка трубопровода на опоры, нагружение рабочим давлением и далее – изменение температуры трубопровода до момента появления колебаний и перехода к новому состоянию квазистатического равновесия. На рис. 7 приведены результаты моделирования, иллюстрирующие возникновение колебаний трубопровода в процессе медленного изменения его температуры.
Рис. 7. Продольные напряжения в точках 1, 9, 25 поперечного сечения 11 (см. рис. 2) трубопровода
Напряжения в трубопроводе в местах опирания при динамическом возмущении почти сразу затухают, а в пролетах наблюдается гораздо более длительный колебательный процесс. Наибольшие размахи напряжений (в рассмотренных в работе моделях) реализуются над опорами в конце прямолинейных участков перед компенсатором (25 МПа), в начале компенсатора (32 МПа) и в пролете перед «кривой» вставкой вершины компенсатора (27 МПа).
Основные выводы и результаты работы
1. Разработаны математические модели и программные модули для изучения напряженно-деформированного состояния реальных магистральных газопроводов надземной прокладки в статической и динамической постановках. Данные математические модели и программные модули позволяют адекватно учесть конструктивное и материальное исполнение трубопроводной системы, техническое состояние опорно-ригельных устройств, условия взаимодействия и работы контактных пар, действующие эксплуатационные нагрузки и природно-климатические воздействия, историю их изменения.
2. Выполнены параметрические исследования влияния трения в опорах, эксплуатационных нагрузок и природно-климатических воздействий на напряженно-деформированное состояние типового участка надземного магистрального газопровода, работающего в условиях Крайнего Севера.
3. Проведено полномасштабное моделирование поведения типового участка надземного трубопровода в статической постановке, которое показало, что трение в опорах существенным образом влияет на напряженно-деформированное состояние трубопровода.
4. Показано, что перемещения опор, обусловленные геокриологическими факторами, существенно влияют на напряженно-деформированное состояние трубопровода в течение года; при этом наибольшие продольные напряжения реализуются в самое холодное время года.
5. Выполнен нормативный расчет напряженно-деформированного состояния типового участка надземного газопровода, работающего на Таймыре. Показано, что в природно-климатических условиях Таймыра снеговая нагрузка не оказывает существенного влияния на его работу.
6. На основе реализованных решений для проектного положения надземного газопровода и при непроектном положении (при дополнительном кинематическом перемещении одной из опор) показано, что при постепенном изменении температуры трубопровода наличие трения и/или сил сцепления в опорах вызывает динамические возмущения его квазистатических состояний. Динамические возмущения, вызванные наличием трения в опорах, возникают при изменениях температуры трубопровода от нескольких до десятков градусов и сопровождаются кратковременными колебаниями всего трубопровода с размахом продольных напряжений от нескольких до 30 – 35 МПа.
7. Динамические возмущения оказывают заметное влияние на напряженно-деформированное состояние трубопровода, и их надо учитывать для адекватной оценки прочности и работоспособности трубопроводных систем при проектировании и экспертизе промышленной безопасности, для объяснения наблюдаемых при эксплуатации явлений, в том числе и аварийных отказов.
Публикации по теме диссертации
1. , , Чирков возмущения надземных трубопроводов/ Вестник МЭИ, № 6, 2008, с.139-145.
2. Декларация промышленной безопасности систем межпромысловых и магистральных газопроводов Северо-Соленинское – Южно-Соленинское – Мессояха – Норильск с компрессорной и газораспределительными станциями открытого акционерного общества «Норильскгазпром». Норильск: , «ДИАТЭКС», 20С. (, , и др.).
3. Положение по организации и проведению технического диагностирования надземных магистральных трубопроводов . Норильск: , «ДИАТЭКС», 2002. – 56 С. (, , . и др.)
4. , , Стенина имитационные модели динамических процессов в трубопроводных системах, обусловленных силами «сухого» трения в опорах. Сб. трудов VI конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GMBH, 2006, с. 68-72.
5. Стенина возмущения надземных трубопроводов. Труды XXII Международной конференции. Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов. Санкт-Петербург, 24-27 сентября 2007, том 2, с.329-336.
6. РД 26.260.16 – 2002. Экспертное техническое диагностирование сосудов и аппаратов, работающих под давлением на объектах добычи и переработки газа, газового конденсата и нефти в северных районах Российской Федерации и подземных газохранилищ.
