75 лет Геннадию Андреевичу Кулябину (стр. 27 )

Рис. 3. Принципиальная схема устройства для создания циклических нагрузок

Как отмечалось ранее, на напряжения, возникающие в теле тройника, в значительной степени влияют величины продольно-поперечных перемещений основного трубопровода (магистрали) и ответвления, которые возникают вследствие изменения рабочего давления и перепада температуры перекачиваемого продукта. В результате жесткого защемления магистрали и отвода на месте их контакта возникают значительные внутренние механические усилия, которые неблагоприятно сказываются на надежности и безопасности участка и в дальнейшем могут привести к его разрушению (рис. 4). Особое внимание этой проблеме необходимо уделять при проектировании и строительстве трубопроводов на многолетнемерзлых и скальных грунтах, а также во время запуска трубопровода в зимнее время после длительного простоя.

Рис. 4. Тройник ТСН, защемленный в грунте

Для исследования напряженно-деформированного состояния тройников в результате продольно-поперечных перемещений основной трубы и отвода планируется создать стенд (рис. 5).

Рис. 5. Схема стенда для испытаний на циклические нагрузки, связанные с линейными перемещениями элементов тройника, в результате температурных перепадов:

1 – тройник ТСН; 2 – устройство «Затвор»; 3 – устройство для создания циклических

нагрузок; 4 – накладка; 5 – защемленные участки

Особенность стенда для испытаний в том, что жестко защемляется основная труба (магистраль), в то время как отвод остается свободным. Все манипуляции над патрубком осуществляются при помощи устройств для создания циклических нагрузок, принцип работы которых, как и ранее, основан на кривошипно-шатунном механизме. В качестве накладки для боковых устройств возможно использовать полутруб (желоб) с внутренним диаметром, чуть большим внешнего диаметра отвода, между полутрубом и отводом предусматривается подкладка из мягкой ткани. Через штуцер конструкция заполняется водой. При помощи насоса внутреннее давление в тройнике поднимается до расчетного значения.

Принимая во внимание относительность перемещений элементов тройника, возможно воссоздать перемещения основной трубы и отвода, переменно или совместно (см. рис. 5) включая в работу верхнее и боковые устройства нагружения.

Список литературы

1.  СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования. - М.: Госстрой России, 2000. - 71 с.

2.  ВСН 1-84. Тройники и тройниковые соединения из стальных труб на Pу 5,5 и 7,5 МПа. - М.: Мингазпром, 1984. - 156 с.

Сведения об авторах

Султанмагомедов Султанмагомед Магомедтагирович, д. т.н., профессор, кафедра «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ», Уфимский государственный нефтяной технический университет

Янышев Радик Сахеевич, гл. инженер ССП «ЦСТС» Уфимский государственный нефтяной технический университет

Хасанов Рустям Рафикович, ассистент, кафедра «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ», Уфимский государственный нефтяной технический университет, , [e-mail]

Sultanmagomedov S. M., PhD, professor, Department of construction and repair of oil-and-gas pipelines and storage facilities.

Yanyshev R. S., chief engineer of the Independent Structural Subdivision «Pipeline Systems Service Center», Ufa State Petroleum Engineering University

Khasanov R. R., assistant of Department of construction and repair of oil-and-gas pipelines and storage facilities, Ufa State Petroleum Engineering University, phone: [phone], *****@***ru

_____________________________________________________________________________________

УДК 532.5

ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЧАСТОТЫ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА

ёв

(Тюменский государственный архитектурно-строительного университет)

Ключевые слова: оболочка, тороидальные координаты, трубопровод,

свободные колебания, динамический расчет

Key words: shell, toroidal coordinates, pipeline, free oscillations, dynamic analysis

Одной из важных задач динамического расчёта трубопровода с потоком жидкости является задача исследования частот и форм собственных колебаний криволинейных участков, то есть различных отводов, компенсаторов и надземных переходов магистральных трубопроводов. Решение этой задачи с помощью теории стержней получено в ряде работ, например, [1] и [2].

Криволинейные участки современных трубопроводов большого диаметра представляют участки тороидальных оболочек. Частоты и формы собственных колебаний таких участков с малой продольной кривизной, содержащих поток жидкости, исследованы в цилиндрических координатах с использованием функции Бесселя [3]. Более достоверные результаты без ограничения продольной кривизны позволяет получить решение этой задачи в тороидальных координатах с использованием функции Лежандра [4].

В материалах статьи на основании [4] исследуются частоты и формы собственных колебаний U-образных криволинейных участков стальных трубопроводов большого диаметра со стационарным потоком жидкости.

Для такого объекта, представленного в виде отрезка тороидальной оболочки, в тороидальных координатах …( – полярный угол в сечении трубы) получено [4] разрешающее уравнение движения в перемещениях:

(1)

где – радиус кривизны оси тороидальной оболочки; –радиус средней линии сечения; – толщина оболочки; и – модуль упругости и коэффициент Пуассона материала оболочки; – компоненты перемещения оболочки, отнесенные к радиусу ; – угол поворота касательной к поперечному сечению; .

Компоненты инерции имеют вид

(2)

где – плотность материала оболочки; – гидродинамическое давление потока жидкости внутри трубопровода.

, (3)

где скорость потока жидкости ; и – функция Лежандра первого рода и её производная;– плотность протекающей в оболочке жидкости; – гидростатическое давление жидкости внутри трубопровода; – комбинация функций Лежандра.

Представим радиальную составляющую перемещения , возникающего при изгибных колебаниях оболочки в плоскости её оси, в виде, удовлетворяющем граничным условиям шарнирного опирания концов оболочки при и , а также условиям цикличности по координате

, (4)

где – функция времени, описывающая гармонические колебания оболочки; – волновые числа в окружном и продольном направлениях.

Используем соотношения полубезмоментной теории оболочек между компонентами перемещений и углом поворота записанные в тороидальных координатах: