Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации




Скачать 16,75 Kb.
НазваниеРазработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации
страница1/6
Дата03.02.2016
Размер16,75 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4   5   6


УДК 514.853:622.643.03(043.3) На правах рукописи


МАРАСУЛОВ АБДУРАХИМ МУСТАФАЕВИЧ


Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации


01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Республика Казахстан

Шымкент, 2010

Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете им. М. Ауезова и Международного Казахско-Турецкого университета им. Х.А. Ясави Министерства науки и образования Республики Казахстан


Научный консультант: доктор технических наук, профессор Айнабеков А.И.


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Немеребаев М.Н

доктор технических наук, профессор

Абдусаттаров А.А.


доктор технических наук, профессор

Мырхалыков Ж.У.


Ведущая организация: Казахстанско-Британский технический

университет


Защита состоится 29 октября 2010г. В 1400 на заседании диссертационного совета Д 14.23.01 при Южно-Казахстанском государственном университете им. М. Ауезова в ауд. 342 главного корпуса по адресу: 160012, г.Шымкент, пр. Тауке хана 5.


С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауезова по адресу: 160012, г.Шымкент, пр. Тауке хана 5, каб.215.


Автореферат разослан « » сентября 2010г.


Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 14.23.01

доктор технических наук, профессор А.А. Волненко

Введение


Общая характеристика работы. Ежегодный рост добычи нефти и газа, увеличение их удельного веса в топливно-энергетическом балансе страны и в экспортных поставках на международные рынки предопределили высокие темпы роста строительства сети магистральных трубопроводов, а увеличение их пропускной способности за счет увеличения диаметров трубопроводов и рабочих скоростей перекачки приводят к высокой их повреждаемости и разрушаемости.

В основу выполненной работы положены результаты проведения комплексных исследований по изучению особенностей работы, напряженно-деформированного состояния и динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом характера протекания потока жидкости по трубопроводу и создание на основе полученных результатов, методов и методик инженерного расчета и проектирования, научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом эксплуатационных условий.

Актуальность темы. Современные тенденции по повышению производительности и мощности строящихся нефтепроводов ведут к повышению диаметра труб. Одновременно с увеличением диаметра труб растут рабочее давление и скорости перекачки транспортируемого продукта. При этом повышаются динамические усилия, возникающие в трубопроводах, связанные в основном с характером протекания транспортируемого продукта, с изменением скорости и направления течения. Отмеченные факторы создают условия, повышающие вероятность возникновения повреждений и разрушений трубопроводов, которые влекут за собой тяжелые последствия: большие потери перекачиваемого продукта, огромный материальный ущерб от остановки трубопровода, дорогостоящий ремонт, загрязнение окружающей среды.

В связи с этим обеспечение надежной и безаварийной работы и эксплуатации линейной части магистральных трубопроводов является основным требованием при проектировании. При этом, ранее применяемые методы динамического расчета, как правило, гарантировали прочность труб малого диаметра и при низких эксплуатационных нагрузках. Увеличение диаметров и толщин стенки трубопроводов, применение материалов с высокими прочностными свойствами, ужесточение режимов перекачки транспортируемого продукта привели к изменению условий статической и динамической работы трубопроводов и увеличению количества разрушений трубопроводов при эксплуатации.

Вместе с этим существующие нормы проектирования магистральных трубопроводов не регламентируют методы и методики проведения расчета на динамическую нагрузку, указывая лишь на необходимость их проведения по известным методам строительной механики с применением ЭВМ.

В виду того, что расчетные модели динамики трубопроводов с учетом характеристик транспортируемого продукта разработаны недостаточно, на сегодня отсутствуют надежные методы расчета, выбора параметров, которые наиболее сильно влияют на динамические характеристики трубопровода и поиска оптимальных их значений.

В условиях, когда по объективным причинам полностью исключить разрушения магистральных газопроводов невозможно, большое значение приобретают исследования, направленные на изучение динамики трубопроводов с учетом изменяющихся параметров транспортируемого продукта, разработку математических моделей колебаний трубопроводов, их анализ и подбор методов решения возникающих динамических задач.

В связи с этим, проведение комплексных исследований направленных на изучение особенностей динамики магистральных трубопроводов с учетом взаимодействия с транспортируемой жидкостью, выработка научных основ оценки динамической прочности, разработка обоснованных инженерных методов и методик расчета трубопроводов является актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной темой, включенной в тематический план НИР ЮКГУ им. М. Ауезова Б-ТН-06-05-06 «Исследование влияния технологических и эксплуатационных условий на прочность оборудования и конструкций и разработка эффективных методов повышения прочности и защиты от коррозии» на 2005-2010 годы.

Целью работы является разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом его взаимодействия с потоком протекающей в нем жидкости и создание на этой основе методологии расчетной оценки прочности.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научные задачи:

- изучение факторов, вызывающих разрушение трубопроводов, анализ существующих математических моделей в задачах динамики трубопроводов, а также нормативных документов по обеспечению прочности и долговечности,;

- математическое моделирование динамических процессов в трубопроводах, взаимодействующих с транспортируемой жидкостью;

- постановка и решение задач собственных колебаний криволинейных и прямолинейных трубопроводов, взаимодействующих с транспортируемой жидкостью;

- экспериментальные исследования работы моделей линейной части трубопроводов на статические нагрузки с целью выявления напряженно-деформированного состояния стенки трубопровода при различных эксплуатационных условиях;

- экспериментальные исследования моделей линейной части трубопроводов при свободных и вынужденных колебаниях с целью выявления влияния эксплуатационных условий на напряженно-деформированное состояние стенки трубопровода, на их динамические поведение и амплитудно-частотные характеристики;

- проведение динамического расчета надземных и подземных трубопроводов на основе интегральных преобразований с учетом взаимодействия с транспортируемой жидкостью;

- разработка научных основ и методологии оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом особенностей динамики, рабочих параметров и характера течения потока транспортируемой жидкости.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

по специальности 01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры:

-развиты математические модели динамических процессов в криволинейных трубопроводах, взаимодействующих с транспортируемой жидкостью, получено дифференциальное уравнение, описывающее закон изменения и сохранения импульса, и поставлены краевые задачи собственных и вынужденных колебаний криволинейного трубопровода;

-исследованы собственные колебания криволинейных участков трубопроводов с потоком жидкости, составлена методика определения частот собственных колебаний и установлены зависимости собственных частот колебаний трубопроводов от скорости протекающей жидкости и геометрических параметров трубопровода;

-поставлена и решена задача о совместных колебаниях цилиндрической оболочки и вязкой жидкости, и разработаны алгоритм и программа для исследования колебаний трубопроводов, контактирующих с транспортируемой жидкостью;

-проведено исследование дисперсионного уравнения и изучено изменение вида дисперсионных кривых с учетом скорости потока жидкости в трубопроводе на упругом основании и выявлены зависимости частот колебаний трубопроводов от скорости потока жидкости в трубопроводе;

-приложением операционного исчисления к задачам динамики трубопроводов с протекающей жидкостью на упругом основании и на упругих опорах, разработана методика расчета трубопроводов на стационарное и нестационарное воздействие;

- произведена экспериментальная оценка влияния эксплуатационных параметров на динамические характеристики трубопровода на упругих опорах и установлены зависимости между уровнем заполнения трубопровода, внутренним давлением и амплитудно-частотными характеристиками трубопровода;

-разработана методология оценки динамической прочности магистрального трубопровода с учетом взаимодействия с транспортируемой жидкостью.

По специальности 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела:

- для трубопроводов, контактирующих с винклеровским основанием и трубопроводов на упругих опорах, получены функции фундаментальной системы Коши, позволяющие определить статическое напряженно-деформированное состояние трубопроводов при помощи метода начальных параметров;

-оценено напряженно-деформированное состояние стенки модели линейной части трубопровода при эксплуатационных статических воздействиях;

-оценено влияние уровня наполнения и внутреннего давления на распределение динамических напряжений в стенке модели трубопровода при вынужденных околорезонансных колебаниях.

Научные положения, выносимые на защиту:

по специальности 01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры:

-математическая модель криволинейного трубопровода, взаимодействующего с транспортируемой жидкостью, основные соотношения и дифференциальное уравнение, описывающее закон изменения и сохранения импульса, полученных на основе принципа возможных перемещений;

-методика определения частот собственных колебаний и зависимости собственных частот колебаний трубопроводов от скорости протекающей жидкости и геометрических параметров трубопровода;

-решение задачи о совместных колебаниях цилиндрической оболочки и вязкой жидкости, алгоритм и программа для исследования колебаний трубопроводов, контактирующих с транспортируемой жидкостью;

-зависимости частот колебаний трубопроводов от скорости потока жидкости в трубопроводе, полученные на основе исследования дисперсионного уравнения и изменения вида дисперсионных кривых, с учетом скорости потока жидкости в трубопроводе;

-методика расчета трубопроводов на винклеровском основании и на упругих опорах на стационарное и нестационарное воздействие, основанного на применении интегральных преобразований с численным обращением;

-зависимости между уровнем заполнения трубопровода, внутренним давлением и амплитудно-частотными характеристиками трубопровода;

-методология оценки динамической прочности магистрального трубопровода с учетом взаимодействия с транспортируемой жидкостью.

По специальности 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела:

-функции фундаментальной системы Коши для определения статического напряженно-деформированного состояния трубопроводов, полученных при помощи метода начальных параметров;

-зависимости напряженно-деформированного состояния стенки трубопровода от уровня наполнения и внутреннего давления в трубопроводе при статических и динамических воздействиях;

-характер распределения динамических напряжений в стенке трубопровода от уровня наполнения и внутреннего давления при их вынужденных околорезонансных колебаниях.

Практическая значимость полученных результатов по специальности 01.02.06 - Динамика, прочность машин приборов и аппаратуры заключается в разработанной новой методологии оценки динамической прочности магистральных трубопроводов, которая достоверно и научно обоснованно позволяет учесть влияние характеристик и режимов потока транспортируемой жидкости на прочность трубопровода и повышает уровень их безопасности.

Разработанная методология оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом эксплуатационных параметров транспортируемой жидкости может быть принята за основу при совершенствовании существующих норм проектирования и создании руководящих документов, регламентирующих расчетную оценку динамической прочности магистральных трубопроводов.

Разработанные методики, алгоритмы, программное обеспечение и результаты решения задач динамики трубопроводов, могут быть использованы в расчетной практике на этапе проектирования в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, а также в вузах при преподавании дисциплин «Газонефтепроводы» и «Проектирование магистральных газонефтепроводов».

Значимость результатов исследования по специальности 01.02.04-Механика деформируемого твердого тела заключается в методике расчета трубопроводов на стационарное и нестационарное воздействия, которая позволяет оценить напряженно-деформированное состояние стенки трубопровода и может быть применена в качестве расчетного метода для выявления действительного напряженного состояния стенки трубопровода.

Предложенные решения и расчетные формулы для оценки напряженно-деформированного состояния стенки трубопровода позволяют более достоверно и научно обоснованно с учетом эксплуатационных условий, статических и динамических нагрузок оценить напряженность стенки трубопровода.

Результаты работы в части исследования напряженно-деформированного состояния трубопроводов могут быть применены в вузах при преподавании ряда технических дисциплин спецкурса.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается:

– использованием фундаментальных законов газовой динамики, механики разрушения, теории упругости и пластичности;

– корректностью, разработанных математических моделей, получением их решений на основе строгих аналитических методов, результатами численных методов расчета и в сравнении конечных результатов с известными в научной литературе данными;

– применением стандартных и апробированных методик испытаний моделей конструкций, смоделированных с использованием классической теории механического подобия, основанных на анализе размерностей физических величин, описывающих исследуемое явление;

–сопоставлением, полученных в результате исследования данных, с известными науке результатами исследований других авторов;

–достаточной степенью апробации результатов работы и их непротиворечивостью с фундаментальными положениями механики разрушения.

Практическая реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в Абайском и Тюлькубаском РГУ ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак» и в ТОО «Юсталькон» с общим экономическим эффектом в сумме 7млн.880 тыс. тенге и применяются при проектировании и эксплуатации магистральных трубопроводов для оценки их динамической прочности с учетом условий их эксплуатации, а также используются в учебном процессе ЮКГУ им. М. Ауезова.

Апробация работы: Основные результаты работы доложены и обсуждались на Международных, Республиканских и региональных научных и научно-практических конференциях: «Наука и образование на современном этапе» (Шымкент, 2005г); «Современные проблемы и перспективы механики» (Ташкент, 2006г); «Моделирование механических систем и процессов» (Караганда, 2007); Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (Алушта, 2008), конференции посвященной 70-летию профессора Т.Б. Байтелиова (Туркестан, 2008г); «Проблемы подготовки специалистов высшего профессианального образования в ХХІ веке: прошлое настояшее и будущее» (Шымкент, 2009г); «Механика и строительство транспортных сооружений» (Алматы, 2010г); «Ержановскик чтения-3» (Актобе, 2010г); За ҮІ международна научна практична конференция «Динамиката на съвременната наука - 2010» (София «Бял ГРАД-БГ» ООД 2010г).

  1   2   3   4   5   6

Похожие:

Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconПовышение эффективности сооружения подводных переходов и эксплуатации магистральных нефтепроводов
Повышение эффективности сооружения подводных переходов магистральных нефтепроводов путем совершенствования технологии их прокладки...
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconРазработка методических основ изучения геомеханического состояния анизотропного (по прочности) массива с системой выработок
Ости массива с системой выработок, включающая модель этого состояния, методы её компьютерной реализации, количественной оценки устойчивости...
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconРазработка методологических основ конструирования насосно-эжекторных установок для условий нефтегазовой промышленности
Разработка методологических основ конструирования насосно-эжекторных установок для условий
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconОао «нпо энергомаш им академика В. П. Глушко», г. Химки
Разработка метода оценки прочности силоизмерительного устройства стенда при испытаниях перспективного жрд с тягой 1000тс
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconРазработка научных основ и способов повышения безопасности зернового сырья в технологии хлебобулочных изделий

Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconАнализ прочности с учетом характера распределения напряжений в конструкциях
В настоящее время широко применяются конструкции, которые сделаны из пластичных материалов. Как известно [1-3], коэффициент запаса...
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconПрограмма «старт» Версия 70
Программа предназначена для расчета прочности и жесткости трубопроводов
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconОборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения алюминиевых сплавов. Правила контроля пнаэ г-7-023-90
Нистерств, ведомств, организаций и предприятий, осуществляющих проектирование, конструирование, изготовление и монтаж металлоконструкций,...
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconПримерная программа дисциплины
Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области механических, теплофизических, электрофизических, оптических...
Разработка научных основ оценки динамической прочности магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации iconРазработка и научное обоснование оптимальных методов и технологических средств вывода из эксплуатации ир
Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница