Диплом. Крутиков А.Е

Техническое задание на дипломный проект

Омский государственный технический университет Кафедра НГД Утверждаю

Зав. кафедрой Шалай В. В. Дата__________________

Задание на выполнение выпускной квалификационной работы дипломированного бакалавра

Студент Крутиков Александр Евгеньевич Тема работы: «Анализ прочности магистральных и технологических

трубопроводов при динамическом нагружении» утверждена приказом по факультету от «__» _________ 2014 г. №__

Срок сдачи студентом законченной работы «__» __________2014г. Содержание пояснительной записки Введение

1Общие сведения о колебаниях

2Поперечные колебания прямых стержней

3Расчетная часть

4Применение программы Bentley AuroPIPE для динамического анализа трубопроводов

Заключение Список использованной литературы

Дата выдачи задания «__» _____________2014 г. Руководитель ст. препод Вансович К.А. ____________

Задание принял к исполнению студент группы ПСб-410

Крутиков А.Е.______________ «___»________ 2014 г.

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы является изучение прочности магистральных и технологических трубопроводов при динамическом нагружении.

Актуальность данной работы заключается в том, что анализ динамической прочоности играет очень важную роль при проектировании трубопроводов,

расположенных вблизи районов с высокими динамическими нагрузками, а

именно, вблизи насосных станций или в зонах высокой сейсмической активности.

В ходе работы была выбрана расчетная модель для определения частот собственных частот колебаний трубопроводов и были произведены расчеты собственных частот прямолинейных участков трубопроводов при различных вариантов их закрепления в соответствии с выбранной теорией.

Также был произведено определение частот собственных колебаний участка трубопровода при помощи программного комплекса Bentley AutoPIPE.

На основе полученных данных был произведен анализ зависимости частоты собственных колебаний трубопровода от его конструктивных параметров.

Данная работа состоит из 4 раздела, которые составляют объем 66 страниц.

При подготовке данной работы было использовано 20 литературных источников.

В работе применено 35 иллюстраций и 1 таблица.

Лист

ВВЕДЕНИЕ

Россия обладает одним из крупнейших в мире потенциалов топливно-

энергетических ресурсов: прогнозные запасы нефти оцениваются в 44 млрд т, газа

— 127 трлн м3.

Эти ресурсы распределены по территории нашей страны крайне неравномерно. Главной сырьевой базой России является Западная Сибирь.

Значительны запасы нефти и газа в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции и Урало-Поволжье. Перспективным районом нефтегазодобычи является Восточная Сибирь.

В то же время основные потребители нефти и газа находятся в европейской части страны. Кроме того, Россия является крупным поставщиком энергоресурсов на мировые рынки. Это предопределяет необходимость транспортировки значительных объемов нефти, нефтепродуктов и газа на большие расстояния.

По сравнению с другими видами транспорта трубопроводы обладают неоспоримыми достоинствами:

- они могут быть проложены в любом направлении и на любое расстояние,

независимо от ландшафта;

-их работа практически не зависит от внешних условий (состояния погоды, времени года и суток);

-они надежнее других видов транспорта энергоресурсов и в наибольшей степени автоматизированы;

-доставка грузов осуществляется практически круглый год, без холостого пробега, характерного для цистерн и судов, при использовании других видов транспорта.

Кроме того, использование трубопроводов позволяет высвободить железнодорожный и водный транспорт для перевозки других грузов.

Поэтому роль трубопроводного транспорта в развитии нашей страны чрезвычайно велика.

Лист

Потребность освоения природных ресурсов в новых районах Дальнего Востока, Восточной Сибири, Камчатки предопределяет большой объем трубопроводного строительства и особенно строительства надземных стальных магистральных трубопроводов. Значительная часть трассы нефтепроводов прокладывается в зонах воздействия опасных природных явлений и процессов,

высокую опасность из которых представляют сейсмические воздействия. В связи с этим актуальной является разработка комплекса методов и мероприятий по обеспечению безопасной и надежной эксплуатации магистральных нефтепроводов на участках со сложными геологическими условиями.

Как показал анализ последствий ряда сильных землетрясений , стальные магистральные трубопроводы не всегда удовлетворительно переносят сейсмические воздействия, получают различного рода повреждения и даже разрушаются.

Известно, что реакция сооружения на сейсмическое воздействие в значительной мере зависит от особенностей конструктивной формы самого сооружения. Изменяя конструктивную форму сооружения в нужном направлении,

можно в определенной степени регулировать реакции сооружения на сейсмическое воздействие и создавать более сейсмостойкую систему.

Одной из наиболее актуальных проблем проектирования трубопроводов является динамический расчет. Как показывает практика при эксплуатации трубопровода, содержащего пульсирующие потоки нефти или газа, возникают параметрические колебания. Опасность этих колебаний заключается в том, что при некоторых определенных соотношениях между собственными частотами колебаний трубопровода и частотами возбуждения происходит неограниченное возрастание амплитуды параметрических колебаний и наступает явление параметрического резонанса. В условиях параметрического резонанса конструкция подвергается опасному циклическому воздействию, которое может привести к усталостному разрушению.

Лист

Поэтому основной задачей динамического расчета конструкции, у которой возникают параметрические колебания, является определение границ областей динамической неустойчивости с тем, чтобы при проектировании принять меры для избежания попадания расчетных параметров конструкции в эти области.

Лист

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛЕБАНИЯХ

1.1 Параметрические колебания

Повышение ресурса трубопроводов в значительной степени связано с устранением вредных колебаний, приводящих к нарушению изоляционных покрытий, коррозионному растрескиванию, усталостному разрушению тела труб.

В неблагоприятных случаях возможно катастрофическое разрушение трубопровода.

Спектр колебаний трубопровода представляет собой сложный комплекс взаимодействия свободных, вынужденных, параметрических, автоколебательных процессов. Спектр собственных частот трубопровода также разнообразен. Он зависит от параметров системы, условий закрепления концов, величин сил сопротивления перемещению, возникающих продольных сил, скорости и объемов движения жидкости, ее пульсации, упругих свойств грунта. Поэтому высока вероятность резонансных явлений при совпадении вынужденных и собственных частот при основном силовом резонансе или возникновения параметрических резонансов.

Остановимся подробнее на параметрических колебаниях. Сходные по внешним проявлениям с вынужденными колебаниями параметрические колебания могут классифицироваться как обычные резонансные. Но между тем,

эти колебания принципиально отличаются от вынужденных. Параметрические колебания поддерживаются за счет изменения параметров системы. При определенных сочетаниях между частотой возмущающей силы и собственными частотами системы малое начальное возмущение приводит к развитию колебаний большой амплитуды. Соотношение частот, при котором наступает параметрический резонанс, отличается от соотношения частот при вынужденных колебаниях.

Обычный резонанс – это возрастающие вынужденные колебания устойчивой системы, возникающие под действием возмущающей силы. Он

Лист

проявляется только тогда, когда частота возмущающей силы равняется частоте собственных колебаний системы.

Параметрический резонанс представляет собой возрастающие колебания около неустойчивого положения равновесия, т.е. параметрический резонанс связан с неустойчивостью равновесного состояния системы, при котором любое случайное возмущение приводит к её раскачке. Так, например, главный параметрический резонанс может быть реализован при амплитуде продольной силы составляющей менее одного процента от эйлерового значения.

Для параметрического резонанса характерно наличие сплошных областей возбуждения (областей динамической неустойчивости).

При обычном резонансе амплитуда колебаний возрастает по линейному, а

при параметрическом – по экспоненциальному закону. В этом случае параметрический резонанс считается более опасным.

Параметрические колебания характеризуются еще одной особенностью.

Если при обычном резонансе введение трения пропорционально скорости приводит к ограничению амплитуды колебаний, то параметрический резонанс может развиваться и при наличии трения. Вне области неустойчивости установившиеся колебания происходят с частотой внешней нагрузки.

Специфика трубопроводов для перекачки нефтепродуктов заключается в их большой протяженности, разнообразных условиях эксплуатации,

значительных величинах диаметров и масс. Прокладка различных участков может быть осуществлена наземным, надземным, подводным и подземным способом. В

последнем случае – с большим демпфированием грунта.

Спектр возмущающих сил может быть механического,

гидродинамического, акустического происхождения, а также быть связанным с изменением температурного поля и сейсмическим воздействием.

Магистральные трубопроводы, надземные части которых проходят через горные, водные, коммуникационные и другие препятствия, изгибаются собственным весом и под действием переменного внутреннего давления могут

Лист