Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время доля основного оборудования нефте- и газоперекачивающих станций, приближающегося к полной отработке своего ресурса, постоянно растет. Все больше внимания уделяется мероприятиям по поддержанию надежности и эффективности эксплуатируемого оборудования, минимизации влияния различных негативных факторов. Одним из основных негативных факторов, влияющих на эксплуатацию оборудования, является вибрация. По мере выработки ресурса основного перекачивающего оборудования уровень его вибрации постепенно возрастает. Это может происходить как из-за старения отдельных его узлов и деталей, так и вследствие внешних факторов, таких как гидродинамическая нестационарность перекачиваемого потока, пуск и остановка агрегата и т.д. Вибрация негативно влияет как на само перекачивающее оборудование, так и на окружающие объекты.
Для поддержания надежной и эффективной работы нефте- и газоперекачивающих агрегатов требуется разработка средств вибрационной защиты. Задача осложняется тем, что виброизоляторы должны быть рассчитаны на большую нагрузку и иметь достаточно малую частоту собственных колебаний, чтобы эффективно противодействовать различным пределам изменения вращения ротора и широкому спектру вибрации. Разработка простых, надежных и в то же время эффективных виброизоляторов с малой частотой собственных колебаний является актуальной задачей магистрального транспорта энергоресурсов.
В настоящее время все больше трубопроводов прокладываются в зонах с повышенной сейсмической опасностью. Это северо-восток Сахалина, прилегающие к нему участки шельфа, а также некоторые районы пролегания нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан». Кроме того сейсмическая активность может проявляться и в тех регионах, в которых она ранее не наблюдалась, например, в 1994 и 1995 годах в Пермском крае произошли землетрясения магнитудой в 7 баллов.
Согласно действующим нормативным документам, на участках пересечения трассой трубопровода активных тектонических разломов необходимо применять надземную прокладку. Сейсмические воздействия в виде сейсмических волн могут иметь любое направление в пространстве. Для расчета надземного нефтепровода должны рассматриваться сейсмические волны, действующие вдоль оси нефтепровода и по нормали к продольной оси нефтепровода, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Однако опоры, обеспечивающие перемещение трубопровода в вертикальном направлении, еще недостаточно изучены и разработаны. Создание опор линейной части трубопровода, обеспечивающих перемещение трубопровода в пространстве, является актуальной задачей.
Таким образом, разработка средств защиты объектов нефтегазовой отрасли от динамических воздействий является актуальной проблемой, требующей своего решения.
Целью диссертационной работы является разработка теоретических и конструктивных основ создания средств защиты объектов магистральных нефте- и газопроводов от динамических воздействий на основе систем с квазинулевой жесткостью.
В соответствии целью диссертационной работы были поставлены следующие основные задачи:
1) анализ существующих виброзащитных систем и возможности их применения для объектов магистральных нефте- и газопроводов;
2) теоретическое исследование динамики и определение критериев эффективности систем с квазинулевой жесткостью. Разработка методики по выбору основных параметров виброизолятора с квазинулевой жесткостью в зависимости от его назначения;
3) разработка способов защиты объектов магистральных нефте- и газопроводов от динамических воздействий на основе систем с квазинулевой жесткостью;
4) экспериментальное исследование виброизолятора с квазинулевой жесткостью.
Методы решения. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования систем с квазинулевой жесткостью. Решения задач базируются на положениях теоретической механики, теории сопротивления материалов, теории нелинейных колебаний и математического моделирования. Для решения некоторых задач использовался математический пакет и компьютерная программа анализа модели методом конечных элементов. Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью разработанных математических моделей, использованием известных положений фундаментальных наук, совпадением полученных теоретических результатов с данными эксперимента, а также с результатами исследований других авторов.
Научная новизна работы.
1 Установлено, что виброизоляционные системы с квазинулевой жесткостью для нефтегазоперекачивающих агрегатов имеют минимально и максимально допустимые значения жесткости.
2 Установлены зависимости для определения ширины диапазона квазинулевой жесткости и эквивалентной частоты собственных колебаний виброзащитных систем нефтеперекачивающих агрегатов от параметров оборудования и нагрузки.
3 Установлено, что применение компенсаторов жесткости повышает коэффициент эффективности виброзащитных систем с линейной силовой характеристикой в 7,3 раза.
Практическая ценность работы. Разработана "Методика расчета оптимальных параметров виброизоляционной системы с нелинейной характеристикой для нефтегазоперекачивающего оборудования", которая внедрена в ООО НПО "Уфанефтегазпроект" при расчете средств виброизоляции.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО УГНТУ и представлены в учебно-методическом пособии "Расчет системы виброизоляции нефтегазоперекачивающего оборудования" при подготовке бакалавров и магистров направления подготовки 131000 "Нефтегазовое дело".
Разработанные Валеевым А.Р. виброопора и виброизоляционная подвеска с квазинулевой жесткостью внедрены в ООО "Малое инновационное предприятие УГНТУ Виброзащита".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих мероприятиях: 59, 60, 61, 62 и 63-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2008-2012 г.г.), XXIII Международная конференция "Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов" (Санкт-Петербург, 2009 г.), X научно-техническая конференция молодежи ОАО АК Транснефти (1-й тур) (Уфа, 2009 г.), X научно-техническая конференция молодежи ОАО АК Транснефти (3-й тур) (Тюмень, 2010 г.), Международная конференция 7th International Youth Oil&Gas Forum (Алматы, 2010 г.), Всероссийская научно-техническая конференция "Инновационное нефтегазовое оборудования: проблемы и решения" (Уфа, 2010 г.), Международная учебно-научно-практическая конференция "Трубопроводный транспорт – 2010" (Уфа, 2010 г.), Международная конференция "Актуальные проблемы науки и техники" (Уфа, 2010 г.), III Межрегиональный семинар "Рассохинские чтения" (Ухта, 2011 г.), Всероссийская научно-техническая конференция "Современные технологии для ТЭК Западной Сибири" (Тюмень, 2011), Всероссийский конкурс инновационных проектов и идей научной молодежи (финальный этап, Москва, 2011 г.), Всероссийский конкурс инновационных проектов "Кубок Техноваций" (финальный этап, Москва, 2011 г.), Программа "Участник молодежного научно-инновационного конкурса" ("УМНИК") (финал, МФТИ (ГУ), г. Москва, 2011), IV Межрегиональный семинар "Рассохинские чтения" (Ухта, 2012 г.).
Результаты диссертации легли в основу научной работы, удостоенной Государственной республиканской молодежной премии в области науки и техники за 2011 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 41 печатная работа, в том числе 12 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ для публикации диссертаций, получено 4 патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы из 154 наименований и 4 приложений; изложена на 179 страницах машинописного текста и содержит 50 рисунков и 9 таблиц.
Похожие диссертации на Уменьшение динамических воздействий на объекты магистральных нефтегазопроводов
