Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ технологических процессов на заключительном этапе строительства линейно-протяженных объектов топливно- энергетических комплексов 9
1.1. Организационно-технологическое проектирование строительных процессов с использованием передвижных наполнительных и опрессовочных агрегатов 9
1.2. Современные передвиж ые мобильные комплексы для производства строительных работ в сложных природно- климатических условиях 20
1.3. Методология и основные принципы исследования организации и технологии строительных работ на заключительных этапах строительства линейно-протяженных объектов 24
1.4. Выводы по главе 1 30
Глава 2. Прогнозирование параметров организационно- технологических процессов строительного производства в сложных природно-климатических условиях 34
2.1. Структурирование организационно-технологического строительного процесса на заключительном этапе сооружения линейно-протяженного объекта 34
2.2. Разработка методики расчета организационно-технологических параметров производства с учетом ресурсного обеспечения специализированных строительных подразделений 37
2.3. Методы эффективного использования передвижных мобильных комплексов при реализации строительных операций в условиях отрицательных температур 52
2.4. Выводы по главе 2 62
Глава 3. Исследование технологических параметров использования передвижных мобильных установок для производства строительных работ на линейно-протяженных объектах 66
3.1. Математическое моделирование строительного процесса на заключительном этапе сооружения линейно-протяженного
объекта с использованием компрессорных установок 66
3.2. Методика расчета технологических параметров работы компрессорных установок при реализации строительного производства в сложных природно-климатических условиях 80
3.3. Разработка технологических решений организации строительного производства при отрицательных температурах с использованием наполнительных агрегатов 88
3.4. Выводы по главе 3 92
Глава 4. Структура и реализация организационно-технологического проектирования заключительных этапов строительства линейно- протяженных объектов в среде САПР 95
4.1. Исследование технологических параметров использования специальных конструктивных устройств для производства строительных работ на линейно-протяженных объектах 95
4.2. Анализ технологических параметров передвижных компрессорных установок для проведения работ завершающегоэтапа строительства линейно-протяженных объектов 107
4.3. Автоматизацияорганизационно-технологического проектирования производства работ на заключительных этапах строительства линейно-протяженных объектов 117
4.3. Выводы по главе 4 124
Общие выводы 129
Литература 132
Приложение. Справки о внедрении выполненных исследований 143
- Современные передвиж ые мобильные комплексы для производства строительных работ в сложных природно- климатических условиях
- Разработка методики расчета организационно-технологических параметров производства с учетом ресурсного обеспечения специализированных строительных подразделений
- Методика расчета технологических параметров работы компрессорных установок при реализации строительного производства в сложных природно-климатических условиях
- Анализ технологических параметров передвижных компрессорных установок для проведения работ завершающегоэтапа строительства линейно-протяженных объектов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современное строительное производство значительно повышает требования к эффективности организационных и технологических процессов на всех этапах сооружения объектов, в том числе с использованием мобильных специализированных бригад при производстве строительно-монтажных работ.
Постоянное усложнение техники и технологии строительного производства, а также связанное с ним усложнение процесса организации строительства, делают выбор эффективного решения чрезвычайно трудным. Выход из этого положения при решении многих задач организации и технологии строительного производства состоит в применении математических методов и вычислительной техники. Внедрение современных информационно-вычислительных технологий при сооружении объектов обуславливает разработку методов оценки организационных и технологических показателей на всех этапах строительства. Анализ практических данных по строительству объектов показал, что наиболее ответственным является заключительный этап их строительства и ввод в эксплуатацию. Это актуализирует необходимость разработки соответствующих математических моделей и методов анализа подготовки и принятия организационных и технологических решений при производстве строительно-монтажных работ на объектах с использованием мобильных специализированных бригад с соответствующим комплексом ресурсного обеспечения.
Процесс сооружения объекта зависит от многих факторов, действия которых проявляются при организации и технологии строительного производства. К этим факторам следует отнести: технологичность проектных решений (малооперационность технологии; снижение уровня тяжелых работ, выполняемых вручную; индустриальность решений); обеспечение комплексной
документации в сроки, позволяющие разработать и решить все вопросы инженерной подготовки строительства (проект производства работ, размещение заказов и заявок и т.д.); высокая заводская готовность конструкций, деталей, изделий, сокращающая объемы работ, выполняемых на площадке; ритмичная и комплектная поставка всех необходимых ресурсов; интенсивное использование современных высокопроизводительных машин и оборудования; непрерывное повышение квалификации рабочих и инженерных кадров; рациональное совмещение профессий; всестороннее использование организационных и технических средств научной организации труда. Разработка методов анализа организационных и технологических показателей строительного производства с учетом указанных факторов позволит повысить организационно-технологическую надежность сооружения объектов в заданные сроки с использованием определенного количества ресурсов.
Актуальность выполненных исследований связана с реализацией задач по совершенствованию методов организации и технологии производства строительно-монтажных работ на заключительных этапах сооружения объектов с использованием мобильных специализированных бригад. Разработанные методики и алгоритмы, а также пакеты прикладных программ для информационно-вычислительного обеспечения строительного производства, позволяют эффективно управлять строительными процессами.
Цель диссертационной работы - совершенствование организации и технологии строительного производства на основе разработки методов расчета и анализа организационно-технологических показателей выполнения строительно-монтажных работ мобильными специализированными бригадами с использованием современных высокопроизводительных машин и оборудования.
Задачи исследования:
- анализ методов организации и технологии выполнения строительных процессов с использованием мобильных специализированных бригад для
производства различных видов строительно-монтажных работ на сооружаемых объектах;
разработка методических основ количественного анализа организационных и технологических показателей производства строительно-монтажных работ с учетом ресурсного обеспечения мобильных специализированных бригад;
исследование технологических показателей использования высокопроизводительных машин и оборудования для производства строительно-монтажных работ на сооружаемых объектах;
- разработка математических моделей, алгоритмов и пакетов прикладных
программ для информационно-вычислительного обеспечения строительного
производства современными средствами анализа организационных и
технологических показателей производства строительно-монтажных работ;
- подготовка практических рекомендаций по применению результатов
исследований при строительстве объектов мобильными специализированными
бригадами.
Объект исследования: организация и технология производства строительно-монтажных работ мобильными специализированными бригадами.
Предмет исследования: процесс анализа показателей производства строительно-монтажных работ при сооружении объектов мобильными специализированными бригадами.
Методологические и теоретические основы исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства, вероятностно-статистического анализа, информационно-вычислительных технологий, обобщении исследований в области технологии и организации строительного производства.
Научно-техническая гипотеза предполагает существенное повышение эффективности организации и технологии производства строительных работ на
основе использования в процессе сооружения объектов мобильных специализированных бригад, а также современных информационно-вычислительных технологий для обоснования организационных и технологических показателей реализации строительного производства с применением современных высокопроизводительных машин и оборудования. Научная новизна результатов исследования:
- разработаны методы количественного анализа показателей производства
строительно-монтажных работ с учетом ресурсного обеспечения мобильных
специализированных бригад;
разработаны методы расчета технологических показателей использования высокопроизводительных машин и оборудования для производства строительно-монтажных работ на объектах, сооружаемых при отрицательных температурах окружающей среды;
- предложены математические модели и разработаны пакеты прикладных
программ для информационно-расчетного обеспечения строительного
производства современными средствами анализа организационных и
технологических показателей производства строительно-монтажных работ при
сооружении объектов.
На защиту выносятся:
- методы анализа показателей производства строительно-монтажных работ
с учетом ресурсного обеспечения мобильных специализированных бригад
высокопроизводительными машинами и оборудованием;
информационно-вычислительные технологии количественного анализа организационных и технологических показателей производства строительно-монтажных работ мобильными специализированными бригадами;
структура информационно-вычислительной технологии и алгоритмы расчета организационных и технологических показателей производства
строительно-монтажных работ на заключительном этапе сооружения объектов, реализованные в виде пакетов прикладных программ.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования.
Совокупность полученных результатов дает методику оценки организационных и технологических показателей выполнения строительно-монтажных работ с использованием мобильных специализированных бригад, а разработанные информационно-вычислительные технологии позволяют анализировать параметры технологических процессов производства строительно-монтажных работ на заключительном этапе сооружения объектов с учетом использования современных высокопроизводительных машин и оборудования. В процессе работы было выполнено опытно-промышленное внедрение результатов исследования при анализе показателей производства строительно-монтажных работ мобильными специализированными бригадами на строительных объектах производственного предприятия ООО "Управление проектных работ и застройки". Результаты работы использовались в лекционных курсах "Искусственный интеллект" и "Экологический мониторинг" Университета методологии знания (УМЗ), входят в используемые опубликованные методические разработки и указания по этим курсам. Материалы диссертации могут оказаться полезными при формировании учебного и реального программного обеспечения в указанной области.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: секции "Строительство" Российской инженерной академии (2000-2003 гг.); Московском городском семинаре "Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации" (2001-2002 гг.); научных семинарах секции "Организация строительства и автоматизированного проектирования" ЗАО ЦНИИОМТП и других учебных и практических проектных организаций отрасли строительства РФ.
Современные передвиж ые мобильные комплексы для производства строительных работ в сложных природно- климатических условиях
Такая постановка задачи обеспечивает в получаемых решениях максимальную синхронизацию работ и дает возможность осуществлять организационно-технологический процесс КПИ в основной период строительства объекта.
Известно, что в общем случае участки трубопроводов, где технологический процесс КПИ может не совпадать с границами работы строительно-монтажных подразделений, определяются конструктивными особенностями сооружаемого объекта, расстановкой линейной арматуры, узлов подключения насосных и компрессорных станций, рельефом местности, наличием на трассе источников воды, мест подачи и направления перекачки продукта. Поэтому организация технологического процесса КПИ требует выделения границ отдельных захваток для осуществления процесса КПИ (aj), установление места ввода (bj) и вывода испытательной среды (Ск), (рис.2.2), указание необходимого количества передвижных мобильных установок (наполнительных и опрессовочных агрегатов, компрессоров).
Оптимизация организационно-технологических параметров процесса КПИ линейно-протяженного объекта проводится по критерию минимума использованных для его реализации ресурсов или по минимуму затрат в условиях ограничения по зонам Z; и точкам а;, bj, Ck. Задача оптимизации где Rn - принятая на n-ом шаге организационно-технологическая схема реализации процесса; \/п - функция, определяющая принимаемую схему и зависящую от аІ5 bj, ck - количества и типов ресурсов на і-ом участке, а также от Zj, t" - места и времени выполнения процесса определяемого в имитационной модели исследуемого процесса.
Решение подобной задачи можно осуществить численными методами направленного перебора вариантов. На первой итерации процесса оптимизации формируется дерево вариантов организационно-технологических схем, которое может строится автоматизированным способом путем перебора сочетаний, с учетом возможностей реализуемой технологии КПИ. Например, при размещении передвижных мобильных агрегатов в точке закачки испытательной среды bj можно осуществлять процесс на первом левом участке, далее на втором левом участке или на объединенном из первого и второго участке. Аналогично с участками, расположенными правее от указанной точки. Далее, в точке bj возможна вариация типов и числа передвижных мобильных агрегатов, повышающих производительность работ, т.е. на каждой итерации осуществляется многошаговый процесс оптимизации. Общая рекуррентная формула многошагового процесса оптимизации имеет вид где n - номер итерации, определяемый возможной точкой врезки в трубопровод для подачи испытательной среды. После проведения многошагового процесса, в котором кроме неоптимальных решений отбрасываются нарушающие ограничения и запрещенные технологией производства КПИ линейно-протяженного объекта, устанавливаются схемы выполнения процесса КПИ. На второй итерации рассматривается другая исходная точка врезки (источника испытательной среды) и так далее. Из всей совокупности полученных решений выбирается схема с минимальным значением целевой функции. Используют также машины, конструкция которых позволяет производить как наполнение, так и опрессовку - наполнительно-опрессовочные агрегаты. Группу машин для пневматического испытания воздухом составляют передвижные или самоходные компрессорные станции, технические характеристики которых приведены в табл. 1.4. Любая используемая компрессорная станция представляет собой установку, состоящую из воздушного компрессора, приводного двигателя внутреннего сгорания и вспомогательного оборудования, смонтированных на раме или прицепной тележке [39,46,72]. В настоящее время очистку полости производят: продувкой газом или воздухом с очистными устройствами (ОУ)[7] типа ОП, промывкой водой с поршнями-разделителями типа ОПР-М, протягиванием очистного устройства. Трубопроводы диаметром 57-Я59 мм продуваются без ОУ потоком природного газа или воздуха (далее по тексту вместо "природного газа или воздуха" будет использоваться "газа"). Применяемая организация и технология строительного производства на заключительных этапах сооружения линейно-протяженных объектов регламентируются нормативными документами [48,82,83]. Интенсификация строительного производства в области капитального ремонта линейно-протяженных объектов [14] выявили определенные недоработки в области очистки внутренней полости трубопроводов. Например, из-за несовершенства конструкции очистных устройств при пневматической очистке требуется трехкратная продувка, что в свою очередь вызывает дополнительные ресурсные затраты и увеличение срока строительства объекта [74,75]. Коэффициент вязкости воздуха в диапазоне давлений от 0,1 МПа до 5 МПа при температуре То = 273 К может меняться в диапазоне (1,720-Н,815)-10 5 кг/(м-с). Крайнее значение числа Re при изменении скорости от 1 м/с до 20 м/с, плотности, соответствующей указанному диапазону давлений от 1,2 кг/м3 до 50 кг/м3 и диаметра трубопровода от 0,3 м до 1,4 м составляет соответственно 2-107-i-8-107, что свидетельствует о том, что течение воздуха на всех режимах находится в области турбулентных потоков. Следовательно для определения коэффициента гидравлического сопротивления необходимо пользоваться выражением (3.27). С учетом этого выражение (3.25) в дифференциальной форме примет следующий вид В правой части выражения (3.28) плотность и скорость зависят от состояния газовой среды, т.е. температуры и давления, а следовательно от координаты х вдоль трубопровода. Для выражения этих величин через давление проведем некоторые преобразования. Исходя из уравнения неразрывности для трубопроводов с постоянным сечением можно записать где рвых - плотность воздуха на днище поршня; UBbIX - его скорость в конце расчетного участка. Для интегрирования выражения (3.33) исследуем граничные условия (рис. 3.3). Нижний предел интегрирования ограничен параметрами рВых(х=0), рвых(х=0) и ивых(х=0) (начало расчетного участка). Текущее значение х (промежуточное расположение поршня) имеет парметры рх, рх и Ux. Верхний предел ограничен значением pBblx(x=LK0II), pBbix(x=LK0II) и UBblx(x=LK0„) (длина расчетного участка и имеет параметры рвх, рвх и UBX).
Разработка методики расчета организационно-технологических параметров производства с учетом ресурсного обеспечения специализированных строительных подразделений
Оптимизация организационно-технологических параметров исследуемого процесса состоит в определении рациональных границ захваток и временных интервалов осуществления технологических процессов КПИ и ввода объекта в эксплуатацию, расстановки на трассе передвижных мобильных агрегатов для закачки испытательной среды с приведением расчетных графиков их загрузки.
Анализ возможных вариантов реализации организационно-технологических схем процесса КПИ [57] позволяет сделать вывод о том, что найденные решения носят локальный характер, а многогранность проблемы и ее значимость для теории и практики строительного производства при сооружении линейно-протяженных объектов требуют дальнейшего развития. Особенно, это касается организационно-технологического проектирования процессов КПИ в сложных природно-климатических условиях.
Технологический процесс КПИ линейно-протяженного объекта организуется в некоторых пространственно-временных зонах Zj, которые характеризуются ходом выполнения строительно-монтажными подразделениями основных работ по сооружению собственно объекта на разных захватках и директивным сроком сдачи объекта в эксплуатацию. Такая постановка задачи обеспечивает в получаемых решениях максимальную синхронизацию работ и дает возможность осуществлять организационно-технологический процесс КПИ в основной период строительства объекта.
Известно, что в общем случае участки трубопроводов, где технологический процесс КПИ может не совпадать с границами работы строительно-монтажных подразделений, определяются конструктивными особенностями сооружаемого объекта, расстановкой линейной арматуры, узлов подключения насосных и компрессорных станций, рельефом местности, наличием на трассе источников воды, мест подачи и направления перекачки продукта. Поэтому организация технологического процесса КПИ требует выделения границ отдельных захваток для осуществления процесса КПИ (aj), установление места ввода (bj) и вывода испытательной среды (Ск), (рис.2.2), указание необходимого количества передвижных мобильных установок (наполнительных и опрессовочных агрегатов, компрессоров).
Оптимизация организационно-технологических параметров процесса КПИ линейно-протяженного объекта проводится по критерию минимума использованных для его реализации ресурсов или по минимуму затрат в условиях ограничения по зонам Z; и точкам а;, bj, Ck. Задача оптимизации где Rn - принятая на n-ом шаге организационно-технологическая схема реализации процесса; \/п - функция, определяющая принимаемую схему и зависящую от аІ5 bj, ck - количества и типов ресурсов на і-ом участке, а также от Zj, t" - места и времени выполнения процесса определяемого в имитационной модели исследуемого процесса.
Решение подобной задачи можно осуществить численными методами направленного перебора вариантов. На первой итерации процесса оптимизации формируется дерево вариантов организационно-технологических схем, которое может строится автоматизированным способом путем перебора сочетаний, с учетом возможностей реализуемой технологии КПИ.
Например, при размещении передвижных мобильных агрегатов в точке закачки испытательной среды bj можно осуществлять процесс на первом левом участке, далее на втором левом участке или на объединенном из первого и второго участке. Аналогично с участками, расположенными правее от указанной точки. Далее, в точке bj возможна вариация типов и числа передвижных мобильных агрегатов, повышающих производительность работ, т.е. на каждой итерации осуществляется многошаговый процесс оптимизации.
Общая рекуррентная формула многошагового процесса оптимизации имеет вид где n - номер итерации, определяемый возможной точкой врезки в трубопровод для подачи испытательной среды.
После проведения многошагового процесса, в котором кроме неоптимальных решений отбрасываются нарушающие ограничения и запрещенные технологией производства КПИ линейно-протяженного объекта, устанавливаются схемы выполнения процесса КПИ. На второй итерации рассматривается другая исходная точка врезки (источника испытательной среды) и так далее. Из всей совокупности полученных решений выбирается схема с минимальным значением целевой функции.
При численной реализации данного метода на ПЭВМ надо иметь в виду, что при генерации различных сочетаний захваток необходимо отвергнуть как заведомо неэффективные те варианты, для которых предусмотрено повторное выполнение процесса на одних и тех же захватках. Процедура формирования дерева вариантов должна сопровождаться расчетом пространственно-временных переменных организационно-технологического процесса КПИ и заканчиваться при выходе их из зон Z;. Изменение ресурсных составов (числа и типов передвижных мобильных агрегатов) должно проводиться по модульному принципу, что позволяет просто осуществить циклические процедуры алгоритма оптимизации.
При проведении расчетов должны фиксироваться координаты мест расстановки групп агрегатов и продолжительность их работы. Изложенная концептуальная модель позволяет решать в общем виде поставленную задачу. Однако, в частных случаях ее решение можно существенно упростить. Так, например, при гидравлическом методе технологического процесса КПИ с учетом наличия большого количества источников воды, т.е. при снятии ограничений на точки врезок, реализацию алгоритма можно преобразовать в стандартный симплекс-метод решения задачи линейного программирования с хорошим программным обеспечением. Для этого введем следующие
Методика расчета технологических параметров работы компрессорных установок при реализации строительного производства в сложных природно-климатических условиях
При очистке полости и испытании трубопроводов, удалении из них воды используют комплекс машин, устройств и оборудования, специально разработанных для этих целей. Вместе с тем в состав комплекса входят машины и оборудование общестроительного назначения, применяющиеся при сооружении линейной части трубопроводов, а также машины, приборы и оборудование, используемые при эксплуатации трубопроводов и промыслов.
Весь комплекс применяющихся машин, устройств и оборудования может быть разделен на следующие группы: машины для закачки в трубопровод воды; машины для закачки в трубопровод воздуха; устройства для очистки полости трубопроводов, освобождения их от воздуха и воды; оборудование для определения в трубопроводе местоположения очистных и разделительных устройств; средства для обнаружения мест утечек; техника для аварийно-ремонтных работ; оборудование и средства транспорта, связи и диспетчеризации; вспомогательное оборудование (монтажные узлы, патрубки, ловушки, узлы приема-пуска очистных устройств и т.п.).
В эту группу машин для гидравлического и комбинированного испытания входят наполнительные, опрессовочные и наполнительно-опрессовочные агрегаты, технические характеристики которых приведены в табл. 1.2 -табл. 1.3.
Использование на вспомогательных агрегатах центробежного насоса вызвано тем, что заполнение трубопровода водой, совмещенное с промывкой, необходимо проводить при больших подачах, что обеспечивает сокращение всего процесса испытания.
Опрессовочные агрегаты применяют для создания в трубопроводе испытательного давления после того, как он уже заполнен водой и в нем создано небольшое давление с помощью наполнительных агрегатов.
Применение на опрессовочных агрегатах поршневых (плунжерных) насосов вызвано тем, что подача этих насосов невелика, а давление - высокое.
Наполнительно-опрессовочные агрегаты сочетают возможность заполнения трубопровода водой и повышение давления в нем. Эти небольшие по мощности агрегаты используют для испытания объектов, имеющих незначительный объем полости (переходы, узлы подключения и т.п.). Для сокращения продолжительности заполнения водой переходов большой протяженности нередко используют и гидромониторы или другие насосные установки.
Для промывки и гидравлического испытания применяют машины, обеспечивающие заполнение трубопровода водой - наполнительные агрегаты и повышение давления в нем (опрессовку) - опрессовочные агрегаты. Используют также машины, конструкция которых позволяет производить как наполнение, так и опрессовку - наполнительно-опрессовочные агрегаты.
Группу машин для пневматического испытания воздухом составляют передвижные или самоходные компрессорные станции, технические характеристики которых приведены в табл. 1.4. Любая используемая компрессорная станция представляет собой установку, состоящую из воздушного компрессора, приводного двигателя внутреннего сгорания и вспомогательного оборудования, смонтированных на раме или прицепной тележке [39,46,72].
В настоящее время очистку полости производят: продувкой газом или воздухом с очистными устройствами (ОУ)[7] типа ОП, промывкой водой с поршнями-разделителями типа ОПР-М, протягиванием очистного устройства. Трубопроводы диаметром 57-Я59 мм продуваются без ОУ потоком природного газа или воздуха (далее по тексту вместо "природного газа или воздуха" будет использоваться "газа"). Применяемая организация и технология строительного производства на заключительных этапах сооружения линейно-протяженных объектов регламентируются нормативными документами [48,82,83].
Интенсификация строительного производства в области капитального ремонта линейно-протяженных объектов [14] выявили определенные недоработки в области очистки внутренней полости трубопроводов. Например, из-за несовершенства конструкции очистных устройств при пневматической очистке требуется трехкратная продувка, что в свою очередь вызывает дополнительные ресурсные затраты и увеличение срока строительства объекта [74,75].
При промывке трубопровода применение поршней-разделителей типа ОПР-М реализует только процесс вытеснения воздуха из полости трубопровода, что обусловлено низкой скоростью их перемещения, а поверхностный слой окалины, мелкие фракции скальных пород, случайные предметы, шлак остаются в трубопроводе. Таким образом качество очистки полости остается неудовлетворительным.
В работах [91,57] предложена технология очистки полости протягиванием очистных устройств в процессе сварочно-монтажных работ. В этом случае очистное устройство идет за центратором, однако недостатком этого способа является низкая скорость движения ОУ, что, во-первых, противоречит существующим требованиям [14], а, во-вторых, может применяться только на участках трубопроводов весьма ограниченной протяженности. В случае предварительного протягивания очистного устройства перед центровкой звена труб достигается очистка их только от крупных комьев земли и посторонних предметов.
Таким образом, указанный способ не позволяет сократить кратность пропуска очистных устройств, выделить этап очистки полости из завершающего периода в основной, и тем самым сократить время строительства объекта.
Очистку полости промывкой выполняют на трубопроводах, которые испытывают гидравлическим методом. При этом в ряде случаев очистку выполняют совместно с вытеснением воды после окончания испытания, по согласованию с эксплуатирующей организацией, особенно в случае производства работ при отрицательных температурах окружающей среды [44,45,55].
В разработанных нормативных документах [11] этот период работ недостаточно регламентирован. Например, заданную скорость движения разделителя 0,28-f0,41 м/с практически невозможно выдержать на трубопроводе диаметром 1420 мм с перепадами высот более 150 метров из-за отсутствия высокопроизводительных насосных агрегатов. Кроме того возникают дополнительные трудности, связанные с разрывом водяного потока при движении разделителя с перевальной точки вниз, что, в свою очередь, приводит к образованию воздушных пробок, усложняющих процесс вытеснения воды после гидравлических испытаний.
Известны разработки технологии удаления воды из трубопровода после испытания и предложены зависимости для определения начального давления газа в ресивере и необходимого количества компрессоров для вытеснения воды. При этом представлены различные варианты расчетов для вытеснения через полное сечение трубопровода и через сливной патрубок [5]. Методические подходы совершенствуются путем учета начального давления, необходимого для страгивания ОУ, давления для преодоления перевальной точки и давления в ресивере, необходимого для перемещения ОУ до конца объекта [32,73].
Анализ технологических параметров передвижных компрессорных установок для проведения работ завершающегоэтапа строительства линейно-протяженных объектов
Исследование параметров работы нагнетателей является частью разработки математической модели движения очистного устройства в трубопроводе и осуществляется в два этапа: определение потерь вдоль трубопровода от начала движения поршня до конца захватки в изотермическом режиме; определение необходимых параметров воздуха на выходе из компрессорных установок при условии, что снижение температуры воздуха до окружающей происходит на участке выход из нагнетателя - вход в захватку.
Для труб постоянного диаметра исходя из уравнения баланса энергии потерю напора (hr) можно представить в следующем общем виде где рвх - давление на входе в расчетный участок трубопровода; рвых - давление на выходе из расчетного участка; Az = (zBX - zBbIX) - разность уровней выходного и входного и выходного участков соответственно; р - плотность газа; g -ускорение свободного падения.
Поскольку влияние столба жидкости (газа) было учтено при определении необходимого давления на поршень, то выражение (3.20) может быть выражено в следующем виде
С другой стороны, для элементарного участка трубопровода потеря напора dhr на этом участке определяется выражением где Л, - коэффициент гидравлического сопротивления; U - скорость движения газа.
Для расчетного участка трубопровода имеем где LK0J, - длина расчетного участка трубопровода.
С учетом выражения (3.21) потери давления за счет трения в трубопроводе можно определить из выражения
В общем случае коэффициент гидравлического сопротивления зависит от многих факторов и, в наибольшей степени, от отношения скорости к скорости звука М и числа Рейнольдса Re.
Скорость движения поршня (воздуха) в трубопроводе не превышает 20 м/с, а скорость звука в диапазоне рабочих температур (-50 С-И-50 С или То = 223 323 К) определяемая выражением a = (k-R) = 20,1-То составляет соответственно 300-ь360 м/с. Следовательно число М для всего рабочего диапазона температур и скоростей движения воздуха (поршня) не превысит значений 0,055 -0,067. Следовательно влияние чисел Маха на коэффициент гидравлического сопротивления практически полностью исключается и его значение будет определяться числом Рейнольдса. Число Рейнольдса определяется из следующего выражения где u, - коэффициент вязкости воздуха.
Величина коэффициента вязкости зависит от температуры воздуха, однако при нашем допущении Т = Т0 = const ее величина будет постоянной. В зависимости от величины числа Re коэффициент гидравлического сопротивления при изотермическом течении для гидравлически гладких труб определяется для ламинарного и турбулентного течения газа соответствующими выражениями
Ламинарное течение ограничено областью Re 2300, турбулентное Re 3000, а область 2300 Re 3000 является переходной.
Для определения характеристик течения газа в трубопроводах при движении очистного поршня вернемся к выражению (3.24). Для всех возможных давлений в трубопроводе, обеспечивающих как очистку, так и вытеснение воды давление воздуха может достичь не более 5 МПа. Коэффициент вязкости воздуха в диапазоне давлений от 0,1 МПа до 5 МПа при температуре То = 273 К может меняться в диапазоне (1,720-Н,815)-10 5 кг/(м-с).
Крайнее значение числа Re при изменении скорости от 1 м/с до 20 м/с, плотности, соответствующей указанному диапазону давлений от 1,2 кг/м3 до 50 кг/м3 и диаметра трубопровода от 0,3 м до 1,4 м составляет соответственно 2-107-i-8-107, что свидетельствует о том, что течение воздуха на всех режимах находится в области турбулентных потоков. Следовательно для определения коэффициента гидравлического сопротивления необходимо пользоваться выражением (3.27). С учетом этого выражение (3.25) в дифференциальной форме примет следующий вид
В правой части выражения (3.28) плотность и скорость зависят от состояния газовой среды, т.е. температуры и давления, а следовательно от координаты х вдоль трубопровода. Для выражения этих величин через давление проведем некоторые преобразования. Исходя из уравнения неразрывности для трубопроводов с постоянным сечением можно записать где рвых - плотность воздуха на днище поршня; UBbIX - его скорость в конце расчетного участка.
Для интегрирования выражения (3.33) исследуем граничные условия (рис. 3.3). Нижний предел интегрирования ограничен параметрами рВых(х=0), рвых(х=0) и ивых(х=0) (начало расчетного участка). Текущее значение х (промежуточное расположение поршня) имеет парметры рх, рх и Ux. Верхний предел ограничен значением pBblx(x=LK0II), pBbix(x=LK0II) и UBblx(x=LK0„) (длина расчетного участка и имеет параметры рвх, рвх и UBX).
В соответствии с принятым допущением (изотермическим течением воздуха) в любой точке расчетного участка трубопровода R = const, То = const и u, = const. Интегрируя выражение (3.33) получим следующее выражение зависимости для определения необходимого давления с учетом гидравлических потерь соответственно для текущего и начального сечения трубопровода
Выражения (3.34)-(3.35) дают математическую связь между определенными ранее (3.19) параметрами течения в конце расчетного участка с параметрами в текущем сечении на начальном участке трубопровода.
При описании сложных процессов газовой динамики, происходящих в системе компрессорная установка - трубопровод - очистное устройство было принято, что воздух после компрессорной установки имеет параметры рк , рк и Тк и переходит в состояние рвх, рвх и Твх условно перед подачей в трубопровод. то равенство П = 0 может быть лишь при условии dv = 0. Следовательно, процесс перехода воздуха из состояния с индексом "к" в состояние с индексом "0" является изохорическим, при котором рх = рвх, а давление и температура меняются. Зависимость между температурой и давлением при изохорическом
