Содержание к диссертации
Стр.
Введение 4
Глава 1 Обзор литературы по теме диссертации 7
1.1 Динамический расчет магистральных трубопроводов
по стержневой теории 7
Свободные колебания цилиндрических оболочек 11
Параметрические колебания и динамическая устойчивость трубопроводов с потоком жидкости с
позиции теории оболочек 14
1.4 Оценка современного состояния динамического
расчета трубопроводов и задачи, поставленные в
диссертации 16
Глава 2 Уравнения движения цилиндрической оболочки
для определения собственных частот колебаний
трубопроводов 21
Основные положения и допущения геометрически нелинейного варианта полубезмоментной теории цилиндрических оболочек 21
Уравнения движения геометрически нелинейной
теории оболочек 28
2.3 Собственные колебания магистрального газопровода
при подводной прокладке 30
Глава 3 Собственные колебания магистральных
нефтепроводов с учетом скорости потока нефти при
подводной прокладке 39
3.1 Определение гидродинамического давления потока
нефти на стенку трубы 39
3.2 Решение задачи о собственных колебаниях
трубопровода с учетом скорости потока нефти и
внешнего давления 52
3.3 Оценка влияния потока нефти на частоты
собственных колебаний трубопроводов 56
Глава 4 Параметрические колебания и динамическая
устойчивость трубопроводов при подводной прокладк 61
Общее решение задачи о параметрических колебаниях трубопроводов 61
Исследование динамической устойчивости газопроводов при подводной прокладке 67
Исследование динамической устойчивости подводных нефтепроводов с учетом потока нефти 74
Общие выводы и рекомендации
Список литературы
Введение к работе
Развитие нефтяной и газовой промышленности, растущая потребность транспортировки нефти и газа на большие расстояния способствует расширению сети магистральных трубопроводов. Надежность в эксплуатации, экономичность, высокая эффективность и простота в управлении - все это создает преимущество трубопроводного транспорта перед другими видами транспортировки. При этом устойчивая тенденция увеличения диаметров труб газо- и нефтепроводов до 1000 мм и более оправданы технической целесообразностью и экономической эффективностью.
Современный тонкостенный трубопровод большого диаметра с рабочим внутренним давлением более 10 МПа представляет собой не обычный стержень или балку, а тонкую цилиндрическую оболочку с деформируемым контуром поперечного сечения. Поэтому для расчета такого трубопровода следует применять не традиционную стержневую теорию, которую рекомендует СНиП 2.04.12-86 [59] и СНиП 2.05.06-85* [60], а теорию тонких оболочек с учетом взаимодействия конструкции с внутренней и внешней средой.
Все это в значительной степени относится к подводным магистральным трубопроводам большого диаметра, которые все чаще применяются в практике прокладки газо- и нефтепроводов. Так, если подводный трубопровод, проложенный по дну Средиземного моря между Тунисом и островом Сицилия, состоит из трех ниток диаметром 508 мм каждая, то газопровод канадской компании Полар Газ в Арктике имеет диаметр труб 914 мм с рабочим давлением 10 МПа. И это увеличение диаметров подводных трубопроводов продолжается. Так, газопровод, проложенный по дну Персидского залива, состоит из 48-
дюймовых труб (1219,2 мм). Проект Североевропейского газопровода из России в страны Западной Европы протяженностью по дну Балтийского моря 1200 км также предусматривает применение тонкостенных 48-дюймовых труб. Все это говорит о том, что решение проблем расчета трубопроводов при подводной прокладке является актуальной задачей. Особенно это касается проблем динамического расчета, связанного с влиянием нестационарных потоков нефти или газа в трубопроводе, а также с большим внешним гидростатическим давлением, зависящим от глубины подводной прокладки. Так, например, трубы газопроводы "Южный поток" протяженностью 900 км по дну Черного моря на глубине 2000 м будут подвергаться внешнему давлению не менее 200 атм (20 МПа).
При эксплуатации подводного трубопровода, загруженного внешним давлением и содержащего пульсирующие потоки нефти или газа, пульсация которых вызвана периодической работой поршневых или центробежных нагнетательных насосов, 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. Этот резонанс значительно опаснее обычного резонанса, при котором имеет место простое совпадение собственных частот колебаний конструкции с частотой возмущения. При параметрическом резонансе опасные зоны занимают целые области соотношений параметров конструкции и частот возмущения, называемые областями динамической неустойчивости конструкции. В условиях параметрического резонанса конструкция подвергается опасному циклическому воздействию, которое может привести к усталостному разрушению. 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.
В диссертации поставлена задача определения на основании теории оболочек частот и форм собственных колебаний подводных трубопроводов большого диаметра с нестационарным потоком нефти или газа, построению областей динамической неустойчивости для этих трубопроводов и разработке методики оценки их устойчивости.
Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедр "Строительная механика" и "Строительные конструкции" Тюменского государственного архитектурно-строительного университета, научному руководителю - доценту Соколову Владимиру Григорьевичу за заботу и постоянное внимание к работе над диссертацией.
