Распространение акустического сигнала в морских магистральных трубопроводах

• Автор: Сенников, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.08.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 127 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Обзор по состоянию вопроса
2. Осесимметричные нормальные волны в цилиндрическом волноводе
2.1. Нормальные волны в цилиндрическом волноводе с идеальными границами
2.2. Расчет дисперсионных соотношений для цилиндрического волновода с идеальными границами
2.3. Нормальные волны в цилиндрическом волноводе с внутренней нагрузкой
2.4. Расчет дисперсионных соотношений для цилиндрического волновода с внутренней нагрузкой
2.5. Нормальные волны в цилиндрическом волноводе с внутренней и внешней импедансными границами
2.6. Расчет дисперсионных соотношений для цилиндрического волновода с внутренней и внешней импедансными границами
2.7. Выводы
3. Акустический сигнал в цилиндрическом волноводе, возбуждаемый линейным источником
3.1. Постановка задачи и выводы формул для акустического сигнала, возбуждаемого линейным источником в
цилиндрическом волноводе
3.2. Расчет характеристик сигнала
3.3. Рекомендации по использованию полученных результатов
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Введение
Актуальность проблемы
В настоящее время развита система трубопроводов, по которым передаются на большие расстояния нефтепродукты, питьевая вода, сточные воды и другие жидкости. Значительную часть нефти и газа дают морские месторождения, поэтому безопасная добыча и транспортировка ископаемых с шельфа - важная экономическая и экологическая задача. Порывы таких трубопроводов ведут к колоссальным потерям сырья, загрязнению питьевой воды и окружающей среды, экологическим катастрофам. Поэтому совершенствование методов и средств контроля герметичности трубопроводов, поиск новых, более эффективных, особенно связанных с ранней диагностикой состояния трубопроводов, является актуальной задачей. В последнее время существенно видоизменились системы контроля и улучшились их тактико-технические характеристики, во многом благодаря цифровой технике и компьютерным технологиям, которые позволили значительно усовершенствовать методы обработки сигналов, представления информации и новые способы ее хранения.
В настоящее время существует широкий спектр средств и методов контроля, но многие из них предназначены для контроля изделий при производстве, частично при их монтаже, а это в свою очередь говорит о том, что многие методы контроля по своей специфике не пригодны для контроля протяженных участков трубопроводов при их эксплуатации. До настоящего времени для контроля герметичности протяженных участков трубопроводов нередко применяли разрушающие методы контроля.
Одним из способов непрерывного неразрушающего контроля герметичности потенциально опасных участков линейной части магистральных нефтепроводов является метод акустической эмиссии, который основан на регистрации датчиками, установленными на

поверхности трубопровода, акустического излучения, вызванного утечкой. В существующих в настоящее время системах непрерывного контроля герметичности, способных регистрировать течи с расходом нефти 8-25 л/ч, расстояние между соседними точками контроля не должно превышать 100-150 м, что является одним из недостатков системы при ее монтаже на протяженных участках, особенно проложенных в грунтах и под водой. В этой связи, с целью получения практических рекомендаций по оптимизации акустических средств непрерывного контроля герметичности нефтепроводов, представляет интерес исследование процессов распространения нормальных волн по трубопроводу с жидкостью.
Физическая модель подобных трубопроводов представляет собой упругий волновод типа трубы, заполненной жидкостью, наружная поверхность которой нагружена на внешнее пространство (грунт, морская вода). Поиск новых методов акустического контроля сопряжен с трудностями, возникающими при анализе акустического поля.
Существует немало работ, в которых рассматривались задачи о распространении нормальных волн в цилиндрических оболочках, исследован спектр собственных и дисперсионные свойства нормальных волн. Однако, анализ дисперсионных соотношений произведен в узком диапазоне частот, поэтому не установлены общие закономерности формирования нормальных волн, их поведение в зависимости от параметров упругого волновода и внешней нагрузки. Кроме того, малоисследованными остались вопросы возбуждения и дисперсии нормальных волн в цилиндрических волноводах, позволяющие рекомендовать методы ранней диагностики.
При разработке технических средств и методов ультразвукового контроля целостности трубопроводов, широко применяемых в отраслях народного хозяйства (нефтегазодобывающая промышленность, водоканал и др.), возникает большое количество проблем, связанных с возбуждением, интерференцией нормальных волн их распространением и регистрацией.

пластины, либо с волноводами типа цилиндрической оболочки при вырождении геометрии цилиндра. Некоторые численные значения критических частот представлены в приложении 1, 2, где жирным шрифтом выделены резонансы, образованные поперечными волнами.
Семейство дисперсионных зависимостей для тонкостенного цилиндра (1ц<<2) вырождаются в два подсемейства, одно из которых подобно семейству симметричных нормальных волн в пластине, другое подобно семейству антисимметричных нормальных волн. В точках пересечения этих семейств, т.е. при равных фазовых скоростях симметричной и антисимметричной форм движения, имеет место их трансформация с обменом типа симметрии.
Рассмотрим поведение дисперсионных кривых на основе расчетных данных, представленных на рис. 5-13, где цифрами указаны номера мод. Корни дисперсионного уравнения являются функциями частотного параметра к{а и геометрического параметра к]=И/а.
При условии к{И«2 фазовая и групповая скорости нулевой моды стремятся к пределу:
как показано на рис. 14.
При условии кИ»2 фазовая и групповая скорости нулевой и первой мод стремятся к скорости волны Рэлея:
где Ск - скорость волны Рэлея.
Для бетонной трубы сЛ =2242,10 м/с, для стальной трубы Ся =2985,72 м/с, все остальные дисперсионные кривые стремятся к скорости поперечных волн. Значения скорости волны Рэлея рассчитаны на основе уравнения
Сср, 0 — СГ, 0 — С(р, 1 — СГ
(к?-2к2)2-4к2Ч5 = 0,