Оценка ресурса прочности трубопроводных систем, подверженных вынужденным колебаниям на резонансной частоте

• Автор: Панкратьев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 107 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМАХ.

1.1 Природа вибрации трубопроводных систем

1.2 Опсазы в трубопроводных системах и возможное влияние вибрации на возн к ювсиие дефектов.

1.3 Суммирование повреждений при сложном многочастотном нагружении. Гигаусталость

1.4 Способы генерирования и наложения вибрации на объекты

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Характеристики объектов исследования.

2.2 Измерение вибраций исследованных трубопроводов.

2.2.1 Технические средства вибродиагностики

2.2.2 Спектроанализаторы, требования к ним.
2.2.3 Впброизмерительная аппаратура. Назначение, особенности конструкции и
характеристики.
2.2.4 Машина разрывная ИР 0.
2.2.5 Программнотехнический комплекс для испытания металлов ИР 0, ИР 0, ИР 0
2.2.6 Выбор материала исследуемых образцов.
2.3 Выбор образцов.
3. УСТАЛОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ С НАЛОЖЕНИЕМ ВЫ 1УЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ
3.1 Выбор схемы и характера нагружения.
3.2 Эксперименты но схеме трехточечного изгиба.
3.3 Определение погрешности прямых измерений.
3.4 Расчет амплитуды высокочастотных колебаний.
4. ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ ФОРМЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ПРИ
ВОЗДЕЙС ТВИИ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ.
5. ОЦЕНКА РЕСУРСА ПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ,
ОБВЯЗЫВАЮЩЕЙ НАСОСНОКОМПРЕССОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
5.1 Алгоритм оценки ресурса прочности трубопроводной системы с учетом степени влияния вынужденных колебаний.
5.2 Определение характеристик собственных колебаний резонансными испытаниями
5.3 Определение частотных характеристик системы методом удара
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В трубопроводах при действии основных источников вибраций, обычно встречающихся в технологических установках [], возникают динамические нагрузки, основным источником которых являются вынужденные колебания, создаваемые вибрацией компрессоров и насосов [, ]. При равномерном вращении ротора циркулярного насоса, имеющего некоторый дисбаланс, на трубопровод будет действовать периодическая нагрузка, вызванная центробежными силами неуравновешенных масс ротора [, ]. Величина центробежной силы постоянна и равна тсо2е, но направление этой силы и соответственно ее проекции, а также ее момент непрерывно меняются во времени. P=mco2-e-cos cot (1. Н; е - эксцентриситет t - время, сск. Эта сила периодически нагружает трубопровод вдоль оси, вызывая продольные колебания. P=4n-or-e-sm cot (1. Она вызывает изгибные колебания трубопровода. Р=т-(е-е-зт(еГ/2) (1. Вибрации трубопровода, вызываемые такой силой, можно описать при помощи общего интеграла уравнения вынужденных колебаний. Рассмотренные способы возбуждения колебаний трубопроводов обусловлены непосредственной связью вращающихся роторов машин с трубопроводом. Возбуждение колебаний трубопроводов происходит из-за вибрации его связей, соединяющих трубопровод с корпусом машины или другими колеблющимися конструкциями. Источником вибрации трубопроводов в технологических установках также является пульсирующий поток транспортируемой по трубопроводу жидкости или газа [, ]. При работе компрессоров и насосов в трубопроводах часто возникают значительные колебания давления. Возникновению колебаний давления в трубопроводах с пульсирующим потоком способствует наличие крутых поворотов технологических трубопроводов и разветвлений. Особенно опасными являются условия акустического резонанса, когда частота следования импульсов давления от источника возмущений такова, что на каком-либо участке трубопровода укладывается целое число четвертей длин волн давления. Пульсации и колебания давления жидкости (газа) в трубопроводах, вызывая вибрации последних, оказывают непосредственное влияние на прочность трубопроводов, их опор и связанного с ними технологического оборудования. Возникновение колебаний давления в жидкости (газе) обусловлено, как показывают исследования, акустическими явлениями [4]. При распространении возмущений в жидкости возникают продольные и поперечные волны. Скорость распространения волн зависит от упругих свойств транспортируемого вещества и его плотности. Обычно предполагают, что колебания в акустической среде происходят адиабатически, т. Х=Ср/Су — отношение удельных теплоемкостей. Скорость звука в среде определяется ее сжимаемостью. С увеличением температуры сжимаемость падает и скорость звука увеличивается. Р). Образования стоячих воли колебания давления в перекачиваемой среде могут быть причиной чрезвычайно высоких давлений в трубопроводах. Трубопроводы при образовании стоячих волн подвергаются значительным динамическим нагрузкам, вызывающим вибрации. Гидродинамическая нестабильность жидкости проявляется в колебаниях давления, скорости потока и пульсациях расхода [, ]. В общем случае для анштиза гидродинамическую нестабильность потока можно представить как результат сложения двух колебаний: акустических колебаний, для существования которых важное значение имеет сжимаемость перекачиваемой среды, и неакустических колебаний — флуктуации количества движения, для которых сжимаемость существенной роли не играет. Эти два различных вида колебаний могут возбуждаться различными механизмами. Источником колебаний перекачиваемой жидкости так же являются плунжерные насосы. Работа таких насосов в различных системах установок, если не приняты меры по снижению колебаний, сопровождается вибрацией трубопроводов напорных и всасывающих линий. Причиной вибрации здесь является неравномерность подачи плунжерных насосов, которая зависит от объема и числа цилиндров. Рз, (1. Р — площадь поршня, з —ход поршня. Для снижения неравномерности подачи на трубопроводах устанавливают специальные гасители — воздушные колпаки с резиновыми мембранами, разделяющими воздух и перекачиваемую жидкость.