Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов




Скачать 103.99 Kb.
НазваниеЮкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов
Дата конвертации16.06.2013
Размер103.99 Kb.
ТипДокументы
А.Ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2012

У.С.СУЛЕЙМЕНОВ

доктор технических наук, и.о. профессора

ЮКГУ им. М.Ауезова
А.А.ДЖУМАБАЕВ

доктор технических наук

ЕНУ им. Л.Н.Гумилева
Х.А.АБШЕНОВ

кандидат технических наук,

старший преподаватель ЮКГУ им. М.Ауезова
Т.Т.СЕРІКБАЕВ

кандидат технических наук,

старший преподаватель ЮКГУ им. М.Ауезова
Н.Ж.ЖАНАБАЙ

кандидат технических наук
ЛОКАЛИЗАЦИЯ И ОСТАНОВКА ПРОТЯЖЕННЫХ РАЗРУШЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ ПРОВОЛОЧНОЙ ОБМОТКОЙ
Жұмыста сым ораманың құбыр қабырғасының кернеулену-деформациялану күйіне және жарықшаның таралу траекториясына әсер ету механизмі мен жұмыс ерекшеліктері зерттелген.
This article deals with some localization and stop of extended destructions of main gas pipelines with wire winding.
Ежегодный рост добычи газа, увеличение его удельного веса в топливно-энергетическом балансе страны и в экспортных поставках на международные рынки предопределили высокие темпы строительства сети магистральных газопроводов.

Существующие тенденции по увеличению производительности и мощности строящихся газопроводов ведут к повышению рабочего давления газа, увеличению диаметра и толщины стенки труб, а также к использованию сталей с высокими прочностными свойствами при изготовлении труб. Отмеченные факторы создают условия, повышающие вероятность возникновения разрушений газопроводов в виде довольно протяженных быстроразвивающихся трещин.

В условиях, когда по объективным причинам полностью исключить разрушения газопроводов невозможно, большое значение приобретают исследования, направленные на предупреждение распространения разрушения или управление их протяженностью.

В связи с этим актуальными является исследования, направленные на разработку конструктивных способов предотвращения протяженных быстроразвиваемых разрушений газопроводов.

Целью настоящей работы является исследование возможности и механизма локализации протяженных разрушений газопроводов предварительно напрягаемой проволочной обмоткой.

В настоящее время существуют два принципиальных подхода к решению проблемы предотвращения протяженных быстроразвивающихся лавинных

А.Ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2012
Сулейменов У.С., Джумабаев А.А., Абшенов Х.А., Серікбаев Т.Т., Жанабай Н.Ж. Локализация и...

разрушений газопроводов [1]: 1) исключение энергетических условий поддержания процесса стационарного движения трещины по трубопроводу, путем выбора рабочих и технологических параметров газопровода (вязкость металла труб, глубины и характер засыпки грунта и т.д.); 2) использование конструктивных элементов, предназначенных для локализации и остановки возникшего разрушения.

В настоящей работе в качестве конструктивного способа локализации протяженных разрушении газопроводов предложено применение проволочной обмотки [2]. Особенность конструкции газопроводов с проволочной обмоткой заключается в том, что нить проволоки навивается на корпус трубопровода в кольцевом направлении равномерно или с переменным шагом вдоль корпуса, а также с некоторым углом к оси трубопровода и предварительным натяжением. В результате натяжения нити обмотки изменяется поле напряжений под витком в стенке трубы и создается барьерный слой распространению трещины. Очевидно то, что на эффективность работы такой конструкции будут влиять конструктивные параметры обмотки: усилие натяжения, шаг и угол навивки нити.

Важным достоинством предлагаемого конструктивного способа, наряду с ее эффективностью, является возможность осуществления проволочной обмотки на действующих газопроводах без остановки технологического процесса, а также возможность подбора оптимальных конструктивных параметров обмотки в зависимости от рабочих параметров газопровода и условий эксплуатации.

Для анализа особенности потери несущей способности, возможности локализации и остановки быстроразвивающейся трещины в корпусе трубопровода проволочной обмоткой были проведены испытания моделей обычного трубопровода (модели А1 и А2) и трубопровода с предварительно напряженной проволочной обмоткой с шагом навивки равным 3d, (d – диаметр проволоки) при усилиях обжатия равном 0,75Scr (модель Б1) и 0,25 Scr (модель Б2), где Scr – расчетное критическое усилие натяжения нити при которой достигается потеря устойчивости корпуса модели.

Модели представляют собой фрагмент линейной части трубопровода, состоящие из трех пролетов. Диаметр оболочек принят равным 245 мм., длина 4000 мм. Материалом оболочки принята сталь Ст8, а проволоки Ст15. Давление в модели создавалось нагнетанием воздуха компрессором.

Для снижения фактической разрушающей нагрузки на трубопровод его стенки были ослаблены продольными надрезами на глубину, равную половине толщины стенки. Надрезы были произведены в средних пролетах.

Основные данные для сопоставления результатов испытаний моделей обычного трубопровода и трубопровода с проволочной обмоткой приведены в таблице 1.
А.Ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2012
Сулейменов У.С., Джумабаев А.А., Абшенов Х.А., Серікбаев Т.Т., Жанабай Н.Ж. Локализация и...

Таблица 1. Результаты испытаний моделей обычного трубопровода и трубопровода с проволочной обмоткой

Основные показатели

Модель

А1

А2

Б1

Б2

Шаг намотки проволоки

-

-

3d

3d

Фактическое предварительное напряжение в стенке оболочки, МПа

-

-

0,58

1,06

Усилие натяжения нити обмотки, в долях от Scr

-

-

0,75Scr

0,25Scr

Расчетное давление, при котором напряжение в оболочке достигает предела текучести, МПа

1,25

1,25

1,42

1,62

Расчетное разрушающее давление, МПа

1,10

1,10

1,58

1,78

Максимальное давление, достигнутое при испытании, МПа

1,05

0,95

1,51

1,70

Длина образовавшихся продольных трещин в стенке модели, мм

172

141

46

28

Ширина образовавшихся продольных трещин в стенке модели, мм

14,0

12,0

8,0

6,0


В модели А1 при достижении внутреннего избыточного давления 1,05 МПа произошел резкий хлопок, и в продольном шве трубы образовалась трещина следующих размеров: длина – 172 мм; ширина – 14 мм. Отметим, что в моделях обычного трубопровода имело место значительное по длине раскрытие трещины.

В модели трубопровода с проволочной обмоткой увеличилось значение разрушающего давления, уменьшились длина и ширина раскрытия трещины разрушения, а по концам трещины в зоне нити проволочной обмотки образовался характерный загиб стенки разрыва в кольцевом направлении длиной 3мм.

Такой характер разрушения объясняется тем, что в момент разрушения скорость раскрытия трещин выше, но проволочная обмотка из-за большого усилия обжатия препятствует дальнейшему развитию трещины, вследствие чего изменяется направление распространения трещины, длина которой ограничена шагом навивки проволоки, а разрушение носит локальный характер.

Экспериментальными исследованиями моделей трубопроводов, проведенных в лаборатории механических испытаний ЮКГУ им. М. Ауезова [3] установлено, что возникновение разрушения в газопроводе происходит под действием кольцевых напряжений обусловленных внутренним давлением в трубе. Переход от стадии возникновения разрушения к стадии его распространения в значительной степени определяется интенсивностью роста продольных напряжений, которая, в свою очередь, зависит от интенсивности увеличения кромок разрушенной трубы, т.е. от скорости разрушения. Основной движущей силой разрушения, является воздействие энергии выходящего газа на кромки трещины трубы позади фронта разрушения. При этом суммарное усилие от распределенной нагрузки от всей площади кромок разрушения передается в вершину трещины, при котором образуется значительная зона пластической деформации.

Рассмотрим механизм влияния проволочной обмотки на напряженное состояние вершины распространяющейся трещины разрушения. Предположим, что проволочная обмотка влияет на исходное распределение напряжений в

А.Ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2012
Сулейменов У.С., Джумабаев А.А., Абшенов Х.А., Серікбаев Т.Т., Жанабай Н.Ж. Локализация и...

вершине трещины, в соответствии с рисунком 1 [4].


Рисунок 1. Распределение напряжений в вершине развивающейся трещины
Для оценки влияния на напряженное состояние зоны распространения трещины в стенке трубопровода напрягаемой проволочной обмотки выделим прямоугольный макроэлемент стенки трубы с нитью проволочной обмотки с сечениями, параллельными и перпендикулярными направлению нити обмотки, в соответствии с рисунком 2.



Рисунок 2 - Распределение напряжений в элементе стенки трубопровода с проволочной обмоткой, нагруженной внутренним давлением
Средние нормальные и касательные  напряжения на гранях вырезанного элемента, при пренебрежении влиянием изменения толщины в месте намотки нити, будут определяться по выражениям:

 

где – главные напряжения в стенке трубопровода, от внутреннего избыточного давления;  - угол навивки нити обмотки.

Из условий совместности деформации растяжения усилие сдвига в

А.Ясауи университетінің хабаршысы, №2, 2012
Сулейменов У.С., Джумабаев А.А., Абшенов Х.А., Серікбаев Т.Т., Жанабай Н.Ж. Локализация и...

направлении, параллельном нити обмотки, так же как и усилие в перпендикулярном направлении, одинаковы в области обжатия стенки нитью обмотки. Следовательно, для элемента стенки в области нити обмотки, выделенного плоскостями сечений, параллельными соответствующим плоскостям макроэлемента, напряжения на его гранях находим из следующих соотношений:

и из условия  согласно которому где  - отношение приведенной толщин стенки с обмоткой к исходной толщине стенки трубопровода, коэффициент Пуассона.

Из проведенного анализа напряженного состояния стенки трубы с проволочной обмоткой, нагруженного внутренним давлением, можно заключить, что натянутая нить проволочной обмотки существенно изменяет напряженное состояние зоны вершины быстроразвивающейся трещины и способствует изменению направления главных напряжений.

Отмечаем, что концентрация напряжений в стенке трубы под натянутой нитью проволочной обмотки имеет обратный знак по сравнению с напряжениями, возникающими в вершине толщины. Напрягаемая обмотка, увеличивая долю продольных напряжений по отношению к кольцевым напряжениям, способствует изменению напряженного состояния в вершине трещины, а следовательно, к локализации и остановке быстроразвивающейся трещины. Вместе с тем, обмотка, стесняя корпус трубопровода, препятствует раскрытию бортов трещины, уменьшая инерционную составляющую скорости разрушения.

Результаты настоящего исследования наглядно показывают влияние проволочной обмотки на траекторию развития трещины разрушения, и обосновывает возможность и эффективность применения данного конструктивного способа для локализации и остановки «лавинного», протяженного разрушения магистральных газопроводов.
ЛИТЕРАТУРА


  1. Сулейменов У.С., Молдагалиев А.Б., Жанабай Н.Ж., Укибаев М.К. Перспективы применения предварительного напряжения в металлических конструкциях нефтеперерабатывающей промышленности. // Наука и образование Южного Казахстана. – 2005. №3(43). - 51-53 с.

  2. Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Джумабаев А.А., Дутбаев Ж.Т., Тулешов М.О. Способ локализации остановки протяженного разрушения магистральных газопроводов. Решение о выдаче инновационного патента РК №2008/0865.1 от 14.01.2009 г.

  3. Айнабеков А.И., Джумабаев А.А., Дутбаев Ж.Т. Результаты экспериментальных исследований разрушений модели газопроводов с проволочной обмоткой // Наука и образование Южного Казахстана. –2008, №5-6 (71). – 6-10 с.

  4. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. – М.: Наука, 1974. – 312 с.

Похожие:

Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconМ., спб.: Изд-во «Петербургский ин-т печати», 2001. 372 с. 1000 экз
Рецензенты: Л. А. Конопелько, доктор технических наук, профессор В. А. Спаев, доктор технических наук, профессор
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconСтроительные материалы вариатропно-каркасной структуры
Рецензенты: академик раасн, доктор технических наук, профессор У. Х. Магдеев, член-корр раасн, доктор технических наук, профессор...
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconВ 1933 году м. Горьким выпуск ю (669) москва «молодая гвардия»
Союза писателей ссср, доктор технических наук профессор В. П. Карцев, доктор химических наук Ю. Г. Чирков
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconТребования, предъявляемые к оформлению статей в «Вестник ену им. Л. Н. Гумилева». Серия «Международные отношения»
Требования, предъявляемые к оформлению статей в «Вестник ену им. Л. Н. Гумилева»
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconСписок сотрудников ену им. Л. Н. Гумилева, премированных в 2011 году за публикацию статьи в рейтинговых международных журналах с высоким импакт-фактором
Список сотрудников ену им. Л. Н. Гумилева, премированных в 2011 году за публикацию статьи
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconУчебное пособие по выполнению контрольных заданий для студентов факультета Механической Технологии Древесины
Кафедра безопасности жизнедеятельности спбглту, кандидат технических наук доцент С. В. Ефремов, доктор технических наук профессор...
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconДревний и средневековый Испиджаб 07. 00. 06 Археология
Работа выполнена на кафедре Археологии, этнологии и музейного дела юкгу им. М. О. Ауезова и в отделе урбанизации и номадизма Института...
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconПрограмма астана 13 мая, ену имени Л. Н. Гумилева Главный корпус 00 10. 00

Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов icon«слово о полку игореве» в свете подлинного историзма
Рецензенты: доктор филологических наук, профессор, академик ан рт закиев М. З., доктор исторических наук, профессор, член-корреспондент...
Юкгу им. М. Ауезова А. А. Джумабаев доктор технических наук ену им. Л. Н. Гумилева Х. А. Абшенов iconМашхур-жусип копеев библиографический справочник
...
Разместите кнопку на своём сайте:
kk.convdocs.org



База данных защищена авторским правом ©kk.convdocs.org 2012-2017
обратиться к администрации
kk.convdocs.org
Главная страница