Mutual influence of local resistance and turbulent fluid flow in main pipelines
Authors: Назимов Андрей Ливерьевич , Варыбок Дмитрий Иванович 
Published: September 2022

В процессе эксплуатации иногда даже небольшие пульсации давления могут стать причиной значительных механических колебаний (вибраций) трубопровода и связанного с ним оборудования. Очевидно, что если частота поперечных колебаний трубы вследствие вибрации оборудования равна частоте собственных колебаний участка трубопровода, то возникнут резонансные колебания, амплитуда которых в десятки раз превысит амплитуду возбуждающих колебаний. Вибрационные нагружения в результате случайных или периодически повторяющихся переходных процессов приводят к сокращению безопасного срока эксплуатации конструкций с дефектами, образованию трещин в сварных швах. Детерминированная оценка прочности и ресурса долговечности часто выполняется путем сравнения ее результатов с количеством циклов нагружения до наступления разрушения. При этом реальные параметры нагружения могут существенно изменить выводы о причинах ускоренного накопления повреждений. Амплитудно-частотный анализ пульсационного режима работы трубопровода как единой гидравлической системы и, в частности, его оборудования является актуальной научно-технической задачей. Авторами рассмотрена возможность применения ПК Cassandra для оценки частотно-амплитудных колебательно-волновых процессов при нештатном режиме работы трубопоршневой поверочной установки (ТПУ) Daniel-4000. На примере одноразмерной имитационной модели установлено, что спектр частот волновых колебаний в жидкости содержит частоты, близкие к частоте собственных колебаний ТПУ. Помимо вращательно-колебательных возмущений, в запорно-регулирующей арматуре с различной периодичностью возникают поперечные нагрузки на шток затвора, и отмечается быстрое накопление усталостных малоцикловых повреждений в камере приема. К выходу из строя узлов ТПУ может привести как совместное воздействие этих факторов, так и каждый из них в отдельности.
During operation, sometimes even minor pressure pulsations can cause significant mechanical oscillations (vibrations) of the pipeline and related equipment. It is obvious that if the frequency of transverse oscillations of the pipe caused by vibration of equipment is equal to the frequency of natural oscillations of the pipeline section, then resonant oscillations will occur, the amplitude of which will exceed the amplitude of exciting oscillations by tens of times. Vibration loads as a result of random or periodically recurring transients leads to a reduction in the safe life of defects, the formation of cracks in welds. Deterministic assessment of strength and durability is often performed by comparing its results with the number of loading cycles before failure occurs. At the same time, the actual loading parameters can significantly change the conclusions about the causes of accelerated damage accumulation. Amplitude - frequency analysis of the pulsation mode of operation of the oil pipeline as a single hydraulic system and its equipment, in particular, is an actual scientific and technical task. In this article, the opportunity of using the software IT complex Cassandra for diagnosis of the frequency-amplitude oscillatory wave processes during the emergency working mode of Daniel-4000 pipe piston installation (PPI) is being analyzed. The example of single-dimensional simulation data items shows that the frequency spectrum of wave oscillations in the liquid contains the oscillation frequency that is close to natural oscillation frequency of the PPI. In addition to rotational-oscillatory disturbances in the shutoff and control valves, transverse loads on the gate rod occur with different frequency and there is a rapid accumulation of fatigue low-cycle damage in the receiving chamber. The failure of the PPI nodes can be caused by both the combined effect of these factors and the action of each of them separately.