ВВЕДЕНИЕ
-2-
СОДЕРЖАНИЕ
5
1. Состояние вопроса и задачи исследования...............10
1.1. Воздействие аварий на трубопроводном транспорте на окружающую среду....................................VII
1.2. Анализ теоретических исследований неустановив-шегося движения жидкости и газа, существующих методов и средств борьбы с волновыми и вибрационными процессами...................................... 13
1.3. Перспективные средства предупреждения аварий ..18
1.4. Выводы и задачи исследования .......................21
2. Выбор конструктивных решений стабилизаторов давления для трубопроводных систем различного назначения........................................... 23
2.1. Пневмостабилизаторы............................... 24
2.2. Стабилизаторы давления с упругими камерами ....30
2.2.1. Стабилизатор давления с цилиндрическими упруго-податливыми элементами...........................31
2.2.2. Стабилизатор давления с разделением
потока жидкости ................................ 33
2.2.3. Стабилизатор давления с упругими элементами, работающими под действием внешнего давления ..35
2.2.4. Стабилизатор давления с резинометаллическим упругим элементом........................................38
2.3. Стабилизатор давления для газовых сред ..........41
2.4. Выводы по главе 2 .................... 43
3. Теоретические методы определения эффективности и проектирования стабилизагоров давления.................44
3.1. Математическая модель волновых процессов в тру-• бопроводах со стабилизатором давления и без него.44
-3-
3.1.1. Математическая модель динамики стабилизаторов давления ........................ г. ........................ 48
3.1.2. Эффективность гашения волновых процессов в расходных трубопроводах со стабилизатором давления........................52
3.1.2.1. Эффективность СД при линейном законе изменения' расхода .......................................................53
3.1.2.2. Эффективность. СД при периодическом изменении ч~ •• давления и расхода .......................................... 55
3.1.3. Эффективность гашения волновых процессов
стабилизатором давления в безрасходных магистралях..58
3.2. Методика определения основных проектных параметров СД.63
3.2.1. Определение податливости СД .............................55
3. 2.1.1. Пневмостабилизаторы давления .........................55
3.8.1.2. Стабилизаторы давления с резинометаллическим упругим элементом ..............................................66
3.8.1.3. Стабилизаторы давления с упругими металлическими камерами некругового сечения ..................................69
3.2.2. Определение коэффициентов эквивалентного вязкого демпфирования ................................................ 74
3.8.2.1. Распределенная перфорация ........................... 76
3.2.2.2. Пружины из металлической ленты.........................77
3.2.2.3. Упругие элементы .................................. 78
3.8. Выводы по главе ........................*..................79
4. Экспериментальные исследования эффективности стабилизаторов давления .................................... 81
4.1. Методы и аппаратура для исследования эффективности ...81
4.8. Экспериментальные установки для исследования стабилизаторов ...................................... 82
4.2.1. Установка с аксиально-поршневым насосом..................82
4.2.2. Экспериментальный стенд испытаний стабилизаторов давления для безрасходных магистралей ..........................86
4.3. Результаты исследований стабилизаторов давления
на разработанных установках ............................ 89
4.3.1. Исследования стабилизатора высокого давления
для гидросистемы торцевого уплотнения компрессора ..89
4.3.2. Исследования стабилизаторов давления для безрас-ходных магистралей (импульсных труб манометров) 92
-14-
трение учитывалось в исходных дифференциальных уравнениях. Однако числовые результаты для этого решения были получены только в последние годы [42].
Основы теории »©установившегося движения жидкости в напорных трубопроводах были заложены Н.Е.Жуковским [23,243. Он рассмотрел течение невязкой жидкости, составил дифференциальные уравнения ее движения и для ряда задач получил результаты, которые легли в основу дальнейшей разработки теории напорного и безнапорного течений вязкой жидкости, С ее помошью удалось объяснить ряд физических явлений,получивших название гидравлического удара и предложить конкретные инженерные решения, позволяющие уменьшить динамические нагрузки на трубопроводы. В дальнейшее развитие теории гидравлического удара внесли значительный вклад работы Л.Алиеви С31,
М.А.Мооткова [35,36], Л.С.Лейбензона [29,303, И.Ф.Ливурдова С31,323, А.А.Сурина [473, Н.А.Картвелишвили [263 и других отечественных и зарубежных исследователей.
Л.С.Лейбензоном [293 были впервые рассмотрены периодические колебания давления е длинных трубопроводах, оборудованных поршневыми насосами с учетом сжимаемости жидкости. Им была получена формула для определения ударного давления при нестационарном течении жидкости, позволяющая учесть неравномерное распределение скорости по сечению. Существенный вклад в развитие идей Н.Е.Жуковского и Л,С.Лейбензона внес И.А.Чарный. Им была разработана теория неуста-новившегося движения течения жидкости в трубах с учетом ее вязкости. Предложенная И.А.Чарным система дифференциальных уравнений [543, описывающая движение жидкости в трубопроводе, использует гипотезу квазистационарности, впервые принятую С,А,Кристиановичем для расчета неустановившегося течения в открытых руслах. Гипотеза заключается в том, что сила трения жидкости о стенку трубы в нестационарном режиме принимается такой же, как и при стацио-
-15-
нарном течении со скоростью, равной мгновенной скорости рассматриваемого нестационарного движения [533 *
Используя полученные уравнения, И.А.Чарный исследован волновые процессы, протекающие в простом трубопроводе, а также в трубопроводе с простой камерой (воздушным колпаком) с учетом сцл трения (длинный трубопровод) и без учета сил трения (короткий трубопровод). Созданная И.А.Чарным теория неустановившегося движения жидкости в напорном трубопроводе/ в настоящее время нашла широкое применение.
Динамике жидкости и газа в трубопроводах помимо вышеуказанных работ посвящен также ряд книг и монографий А.П.Владиславлева и др. С93, П.А.Гладких и С.А.Хачатуряна [11,123, Б.Ф.Гликмана [13,143,
К.С.Колесникова и др [27,283, В.В.Пилипенко и др.[403, Д.Н.Попова [41,423, А.А.Самарина С453, В.А.Светлицкого [463, В.И.Шорина [553 и др.
Этот далеко не полный перечень исследований в области гидродинамики трубопроводных систем показывает, что задача защиты трубопроводов от волновых и вибрационных процессов продолжает являться актуальной проблемой для различных отраслей промышленности.
Об этом же свидетельствуют и многочисленные работы зарубежных авторов, обзор которых дан в статьях Мартина, Гудсона и Леонарда [203.
Помимо теоретических исследований гидроупругих процессов в трубопроводах достаточно большое внимание уделялось разработке и теоретическому обоснованию средств защиты от их негативного влияния. При этом первые практические рекомендации были предложены
H.Е.Жуковским С233, которые позволили уменьшить число аварий на Московском водопроводе за счет увеличения времени перекрытия запорных задвижек и установки воздушно-гидравлических колпаков. • Воздушно-гидравлические колпаки, аккумуляторы давления, ресиверы и другие гасители емкостного типа и до сих пор широко используются для демпфирования колебаний в трубопроводных системах раз-
- Київ+380960830922