WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Поэтому с учетом изложенного, представляется целесообразным для трубопроводных систем транспортирующих коррозионно-активные среды ограничить допустимую динамическую составляющую напряжения в стенке трубопровода из-за воздействия волновых и вибрационных процессов величиной q 35 МПа.

Получены формулы, которые позволяют учесть влияние напряжений на коррозию, что многократно усиливается в местах, являющихся концентраторами напряжений (сварные швы, поверхностные дефекты, царапины, задиры и т.п.), а также вызывает неравномерность коррозии и ее локализацию. В результате этого возникает коррозийная усталость металла, характеризующаяся развитием коррозионного процесса в вершине коррозионно-механической трещины, приводящая к разрушению. В последнем разделе поставлены цели и задачи исследования.

Вторая глава состоит из трех разделов и посвящена теоретическим исследованиям волновых процессов в импульсных трубах со стабилизатором давления и без него. В первом разделе показано, что при эксплуатации в трубопроводах водо-теплоснабжения неизбежно возникает проблема борьбы с интенсивными пульсациями давления и расхода среды, и вибрациями трубопроводов. Первые могут приводить к частичной разгерметизации уплотнений, что особенно опасно для компрессоров и насосов, транспортирующих легковоспламеняющиеся, взрывоопасные и токсичные жидкости и газы. Вторые к интенсивным динамическим нагрузкам, вызванным повышенным уровнем вибрации трубопроводов, что приводит к возникновению усталостных явлений, возникновению трещин, разгерметизации стыков и порывам трубопроводов с утечками затворной жидкости (масла). При этом велика вероятность возникновения тяжелых аварий из-за пожаров в компрессорных цехах с широкомасштабными загрязнениями окружающей среды и большими экономическими потерями.

Различают две причины возникновения вибрации трубопроводов: первая – колебания насосного агрегата и его фундамента, которые передаются на примыкающие участки трубопроводов; вторая – пульсирующий поток жидкости или газа в трубопроводе. Вибрации, вызванные колебаниями насосного агрегата, как правило, быстро затихают по мере удаления от него и при установке дополнительных креплений.

Вибрации из-за пульсаций давления жидкости распространяются на все трубопроводы системы и могут значительно усиливаться в местах резких поворотов трубопроводов, изменения поперечного сечения трубопровода либо при наличии местного гидросопротивления.

Поэтому самым эффективным способом их гашения является уменьшение амплитуды колебаний давления в системе сразу же за источником их возникновения – насосным агрегатом. Затем рассмотрены существующие средства гашения колебаний давления и расхода в трубопроводных системах.

В общем случае стабилизатор давления должен препятствовать распространению колебаний среды либо за счет механического воздействия на поток, вызывающего необратимые потери колебательной энергии, либо за счет упругоинерционного воздействия, приводящего к перераспределению энергии в спектре колебаний. В связи с этим все конструкции стабилизаторов давления базируются на двух принципах: локализации энергии источника колебаний на определенном участке системы или поглощении энергии источника колебаний.

Стабилизаторы давления первого типа работают как акустические фильтры, препятствующие прохождению колебаний определенных частот от источника в трубопроводную систему. Эти частоты зависят от массы и упругости рабочей среды в элементах стабилизатора давления. В активных стабилизаторах давления энергия колебаний рассеивается за счет вязкого или внутреннего трения. Разделение стабилизаторов давления на указанные типы в известной мере условно, так как характер работы реального стабилизатора, как правило, включает в себя оба указанных принципа.

Исходя из проведенного анализа существующих отечественных и зарубежных стабилизаторов, можно выделить несколько типов стабилизаторов давления. Для гашения гидравлических ударов и пульсаций давления в трубопроводах диаметром 0,5 м и более целесообразно использовать пневмостабилизатор, схема которого изображена на рис. 2.1.

Рис.2.1. Стабилизатор с выносными демпфирующими камерами:

1 – перфорированный трубопровод; 2 – присоединительные фланцы;

3 – корпус; 4 – расширительная предкамера; 5 – упругие мембраны;

6 – демпфирующие камеры; 7 – дополнительные перфовставки;

8 – упругодемпфирующий заполнитель; 9 – демпфирующие полости Пневмостабилизатор представляет собой участок трубопровода 1, снабженный предкамерой 3, выполненной в виде цилиндра с отверстиями по образующей, которая охватывает с наружи поверхность участка трубопровода.

Демпфирующие элементы выполнены в виде цилиндрических камер 8 с укрепленными в них двумя упругими мембранами 5, разделяющими на три полости. Средняя полость (гидравлическая) 6 соединяется через предкамеру 3 и распределенную перфорацию 4 с магистралью трубопровода. Полости 9, образованные мембраной 5 и корпусом камеры соединены с линией наддува газом.

С целью ограничения хода и предотвращении разрыва мембран при отсутствии давления в жидкостной полости в камере установлены сферические диафрагмы 7 с отверстиями, суммарная площадь которых равна или больше площади поперечного сечения основного отверстия, связывающего камеру 6 с предкамерой 3. Количество рабочих камер, их геометрические размеры, податливость и перфорацию (необходимое число поясов отверстий и количество Средняя полость (гидравлическая) 6 соединяется через предкамеру 3 и распределенную перфорацию 4 с магистралью трубопровода. Полости 9, образованные мембраной 5 и корпусом соединены с линией наддува.

Элементы конструкции СД для систем теплоснабжения должны быть работоспособны при температурах рабочей среды до 1300 С. С и рабочих давлениях до 1,0-1,2 Мпа. Поэтому в работе дана оценка температурных полей в выносных демпфирующих камерах стабилизаторов давления, выполненных по конструктивной схеме приведенной на рис. 1, использование которых наиболее целесообразно в трубопроводах систем теплоснабжения диаметрами от Ду = 100 мм до Ду = 1200 мм.

Рассмотрена схема теплообмена демпфирующей камеры с предкамерой стабилизатора давления приведенная на рис.2. 2. При этомпредполагаем, что температура воды в предкамере такая же, как в основном трубопроводе. Тепло поступает к демпферу демпфирующей камеры за счет теплопроводности через патрубок, соединяющий демпфирующую камеру с предкамерой (область 1).

Далее тоже путем теплопроводности тепло попадает в области 2, 3, 4, 5.

Отводится тепло от демпфера за счет естественной конвекции через поверхности областей 1, 2, 3 и 5.

Рис. 2.2. Расчетная схема теплообмена стабилизатора давления:

1 – патрубок, соединяющий предкамеру (Тр) с демпфером; 2 – половина ресивера демпфирующей камеры, ближняя к предкамере; 3 - дальняя от предкамеры половина ресивера; 4 – область демпфера, заполненная пористым эластомером; 5 – стальная цилиндрическая оболочка демпфера;

- теплообмен посредством естественной конвекции Подвод тепла к демпферу путем конвекции несуществен для демпферов, расположенных снизу и сбоку от предкамеры, поскольку толщина слоя нагретого, обтекающего предкамеру воздуха, меньше расстояния от предкамеры до демпфера. Демпферы, расположенные над предкамерой могут получать тепло и за счет конвективного теплообмена с теплым воздухом, поднимающимся от предкамеры, если она не теплоизолирована.

Распространение тепла теплопроводностью от трубопровода через области 1, 2 и 3 рассчитывалось по формулам распространения тепла через плоские стенки с учетом теплоотдачи путем естественной конвекции через наружные поверхности этих областей, контактирующие с воздухом.

Используя полученные значения температуры в областях 1, 2 и рассчитывались поля температуры в областях 4 и 5. При этом учитывались конструктивные особенности демпфирующей камеры с одним и двумя патрубками.

Расчеты распределения температуры вдоль цилиндрической оболочки демпфирующей камеры выполнены с применением формулы для поля температуры стрежня постоянного сечения конечной длины, на одном конце которого задана температура, а на боковой поверхности – коэффициент теплопередачи к среде с постоянной температурой. Теплообменом удаленного торца стержня с воздухом пренебрегалось, что приводит к незначительному завышению температуры. При этих приближениях температура цилиндрической оболочки определяется так:

Т(Х) = ТВ + (ТО – ТВ)*ch{m* (Lob – x)/ch(m*Lob), где:

Т(Х) – температура оболочки на расстоянии x от ее начала (разъема демпфирующей камеры);

ТВ – температура воздуха, охлаждающего оболочку;

ТО – температура оболочки при х = 0;

m = (*P/СТ*SСТ) - коэффициент снижения температуры;

– коэффициент теплопередачи от оболочки к воздуху;

P – периметр оболочки;

СТ – коэффициент теплопроводности материала оболочки (сталь 20);

SСТ – площадь поперечного сечения оболочки, перпендикулярного ее оси;

Lob – длина оболочки.

Из приведенных результатов расчета следует, что конструкция демпфирующей камеры с одним патрубком с точки зрения температурных полей гораздо предпочтительнее, чем конструкция с двумя патрубками. При этом максимальная рабочая температура материала разделительной оболочки и упругодемпфирующего заполнителя на превышает 1100 С.

Третья глава состоит из трех разделов и посвящена теоретическим исследованиям волновых процессов в расходных и безрасходных трубопроводах со стабилизатором давления и без него. В первом разделе проведено исследование волновых процессов в расходной магистрали на основе результатов решения классических линеаризованных уравнений неустановившегося движения вязкой жидкости Л.И. Чарного, устанавливающих связь между давлением P и расходом G в любом произвольном сечении х трубопровода,схема которого представлена на рис.3.1.

Стабилизатор насос давления x Рис. 3.1. Схема трубопроводной системы со стабилизатором давления Для обеспечения максимальной эффективности гашения волн давления СД целесообразно устанавливать как можно ближе к источникам возмущения потока среды. В этом случае для описания изменения давления в трубопроводе со стабилизатором можно с достаточной точностью представлять гидросистему, как систему с сосредоточенными параметрами и использовать следующее дифференциальное уравнение:

d2P(t) 1 Lg dG(t) + Р = -, (3.1) + = - + = - + = - dt dt2 1 + gLП + + + + gLП + + + 2 0 где:

Р(t) и G(t) – вариации изменения давления и расхода в трубопроводе;

c = - частота основного тона колебаний жидкости в трубопроводе = = = 2l без стабилизатора;

l – длина трубопровода до стабилизатора;

с – скорость распространения волн давления в трубопроводе;

П – массовая податливость стабилизатора, характеризующая изменение массы жидкости в стабилизаторе при изменении давления трубопроводе;

L = – параметр, характеризующий инерционность потока жидкости в = = = g F трубопроводе до стабилизатора;

F – площадь проходного сечения трубопровода.

При периодическом изменении давления и расхода для расчета эффективности следует использовать следующий подход.

Пусть массовый расход за насосом описывается периодической функцией:

G = V F Cos(t), (3.2) = = = Н m fП r b где: VM = = m ; =.

= ; = = = = = = = = b F m - Тогда G H = -A F Sin(t).

= - = - = - M t Уравнение (3.1) для вынужденных колебаний давления примет вид:

d2P + 2 P = L 2 A F Sin(t) = H Sin(t). (3.3) + = + = + = g m dt2 g Тогда L 2 g A F H g M P = Sin(t) = Sin(t). (3.4) = = = = = = 2 - 2 2 - - - - - - - g g При отсутствии стабилизатора = и = = = g L 2 g A F H 0 M P = Sin(t) = Sin(t). (3.5) = = = = = = 2 - 2 2 - - - - - - - g Степень гашения колебаний давления в трубопроводе со стабилизатором можно определить, разделив (3.5) на (3.4):

2 (2 - 2) - - - P 0 g K = =. (3.6) = = = = = = ЭФ P 2 (2 - 2) - - - g Выражение (3.6) позволяет рассчитать эффективность гашения пульсаций давления и гидроударов в расходных магистралях.

Рассмотрено влияние присоединенной массы стабилизатора давления на резонансные свойства безрасходных магистралей на примере импульсной трубы с измерительным прибором и демпфирующим устройством, расположенном на некотором удалении от ее концевых участков. Такой трубопровод будем условно считать сложной системой с распределенными конструктивными параметрами.

Граничные условия для этого случая будут иметь следующий вид.

В сечении 0 - 0 (в месте соединения измерительного прибора с безрасходной магистралью) при х1 = 0 считаем:

G = (0,t) = 0, (3.7) = = = = = = что соответствует сделанным выше допущениям и упрощает расчет.

В сечении 1 - 1, проходящем через демпфер, при х = х1, х2 = 0 считаем:

P1(x1, t) = P2(0, t), G1(x1, t) = G2(0, t) + Gд(t), (3.8) где:

dР (х,t) dP (0,t) 1 Gд(е) = Пд = Пд ;

= = = = = = dt dt Пд - податливость стабилизатора давленния;

Gд (t) - расход жидкости через него.

Pж= P1(x1, t) = P2(0, t) - давление жидкости на боковую поверхность демпфера;

S - боковая поверхность;

Стабилизатор давления представим как пассивный демпфер в виде поршня с массой m и пружины, имеющей жесткость k. Тогда уравнение его движения под действием возмущающих сил запишется следующим образом:

&& & m y + h y + y = S P, (3.9) + + = + + = + + = ж где:

m - масса;

= k - коэффициент, характеризующий жесткость СД (k = Sпф/Пд, где Пд - массовая податливость демпфера);

y - координата перемещения демпфера во время работы в радиальном направлении;

h - демпфирующее сопротивление.

В сечении 2 - 2 (в месте соединения трубопровода с основной магистралью при х = х2) считаем, что:

P2(x2,t) = P0 eit (3.10) = = = где:

Po – установившееся значение давления;

- частота возмущающей силы.

На основании представленных выражений окончательно получаем частотное уравнение безрасходной магистрали с учетом присоединенной массы демпфирующего устройства:

m 2cos((1 + 2)) + Пд с sin( (1 + 2)) + g F (3.11) 2 2h+ Пд сsin(2 )cos( 1) = Пд сsin( 2 )sin( 1).

g F g F В дальнейшем исследуются основные проектные соотношения, которые позволяют по известным характеристикам трубопровода и требуемой эффективности гашения волновых процессов определить основные проектные параметры стабилизаторов давления для расходных и без расходных магистралей.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.