Расчетно-экспериментальное обоснование продления назначенного срока службы виброизолирующих патрубков трубопроводных систем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Библиографический список

1. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок / В. И. Бакулев [и др.]; под ред. Сосунова В.А., Чепкина В. М. — М. : МАИ, 2003. — 688 с.

2. Кузнецов, В.И. Замкнутая математическая модель рабочего процесса газотурбинных двигателей: монография / В. И. Кузнецов. — Омск: Научное издательство ОмГТУ «Омский научный вестник», 2007. — 138 с.

3. Нечаев, Ю.Н. Теория авиационных газотурбинных двигателей Ч. 1 / Ю.Н. Нечаев, Р.М. Фёдоров. — М.: Машиностроение. 1977. — 312 с.

КЛИМОВ Виталий Николаевич, аспирант кафедры авиа- и ракетостроения; инженер-конструктор второй категории ОАО «Омское моторостроительное конструкторское бюро».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 23.08.2010 г.

© В. Н. Климов

УДК 629.7.018 В. Г. ЦЫСС

М. Ю. СЕРГАЕВА

Омский государственный технический университет

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОДЛЕНИЯ НАЗНАЧЕННОГО СРОКА СЛУЖБЫ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ ПАТРУБКОВ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ_________________________________

Рассмотрена методология обоснования продления назначенного срока службы виброизолирующих патрубков трубопроводных систем. Сделан вывод, что основные рабочие характеристики виброизолирующих патрубков находятся в пределах требований технической документации на конец их срока службы.

Ключевые слова: виброизолирующий патрубок, назначенный срок службы, трубопроводные системы, рабочие характеристики, ускоренные испытания, модель эксплуатации.

Продление назначенного срока службы является одной из важнейших проблем современной техники, актуальность которой обусловлена, прежде всего, неуклонным ростом доли конструкций, отработавших свой срок службы.

Виброизолирующие патрубки, используются в качестве амортизирующих «развязок» по неопорным связям в трубопроводных системах с целью компенсации деформаций, возникающих в трубопроводах, и уменьшения вибраций, передаваемых по ним. Растущие требования к надежности нефтегазового оборудования (включая и виброизолирующие конструкции, обеспечивающие работу различных систем обслуживания) обуславливают необходимость проведения исследований по продлению назначенного срока эксплуатации. Проведение таких исследований позволит с достаточной точностью устанавливать повышенный ресурс конструкций, сравнимый с уровнем ресурса эксплуатации самого нефтегазового оборудования.

Для подтверждения возможности продления срока службы виброизолирующих патрубков на основе расчетно-экспериментального метода определялись и проверялись следующие рабочие характеристики:

— прочность и герметичность;

— величины распорных усилий;

— статические жесткости в осевом и поперечном направлениях;

— коэффициент запаса прочности;

— работоспособность патрубков при повторностатических перемещениях;

— работоспособность патрубков при циклических перемещениях;

— динамические (вибрационные) характеристики патрубков;

— физико-механические показатели оболочки патрубка.

С целью сокращения времени исследований патрубки подвергаются ускоренному термическому старению, имитирующему срок их службы с учетом продлеваемого периода эксплуатации. При проведении ускоренного старения патрубков необходимо учитывать старение, протекающее в ходе ресурсных испытаний при эквивалентной температуре. Продолжительность ресурсных испытаний патрубков при эквивалентной температуре Тэ определяется по формуле:

п,

Т =------2---- (1)

э 24 ■ 3600п' ''

где -^ — продолжительность ресурсных испытаний, сут.; лэ—эквивалентное число циклов нагружения патрубков, ед.; п—частота нагружения, Гц.

За время ресурсных испытаний патрубков при эквивалентной температуре наиболее характерный

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

Режимы ускоренного старения патрубков

Обозначение патрубка Продолжительность старения (сут.) Эквивалентный режим ресурсных испытаний патрубков

ПРН 125-4,0-100 36,6 пэ = 9,53-104 Рэ = 15 мм V = 0,5 Гц Тэ = 60 °С

Таблица 2

Ресурсные испытания патрубков

Обозначение патрубка Температура рабочей среды, °С Количество циклов перемещений Внутреннее давление, МПа Частота, Гц

ПРН 125-4,0-100 62 1,68*103 4,2 0,5

Таблица 3

Результаты испытаний патрубков на прочность и герметичность

Обозначение патрубка Давление Рисп„ МПа Время выдержки, мин. Давление Р„с„2. МПа Время выдержки, мин.

ПРН 125-4,0-100 6,2 20 1,0 1

Таблица 4

Результаты испытаний патрубков на запас прочности

Обозначение патрубка Рабочее давление Рисп1, МПа Давление разрушения, МПа Коэффициент запаса Характер разрушения

ПРН 125-4,0-100 4,0 8,5 2,1 Патрубок не разрушился

показатель резины — относительное удлинение — определяется по зависимости [ 1 ]:

Ьэ = ехр[1п10—ехр(с+ а/пг —О/Г.Д/, (2)

где Ь— относительное удлинение резины после старения при эквивалентной температуре; Ьд—относительное удлинение резины до старения; а, с, О — коэффициенты.

Для резины покровного слоя патрубка значения коэффициентов в формуле (2) имеют следующие значения: 10 =6,429; а= 0,759; с = 16,190; £> = 7200,0; Тэ =60°С.

Продолжительность ускоренного термического старения патрубков, эквивалентная старению в ходе ресурсных испытаний гц, определяется по формуле:

1п(1п Ь0 -1пЬэ) + — - с

Т (О)

ти-ехр----------------------'

а

где Гц — температура испытаний.

Тогда продолжительность ускоренного старения патрубков с учетом старения в ходе ресурсных испытаний определится по формуле:

т=ти-тэ. (4)

Согласно результатам расчетов, выполненным по зависимостям (1)... (4), величина продолжительности ускоренного старения патрубков составит т=36,6 суток. Режимы ускоренного старения патрубков при эквивалентной температуре Гэ = 60°С приведены в табл. 1.

По окончании ускоренного старения патрубков проводились ресурсные испытания на режимах, эквивалентных сроку службы с учетом продлеваемого периода эксплуатации. Результаты испытаний патрубков приведены в таблице 2.

После ресурсных испытаний патрубки были осмотрены, внешневидовых изменений и дефектов не выявлено, и они были допущены для дальнейших исследований, в ходе которых осуществлялась проверка прочности и герметичности, а также испытания

о

|_

О

X, мм

X, мм

Рис. 2. Статическая жесткость ПРН-125-1,0-1000 в поперечном направлении X

Рис. 1. Нагрузочная характеристика ПРН-125-1,0-1000 в поперечном направлении X

Сж М)"

в„(/) р*(Г) •10 -

(5)

Рис. 3. Динамическая жесткость ПРН-125-1.0-1000 в направлении I

на определение коэффициента запаса прочности. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

В табл. 4 приведены результаты испытаний по определению коэффициента запаса прочности патрубков при разрушении гидравлическим давлением.

Нагрузочные характеристики и статические жесткости в поперечном направлении патрубков приведены на рис. 1, 2. Динамическая (вибрационная) жесткость определялась как отношение динамической силы на выходе патрубка к соответствующему перемещению входного фланца при перемещении по оси 2 (X) [2]:

где С2х — динамическая жесткость патрубка в направлении осей X, X; Огх — динамическая сила на выходе патрубка в соответствующем направлении ^ или X); ^ х — перемещение на входе в соответствующем направлении; /— частота.

Результаты испытаний по определению вибрационной жесткости патрубков ПРН 125-4,0-1000 в направлении осей Z и X приведены на рис. 3,4, превышения над требованиями по величине вибрационной жесткости в осевом направлении Z не наблюдалось. В поперечном направлении X в диапазоне частот 5 — 10 Гц превышения над требованиями не наблюдается, и некоторое превышение имеет место в диапазоне частот от 10 до 15 Гц в районе 25 Гц. Результаты проведенных испытаний показывают, что патрубки испытания выдержали и соответствуют требованиям нормативной документации.

Таким образом, рассмотренный комплекс расчетно-экспериментальных исследований основных рабочих характеристик виброизолирующих патрубков показал, что патрубки, подвергнутые ускоренному термическому старению, имитирующему повышение их срока службы с учетом продлеваемого периода эксплуатации, обеспечивают стабильность и соответствие характеристик требованиям технической документации. Учитывая это обстоятельство, возможно увеличение для исследованных виброизолирующих патрубков назначенного срок службы на продлеваемый период их эксплуатации.

200 400 600 600 1000

Рис. 4. Динамическая жесткость ПРН-125-1.0-1000 в направлении X

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

105

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

Библиографический список

1. Пиновский, М.Л. Об оценке работоспособности пневматических упругих элементов с резинокордными оболочками / М.Л. Пиновский, В.Г. Цысс. — М.: Каучук и резина. — 1983. — № 6. — С. 31-34.

2. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах / Под редакцией К. В. Фролова.-М.: Машиностроение, 1981. — Т. 5.-456 с.

ЦЫСС Валерий Георгиевич, доктор технических на-

ук, профессор (Россия), профессор кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация».

СЕРГАЕВА Марина Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 25.08.2010 г.

© В. Г. Цысс, М. Ю. Сергаева

УДК 621878 Л. Н. КИСЕЛЁВА

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЮ РЕЗЦОВ ПОДКАПЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГРУНТА_____________________________________

В статье рассмотрен вопрос определения рационального расположения резцов на поверхности рабочих роторов подкапывающей машины при взаимодействии с разрабатываемым грунтом.

Ключевые слова: подкапывающая машина, рабочие органы, резцы, углы поворота резца.

Машина подкапывающая предназначена для разработки и удаления грунта 1...У категории включительно, из-под трубопровода, предварительно вскрытого сверху и с боков, ниже нижней образующей трубопровода на глубину не менее одного метра [1].

Очевидно, что количество резцов на поверхности рабочего ротора должно быть минимальным, но достаточным для обеспечения технологического процесса разработки грунта. Резцы должны быть равномерно расположены на поверхности роторов подкапывающей машины. Необходимо стремиться к тому, чтобы количество резцов, одновременно взаимодействующих с грунтом, при вращении ротора было одинаковым для обеспечения равномерности процесса разработки грунта.

Количество резцов на одном ряду определяется из условия, что хотя бы один резец ряда находится в зоне взаимодействия с грунтом [2].

n = jK -jH

2ж

jK -jH

(1)

где (рк, фн — начальный и конечный угла поворота резца от оси х (рис. 1).

Из рис. 1 очевидно, что

jo

2ж

n

(4)

Угол (наименьший) между ближайшими резцами соседних рядов

jc

К

(5)

где К—количество рядов резцов.

Если положить К = 4, л = 4, то в момент выхода резцов нижнего ряда из зоны взаимодействия с грунтом видим следующую картину расположения резцов (рис. 3).

На рис. 3 видны картины расположения резцов, когда после поворота ротора на угол ф выходят из забоя соответственно резцы ротора третьего и четвертого рядов. Из рисунков видно, что во всех случаях в зоне контакта с грунтом находится одинаковое количество резцов. Следовательно, нагрузка на ротор распределяется равномерно. Это свидетельствует о рациональном распределении резцов на поверхность и ротор [3].

Для положения, когда резец 1- го (нижнего) ряда выходит из забоя, имеем следующее выражение для определения суммы проекций сил со стороны грунта на резцы (рис. 3):

j н ■ | (а-0,5в) H=arcsin| ---------

U R Фк=Р'

(2)

(З)

где а — расстояние от центра ротора до оси траншеи , Ь — ширина грунтовой полосы, Д — радиус вращения резца.

Угол между соседними резцами одного ряда (рис. 2)

T = -It

Rj2 sin 2ж + R^ sin 2(ж -jC) +

+ R32 sin 2(ж - 2 jC) + R2 sin 2(ж - 3 jC)

= IT (Rj sin 2 jC + R32 sin 4 jC + R2 sin б jC) =

= It (R2 sin(2 • -) + RЗ2 sin(—) + R4 sin(—) = = ITR sinl“I + R32 sinl~~] + R4 sin|3“])

(б)