CC BY
43
Таблица 1. Методы ремонта и расположение дефектов
Тип Расположение или метод Размер дефекта
Длина, мм Ширина, мм Глубина, мм
Поврежденная труба Основной металл (А) 200 50 14
Сварной шов (В) 200 50 14
V-образный надрез (С) 440 30 14
Отремонтированная труба Сварная муфта (А) 200 50 14
Сварная муфта (В) 200 50 14
КМТ (А) 200 50 14
КМТ(В) 200 50 14
КМТ (С) 440 30 14
Clock Spring(A) 200 50 14
Clock Spring(B) 200 50 14
Наплавка металла 1 200 50 8.8
Наплавка металла 2 150 50 11.5
Испытание было проведено повышением внутреннего давления до 28.44 МПа. Длина испытуемой трубы 2.5 м, на оба конца поставлены заглушки. Давление повышалось со скоростью 0.25 МПа/мин до 19.6 МПа, и 0.15 МПа/мин до 28.44 МПа. Изменение давления фиксировалось раз в секунду, при помощи компьютера. Для наблюдения за деформацией к телу поврежденной и ремонтируемой трубы были подсоединены датчики.
Таблица 2. Результаты испытания
Классификация Приложенное давление, МПа Кольцевые напряжения, МПа Разрыв
Поврежденная труба А 17.15 373.70 Да
В 17.84 388.65 Да
С 8.72 190.06 Да
Отремонтиро-ванная труба Сварная муфта (А) 30.77 670.53 Нет
Сварная муфта (В) 30.18 657.72 Нет
КМТ (А) 29.40 640.63 Нет
КМТ(В) 29.89 651.31 Нет
КМТ (С) 30.28 659.85 Нет
Clock Spring(A) 25.87 563.76 течь
Clock Spring(B) 28.42 619.28 Нет
Наплавка металла 1 28.32 617.15 Нет
Наплавка металла 2 28.32 617.15 Нет
При исследовании достоинств и недостатков, безопасности и надежности каждого метода ремонта, была подтверждена эффективность и безопасность технологий ремонта используемых для различных дефектов. Приварная муфта, КМТ и Clock Spring имеют фактор безопасности более чем 2.5 при рабочем давлении 7.85 МПа. Более того, исследованные технологии могут быть использованы для ремонта работающего трубопровода с дефектами до 80 % . заварка при глубине дефектов до 65 % от толщины стенки.
Литература
1. Булавинцева А.Д., Мазуркин П.М Динамика акарий по площади загрязнения на линейной части магистральных
нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть» Режим доступа: (дата обращения 29.04.2012)
http://www.rae.ru/snt/?section=content&op=show_article&article_id=7796696
2. РД-23.040.00-КТН-011-11 Классификатор дефектов магистральных и технологических нефтепроводов
3. American Society of Mechanical Engineers (2003). Gas transmission and Distribution Piping Systems, ASME B31.8. USA
Курицын Б. Н.1, Кузнецов С. С.2, Бычкова И. М.3
'Доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.; 2 ассистент, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.; 3 магистрант, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
ТЕПЛОВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБНЫХ РЕШЕТОК В ГРУНТОВОМ МАССИВЕ
Аннотация
В статье излагаются материалы теоретических исследований теплового взаимодействия между грунтовым массивом и системой трубопроводов, приводятся результаты экспериментальной апробации математических моделей на установке электротеплового моделирования.
Ключевые слова: грунт, трубная решетка, тепловая интерференция, моделирование.
Kuritsin B.N.1, Kuznetsov S.S.2, Bichkova ТМ.3
'Doctor of technical sciences, professor, Saratov State Technical University named after Gagarin Yu. A.; 2assistant professor, Saratov
State Technical University named after Gagarin Yu. A.; 3master, Saratov State Technical University named after Gagarin Yu. A.
THERMAL INTERFERENCE OF ELEMENTS OF TUBE PLATES IN THE EARTHEN ARRAY
Abstract
The article contains materials of theoretical researches of thermal interaction between the earthen array and system of pipelines are used, results of experimental approbation of mathematical model of installation on electrothermal modeling are given.
Keywords: ground, tube plate, thermal interference, modeling.
В современной практике инженерного оборудования зданий все более широкое применение находят трубчатые грунтовые теплообменники. Они используют природное тепло (холод) грунтового массива в установках теплонасосного отопления и горячего водоснабжения, в системах приточной вентиляции для нагрева (охлаждения) воздуха, в установках естественной регазификации сжиженных газов и в других технических решениях [1, 2, 3].
Рациональное размещение грунтового теплообменника на территории, прилегающей к зданию, требует изучение такого важного вопроса, как тепловая интерференция элементов теплообменника при различных вариантах его компоновки. В целях компактности теплообменник может быть выполнен в виде змеевика (регистра) из труб, уложенных в грунте параллельно на определенном расстоянии друг от друга.
37
Взаимное тепловое влияние труб (тепловая интерференция) снижает удельный теплоприток (удельную холодопроизводительность) в расчете на 1м трубопровода. Количественно этот эффект можно учесть с помощью коэффициента ц, который представляет собой отношение удельного теплопритока на единицу длины трубной решетки к удельному теплопритоку на единицу длины одиночного трубопровода.
Сформулируем задачу следующим образом. В однородном полуограниченном массиве (грунте) теплопроводностью X на глубине h заложена цепочка из n цилиндрических труб длиной l и радиусом r0. Трубы расположены параллельно с шагом S так, как это показано на рис. 1. На поверхности труб поддерживается постоянная температура tmp, на поверхности массива -температура *гр. Температурный градиент по глубине массива и фазовые превращения воды в грунте отсутствуют.
Для решения задачи воспользуемся принципом квазистационарных тепловых состояний в сочетании с методом средних потенциалов (метод Г. Хоу) [2, 4]. В качестве исходной предпосылки примем следующие допущения: 1»г0 и h»r0.
Рис. 1 - К расчету тепловой интерференции трубных решеток в грунтовом массиве Считая, что тепловой поток распределен по поверхности трубопровода равномерно с линейной плотностью q, запишем уравнение, определяющее среднеинтегральную разность температур между грунтом и поверхностью одиночного трубопровода
[4]:
(*гр - *),
\ = -^~ arSh — -1 ср 2лЛ ro у
Перепишем (1) следующим образом:
(t"-' I=2k(v" - ^
л (
\
arSh — - 1 - ^ + —
2h V l l
\ у
(2)
(1)
Где Vn и V11' - геометрические параметры, характеризующие тепловое взаимодействие самой трубы и ее отображения. Уравнение (2) можно распространить также на цепочку из n параллельных труб конечной длины.
Тогда среднеинтегральная разность температур между грунтом и поверхностью k-й трубы будет иметь следующий вид:
(* - *)
V гР >ср.к.
1
2жХ
f к-1 n \ f к-1 n ^
Чк Фкк + £ Чг VKi + £ Чг Vкг - Чк Vк + £ Чг V кг' + £ Чг V
г=1 г=к+1 у \ г-1
it к г г''=к+1 У
(3)
Где ФккиФкк' - геометрические параметры, характеризующие взаимодействие k-й трубы и ее отображения;
VmUVm’ - геометрические параметры, характеризующие воздействия г-й трубы и ее отображения на k-ю трубу; Ч Ч
^г ’ ^ к' - линейная плотность теплового потока на поверхностях г-й и k-й труб.
Причем, на основании (1) и (2):
VKK = arSh— -1;
Г0 (4)
l L 4h2 2h
<ркк, = arSh---------л 1 + —— + —;
кк 2h V l l
(5)
38
l 1 2m 2S2 mS
arSh 1 1 + , + ;
mS \ l2 l (6)
l 1 r2 r
arSh — л 1 +—2—1—,
r V l l (7)
где S - расстояние между трубами; m - число пролетов между k-й и i-й трубами;
r - расстояние между k-й трубой и отображением г-й трубы, определяемое по формуле
r = л1 m2 S2 + 4h2.
(8)
Аналогичные выражения можно записать для остальных труб решетки. Полагая системе из n-линейных уравнений:
(t - t) = t - t
\ гР /ср ,к гР т
приходим к
1=z
1
к=1
2nX(t —t )
\ гр тр ) _
f к =1 n Л f к=1 n ^
ЧкФкк +Z УгРкг + Z УгРш - ЧкРкк' +Z ^
i=1 i=k+1 J \ i'=1 i'=k+1
J (9)
решая которую, находим линейную плотность теплового потока на поверхности трубопроводов:
= 2я~%р - tmp )
Чк f(V) ’ (10)
Где f (?^ - функция от геометрических параметров трубной решетки.
Общий теплоприток ко всем трубам решетки:
Q р =Е Qki.
к=! (11)
Величину удельного теплопритока для одиночного трубопровода эквивалентной длины L=nl получим по формуле (1) при (t -1) = t -1 :
V гр >ср гр тр
q =
2^гр - ^^тр )
2h
j j 4h2
arSh — -1 - arSh — + . 1 -—n-----
r 2h V L L
В частном случае при l >>h уравнение (12) принимает вид:
2^гр - tmp )
q = —
(12)
ln
2h
0 (13)
Общий теплоприток для всей длины одиночного трубопровода:
Q = 2M(tгр - tтр )
Q0
ln
2h
0 (14)
Коэффициент ц, учитывающий снижение теплопритока вследствие тепловой интерференции элементов трубной решетки:
Q р ln2h / r0
ц = —- =----------—.
Q n
Q0 nZ f(?)
k=1 (15)
Система уравнений (1^15) формирует математическую модель тепловой интерференции грунтовых теплообменников с горизонтальным расположением трубной решетки. Предложенная модель удобна для программирования и успешно реализуется средствами вычислительной техники.
В качестве практического применения предложенной математической модели (1-15) оценим тепловую интерференцию элементов грунтового теплообменника со следующими геометрическими параметрами: r0=0,011 м, h=2,5 м; 1=6,0 м. Результаты расчетов для трубных решеток с числом элементов n=2 и 6 при шаге между трубами S от 0,25 до 2,0 м представлены на рис. 2.
39
Рис. 2 - Значения коэффициента л для трубных решеток в грунтовом массиве
Для сравнения на том же графике приводятся экспериментальные данные, полученные на установке электротеплового моделирования. Как видно из графика, результаты расчетов хорошо согласуются с данными экспериментальных исследований. Среднее расхождение результатов составляет 6,8 %; причем, как правило, теоретические расчеты дают более низкие значения коэффициента л. Такое соотношение вполне оправдано, если учесть, что применение метода среднего потенциала обычно предопределяет заниженную величину расчетного теплопритока [4].
Использование предложенной математической модели в инженерной практике способствует совершенствованию методов расчета и проектирования трубчатых грунтовых теплообменников и повышает качество проектных проработок.
Литература
1. Курицын Б. Н., Юшин А. Н. Грунтовые теплообменники в системах инженерного оборудования зданий // Научнотехнический калейдоскоп. - Ульяновск: Издательство УлГТУ. - 2001. - № 10. - С. 65-67.
2. Курицын Б. Н., Павлутин М. В., Осипова Н. Н. Испарительные установки сжиженного газа с трубчатыми грунтовыми теплообменниками // Инженерные системы: АВОК-Северо-Запад. - № 1 (27). - 2007. - С. 48-51.
3. Курицын Б. Н., Осипова Н. Н. Использование природного холода грунта в системах бытового кондиционирования воздуха // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. Сборник научных трудов. - Саратов: Издательство СГТУ. - 2006. - С. 196-203.
4. Иоссель Ю. А. Расчет потенциальных полей в энергетике. - Спб.: Энергия. - 1998. - 350 с.
Пуринг С. М.1, Ватузов Д.Н.2;
'Кандидат технических наук, Соискатель, Самарский государственный архитектурно-строительный университет;
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ - ОСНОВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТАНОВОК ПО ОЧИСТКЕ
ВОЗДУХА ОТ Т ОНКО ДИСПЕРНЫХ ЧАСТИЦ
Аннотация
Определена задача совершенствования аппаратов очистки воздуха от субмикронных капельных аэрозолей. Указаны основные параметры, влияющие на эффективность работы аппаратов. Сконструирована опытная установка для определения значимых параметров. Проведен ряд экспериментов по их определению.
Ключевые слова: субмикронные частицы, эффективность очистки, гидравлическое сопротивление, число Рейнольдса, аэродинамический стенд, сепарация аэрозолей.
Puring S.M.1, Vatuzov D.N. 2
'PhD in Engineering Sciences, 2applicant for a degree, Samara State University of Architecture and Civil Engineering
EXPERIMENTAL STUDIES - THE BASIS OF THE DESIGN OF INSTALLATIONS FOR AIR PURIFICATION FROM
SUBMICRON PARTICLES
Abstract
The task to improve air purification devices from sub-micron droplet aerosols has been identified. Were the main parameters affecting the efficiency of the apparatus. The pilot plant to determine the relevant parameters was constructed. We made a series of experiments to determine these parameters.
Keywords: submicron particles, cleaning efficiency, flow resistance, the Reynolds number, aerodynamic stand, separation of aerosols
Учитывая увеличивающееся внедрение в производство наноматералов и нанотехнологий и повышение требований к обеспечению чистоты производственных помещений достаточно актуально создание и совершенствование аппаратов очистки воздуха от субмикронных частиц [1-3]. Основными параметрами, характеризующими эффективность работы аппарата по
40
