tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2023-3-84-94tumnig-1125Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТАDESIGNING, CONSTRUCTION AND OPERATION OF PIPELINE TRANSPORT SYSTEMОпределение частот свободных колебаний надземных участков трубопроводов, транспортирующих несжимаемую жидкостьDetermination of the natural frequencies of the above-ground sections of pipelines transporting an incompressible fluidЧеренцовД. А.CherentsovD. A.

Черенцов Дмитрий Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры транспорта углеводородных ресурсов

 г. Тюмень

Dmitry A. Cherentsov, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Transportation of Hydrocarbon Resources

Tyumen

https://orcid.org/0000-0001-5171-8942ПироговС. П.PirogovS. P.

Пирогов Сергей Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики

г. Тюмень

Sergey P. Pirogov, Doctor of Engineering, Professor at the Department of Applied Mechanics

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202315072023038494Copyright © Черенцов Д.А., Пирогов С.П., 20232023Черенцов Д.А., Пирогов С.П.Cherentsov D.A., Pirogov S.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1125

При определенных условиях надземные участки трубопроводов подвергаются колебаниям. Рост амплитуд колебаний выше предельных значений может привести к разрушению объекта. Для оценки вибропрочности трубопроводов и поиска самых эффективных способов отстройки от резонансных частот возмущения необходимо определять собственные частоты колебаний и характеристики колебательных процессов. Разработана математическая модель определения частоты свободных колебаний надземных участков трубопроводов, учитывающая влияние внутреннего давления и скорости перекачиваемой жидкости. Получено численное решение на основе метода Бубнова — Галеркина, определено достаточное количество элементов ряда в приближенном решении. Проведены численные эксперименты, показано, что для каждого участка частоты должны определяться при конкретных условиях, соответствующих режиму перекачки.

Under certain conditions, above-ground sections of pipelines are subject to vibration. Increasing the vibration amplitudes beyond the limits can cause the object to fail. In order to assess the vibration resistance of pipelines and to find the most effective ways of detuning from the resonant frequencies of disturbances, it is necessary to determine the natural frequencies of oscillations and the characteristics of the oscillation processes. The authors of the article developed a mathematical model to determine the frequency of free vibrations of above-ground pipeline sections, taking into account the influence of internal pressure and the velocity of the pumped fluid. As a result, a numerical solution based on the Bubnov-Galerkin method was obtained and a sufficient number of series elements in the approximate solution was determined. The authors performed numerical experiments. These showed that the frequencies should be determined for each section under specific conditions according to the pumping mode.

частоты свободных колебанийсобственные частотынадземный трубопроводнесжимаемая жидкостьматематическая модельчисленные методыfrequencies of free oscillationsnatural frequenciesabove-ground pipelineincompressible fluidmathematical modelnumerical methodsАвторы выражают признательность за поддержку Национальному проекту «Наука и университеты» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант № FEWN-2021-0012).The authors are grateful to the National Project "Science and Universities" of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (grant No. FEWN-2021-0012) for supporting this research.ReferencesФеодосьев, В. И. О колебаниях и устойчивости трубы при протекании через нее жидкости / В. И. Феодосьев. – Текст : непосредственный // Инженерный сборник. – Москва : Изд-во АН СССР. – 1951. – Т. 10. – С. 169–170.Feodos'ev, V. I. (1951). O kolebaniyakh i ustoychivosti truby pri protekanii cherez nee zhidkosti. Inzhenernyy sbornik. Tom 10. Moscow, AN SSSR Publ., pp. 169-170. (In Russian).Ефимов, А. А. Свободные колебания подводных нефтепроводов / А. А. Ефимов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2008. – № 1 (67). – С. 49–55.Efimov, A. A. (2008). Svobodnye kolebaniya podvodnykh nefteprovodov. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (1(67)), pp. 49-55. (In Russian).Ильин, В. П. Исследование свободных колебаний кривой трубы с потоком жидкости / В. П. Ильин, В. Г. Соколов. – Текст : непосредственный // Успехи строительной механики и теории сооружений : сборник научных статей : к 75-летию со дня рождения В. В. Петрова / Российская академия архитектуры и строительных наук, Саратовский государственный технический университет. – Саратов : СГТУ, 2010. – С. 88–93.Il'in, V. P., & Sokolov, V. G. (2010). Issledovanie svobodnykh kolebaniy krivoy truby s potokom zhidkosti. Uspekhi stroitel'noy mekhaniki i teorii sooruzheniy: sbornik nauchnykh statey: k 75-letiyu so dnya rozhdeniya V. V. Petrova. Saratov, Saratov State Technical University Publ., pp. 88-93. (In Russian).Соколов, В. Г. Уравнения движения криволинейного участка трубопровода с потоком жидкости / В. Г. Соколов, А. В. Березнев // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – Текст : непосредственный. – 2004. – № 6. – С. 76–80.Sokolov, V. G., & Bereznev, A. V. (2004). Uravneniya dvizheniya krivolineynogo uchastka truboprovoda s potokom zhidkosti. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (6), pp. 76-80. (In Russian).Соколов, В. Г. Решение задачи о свободных колебаниях криволинейных участков трубопроводов с протекающей жидкостью / В. Г. Соколов, А. В. Березнёв. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2005. – № 1(49). – С. 80–84.Sokolov, V. G., & Bereznev, A. V. (2005). Reshenie zadachi o svobodnykh kolebaniyakh krivolineynykh uchastkov truboprovodov s protekayushchey zhidkost'yu. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (1(49)), pp. 80-84. (In Russian).Зарипов, Д. М. Нелинейные колебания трубопровода под действием внутреннего ударного давления жидкости / Д. М. Зарипов. – Текст : непосредственный // Труды Института механики Уфимского научного центра РАН. – Уфа : Гилем, 2016. – Вып. 11. – С. 136–140.Zaripov, D. M. (2016). Nelineynye kolebaniya truboprovoda pod deystviem vnutrennego udarnogo davleniya zhidkosti. Trudy Instituta mekhaniki Ufimskogo nauchnogo tsentra RAN. Vyp. 11. Ufa, Gilem Publ., pp. 136-140. (In Russian).Миронов, М. А. Вынужденные изгибные колебания трубы с потоком жидкости / М. А. Миронов, П. А. Пятаков, А. А. Андреев. – Текст : непосредственный // Акустический журнал. – 2010. – Т. 56, № 5. – С. 684–692.Mironov, M. A., Pyatakov, P. A., & Andreev, A. A. (2010). Forced flexural vibrations of a pipe with a liquid flow. Acoustical Physics, 56(5), pp. 739-747. (In English).Шакирьянов, М. М. Пространственные хаотические колебания трубопровода в сплошной среде под действием переменного внутреннего давления / М. М. Шакирьянов. – Текст : непосредственный // Известия Уфимского научного центра РАН. – 2016. – № 4. – С. 35–47.Shakiryanov, M. M. (2016). Spatial chaotic vibrations of a pipeline in the continuous medium under the impact of alternating internal pressure. Izvestiya Ufimskogo nauchnogo tsentra RAN, (4), рр. 35-47. (In Russian).Пространственные непериодические колебания трубопровода под действием переменного внутреннего давления / Р. Ф. Ганиев, М. А. Ильгамов, А. Г. Хакимов, М. М. Шакирьянов. – Текст : непосредственный // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2017. – № 2. – С. 3–12.Ganiev, R. F., Il’gamov, M. A., Khakimov, A. G., & Shakiryanov, M. M. (2017). Spatial aperiodic vibrations of the pipelines under transient internal pressure. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 46(2), pp. 87-95. (In English).Черенцов, Д. А. Mатематическая модель манометрической пружины в вязкой среде / Д. А. Черенцов, С. П. Пирогов, С. М. Дорофеев. – Текст : непосредственный // Вестник Тюменского государственного университета. Физикоматематическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. – 2014. – № 7. – С. 234–241.Cherentsov, D. A., Pirogov, S. P., & Dorofeyev, S. M. (2014). Mathematical model of manometric spring in a viscous medium. Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy, (7), pp. 234-241. (In Russian).Чуба, А. Ю. Определение собственных частот колебаний изогнутых труб некругового поперечного сечения / А. Ю. Чуба, Н. И. Смолин, С. П. Пирогов. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2007. – № 1 (61). – С.77–82.Chuba, A. Yu., Smolin, N. I., & Pirogov, S. P. (2007). Opredelenie sobstvennykh chastot kolebaniy izognutykh trub nekrugovogo poperechnogo secheniya. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Neft' i gaz, (1(61)), pp. 77-82. (In Russian).Пирогов, С. П. Уравнения математической физики в задачах трубопроводного транспорта нефти и газа : учебное пособие / С. П. Пирогов, Д. А. Черенцов, К. С. Воронин ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Тюменский индустриальный университет. – Тюмень : ТИУ, 2019. – 96 с. – Текст : непосредственный.Pirogov, S. P., Cherentsov, D. A., & Voronin, K. S. (2019). Uravneniya matematicheskoy fiziki v zadachakh truboprovodnogo transporta nefti i gaza. Tyumen, Industrial University of Tyumen Publ., 96 p. (In Russian).Рабинович, Е. З. Гидравлика : учебник / Е. З. Рабинович. – Москва : Недра. – 1974. – 296 с. – Текст : непосредственный.Rabinovich, E. Z. (1974). Gidravlika. Moscow, Nedra Publ., 296 p. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.