tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2026-3-122-132TNXIIZtumnig-1476Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТАDESIGNING, CONSTRUCTION AND OPERATION OF PIPELINE TRANSPORT SYSTEMОценка влияния предварительного напряженного состояния на собственные частоты колебаний надземных трубопроводовAssessment of the influence of the prestress state on the natural frequencies of vibrations of above-ground pipelinesЧеренцовД. А.CherentsovD. A.Черенцов Дмитрий Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры транспорта углеводородных ресурсов

Тюмень

Dmitry A. Cherentsov, Candidate of Engineering Sciences, 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, Тюменский индустриальный университет

Тюмень

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

Tyumen

pirogovsp@tyuiu.ruТюменский индустриальный университетРоссияTyumen Industrial UniversityRussian FederationТюменский индустриальный университет; Тюменский государственный университетРоссияTyumen Industrial University; Tyumen State UniversityRussian Federation20261407202603122132Copyright © Черенцов Д.А., Пирогов С.П., 20262026Черенцов 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/1476

При строительстве промысловых трубопроводов в условиях вечной мерзлоты применяется преимущественно надземная прокладка на опорах. Критически важным параметром при этом является пролет между опорами, который должен рассчитываться с обязательным условием отстройки от резонансных частот, вызванных вихревым возбуждением от ветровой нагрузки. Цель работы - нахождение длины пролета между опорами прокладываемой трубы, причем при оценке ветрового резонанса величина пролета может быть скорректирована. Для решения этой задачи необходимо знать собственные частоты колебаний пролета надземного трубопровода. Для оценки влияния предварительного напряженного состояния трубопровода на его собственные частоты колебаний используется ранее разработанная математическая модель, основанная на уравнении поперечных колебаний стержня с учетом растягивающих усилий. Показано, что наибольшее влияние оказывают нагрузки в продольном направлении, причем рост частот наблюдается при увеличении абсолютного значения нагрузки (независимо от того растягивающие или сжимающие напряжения). Нагрузки в поперечном направлении оказывают незначительное влияние, однако для корректного определения собственных частот их также следует учитывать.

In field pipeline construction for oil and gas fields located in permafrost conditions, above-ground pipeline installation on supports is predominantly used. A critical parameter in this case is the span between supports, which must be selected to avoid resonance conditions associated with vortex-induced vibrations caused by wind loading. This work aims to determine the span length between supports of pipe laid, and this value may be adjusted based on the assessment of wind-induced resonance. For this aim, the author of this article need to know the natural frequencies of the pipeline spans. To access the influence of the initial stress state of the pipeline on natural frequencies, researchers use a previously developed mathematical model based on the equation of transverse beam vibrations with axial force effects. The study shows that axial loads have the strongest impact: natural frequencies increase with the magnitude of axial force, regardless of whether the stress state is tensile or compressive. Transverse loads have a minor impact, but they should still be included for accurate frequency estimation.

надземные трубопроводыпромысловые трубопроводыпредварительное напряженное состояниесобственные частотыматематическое моделированиечисленные экспериментыabove-ground pipelinesfield pipelinespre-stressed statenatural frequenciesmathematical modelingnumerical experimentsАвторы выражают благодарность за поддержку данного исследования Министерству науки и высшего образования Российской Федерации, грант номер FEWN-2024-0005.The authors would like to acknowledge the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, grant number FEWN-2024-0005.ReferencesФеодосьев В. И. О колебаниях и устойчивости трубы при протекании через нее жидкости. Инженерный сборник. 1952;(10);169–170.Feodos'ev V. I. (1951). About the oscillations and stability of a pipe when liquid flows through it. Inzhenernyy sbornik. 1952;(10);169–170. (In Russ.).Ефимов А. А. Свободные колебания подводных нефтепроводов. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2008;(1):49–56.Efimov A. A. (2008). Free fluctuations of underwater oil pipelines. Oil and Gas Studies. 2008;(1): 49–56. (In Russ.).Ильин В. П. Исследование свободных колебаний кривой трубы с потоком жидкости. Успехи строительной механики и теории сооружений. В сб.: научных трудов Саратовского государственноготехнического университета и Российской академии архитектуры и строительных наук. Саратов : СГТУ; 2010. С. 88–93.Ilyin V. P. Research of Free Oscillations of a Curved Pipe with a Fluid Flow. Advances in Structural Mechanics and Theory of Constructions. In the Collection of Scientific Papers of the Saratov State Technical University and the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences. Saratov: SSTU; 2010. P. 88–93. (In Russ.).Соколов В. Г., Березнев А. В. Уравнения движения криволинейного участка трубопровода с потоком жидкости. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2004;(6):76–80.Sokolov V. G., Bereznev A. V. Equations of motion for a curved section of a pipeline with a flowing liquid. Oil and Gas Studies. 2004;(6):76–80. (In Russ.).Соколов В. Г., Березнев А. В. Решение задачи о свободных колебаниях криволинейных участков трубопроводов с протекающей жидкостью. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2005;(1):80–84.Sokolov V. G., Bereznev A. V. Solution of the problem of free oscillations of curved sections of pipelines with flowing liquid. Oil and Gas Studies. 2005;(1): 80–84.(In Russ.).Зарипов Д. М. Нелинейные колебания трубопровода под действием внутреннего ударного давления жидкости. Труды Института механики Уфимского научного центра РАН. 2016;(11):136–140.Zaripov D. M. Nonlinear oscillations of the pipeline caused by internal fluid pressure. Trudy Instituta mekhaniki Ufimskogo nauchnogo tsentra RAN. 2016;(11):136–140. (In Russ.).Миронов М. А., Пятаков П. А., Андреев А. А. Вынужденные колебания трубы с потоком жидкости. Акустический журнал. 2010;56(5): 684–692.Mironov M. A., Pyatakov P. A., Andreev A. A. Forced flexural vibrations of a pipe with a liquid flow. Acoustical Physics. 2010;56(5): 684–692.Шакирьянов М. М. Пространственные хаотические колебания трубопровода в сплошной среде под действием переменного внутреннего давления. Известия Уфимского научного центра РАН. 2016;(4):35–47.Shakiryanov M. M. Spatial chaotic vibrations of a pipeline in the continuous medium under the impact of alternating internal pressure. Izvestiya Ufimskogo nauchnogo tsentra RAN, 2016;(4):35–47. (In Russ.).Ганиев Р. Ф., Ильгамов М. А., Хакимов А. Г., Шакирьянов М. М. Пространственные непериодические колебания трубопровода под действием переменного внутреннего давления. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017;(2):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, 2017;(2):3–12. (In Russ.).Черенцов Д. А., Пирогов С. П., Дорофеев С. М. Mатематическая модель манометрической пружины в вязкой среде. Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2014;(7):234–241.Cherentsov D. A., Pirogov S. P., Dorofeyev S. M. Mathematical model of manometric spring in a viscous medium. Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy. 2014;(7):234–241. (In Russ.).Черенцов Д. А., Пирогов С. П. Определение частот свободных колебаний надземных участков трубопроводов, транспортирующих несжимаемую жидкость. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2023;(3): 84–94. https://doi.org/10.31660/0445-0108-2023-3-84-94Cherentsov D. A., Pirogov S. P. Determination of the natural frequencies of the above-ground sections of pipelines transporting an incompressible fluid. Oil and Gas Studies. 2023;(3):84–94. (In Russ.). https://doi.org/10.31660/0445-0108-2023-3-84-94Черенцов Д. А., Пирогов С. П. Влияние перекачиваемой жидкости на частоты свободных колебаний надземных участков трубопроводов. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2023;8(140):118–119.Cherentsov D. A., Pirogov S. P. The effect of the pumped liquid on the free oscillation frequencies of above-ground pipeline sections. Neftegaz.RU Business Journal. 2023;8(140):118–119. (In Russ.).Черенцов Д. А., Пирогов С. П. Математическая модель свободных колебаний надземных участков трубопроводов, транспортирующих многофазную жидкость. Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2024;10(4-40):68–78. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2024-10-4-68-78Cherentsov, D. A., Pirogov, S. P. Mathematical model of free vibrations in above-ground pipelines sections transporting multiphase fluid. Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy, 2024;10(4-40):68–78. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2024-10-4-68-78Черенцов Д. А., Пирогов С. П. Оценка влияния параметров многофазной жидкости на собственные частоты колебаний надземных промысловых трубопроводов. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2025;1(169): 100–112. https://doi.org/10.31660/0445-0108-2025-1-100-112Cherentsov D. A., Pirogov S. P. Evaluation of the influence of multiphase fluid parameters on the natural frequencies of above-ground field pipelines. Oil and Gas Studies. 2025;(1):100–112. (In Russ.). https://doi.org/10.31660/0445-0108-2025-1-100-112Черенцов Д. А. Пирогов С. П., Голосов С. М., Новоселова О. С. Исследование форм и частот свободных колебаний участков надземных трубопроводов. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2025;11(168):44–119.Cherentsov D. A., Pirogov S. P., Golosov S. M., Novoselova O. S. Investigation of the shapes and frequencies of free oscillations of above-ground pipeline sections. Neftegaz.RU Business Journal. 2025;11(168):44–119. (In Russ.).

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