Оценка влияния параметров многофазной жидкости на собственные частоты колебаний надземных промысловых трубопроводов

Наиболее распространенным способом строительства промысловых трубопроводов на вечной мерзлоте является надземная прокладка на опорах. Величина пролета между опорами должна определяться с учетом условия отстройки от резонансных частот при вихревом возбуждении от ветровой нагрузки. Определению собственных частот посвящено большое количество исследований, однако влияние многофазной жидкости не рассматривалось.

Цель работы — определение влияния параметров многофазной жидкости на собственные частоты колебаний надземных промысловых трубопроводов.

В качестве ведущего метода используется решение дифференциального уравнения математической модели поперечных деформаций стержня при воздействии продольных усилий.

Результаты исследования показали, что изменение собственных частот при изменении параметров транспортируемой многофазной жидкости не выходит за границы значений частот, учитывающих перекачиваемую жидкость как дополнительную массу без учета давления и с учетом максимально допустимого давления, на которое был рассчитан трубопровод. Также изменение обводненности и газового фактора влияет на плотность общего потока и, как следствие, изменяется масса перекачиваемой жидкости, которая по сравнению с внутренним давлением оказывает большее воздействие.

Практическая значимость работы заключается в необходимости правильного расчета частот колебаний для определения оптимальной расстановки опор наземных трубопроводов.

1. СА 03-003-07. Расчеты на прочность и вибрацию стальных технологических трубопроводов : нормативные документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр : дата введения 2006-1127 / Российская ассоциация экспертных организаций техногенных объектов повышенной опасности. – Изд. официальное. – Москва : Стандартинформ, 2007. – 72 с. – Текст : непосредственный.

2. СТАРТ-ПРОФ (версия R 4.87). – Текст : электронный // НТП Трубопровод : сайт. – URL: https://www.truboprovod.ru/software/start

3. Черенцов, Д. А. Определение частот свободных колебаний надземных участков трубопроводов, транспортирующих несжимаемую жидкость / Д. А. Черенцов, С. П. Пирогов. – DOI 10.31660/0445-0108-2023-3-84-94. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2023. – № 3 (159). – С. 84–94.

4. Феодосьев, 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Брилл, Дж. П. Многофазный поток в скважинах / Дж. П. Брилл, Х. Мукерджи ; перевод с английского Ю. В. Русских ; под редакцией М. Н. Кравченко. – Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2006. – 384 с. – (Библиотека нефтяного инжиниринга). – Перевод изд.: Multiphase flow in wells / James P. Brill, Hemanta Mukherjee. Richardson, 1999. – Текст : непосредственный.

17. Рабинович, Е. З. Гидравлика : учебник / Е. З. Рабинович. – Москва : Недра. – 1974. – 296 с. – Текст : непосредственный.