автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Разработка методов предупреждения аварийных ситуаций в системах городской инфраструктуры

Введение.

Глава 1. Анализ аварийных ситуаций в трубопроводных системах водо-теплоснабжения вследствие колебаний давления и расчет допустимых нагрузок.

1.1. Причины повреждения оборудования и типичные неисправности.

1.2. Допустимые динамические нагрузки в трубопроводах с неагрессивными жидкостями.

1.3. Учет коррозионной агрессивности жидкости при определении допустимых динамических нагрузок.

1.4. Влияние динамических нагрузок на скорость коррозии и циклическую долговечность трубопроводов.

1.5. Постановка задачи исследований.

Глава 2. Современные методы гашения волновых и вибрационных процессов в трубопроводах водо-теплоснабжения.

2.1. Существующие средства гашения колебаний давления и расхода в трубопроводных системах.

2.2. Современные устройства гашения колебаний давления и расхода в системах водо-теплоснабжения.

2.3. Материалы для упругих элементов стабилизаторов.

2.3.1. Расчет температурных полей в демпфирующей камере стабилизатора давления.

2.3.2. Выбор материалов для упругих элементов демпфирующих камер.

2.4. Выводы.

Глава 3. Теоретические методы определения параметров стабилизаторов давления и их эффективности.

3.1. Математическая модель волновых процессов в трубопроводе со стабилизатором и без него.

3.2. Определение эффективности гашения волновых процессов в расходных трубопроводах со стабилизатором.

3.2.1. Эффективность стабилизаторов давления при линейном изменении расхода.

3.2.2. Эффективность стабилизаторов давления при периодическом изменении давления и расхода.

3.2.3. Эффективность стабилизаторов давления для безрасходных магистралей систем автоматики, управления и контроля.

3.3. Определение основных проектных параметров стабилизаторов давления.

3.4. Выводы.

Глава 4 . Экспериментальные исследования для определения эффективности работы стабилизаторов давления.

4.1. Экспериментальное исследование стабилизаторов давления для трубопроводов тепло-водоснабжения.

4.2. Результаты экспериментального исследования пульсаций давления в паровом потоке.

4.3. Исследование динамических характеристик стабилизаторов в тепловых сетях.

4.4. Выводы.

Диссертационная работа посвящена вопросам защиты окружающей среды и рационального использования природных ресурсов на основе снижения аварийности и повышения экологической безопасности в системах городской инфраструктуры.

В дальнейшем под этим термином будем понимать не только магистральные трубопроводы, а все трубопроводы различного назначения, в которых транспортируемые вещества обладают большой инерционностью, такие, например, как водоводы, центральные теплотрассы, канализационные напорные коллекторы, пульпопроводы.

Протяженность этих трубопроводных систем увеличивается с каждым годом и, в настоящее время, суммарная протяженность магистральных систем водо-теплоснабжения, мелиоративных сетей и трубопроводов жилищно-коммунального хозяйства в Российской Федерации превышает 2 млн. км. Необходимо отметить, что в силу значительной инерционности потока транспортируемых сред, каждый разрыв трубопровода сопровождается обширными разливами и загрязнениями окружающей среды на значительных площадях, безвозвратными потерями природных ресурсов.

В силу затянувшихся экономических трудностей замена изношенного оборудования и трубопроводов в России в последние 10 лет ведется крайне низкими темпами, что, безусловно, сказывается на техническом состоянии эксплуатируемых трубопроводных систем. Именно поэтому в нашей стране наблюдается устойчивая тенденция увеличения количества аварий на трубопроводном транспорте на 7-9 % в год [26, 27].

Как уже указывалось, рост аварийности в значительной мере связан с увеличением износа действующих трубопроводных систем, накоплением усталостных явлений в материале трубопроводов и сварных швов вследствие длительного воздействия динамических нагрузок, вызванных вибрацией и пульсациями давления в транспортируемых средах.

В материалах Международного бюро труда (г. Женева) по «Предупреждению крупных аварий» приводятся следующие типичные неисправности, нарушающие безопасную работу оборудования и причины его повреждения:

- механические поломки сосудов и трубопроводов вследствие их коррозии и гидравлических ударов;

- конструкции, не обеспечивающие их целостности при перепадах внутреннего давления, действия внешних сил, коррозии и изменения температуры;

- неисправности в системе контроля (датчики давления и температуры, расходомеры, индикаторы уровня, приборы управления);

- поломки таких узлов, как компрессоры, насосы и т.п.;

- неисправности в системе безопасности (предохранительные клапаны, предохранительные разрывные мембраны и т.п.);

- нарушения сварных швов и соединительных фланцев.

Практически каждая из этих неисправностей, способных вызвать крупную аварию может быть следствием нарушения режима давления в трубопроводной системе из-за волновых и ударных процессов, возникающих при ее эксплуатации. Кроме того, воздействие волновых, вибрационных и ударных процессов на трубопровод приводит к многократному увеличению скорости коррозии и уменьшению срока его эксплуатации.

Одним из путей предотвращения аварийных ситуаций является использование пластмассовых труб. В 80-х годах потребность в пластмассовых трубах для народного хозяйства СССР на 2000 г. была определена Госпланом СССР в объеме 1100 тыс. тонн. Предполагалось, что до «Далекого» (в те времена) XXI века в строительстве новых и восстановлении изношенных стальных трубопроводов объемы применения труб из прогрессивных полимерных материалов будут непрерывно возрастать [27].

К великому сожалению этого не произошло. Так в 1990 г. страна продолжала потреблять до 24 млн. тонн стальных труб (т.е. как США, Англия, Германия, Япония, Франция и Италия вместе взятые), причем половина этой огромной массы стальных труб использовалась для замены вышедших из строя тех же стальных труб. Это привело к тому, что изношенность трубопроводов в России, как и на других территориях СНГ, самая высокая в мире [27].

Во всем мире из вновь вводимых в эксплуатацию трубопроводов более 80 % составляют трубопроводы из пластических масс. Причем общеизвестно, что прочностные свойства стальных труб, например, в системах водоснабжения используются всего на 2-4 %. Это наследие монополизма в черной металлургии. А тем временем состояние систем водоснабжения и водоотведения в России достигло критической оценки. Большинство трубопроводов систем водо-теплоснабжения и водоотведения в России находится в эксплуатации с 50-60 гг. и практически исчерпало свой срок службы [27]. Известно, что нормативный срок службы составляет для чугунных трубопроводов - 20 лет, стальных - 10-15 лет, керамических - 10 лет, в то время как для полиэтиленовых - не менее 50 лет.

На сегодняшний день большинство трубопроводов эксплуатируется со степенью износа 70-80 %. Из 500 с лишним тыс. км трубопроводов водопроводных сетей 55 % требуют срочной замены и ремонта, на каждые 100 км трубопроводов за один год в среднем приходится 45 аварий, причем с каждым годом положение все ухудшается. Аналогичная картина и в канализационных системах. О каком улучшении качества питьевой воды можно рассуждать, если 80 % систем водоснабжения заросло внутри, а канализация в существующем состоянии является потенциально опасным источником загрязнения водоемов и подземных вод, почвы и всего, что на ней произрастает. В настоящее время в России всеми видами ремонта восстанавливается всего 1-3 % изношенных трубопроводов.

В связи с повышением надежности, долговечности и эффективности инженерных трубопроводных сетей системы жилищно-коммунального хозяйства необходимо проведение следующих работ:

- инвентаризация технического состава существующих трубопроводов;

- установление фактических потерь воды, тепла и электроэнергии в процессе эксплуатации трубопроводных систем;

- разработка рекомендаций по выбору современных технологий для восстановления и ремонта существующих трубопроводов.

Если не принять экстренные меры по восстановлению инженерных коммуникаций две трети трубопроводов будет разрушено в 2005-2010 гг., т.е. произойдет экологическая катастрофа. Необходимо срочно наращивать темпы восстановительных работ на трубопроводных сетях.

В мировой практике в настоящее время существует шесть основных технологий бестраншейного ремонта изношенных подземных трубопроводов с использованием различного оборудования:

- «труба в трубу» - протаскивание во внутреннюю полость ремонтируемого трубопровода новой плети трубопровода из полиэтилена. При этом наружный диаметр трубопровода из полиэтилена меньше внутреннего диаметра ремонтируемого трубопровода;

- то же, с увеличением диаметра на один сортамент, но с разрушением ремонтируемого трубопровода, что позволяет протаскивать или проталкивать новую полиэтиленовую плеть или отрезки большего размера, чем внутренний диаметр ремонтируемого трубопровода, что на наш взгляд неприемлемо, неэффективно и энергоемко;

- нанесение на внутреннюю поверхность ремонтируемого трубопровода, предварительно очищенного и промытого, цементно-песчаного слоя различной толщины. Однако со временем после интенсивной эксплуатации трубопровода происходит механическое или химическое разрушение цементно-песчаного слоя. Это во многом предопределяет нецелесообразность использования защитных цементно-песчаных покрытий в водоотводящих сетях [28];

- «чулочная технология» - протаскивание внутрь ремонтируемого трубопровода, предварительно очищенного высоким давлением, синтетического чулка. После протаскивания, чулок полимеризуется в среде горячей воды, определенной температуры, облучением ультрафиолетом или другим способом, что обеспечивает образование на внутренней поверхности трубопровода прочного инертного слоя регулируемой толщины;

- технология «и-лайнер», при которой внутрь предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протаскивается и-образная полиэтиленовая плеть с последующим ее распрямлением с помощью теплоносителя определенной температуры с последующим образованием нового цельного полиэтиленового трубопровода;

- локальный ремонт трубопровода с использованием ремонтного робота и ремонтной вставки.

Однако все вышеперечисленное не устраняет причин аварийных ситуаций, а только указывает на пути их разумного разрешения.

Одним из основных путей обеспечения надежной, экономичной и безаварийной работы трубопроводного транспорта является предупреждение и устранение колебаний давления, вибраций и гидроударов, возникающих в основном в результате периодического характера работы нагнетательных установок, изменение режима их работы, срабатывания запорной аппаратуры, аварийных отключений электропитания и ошибочных действий обслуживающего персонала.

Однако традиционно используемые средства для гашения волновых и вибрационных процессов, такие как ресиверы, дроссельные шайбы, воздушные колпаки, аккумуляторы давления и т.п. малоэффективны, и поэтому ими оборудуется лишь незначительная часть всех трубопроводов небольшой длины и в основном те, где используются нагнетательные установки поршневого типа.

Для трубопроводов большой протяженности в основном используются предохранительные клапаны, осуществляющие сброс транспортируемой среды в резервные емкости в случае чрезмерного повышения давления. Примером таких клапанов являются клапаны типа «Флексфло» и «Аркрон», которыми оборудованы некоторые магистральные трубопроводы, однако их применение ограничено из-за высокой стоимости, большой массы и габаритов, значительных по объему резервуаров. Большинство же трубопроводов вообще не оборудуется средствами защиты.

В связи с изложенным, теоретическая разработка новых высокоэффективных средств защиты трубопроводов большой протяженности от волновых и вибрационных процессов, создание на их базе практических устройств и внедрение их в различные отрасли народного хозяйства являются актуальной проблемой.

Проблемы, связанные с неустановившимся движением сжимаемых жидкостей в трубах, постоянно привлекали внимание отечественных и зарубежных исследователей.

Впервые задача о нестационарном ламинарном движении несжимаемой жидкости без предположения о квазистационарности профиля скорости была решена с помощью рядов еще в 1882 г. И.С. Громекой, где трение учитывалось в исходных дифференциальных уравнениях. Однако числовые результаты для этого решения были получены только в XX веке.

Основы движения неустановившейся жидкости в напорных трубопроводах были заложены еще Н.Е. Жуковским [29, 30]. Он рассмотрел течение невязкой жидкости, составил дифференциальные уравнения ее движения и для ряда задач получил результаты, которые легли в основу дальнейшей разработки теории напорного и безнапорного течений вязкой жидкости.

С помощью этой теории удалось объяснить ряд физических явлений, получивших название гидравлического удара. В них был заложен фундамент современных методов расчета элементов конструкций трубопроводов.

В работе Н.Е. Жуковского [29] показано, что задачу о движении сжимаемой жидкости в упругом цилиндрическом трубопроводе можно свести к задаче о движении сжимаемой жидкости в жестком трубопроводе, но с меньшим модулем упругости жидкости. Это обстоятельство учитывается введением эффективной скорости звука. Метод определения эффективной скорости для более сложного поперечного сечения приведен в работе К.Г. Асатура [3].

В работах М.А. Мосткова [70, 71] развита теория гидравлического удара применительно к трубопроводам гидростанций и гидроэнергетического оборудования, рассмотрены граничные условия и предложены методы расчета для простых и разветвленных трубопроводов.

Весьма подробная библиография работ по неустановившемуся движению и исторический очерк развития теории гидравлического удара содержится в работах A.A. Сурина [97], H.A. Картвелишвили [28].

Довольно большое количество работ посвящено экспериментальному изучению динамики трубопроводных систем, в частности, исследованию профилей скорости при нестационарном движении.

JI.C. Лейбензоном [59] были впервые рассмотрены периодические колебания давления в длинных трубопроводах, оборудованных поршневыми насосами с учетом сжимаемости жидкости. Им была получена формула для определения ударного давления при нестационарном течении жидкости, позволяющая учесть неравномерное распределение скорости по сечению. В дальнейшем эта формула была уточнена И.Ф. Ливурдовым в работе [60], где учитываются потери на трение от выравнивания скорости в сечении трубопровода при торможении потока.

Теория неустановившегося течения жидкости в трубах с учетом ее вязкости была создана И.А. Чарным. Система дифференциальных уравнений

И.А. Парного [112], описывающая движение жидкости в трубопроводе, использует гипотезу квазистационарности, впервые принятую С.А. Христиановичем для расчета неустановившегося течения в открытых руслах. Гипотеза заключается в том, что сила трения жидкости о стенку трубы в нестационарном режиме принимается такой же, как и при стационарном течении со скоростью, равной мгновенной скорости рассматриваемого нестационарного движения.

Используя полученные уравнения, И.А. Чарный исследовал волновые процессы, протекающие в простом трубопроводе, а также в трубопроводе с простой камерой (воздушным колпаком) с учетом сил трения (длинный трубопровод) и без учета сил трения (короткий трубопровод).

Созданная И.А. Чарным теория неустановившегося движения жидкости в напорном трубопроводе в настоящее время нашла широкое применение.

Развитие работ по энергетическим установкам различного назначения привело к интенсификации исследований по теории колебаний жидких и газообразных сред в трубопроводах, результаты которых изложены в трудах: В.В. Болотина, А.П. Владиславлева, Р.Ф. Ганиева, Х.Н. Низамова, Б.Ф. Гликмана, П.А. Гладких, С.А. Хачатуряна, М.А. Гусейн-Заде, К.С. Колесникова, Д.Н. Попова, В.П. Шорина, С.С. Кутателадзе, М.А. Стыриковича, М.А. Ильгамова, М.С. Натанзона, В.В. Пилипенко, В.А. Светлицкого и др.

Вопросам динамики пространственно изогнутых участков трубопровода с жидкостью, гидравлического удара и способы понижения частот собственных колебаний жидкости в трубопроводах посвящены многие работы.

В монографии К.С. Колесникова [52] исследованы продольные колебания ракеты с жидкостным ракетным двигателем. Там же рассмотрены методики расчета элементов топливной магистрали с сосредоточенными параметрами, которые имеют широкое прикладное значение.

Методика расчета собственных колебаний жидкости в сложных разветвленных трубопроводах, создана коллективом под руководством В.А. Махина [62]. Исследования провалов давления в трубопроводах приведены в работах М.С. Натанзона [81]. Вынужденные колебания сжимаемой жидкости исследовались в работах многих ученых.

Анализ теоретических работ, посвященных динамике жидкости в трубопроводах, показывает, что основное внимание в них уделялось вопросам расчета колебаний давления и расхода жидкости в простых трубопроводах и в системах с воздушными колпаками и аккумуляторами давления. В то же время многочисленные экспериментальные исследования выявили существенное влияние на управление динамическими процессами диссипативных элементов (сосредоточенная перфорация и распределенная перфорация) и геометрических параметров трубопроводной системы. Методы расчета волновых процессов в трубопроводах с гасителями (сосредоточенная перфорация и упругость) предложены в работах [26, 27]. Задача анализа волновых процессов в трубопроводах с распределенными диссипативными элементами и упругими элементами различных типов поставлена в работах [20, 26, 27], где предложен ряд соответствующих методик расчета. Вместе с тем, необходимо отметить, что для газовых магистралей указанная задача не получила пока исчерпывающего решения.

Трубопроводная система нагнетательных установок представляет собой упругую конструкцию, состоящую из прямых участков труб, поворотов, арматур, тройников, патрубков и средств крепления - опор. Их вибрация возникает вследствие переменных нагрузок, сопровождающих работу нагнетательных установок. Различают две причины вибрации трубопроводов и аппаратов:

- первая - кинематическое возбуждение, обусловленное механическими вибрациями корпуса насоса или компрессора, которые передаются на примыкающие к цилиндрам компрессора или входам насоса участки трубопроводов, или на опоры отдаленных участков;

- вторая - пульсирующий поток и акустические колебания жидкости и газа в трубопроводах. Особенно высокие значения вибрации возникают при эксплуатации компрессорных установок. Необходимость изучения основных динамических характеристик трубопроводов компрессорных установок определяется высокими требованиями к их прочности и надежности работы.

Исследования показывают [16], что вибрация опор с амплитудой 0,150,2 мм может вызвать в условиях резонанса опасные колебания трубопровода.

В этой же работе показано, что устранение пульсаций давления может увеличить в несколько раз срок службы клапанов.

Периодические изменения давления жидкости и газа вследствие взаимодействия рабочей среды с трубопроводом могут вызвать механические колебания трубопроводов, связанного с ним оборудования и опорных конструкций.

При резонансных условиях под действием продольных волн могут возникать резонансные колебания трубопроводной системы. Анализ многочисленных работ по неустановившимся движениям жидкости (или газа) показывает, что задача защиты трубопроводов от волновых и вибрационных процессов по-прежнему является актуальнейшей проблемой для различных отраслей промышленности. Особое внимание уделялось изучению резонансных колебаний трубопроводных систем.

В работах Б.Ф. Гликмана, К.С. Колесникова предложены методы подавления резонансных частот и способы понижения частот собственных колебаний в жидкостных магистралях путем установки на входах в насосы податливых элементов - демпферов. В монографии [27] выделены следующие три способа снижения частот собственных колебаний жидкости в трубопроводах:

- понижение распределенной упругости жидкости путем вдува в жидкостную магистраль газа;

- понижение распределенной упругости трубы путем замены материала трубы на другой, с меньшим модулем упругости;

- введение сосредоточенной упругости за счет установки специальных устройств - гидравлических и газовых демпферов.

В этой же работе представлены конструктивные варианты газовых, пружинных, сильфонных и смешанных демпферов применительно к жидкостным магистралям.

В работе В.В. Пилипенко и М.А. Натанзона рассматривается влияние газовых демпферов, установленных в расходных магистралях, на колебания давления на входах в насосы при работе мощных энергетических установок.

Средства защиты от колебаний давления в трубопроводах излагаются в монографии В.П. Шорина [113]. Здесь описываются гасители колебаний различных типов и принципов работы: газожидкостные гасители емкостного типа, гасители типа параллельного резонансного контура, гасители инерционного принципа действия и гасители с активным волновым сопротивлением.

В монографии П.А. Гладких и С.А. Хачатуряна [29] описываются конструкции гасителей пульсаций давления, используемые в газопроводах. Они предлагают использовать в газовых магистралях с поршневыми компрессорными установками три основных вида реактивных гасителей пульсаций давления: ответвленный резонатор; кольцевой гаситель низких частот; камерный гаситель верхних частот.

Имеется ряд фундаментальных работ, в которых рассматриваются теоретические основы расчета колебаний потоков и вибраций систем, вызванных возвратно-поступательным движением поршней. К ним относятся классические исследования С.П. Тимошенко и Д. Рэлея.

Одним из распространенных типов гасителей пульсаций давления являются различные резонансные звукопоглощающие системы. Изучением таких систем и созданием методов расчета гасителей успешно занимался С.Н. Ржевкин. Резонатор представляет собой замкнутую полость с жесткими стенками, сообщающуюся через узкий канал с трубопроводом, в котором необходимо устранить вредные пульсации давления.

Снижение уровня пульсаций давления в трубопроводной системе на практике ведется путем изменения конструкции трубопроводов, уменьшения возмущающих сил за счет уравновешивания ротора насоса и компрессора, увеличения толщины стенок, виброизоляции трубопроводов от источников возбуждения, рациональной укладки трубопроводов и опор. Как правило, такие способы оказываются весьма дорогостоящими.

A.A. Самарин [95] предлагает использовать известные способы гашения пульсаций давления, апробированные в других областях техники, и для теплоэнергетического оборудования.

В трубопроводах компрессорных установок для управления волновыми и вибрационными процессами в настоящее время используются следующие средства: изменение схемы, размеров трубопровода и аппаратов, а также рациональное взаимное расположение цилиндров и фаз их воздействия на трубопровод; установка дроссельной диафрагмы; установка пустотелых камерных гасителей или буферных емкостей; применение акустических фильтров резонаторов.

Наиболее важными для практики являются два последних способа, так как с изменением схемы, размеров трубопроводов и их формы изменяется собственная частота колебаний, но резонанс, устраненный при одних числах оборотов, возникает при других; установка дроссельной диафрагмы приводит к значительному ослаблению колебаний давления, но при этом возникают дроссельные потери, поглощающие значительную часть мощности компрессора.

Широкое распространение в поршневых компрессорах получили буферные емкости. Их эффективность определяется объемом, а принцип работы основан на рассеивании энергии колебаний. Установлено [27], что наилучшее гашение имеет место при установке буферной емкости непосредственно у цилиндра компрессора, так как по мере удаления от цилиндра гасительные свойства ее ухудшаются. Методы расчета емкостей приведены в работе [27]. Эффективность буферной емкости может быть увеличена путем введения дополнительных активных сопротивлений, например, диафрагмы. При этом объем гасителя может быть уменьшен.

Недостатком гасителей типа буферных емкостей является то, что они позволяют сгладить поток в трубопроводе лишь за собой. Кроме того, размещение буферных емкостей необходимых размеров в многоступенчатых компрессорах с большим числом цилиндров сопряжено с большими трудностями из-за ограниченного места. При этом растут габариты и металлоемкость компрессорных установок.

Акустические фильтры применяют в наиболее ответственных случаях, когда требуется значительное снижение амплитуды колебаний давления. Они сложнее по конструкции и более трудоемки в изготовлении, чем буферные емкости. Потери энергии в этих гасителях большие. Конструктивно они состоят из ряда камер, перегородок и перфорированных трубок для прохода газа. Определение их размеров и отработка конструкций ведутся, в основном, конструктивно. Другие недостатки аналогичны буферным емкостям.

В системах смазки и уплотнений центробежных компрессоров для сжатия природных, токсичных и агрессивных газов широко используются плунжерные и аксиально-поршневые насосы. При этом возникают такие же проблемы гашения пульсаций, как и в поршневых компрессорах. Эти проблемы наиболее остро стоят в компрессорах высокого давления. Дело в том, что пульсации давления могут привести к автоколебаниям системы поддержания перепада давления «масло-газ» и, следовательно, к разгерметизации уплотнений. Большие колебания давления и гидравлические удары могут возникнуть при запуске и останове насосов, при переключении в аварийных режимах с основных на резервные насосы. Для уменьшения колебаний давления в этих случаях широко используются так называемые аккумуляторы давления.

Однако для стабилизации высокого давления требуются большие объемы подушек, что приводит к существенному увеличению габаритов. В связи с этим требуются специальные новые конструктивные решения.

Из проведенного обзора и анализа существующих конструкций демпфирующих устройств (воздушные колпаки, аккумуляторы давления, гасители различных типов, ресиверы, дроссельные шайбы) следует, что описанные средства имеют следующие недостатки:

- отсутствие диссипативных элементов не позволяет обеспечить требуемое снижение амплитуды колебаний давления;

- невозможность использования их в агрессивных средах из-за пожароопасности;

- большие времена и неудовлетворительные качества регулирования переходных процессов;

- вследствие сосредоточенных параметров устройства не обеспечивается восстановление пониженного давления (провала) в системе;

- нельзя использовать их для стабилизации колебаний давления многорежимных систем (при скачкообразном изменении рабочего давления).

Таким образом, создание новых технических средств защиты трубопроводов от волновых и вибрационных процессов является актуальной задачей применительно к системам водо-теплоснабжения. Ее решение позволит уменьшить непроизводительные потери воды и устранить загрязнение окружающей среды.

В работах [1-115] рассмотрены различные вопросы в области постановки, моделирования и управления безопасностью сложных технических систем с помощью различных подходов.

Рассмотрим краткое содержание работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

основные выводы:

1. Проведенный анализ информационных источников показал, что ежегодно на трубопроводном транспорте, включая магистральный, происходит очень большое количество аварий, которое возрастает из года в год. Причиной аварий являются внутрисистемные возмущения -волны повышенного или пониженного давления и вибрации.

2. Существующие средства гашения волновых и вибрационных процессов малоэффективны. В тоже время в области динамики трубопроводов появился принципиально новый подход к созданию средств предупреждения аварий - стабилизаторов давления или дезургеров, основанный на комплексном воздействии на волновую энергию в трубопроводе (изменение податливости, приведенного гидравлического сопротивления и введение диссипативных элементов).

3. На основе анализа имеющихся данных по циклической долговечности трубопроводов, разработаны ограничения на амплитуду динамической составляющей напряжения из-за воздействия волновых и вибрационных процессов неизбежно возникающих при эксплуатации.

4. Предложена методика оценки допустимых значений волновых и вибрационных нагрузок для различных типов сред, транспортируемых по трубопроводной системе.

5. Из приведенных результатов теплового расчета следует, что конструкция демпфирующей камеры с одним патрубком с точки зрения температурных полей гораздо предпочтительнее, чем конструкция с двумя патрубками. Максимальная рабочая температура материала разделительной оболочки и упругодемпфирующего заполнителя не превышает 110° С.

6. На основе проведенного анализа выбраны конструктивные схемы СД, использование которых в трубопроводных системах большой протяженности является наиболее целесообразным.

7. Предложено новое конструктивное решение устройства, СД, позволяющее решать вопросы гашения гидроупругих процессов в трубопроводах большой протяженности с большими перепадами высот по трассе прокладки.

8. Разработаны математические модели нестационарного движения жидкости в трубопроводной системе без СД и со СД. Получены аналитические зависимости, связывающие эффективность гашения колебаний давления и гидроударов с основными параметрами СД: податливостью, суммарной площадью распространения перфорациии и коэффициентом эквивалентного вязкого демпфирования. Разработана методика расчета конструктивных характеристик СД.

9. Проведен сравнительный анализ эффективности работы СД по результатам, которого можно отметить, что установка СД в трубопровод позволяет:

- существенно (более чем в 2 раза) уменьшить амплитуду изменения напряжений в стенке трубопровода при одновременном уменьшении количества циклов нагружения более чем в 2 раза, следовательно, значительно увеличить срок его безаварийной работы (примерно 8-10 раз);

- при возникновении нештатных ситуаций уменьшить объемы воды сбрасываемой в резервные емкости более чем на 2 порядка, а в некоторых случаях, при достаточной эффективности работы СД и совсем его не производить.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе полученных в работе результатов можно сделать следующие

1. Абдукадыров С.А., Александрова H.H., Степаненко М.В. Нестационарная дифракция плоской продольной волны на упругой цилиндрической оболочке // Механика твердого тела. 1989. - № 5. - С. 132-137.

2. Акимов В.А., Кузьмин И.И. Управление рисками катастроф как необходимое условие развития России // Управление риском. 1997. - № З.-С. 11-19.

3. Андреева JI.E. Упругие элеметы приборов. М.: Машиностроение, 1981. -391с.

4. Бабич В.М. Дифракции математическая теория // Математическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1979. - Т. 2. - С. 231-234.

5. Баум П.Б, Баутин A.B. Применение методов теорий катастроф, хаоса и фракталов для прогнозирования чрезвычайных ситуаций в технике и экологии // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. -2000.-Вып. 1.-С. 29-37.

6. Беллман Р., Энджел Э. Динамическое программирование и уравнения в частных производных. М.: Мир, 1974. - 208 с.

7. Белое C.B., Илъницкая A.B., Козьяков А.Ф., Морозова JJ.JI., Павлихин ГЛ., Переездчиков КВ., Сивков В.П., Якубович Д.М. Безопасность жизнедеятельности. М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.

8. Беляев ЕМ. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. - 608 с.

9. Берген Р.Н., Дукарский Ю.М., Семенов В.Б., Расс Ф.В. Инженерные конструкции. М.: Высшая школа, 1989. - 416 с.

10. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1993. - 639 с.

11. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. М.: Высшая школа, 1990. - 544 с.

12. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971. - 254 с.

13. Болотин B.B. Статистические методы в строительной механике. М.: Стройиздат, 1965. - 279 с.

14. Болотин В.В. Теория статистических ансамблей усталостных трещин с приложением к прогнозированию надежности и ресурса // Механика и научно-технический прогресс. Т. 3. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988. - С. 23-34.

15. Бочаров П.П., Печинкин A.B. Теория вероятностей. Математическая статистика. -М.: Гардарика, 1998. 328 с.

16. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределенными параметрами. М.: Наука, 1975. - 568 с.

17. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. -М.: Мир, 1987.-544 с.

18. Вишняков Я.Д., Владимиров В.А., Воробьев Ю.Л., Грацианский Е.В., Мастрюков Б.С., Махутов H.A., Никонорова Е.В. Катастрофы и образование. М.: Эдиториал УРСС, 1999. - 176 с.

19. Владимиров B.C. Математической физики уравнения // Математическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1982. - Т. 3. - С. 604-611.

20. Владиславлев А.П., Козобков A.A., Малышев В.А. Трубопроводы поршневых компрессорных машин. М.: Машиностроение, 1972. - 288 с.

21. Водник В.И. Взрывозащита технологического оборудования. М.: Химия, 1991.-256 с.

22. Волков И.А. Численное моделирование откольного разрушения упругопластических тел // Проблемы прочности. 1991. - № 1. - С. 6367.

23. Волъмир A.C., Куранов Б.А., Турбаивский А.Т. Статика и динамика сложных структур. М.: Машиностроение, 1989. - 248 с.

24. Воробьев Ю.Л. Глобальный характер стихийных бедствий и современные тенденции изменения их воздействия на общество // Управление риском. 1997. - № 3. - С. 2-9.

25. Воробьев Ю.Л. Международные механизмы снижения риска социально-политических последствий катастроф (российский опыт). М.: РЭФИА, 1997.- 121 с.

26. Ганиев Р.Ф., Кобаско Н.И. Колебательные явления в многофазных средах и их использование в технологии. Киев: Техника, 1980. - 143 с.

27. Ганеев Р.Ф., Низамов Х.Н., Дербуков Е.И. Волновая стабилизация и предупреждение аварий на трубопроводах. М.: МГТУ, 1996. - 260 с.

28. Гидравлический удар и уравнительные резервуары. /Под ред. H.A. Картвелишвили. М.: Наука, 1968. - 248 с.

29. Гладких П.А., Хачатурян С.А. Предупреждение и устранение колебаний нагнетательных установок. М.: Машиностроение, 1964. - 275 с.

30. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. М.: Наука, 1986.-356 с.

31. Годунов С.К. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1971. -416 с.

32. Горельский В.А., Радченко A.B. Кинетика разрушения при ударноволновом нагружении двухслойной пластины // Прикладная механика. 1991. -Т. 27, № 11. - С. 85-90.

33. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и газ. -М.: Наука, 1997.-598 с.

34. Гузъ А.Н., Кубенко В.Д., Черевко М.А. Дифракция упругих волн. Киев: Наукова думка, 1978. - 308 с.

35. Гулин A.B. Краевая задача // Математическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1982. - Т. 3. - С. 83-86.

36. Демидов СЛ. Теория упругости. М.: Высшая школа, 1979. - 432 с.

37. Дэйвис Р. Волны напряжений в твердых телах. М.: Иностранная литература, 1961. - 104 с.

38. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Алексеева JT.A. Динамика тоннелей и подземных трубопроводов. Алма-Ата; Наука, 1989. - 240 с.

39. Ефимов А.Б., Зуев В.В., Майборода В.П., Малашкин A.B. Динамическое разрушение защитных преград // Механика твердого тела. 1991. - № 3. -С. 82-92.

40. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. М.; JI.: Гостехиздат, 1949. - 103 с.

41. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. Элементы прикладной математики. М.: Наука, 1972.-592 с.

42. Илъгамов М.А. Колебания упругих оболочек, содержащих жидкость и газ. -М.: Наука, 1969. 182 с.

43. Илъгамов М.А., Иванов В.А., Гулин Б.В. Расчет оболочек с упругим заполнителем. М.: Наука, 1987. - 261с.

44. Ильюшин A.A. Пластичность. Основы общей математической теории. -М.: АН СССР, 1963.-272 с.

45. Ильюшин A.A., Ленский B.C. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз, 1959.-372 с.

46. Ильюшин A.A., Ленский B.C. Модель и алгоритм // Прикладные проблемы прочности и пластичности. 1975. Вып. 1. - С. 3-18.

47. Ионов В.И., Огибалов П.М. Напряжения в телах при импульсивном нагружении. М.: Высшая школа, 1975. - 464 с.

48. Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. М.: Советское радио, 1971.-344 с.

49. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969. - 420 с.

50. Киселев П.Г. Гидравлика: Основы механики жидкости. М.: Энергия, 1980.-360 с.

51. Колесников К.С. Продольные колебания ракеты с жидкостным ракетным двигателем. М.: Машиностроение, 1971. - 260 с.

52. Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С. А. Динамика топливных систем с ЖРД. М.: Машиностроение, 1975.- 169 с.

53. Кольский Г. Волны напряжений в твердых телах. М.: Иностранная литература, 1955. - 192 с.

54. Кольский Г. Исследования механических свойств материалов при больших скоростях нагружения // Механика. Сборник переводов. -1950.-№4. с. 108-128.

55. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. - 720 с.

56. Кубенко В.Д., Ковалъчук II.С., Подчасов Н.П. Нелинейные колебания цилиндрических оболочек. Киев: Вища школа, 1989. 208 с.

57. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976. - 296 с.

58. Лейбензон JI.C. Собрание трудов. М.: Изд.АН СССР, Т.З, 1955. - 678 е.; Т.4,1956.-396 с.

59. Ливурдов И.Ф. Неустановившееся движение жидкости в трубах с переменным и постоянным поперечным сечением: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. -М„ 1956.-8 с.

60. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. - 848 с.

61. Махин В.А., Пресняков В.Ф., Велик Н.П. Динамика жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1969. - 384 с.

62. Махутов H.A., Грацианский Е.В. Научные проблемы безопасности на рубеже веков // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. -2000.-Вып. 1.-С. 9-13.

63. Максимов В.А., Прунцов A.B., Шнепп В.Б. и др. Современные методы стабилизации колебаний давления и расхода газожидкостных сред в компрессорных установках. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. - 36 с.

64. Махутов H.A., Максименко Б.П., Проценко А.Н., Степанчиков В.И. Комплексная программа «Безопасность Москвы» основные результатыисследований за 1999 г. // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 2000. - Вып. 3. - С. 9-23.

65. Маций С.И., Шадунц К.Ш. Защита трубопроводов в районах оползневых деформаций // Влияние сейсмической опасности на трубопроводные системы в Закавказском и Каспийском регионах. Материалы Международного симпозиума. М.: ВНИИ ГОЧС, 2000. - С. 183-192.

66. Мирсаидов М.М., Трояновский И.Е. Динамика неоднородных систем с учетом внутренней диссипации и волнового уноса энергии. Ташкент: Фан, 1990.- 108 с.

67. Мирцхулава Ц.Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. М.: Колос, 1974.-280 с.

68. Москвитин В.В. Пластичность при переменных нагружениях. М.: МГУ, 1965ю-264 с.

69. Мостков М.А., Башкиров A.A. Расчеты гидравлического удара. М.; - Л.: Госэнергоиздат, 1952. - 200 с.

70. Мостков М.А. Гидравлический удар в гидроэлектрических станциях. -М.;-Л.:ГОНТИ, 1938.- 148 с.

71. Мусаев В.К. Анализ риска в задачах безопасности населения и территорий. М.: РУДН, 2005. - 21 с.

72. Мусаев В.К. Методы управления риском в политике смягчения последствий чрезвычайных ситуаций. М.: РУДН, 2005. - 24 с.

73. Мусаев В.К. Нормативная база расчета на безопасность уникальных сооружений. М.: РУДН, 2005. - 28 с.

74. Мусаев В.К. О разрушениях в сложных деформируемых телах вызванных импульсными воздействиями // Вестник Российскогоуниверситета дружбы народов. Серия проблемы комплексной безопасности. 2006. - № 1. - С. 36-42.

75. Мусаев В.К., Саликов U.M., Сулименко В.В. О закономерностях волн давлений в сложных технических системах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия проблемы комплексной безопасности. 2006. - № 1. - С. 89.

76. Натанзон М.С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты. М.: Машиностроение, 1977. - 208 с.

77. Низамов Х.Н., Саликов Л.М., Сулименко В.В. К вопросу повышения надежности работы систем контроля трубопроводных систем // Сборник материалов Международной научно-практической конференции

78. Экология и безопасность жизнедеятельности». Пенза: МАНЭБ, 2004. -С. 100-105.

79. Низамов Х.Н., Саликов Л.М., Сулименко В.В. К расчету волновых процессов в трубопроводах со стабилизаторами давления // Двойные технологии. № 2. - 2005. - С.6-10.

80. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Саликов Л.М., Сулименко В.В. К вопросу защиты трубопроводов водо-теплоснабжения от гидравлических ударов // Двойные технологии. № 3. - 2005. - С.36-39.

81. Ншипенко В.В., Задонцев В.А., Натанзон М.С. Кавитационные автоколебания и динамика гидросистем. М.: Машиностроение, 1977-351с.

82. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982.-238 с.

83. Саликов JI.M., Сулименко В.В. Формирование структуры системы управления на основе модели объекта. Международный сборник научных трудов «Информационные технологии моделирования и управления», Выпуск 12.-Воронеж: Научная книга, 2004.-С. 124-128.

84. Саликов JI.M., Сулименко В.В. Об анализе аварийных ситуаций в трубопроводных системах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия проблемы комплексной безопасности. 2006. - № 1. - С. 23-28.

85. Саликов JI.M., Сулименко В.В. Математическое моделирование в задаче об определении основных параметров стабилизаторов давления // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия проблемы комплексной безопасности. 2006. - № 1. - С. 87.

86. Саликов JI.M., Сулименко В.В. О некоторых теоретических методах определения эффективности стабилизаторов давления // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия проблемы комплексной безопасности. 2006. - № 1. - С. 87.

87. Самарин A.A. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы их устранения. М.: Энергия, 1979. - 286 с.

88. Светлицкий В.А. Механика трубопроводов и шлангов. М.: Машиностроение, 1982. - 280 с.

89. Сурин A.A. Гидравлический удар в водопроводах и борьба с ним. -М.: Трансжелдориздат, 1946.-371 с.

90. Натанзон М.С. Продольные автоколебания жидкостной ракеты. М.: Машиностроение, 1977.-208 с.

91. Никифоровский B.C., Шемякин Е.И. Динамическое разрушение твердых тел. Новосибирск: Наука, 1979. - 272 с.

92. Ноеацкий В. Теория упругости. М: Мир, 1975. - 872 с.

93. Волновые задачи теории пластичности. М.: Мир, 1978. - 309 с.

94. Партон В.З. Механика разрушения. От теории к практике. М.: Наука, 1990.-240 с.

95. Партон В.З., Борисковский В.Г. Динамическая механика разрушения. -М.: Машиностроение, 1985. 264 с.

96. Партон В.З., Борисковский В.Г. Динамика хрупкого разрушения. М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.

97. Партон В.З., Перлин П.И. Методы математической теории упругости. -М.: наука, 1981.-688 с.

98. Работное Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979.-744 с.

99. Рахматулин Х.А., Демьянов Ю.А. Прочность при интенсивных кратковременных нагрузках. М.: Физматгиз, 1961. - 400 с.

100. Рахматулин Х.А., Жубаев Н., Ормонбеков Т. Распрстранение волн деформаций. Фрунзе: Илим, 1985. - 149 с.

101. Тимошенко С.П. Прочность и колебания элементов конструкций. М.: Наука, 1975.-704 с.

102. Тимошенко С.П., ГудьерД. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 576 с.

103. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела. М.: Высшая школа, 1979. - 319 с.

104. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. 2-е изд. М.: Недра, 1975. - 296 с.

105. Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах. -М.: Машиностроение, 1980. 155 с.

106. Юфин В.А., Гусейн-Заде М.А. Методы расчета неустановившегося течения в магистральных нефтепроводах с промежуточными насосными станциями. М.: Наука, 1973. - 70 с.

107. Юфин В.А., Гусейн-Заде М.А. Трубопроводный транспорт нефти и газа. -М.: Недра, 1978.-324 с.