energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2021-14-2-142-147energsecurity-761Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSПрименение методов математического моделирования для определения влияния грунта на частоты собственных колебаний трубопроводовApplication of mathematical modeling methods to determine the effect of soil on natural vibration frequencies of pipelinesЧанчинаВ. Е.ChanchinaV. E.

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань

Krasnoselskaya str., 51, 420066, Kazan

veronika.zaharova.95@mail.comГапоненкоС. О.GaponenkoS. O.

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань

Krasnoselskaya str., 51, 420066, Kazan

КондратьевА. Е.KondratyevA. E.

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань

Krasnoselskaya str., 51, 420066, Kazan

ФедотоваА. О.FedotovaA. O.

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань

Krasnoselskaya str., 51, 420066, Kazan

МустафинаГ. Р.MustafinaG. R.

ул. Красносельская, д. 51, 420066, г. Казань

Krasnoselskaya str., 51, 420066, Kazan

ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»РоссияKazan State Power Engineering University, Department PTERussian Federation202128072021142142147Copyright © Чанчина В.Е., Гапоненко С.О., Кондратьев А.Е., Федотова А.О., Мустафина Г.Р., 20212021Чанчина В.Е., Гапоненко С.О., Кондратьев А.Е., Федотова А.О., Мустафина Г.Р.Chanchina V.E., Gaponenko S.O., Kondratyev A.E., Fedotova A.O., Mustafina G.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/761

При осуществлении на трубопровод внешнего воздействия, способного влиять на частоту собственных колебаний, происходит изменение параметров собственных колебаний, что повышает погрешность измерений, а зачастую и просто искажает результаты вибрационного контроля. Для трубопроводов таким воздействием может оказаться влияние грунта при бесканальной прокладке. Различные виды грунта по-разному влияют на изменение частоты собственных колебаний трубопровода.Целью статьи является анализ влияния грунтов различного типа на параметры собственных колебаний трубопровода. Задачей исследования являлось теоретическое подтверждение зависимости изменения частоты колебания трубопровода при воздействии грунтов. Произведен модальный анализ собственных колебаний 5 полиэтиленовых трубопроводов. В качестве исходных данных принято, что расчетный трубопровод уложен в траншею с наклонными стенками, заложение откоса на плоское основание на глубине равно 2,5 м. Расчеты произведены в программном комплексе конечно-элементного анализа ANSYS. С целью построения математической модели определена степень воздействия грунта на трубопроводы путем исследования вертикального и бокового давления грунта на вышеуказанные трубопроводы, проанализированы собственные колебания трубопроводов.

Представлены результаты модального анализа для полиэтиленовых труб при схеме укладки с наклонными стенками и различном грунте (пески гравелистые, крупные и средней крупности; глины тяжелые). Выбор грунта обусловлен наибольшим распространением его на территории России.Таким образом, полученная зависимость степени влияния различного грунта на собственные частоты трубопроводов значительно повышает достоверность вибрационной диагностики заглубленных коммуникаций, может облегчить работы по ее организации и позволит определять долгосрочные прогнозы эксплуатации трубопроводов.

When a pipeline is subjected to an external influence that can affect the frequency of its natural vibrations, the parameters of its natural vibrations change, which increases the measurement error, and often simply distorts the results of vibration control. For pipelines, such an impact may be the influence of the soil when pipelines are laid without a channel. Different types of soil affect the change in the natural vibration frequency of the pipeline in different ways.The purpose of the article is to analyze the influence of various types of soils on the parameters of natural vibrations of the pipeline. The aim of the study was to theoretically confirm the dependence of the change in the frequency of vibration of the pipeline under the influence of soil.A modal analysis of natural oscillations of 5 polyethylene pipelines was performed. As initial data, it is assumed that the design pipeline is laid in a trench with inclined walls, with the slope laid on a flat base at a depth of 2.5 m. The calculations were performed in the ANSYS finite element analysis software package. In order to build a mathematical model, the degree of soil impact on pipelines is determined by studying the vertical and lateral pressure of the soil on the above pipelines, and the natural vibrations of pipelines are analyzed.The results of the modal analysis for polyethylene pipes with a laying scheme with inclined walls and different soils (gravel sands, coarse and medium-sized; heavy clays) are presented. The soils were chosen that are the most common on the territory of Russia.Thus, the obtained dependence of the degree of influence of different soil on the natural frequencies of pipelines significantly increases the reliability of vibration diagnostics of buried communications, can facilitate the work on its organization and allow determining long-term forecasts of pipeline operation.

надежностьтрубопроводмодальный анализсобственные колебанияreliabilitypipelinemodal analysisnatural vibrationsReferencesБерзин П. О. Контроль и диагностика теплоэнергетического оборудования. В сборнике материалов VIII всероссийской, научно практической конференции молодых ученых с международным участием "Россия молодая", Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева 2016;: 325.Berzin P. O. Control and diagnostics of heat and power equipment. In the collection of materials in the VIII All-Russian, scientific and practical conference of young scientists with international participation "Young Russia", Kuzbass State Technical University named after T. F. Gorbachev 2016;: 325.Герасимова А. Г. Принципы выбора материалов теплоэнергетического оборудования и трубопроводов ТЭС. Наука – образованию, производству, экономике: материалы 14-й Международной научно-технической конференции 2019; 1: 91.Gerasimova A. G. Principles of choosing materials for heat and power equipment and pipelines of TPP. Science – education, production, Economy: proceedings of the 14th International Scientific and Technical Conference 2019; 1: 91.Дудоров В. Е., Тимофеев И. С. Анализ аварийности на объектах трубопроводного транспорта (нефть, нефтепродукты). Фундаментальные исследования основных направлений технических и физико-математических наук. Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции 2018;: 71–74.Dudorov V. E., Timofeev I. S. Analysis of accidents at pipeline transport facilities (oil, oil products). Fundamental research of the main directions of technical and physical-mathematical sciences. Collection of articles on the results of the International Scientific and Practical Conference 2018; : 71–74.Никулин Н. Ю., Кущев Л. А., Темников Д. О. Современные технологические аспекты развития систем теплоснабжения. Современное строительство и архитектура 2016; 4 (04).Nikulin N. Yu., Kushchev L. A., Temnikov D. O. Modern technological aspects of the development of heat supply systems. Modern construction and Architecture 2016; 4 (04).Сазонова С. А., Сушко Е. А. Разработка методов и алгоритмов технической диагностики и обеспечение безопасности систем пожаротушения, тепло-, водо-, газоснабжения и промышленных технологических трубопроводов. Современные проблемы гражданской защиты 2017; 2 (23): 40–45.Sazonova S. A., Sushko E. A. Development of methods and algorithms for technical diagnostics and ensuring the safety of fire extinguishing systems, heat, water, and gas supply and industrial technological pipelines. Modern problems of civil protection 2017; 2 (23): 40–45.Дмитриев А. В. Исследование частоты свободных колебаний для трубопроводов с различными физикомеханическими свойствами материала. Интернет-журнал «Транспортные сооружения» 2020; 1.Dmitriev A. V. Investigation of the frequency of free vibrations for pipelines with different physical and mechanical properties of the material. Online magazine "Transport Facilities" 2020; 1.Коваль А. И., Медведев А. Е. Меры технической диагностики состояния трубопроводов. Материалы III Всероссийской студенческой научно-технической конференции 2017;: 97–98.Koval A. I., Medvedev A. E. Measures of technical diagnostics of the state of pipelines. Materials of the III All-Russian Student Scientific and Technical Conference 2017;: 97–98.Гапоненко С. О., Ибадов А. А., Кондратьев А. Е. Определение информативных частотных диапазонов для контроля местоположения заглубленных трубопроводов. Научному прогрессу – творчество молодых. Поволжский государственный технологический университет 2018; 2: 68–71.Gaponenko S. O., Ibadov A. A., Kondratyev A. E. Determination of informative frequency ranges for monitoring the location of buried pipelines. Scientific progress – the creativity of the young. Povolzhsky State Technological University 2018; 2: 68–71.Шлычков Д. И. Проблемы технического состояния действующих трубопроводных систем. Инновации и инвестиции 2020; 4: 207–210.Shlychkov D. I. Problems of the technical condition of existing pipeline systems. Innovation and Investment 2020; 4: 207–210.Продоус О. А., Васильева М. А. Упрощенный вид нормативной зависимости для гидравлического расчета трубопроводов из полимерных материалов. Водоснабжение и санитарная техника 2017; 9: 53–56.Prodous O. A., Vasilyeva M. A. Simplified type of normative dependence for hydraulic calculation of pipelines made of polymer materials. Water supply and sanitary engineering 2017; 9: 53–56.Викулин П. Д. Гидравлика и аэродинамика систем водоснабжения и водоотведения. Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет 2018;: 386.Vikulin P. D. Hydraulics and aerodynamics of water supply and sanitation systems. National Research Moscow State University of Civil Engineering 2018;: 386.Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17 2017;: 210.Fedorova N. N., Valger S. A., M Danilov.N., Zakharova Yu. V. Osnovy raboty v programmnom complex ANSYS 17 2017;: 210.Секачева А. А., Пастухова Л. Г., Носков А. С. Моделирование динамических характеристик вертикального элемента трубопровода. Сборник докладов VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием 2019;: 334–341.Sekacheva A. A., Pastukhova L. G., Noskov A. S. Modeling of dynamic characteristics of a vertical pipeline element. Collection of reports of the VII All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation 2019;: 334–341.Байкова Л. Р., Новичков А. В. Использование программного комплекса ANSYS при исследовании гидродинамических параметров и вибрации трубопроводов. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья 2020; 3.Baykova L. R., A Novikov N. V. The use of the software package of the finite element method in the study of hydrodynamic parameters and vibration of pipelines. Transportation and storage of petroleum products and hydrocarbons 2020; 3.Гапоненко С. О., Кондратьев А. Е. Перспективные методы и методики поиска скрытых каналов, полостей и трубопроводов виброакустическим методом. Вестник Северо-Кавказского федерального университета 2015; 2(47): 9–13.Gaponenko S. O., Kondratiev A. E. Perspective methods and methods of searching for hidden channels, cavities and pipelines by vibroacoustic method. Bulletin of the North Caucasus Federal University 2015; 2(47): 9–13.Nazarychev S. A., Gaponenko S. O., Kondratiev A. E. Determination of informative frequency ranges for buried pipeline location control. Helix 2018; 8: 2481.Nazarychev S. A., Gaponenko S. O., Kondratiev A. E. Determination of informative frequency ranges for monitoring the location of a buried pipeline. Spiral 2018; 8: 2481.

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