alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2020.10.011alternative-2155Research ArticleXV. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. 35. Энергосберегающие технологии, системы, материалы и приборыXV. ENERGY SAVING. 35. Energy-Saving Technologies, Systems, Materials, and Instruments3D-моделирование вставок завихрителей для снижения вибраций трубопроводов3D-modeling of variants inserts to reduce vibration of pipelinesАсипцовЯ. О.AsiptsovYa. O.

Асипцов Ярослав Олегович – аспирант 1 курса кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии»

ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002

тел..: +79022531032

Asiptsov Ya. O.  – 1st year post-graduate student, Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources

Mira 19, Yekaterinburg 620002

tel.: +79022531032

asiptzoff@mail.ruВелькинВ. И.VelkinV. I.

Велькин Владимир Иванович – профессор, кафедра атомных станций и возобновляемых источников энергии

ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002

тел..: +79022531032

Velkin Vladimir Ivanovich – Professor, Department of nuclear power plants and renewable energy sources

Mira 19, Yekaterinburg 620002

tel.: +79022531032

ХоссейнИ.HossainI.

Хоссейн Исмаил – аспирант кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии»

ул. Мира, 19, Екатеринбург 620002

тел..: +79022531032

Hossain Ismail – Postgraduate student, Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources

Mira 19, Yekaterinburg 620002

tel.: +79022531032

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation202002082022028-30121129Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20222022Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2155

Вибрации оборудования и трубопроводов являются существенным фактором, определяющим выход элементов электростанций и самих трубопроводов из строя. Около половины всех нарушений в работе трубопроводов обусловлены именно воздействием вибрации. Одна из причин ее появления – взаимодействие перемещаемой среды со стенками трубопровода. Решением в таком случае могут выступать либо устройства, демпфирующие вибрацию, либо предупреждающее ее. Рассматриваемые в данной работе вставки-завихрители для трубопроводов с двухфазной средой предотвращают появление вибрации за счет более равномерного распределения фаз по сечению и длине трубы. Экспериментальные вставки были смоделированы в компьютерном программном комплексе САПР SolidWorks для 3d-печати, а также для предварительных испытаний в виде компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование потока однофазной жидкости производилось при помощи модуля Flow Simulation. Итогом работы является созданная на 3d-принтере вставка для испытаний на гидродинамическом стенде. По результатам, которые будут получены впоследствии экспериментально на стенде можно будет судить об эффективности завихрения, вероятности отрыва среды от стенки вставки и результирующем сопротивлении, что также немало- важно для трубопровода с двухфазными средами из-за межфазных переходов.

Было выполнено моделирование вставок с различным количеством направляющих канавок. С помощью 3d-принтера были напечатаны прототипы, с помощью которых возможен первичный анализ эффективности вставки с конкретной геометрией на экспериментальном стенде.

Vibrations of equipment and pipelines are an existing factor determining the power plants’ elements and pipelines failure. About half of all disturbances in the operation of pipelines are caused precisely by vibration. One of the reasons for its appearance is the interaction of the transported flow with the walls of the pipeline. In this case a device that dampens vibration, or preventing it may be a solution. The swirl inserts considered in this work for pipelines with a two-phase flow prevent the occurrence of vibration due to a more uniform distribution of phases along the cross section and length of the pipe. The experimental inserts were modeled in the SolidWorks CAD software package for 3d printing, as well as for preliminary tests in the field of computer modeling. Computer simulation of a single-phase fluid flow was performed using the Flow Simulation module. The result of the work is an insert for testing on a hydrodynamic bench created on a 3D printer. According to the results that will be subsequently obtained experimentally at the stand, it will be possible to judge the efficiency of the vortex, the probability of the current tearing off the insert wall and the resulting resistance, which is also important for a pipeline with two-phase media due to interphase transitions.

Modeling of inserts with various groove guides was performed. Using a 3D printer, prototypes were printed, with the help of which a primary analysis of the effectiveness of an insert with a specific geometry on an experimental bench is possible.

вычислительная гидродинамикадемпфированиевибрациятрубопроводвставказавихритель3d-моделированиеcomputational fluid dynamicsdampingvibrationpipelineinsertswirl3d-modelingReferencesХоссейн Исмаил, Велькин В. И., Щеклеин С.Е. Оценка сейсмической безопасности при выборе площадки для строительства АЭС в Бангладеш // Сборник трудов Международной конференции по критическим технологиям УрО РАН, Екатеринбург, 2016.Khossein Ismail, Vel'kin V. I., Shcheklein S.E. Otsenka seismicheskoi bezopasnosti pri vybore ploshchadki dlya stroitel'stva AEHS v Bangladesh // Sbornik trudov Mezhdunarodnoi konferentsii po kriticheskim tekhnologiyam URO RAN, Ekaterinburg, 2016.Хоссейн Исмаил, Велькин В. И. Щеклеин С.Е. Снижение вибрации трубопроводов с использованием пассивных вставок-завихрителей // Сборник трудов Международной конференции по критическим технологиям УрО РАН, Екатеринбург, 2016.Khossein Ismail, Vel'kin V. I. Shcheklein S.E. Snizhenie vibratsii truboprovodov s ispol'zovaniem passivnykh vstavok-zavikhritelei // Sbornik trudov Mezhdunarodnoi konferentsii po kritiche-skim tekhnologiyam URO RAN, Ekaterinburg, 2016.Щеклеин С. Е, Велькин В. И. Теплообмен пленки жидкости с нагретой поверхностью при периодических колебаниях расхода // Теплофизика высоких температур, 1988, Т. 25. С. 406–407.Shcheklein S. E, Vel'kin V. I. Teploobmen plenki zhidkosti s nagretoi poverkhnost'yu pri periodicheskikh kolebaniyakh raskhoda // Teplofizika vysokikh temperatur, 1988, T. 25. S. 406–407.Патент РФ № 93049701 06.03.1993. Велькин В. И., Щеклеин С. Е. // Способ повышения теплоотдачи и предотвращения высыхания пленки жидкости и устройство для модуляции колебаний потока жидкости / Патент России № 2053480, 1996. Бюл. № 3.Patent RF № 93049701 06.03.1993. Vel'kin V. I., Shcheklein S. E. // Sposob povysheniya teplootdachi i predotvrashcheniya vysykhaniya plenki zhidkosti i ustroistvo dlya modulyatsii kolebanii potoka zhidkosti / Patent Rossii № 2053480, 1996. Byul. № 3.Патент РФ № 2004107612 15.03.2004. Велькин В. И., Щеклеин С. Е., Максимов А. Н., Немихин И. Ю. // Завихритель / Патент России № 41499, 2004.Patent RF № 2004107612 15.03.2004. Vel'kin V. I., Shcheklein S. E., Maksimov A. N., Nemikhin I. YU. // Zavikhritel' / Patent Rossii № 41499, 2004.Shcheklein S. E., Velkin V. I. Experimental investigation of the effect of low-frequency fluctuations of the liquid flow rate on the minimum irrigation density in film flow // Journal of engineering physics, 1989. Т. 55, № 1. С. 756–759.Shcheklein S. E., Velkin V. I. Experimental investigation of the effect of low-frequency fluctuations of the liquid flow rate on the minimum irrigation density in film flow // Journal of engineering physics, 1989. T. 55, № 1. S. 756–759.Велькин В. И., Пахалуев В. М., Щеклеин С. Е. Исследование устройств снижения вибраций трубопроводов с двухфазным течением для геотермальных ТЭС // Надежность и безопасность энергетики. № 1(20), 2013. С. 48–50.Vel'kin V. I., Pakhaluev V. M., Shcheklein S. E. Issledovanie ustroistv snizheniya vibratsii truboprovodov s dvukhfaznym techeniem dlya geotermal'nykh TEHS // Nadezhnost' i bezopasnost' ehnergetiki. № 1(20), 2013. S. 48–50.Vladimir I. Velkin, Sergey Е. Shcheklein, Hossain Ismail, А. Nikitin, and G.Chikansev. Investigation of the effect of passive vortex inserts of different geometrical shapes on the vibrations reduction efficiency in pipelines with two-phase flow // MATEC Web of Conferences 33. Сер. "33rd Siberian Thermophysical Seminar, STS 2017" 2017. С. 05012.Vladimir I. Velkin, Sergey E. Shcheklein, Hossain Ismail, A. Nikitin, and G. Chikansev. Investigation of the effect of passive vortex inserts of different geometrical shapes on the vibrations reduction efficiency in pipelines with two-phase flow // MATEC Web of Conferences 33. Ser. "33rd Siberian Thermophysical Seminar, STS 2017" 2017. S. 05012.Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости). / А. Д. Киселев. – М. : Стройиздат, 1975. 326 с.Al'tshul' A. D., Kiselev P. G. Gidravlika i aehrodinamika (osnovy mekhaniki zhidkosti). / A. D. Kiselev. – M. : Stroiizdat, 1975. 326 s.Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. / Л. Г Лойцянский – М.: Дрофа, 2003. 840 с.Loitsyanskii L. G. Mekhanika zhidkosti i gaza. / L. G Loitsyanskii – M.: Drofa, 2003. 840 s.Рейнер М. Реология. / М. Рейнер – М.: Наука, 1965. – 224 с.Reiner M. Reologiya. / M. Reiner – M.: Nauka, 1965. – 224 s.Марон В. И. Гидравлика двухфазных потоков в трубопроводах: Учебное пособие. / В. И. Марон — СПб.: Издательство «Лань», 2012. — 256 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература).Maron V. I. Gidravlika dvukhfaznykh potokov v truboprovodakh: Uchebnoe posobie. / V. I. MaroN—SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 2012. — 256 s. — (Uchebniki dlya vuzov. Spetsial'naya literatura).Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. / В. А. Кудинов – М.: Высшая школа, 2006. 175 с.Kudinov V.A., Kartashov EH.M. Gidravlika. / V. A. Kudinov – M.: Vysshaya shkola, 2006. 175 s.Антаки Дж. А. Инженерное дело в трубах и трубопроводах / Дж. А. Антаки – Эйкен : Марсель Деккер, 2003. – 555 с. – ISBN 0-8247-0964-0.Antaki Dzh. A. Inzhenernoe delo v trubakh i truboprovodakh / Dzh. A. Antaki – Ehiken : Marsel' Dekker, 2003. – 555 s. – ISBN 0-8247-0964-0.Гиргидов А. Д. Механика жидкости и газа (гидравлика). / А. Д. Гиргидов. – Санкт-Петербург : СПб ГПУ, 2002. 544 с.Girgidov A. D. Mekhanika zhidkosti i gaza (gidravlika). / A. D. Girgidov. – Sankt-Peterburg : SPb GPU, 2002. 544 s.Пат. № 54643 Рос. Федерация, МПК F15D 1/04(2006.01). Завихритель : № 2005119094/22 : заявл. 20.06.2005 : опубл. 10.07.2006 / Велькин В.И., Щеклеин С.Е., Школьный А.В., Чулков Д.В., Кириллов М.П., Чебыкин А.В. ; заявитель ГОУ ВПО УГТУ УПИ. – 5 с.Pat. № 54643 Ros. Federatsiya, MPK F15D 1/04(2006.01). Zavikhritel' : № 2005119094/22 : zayavl. 20.06.2005 : opubl. 10.07.2006 / Vel'kin V.I., Shcheklein S.E., Shkol'nyi A.V., Chulkov D.V., Kirillov M.P., Chebykin A.V. ; zayavitel' GOU VPO UGTU UPI. – 5 s.Пат. № 2321779 Рос. Федерация, МПК F15D 1/04(2006.01). Завихритель : № 2006144050/06 : заявл. 11.12.2006 : опубл. 10.04.2008 / Велькин В.И., Школьный А.В., Кириллов М.П., Ачкеев М.В., Гурин А.А. ; заявитель ГОУ ВПО УГТУ УПИ.Pat. № 2321779 Ros. Federatsiya, MPK F15D 1/04(2006.01). Zavikhritel' : № 2006144050/06 : zayavl. 11.12.2006 : opubl. 10.04.2008 / Vel'kin V.I., Shkol'nyi A.V., Kirillov M.P., Achkeev M.V., Gurin A.A. ; zayavitel' GOU VPO UGTU UPI.Иванов Б. Н. Мир физической гидродинамики: От проблем турбулентности до физики космоса. / Б. Н. Иванов : Изд.2, — М.: URSS, 2010.— 240 с.Ivanov B. N. Mir fizicheskoi gidrodinamiki: Ot problem turbulentnosti do fiziki kosmosa. / B. N. Ivanov : Izd.2, — M.: URSS, 2010.— 240 s.I Hossain, P G Sharipov, V.I.Velkin, S E Shcheklein, A M Dubinin / The Influence of Low-Frequency Seismic Phenomena Effects on The Process of Boiling Up the Coolant // Системы обеспечения техносферной безопасности Материалы V Всероссийской конференции и школы для молодых ученых (с международным участием) «SAFETY 2019», Eкатеринбург, УрФУ, 2019.I Hossain, P G Sharipov, V.I.Velkin, S E Shcheklein, A. M. Dubinin / The Influence of Low-Frequency Seismic Phenomena Effects on The Process of Boiling Up the Coolant // Sistemy obespecheniya tekhnosfernoi bezopasnosti Materialy V Vserossiiskoi konferentsii i shkoly dlya molodykh uchenykh (s mezhdunarodnym uchastiem) «SAFETY 2019», Ekaterinburg, URFU, 2019.Чиканцев Г.Е., Никитин А.Д., Догарев Р.С., Хоссейн И. Экспериментальная установка для исследований потока теплоносителя методом цифровой трассерной визуализации // В сборнике: Труды второй научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Уральский энергетический институт. 2017. С. 246-249.Chikantsev G.E., Nikitin A.D., Dogarev R.S., Khossein I. Ehksperimental'naya ustanovka dlya issledovanii potoka teplonositelya metodom tsifrovoi trassernoi vizualizatsii // V sbornike: Trudy vtoroi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii molodykh uchenykh Ural'skogo ehnergeticheskogo instituta Ural'skii federal'nyi universitet imeni pervogo Prezidenta Rossii B.N. El'tsina, Ural'skii ehnergeticheskii institut. 2017. S. 246-249.

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