3D-моделирование вставок завихрителей для снижения вибраций трубопроводов

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.

1. Хоссейн 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Патент РФ № 2004107612 15.03.2004. Велькин В. И., Щеклеин С. Е., Максимов А. Н., Немихин И. Ю. // Завихритель / Патент России № 41499, 2004.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механики жидкости). / А. Д. Киселев. – М. : Стройиздат, 1975. 326 с.

10. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. / Л. Г Лойцянский – М.: Дрофа, 2003. 840 с.

11. Рейнер М. Реология. / М. Рейнер – М.: Наука, 1965. – 224 с.

12. Марон В. И. Гидравлика двухфазных потоков в трубопроводах: Учебное пособие. / В. И. Марон — СПб.: Издательство «Лань», 2012. — 256 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература).

13. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика. / В. А. Кудинов – М.: Высшая школа, 2006. 175 с.

14. Антаки Дж. А. Инженерное дело в трубах и трубопроводах / Дж. А. Антаки – Эйкен : Марсель Деккер, 2003. – 555 с. – ISBN 0-8247-0964-0.

15. Гиргидов А. Д. Механика жидкости и газа (гидравлика). / А. Д. Гиргидов. – Санкт-Петербург : СПб ГПУ, 2002. 544 с.

16. 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.

17. 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.

18. Иванов Б. Н. Мир физической гидродинамики: От проблем турбулентности до физики космоса. / Б. Н. Иванов : Изд.2, — М.: URSS, 2010.— 240 с.

19. 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.

20. 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.