Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка методики расчета околорезонансных колебаний гофрированных оболочек трубопроводов ГПА

Диссертация: Разработка методики расчета околорезонансных колебаний гофрированных оболочек трубопроводов ГПА
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Наука и производство: параметры взаимодействия» в Сургутском институте нефти и газа (филиал) ТюмГНГУ (2003г.), на международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в промышленности и энергетике» в ТюмГНГУ (2003г.), на международной научно-технической… Читать ещё >

Содержание

  • Введение
  • Раздел
  • 1. Состояние вопроса, обзор литературы, задачи исследования
    • 1. 1. Назначение и конструкция гибких металлических 11 трубопроводов
    • 1. 2. Область применения и условия работы гибких 19 металлических трубопроводов
    • 1. 3. Обзор работ, посвященных колебаниям гибких 28 металлических трубопроводов
    • 1. 4. Постановка задачи исследования
  • Раздел 2. Статические и динамические характеристики гибких трубопроводов
    • 2. 1. Статические характеристики гибких элементов
      • 2. 1. 1. Конструктивные особенности и технические 37 характеристики гибких трубопроводов
      • 2. 1. 2. Выбор расчетной модели при продольных 38 колебаниях
      • 2. 1. 3. Анализ осевой жесткости компенсатора
    • 2. 2. Динамические характеристики гибких металлических 48 трубопроводов
  • Раздел 3. Исследование частотных характеристик оболочек при 51 продольных колебаниях
    • 3. 1. Дифференциальное уравнение свободных колебаний 52 гофрированной оболочки сильфонных компенсаторов
    • 3. 2. Определение погонной массы гофрированной 55 оболочки
    • 3. 3. Осевая жесткость сильфонных компенсаторов
    • 3. 4. Решение уравнения свободных колебаний 60 гофрированной оболочки
    • 3. 5. Геометрические параметры гофра
    • 3. 6. Экспериментальное определение собственной 65 частоты колебаний гофрированных оболочек
    • 3. 7. Влияние формы колебаний и числа слоев на частоту 67 колебаний гофрированной оболочки
    • 3. 8. Влияние виброускорения на собственную частоту 69 колебаний гофрированной оболочки
    • 3. 9. Пример расчета собственной частоты колебаний 78 гофрированной оболочки
  • Раздел 4. Амплитудно-частотные характеристики сильфонных 80 компенсаторов с учетом рассеяния энергии
    • 4. 1. Характеристики рассеяния энергии
    • 4. 2. Дикременты колебания
    • 4. 3. Экспериментальное определение дикрементов 90 колебаний
      • 4. 3. 1. Влияние внутреннего давления на дикременты 90 колебаний
      • 4. 3. 2. Зависимость дикремента колебаний от амплитуды 92 колебаний гофрированной оболочки
    • 4. 4. Дифференциальное уравнение вынужденных 97 продольных колебаний
    • 4. 5. Решение дифференциального уравнения продольных 98 колебаний компенсатора с учетом рассеяния энергии
    • 4. 6. Пример расчет амплитуд колебаний гофрированной 100 оболочки в околорезонансной области

Разработка методики расчета околорезонансных колебаний гофрированных оболочек трубопроводов ГПА (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

В качестве приводов газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций широко применяются газотурбинные двигатели различного типа: стационарные, судовые, авиационные. В трубопроводных системах двигателей используются гибкие металлические трубопроводы (ГМТ), а именно: гибкие металлические рукава (ГМР) и короткие вставки ГМТ в жесткий трубопровод — сильфонные компенсаторы (СК), имеющие в качестве основного элемента гибкую металлическую гофрированную оболочку — сильфон. Это связано с усложнением условий монтажа и модульностью конструкций современных двигателей. Применение гибких металлических трубопроводов так же обусловлено тем, что в процессе эксплуатации системы газотурбинного двигателя подвергаются широкому спектру вибрационных динамических нагрузок.

По данным, предоставленным газотранспортными предприятиями ОАО Газпром, разрушение ГМТ — одна из причин вынужденной остановки агрегата. Установлено, что при назначенном ресурсе для гибких металлических трубопроводов 20 тыс. часов, срок эксплуатации их до разрушения составляет 3−7 тыс. часов. Поэтому возникает актуальная необходимость в более точном назначении ресурса ГМТ на этапе проектирования двигателя, что позволит исключить его досрочное разрушение при эксплуатации.

Основным и самым ответственным элементом ГМТ является тонкостенная гофрированная оболочка. Одно из необходимых условий ее надежной работы — исключение резонанса. Для решения этого вопроса необходимы исследования вынужденных нелинейных колебаний и разработка методики расчета вынужденных продольных колебаний СК.

Отсутствие общих методов, позволяющих прогнозировать виброустойчивость ГМТ, вынуждает на этапе доводки двигателей проводить широкомасштабные испытания, что приводит к многочисленным изменениям конструкции ГМТ и значительно увеличивает сроки разработки новых.

Успешному решению этой проблемы препятствует отсутствие методов расчета вынужденных колебаний ГМТ и СК с учетом нелинейности упругой характеристики и амплитудно-зависимого рассеяния энергии в зависимости от конструктивных параметров оболочки (геометрических характеристик, числа слоев оплетки, числа слоев гофрированной оболочки и т. д.). Условия эксплуатации (уровень возбуждения колебаний, внутреннее давление и т. д.) также оказывают существенное влияние на работу ГМТ и СК и поэтому должны учитываться в расчетах вынужденных колебаний.

Цель работы заключается в разработке методики расчета продольных колебаний СК газотурбинных двигателей в условии резонанса.

Основные задачи исследования:

• определить собственные частоты и формы колебаний СК на основе модели СК, как эквивалентного стержня;

• исследовать интенсивность рассеяния энергии при колебаниях СК с учетом конструктивных параметров и внутреннего давления в СК;

• вывести формулу для определения амплитудно-частотных характеристик СК с учетом сил неупругого сопротивления.

Научная новизна работы:

• разработана физико-математическая модель продольных колебаний СК на основе теории колебаний стержней с учетом неупругого сопротивления;

• определено влияние на частотные характеристики гофрированных оболочек их конструктивных параметров и условий эксплуатации;

• получена аналитическая зависимость амплитуд вынужденных колебаний от геометрических параметров и виброускорения с учетом рассеяния энергии.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Физико-математическая модель продольных колебаний СК, представленная гибким эквивалентным стержнем, движение которого при вынужденных колебаниях описывается нелинейным дифференциальным уравнением.

2. Частотные характеристики оболочек при продольных колебаниях, в зависимости от условий эксплуатации и конструктивных параметров.

3. Метод расчета околорезонансных амплитуд продольных колебаний гофрированных оболочек с учетом рассеяния энергии и нелинейности частотной характеристики.

Практическая ценность. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчета, используемые в научных и проектных институтах, заводах-изготовителях и в ремонтных предприятиях газовой отрасли. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют рассчитать вибрационную прочность СК и назначить их остаточный ресурс.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Наука и производство: параметры взаимодействия» в Сургутском институте нефти и газа (филиал) ТюмГНГУ (2003г.), на международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в промышленности и энергетике» в ТюмГНГУ (2003г.), на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» в Омском государственном техническом университете (2004г.), на научно-техническом семинаре кафедры «Теоретическая и прикладная механика» Тюменского государственного нефтегазового университета (2005г.), на расширенном заседании кафедры «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов» Тюменского государственного нефтегазового университета (2006г.).

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений.

ВЫВОДЫ:

1. В результате исследования рассеяние энергии в гофрированной оболочке при продольных колебаниях установлено, что:

— дикремент колебаний оболочки незначительно меняется в зависимости от внутреннего давления;

— с увеличением амплитуды колебаний дикремент колебаний растет нелинейно;

— многослойная оболочка имеет больший дикремент колебаний, чем однослойная.

2. Разработана методика численного определения амплитуд продольных колебаний гофрированной оболочки в околорезонансной области с использованием зависимости декремента от амплитуды колебаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В данной диссертационной работе исследованы продольные колебания гибких металлических трубопроводов, гофрированных оболочек, применяемых в двигателях, которые используются в качестве приводов газоперерабатывающих агрегатов.

В результате теоретических и экспериментальных исследований получены следующие результаты:

1. В результате исследований частотных характеристик гофрированных оболочек с внутренним давлением установлено:

— с ростом номера формы колебаний уменьшается темп роста собственной частоты оболочки от внутреннего давления;

— внутреннее давление не влияет на собственную частоту однослойной оболочки, а увеличение числа слоев приводит к более сильному росту собственной частоты колебаний от внутреннего давления;

— гофрированная оболочка является системой с «мягкой» нелинейностью, увеличение виброускорения приводит к уменьшению собственной частоты колебаний.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований получены:

— обобщенная эмпирическая зависимость для коэффициента, учитывающего влияние виброускорения на собственную частоту колебаний в зависимости от конструктивных параметров гофрированной оболочки;

— уточненная формула для расчета собственной частоты колебаний гофрированной оболочки, которая учитывает условия ее эксплуатации и конструктивные параметры.

3. В результате исследования рассеяния энергии в гофрированной оболочке при продольных колебаниях установлено, что:

— с увеличением амплитуды колебаний декремент колебаний растет нелинейномногослойная оболочка имеет больший декремент, чем однослойная,.

— декремент колебаний незначительно меняется в зависимости от изменения внутреннего давления.

4. Расчет резонансных амплитуд колебаний с учетом нелинейности дает хорошую сходимость с экспериментальными данными, без учета нелинейности приводит к недопустимому расхождению значений.

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в работе, позволяют, с достаточной для практических целей точностью, рассчитать вибрационную прочность гофрированных оболочек. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых конструкций компенсаторов трубопроводных коммуникаций ГПА.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Л.Е. Упругие элементы приборов. М., Машиностроение, 1981,392 с.
  2. И.М. Теория колебаний. М., Наука, 1968, 560 с.
  3. Т.М., Комаров А. А. Усталостные разрушения трубопроводов гидравлических систем // Гражданская авиация, I960, № 6, С. 12−15.
  4. Н.И. Расчет напряженно-деформированного состояния и собственной частоты колебаний сильфонов // Проектирование и производство гибких трубопроводов и сильфонов, Уфа, Изд-во НИИД, 1984, С.123−134.
  5. В.Л. Теория механических колебаний. М., Высшая школа, 1980,408 с.
  6. В.Д. Газоперекачивающие агрегаты с авиадвигательным приводом как наземные энергетические установки // Уфа, Изд-во УАИ, 1987, 84 с.
  7. И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов. М., Наука, 1986, 560 с.
  8. Ф.Ш., Меерсон М. Г. Инженерная методика расчета характеристик сильфонов // Проектирование и производство гибких трубопроводов и сильфонов, Уфа, Изд-во НИИД, 1984, С. 41−49.
  9. Вибрации в технике / Под ред. В. В. Болотина. М., Машиностроение, 1980,352 с.
  10. К.Г., Меерсон М. Г. К расчёту фторопластовых рукавов на колебания // Вопросы расчёта и проектирования авиационных двигателей, Уфа, Изд-во УАИ, № 14,1970, С. 24−32.
  11. А.А., Марков М. И. Подвижное крепление трубопроводов // Авиационная промышленность, Уфа, 1963, 114 с.
  12. Гибкие рукава и компенсаторы двигателей и летательных аппаратов / Под ред. Ю. И. Дмитриева, И. М. Глинкина. Уфа, Изд-во УАИ, 1983,92 с.
  13. Гибкие рукава и сильфонные компенсаторы двигателей и летательных аппаратов. Выбор, монтаж и эксплуатация /Под ред. Ю. И. Дмитриева, И. М. Глинкина. Уфа, Изд-во УАИ, 1984, 73 с.
  14. М.Р., Петушков Н.А, Металлическая оплётка для трубопроводов с гофрированными шлангами // Производственно-технический бюллетень, Уфа, 1961, № 6, С. 36−42.
  15. Н.Я. Исследование вынужденных колебаний гибких металлических трубопроводов машин и агрегатов: Автореферат. Диссертация канд. техн. наук Тюмень, ТюмГНГУ, 2002, 148 с.
  16. И.Д. О собственных частотах пространственных криволинейных стержней//Изв. Вузов, М., Машиностроение, 1970, № 6, С. 24−30.
  17. А.П., Лукин Б. Ю., Шустов B.C. Унифицированные гибкиеэлементы трубопроводов. М., Изд-во стандартов, 1988, 196 с.
  18. Р.С., Овчинский Б. В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М., Наука, 1970,432 с.
  19. С. Я. Об изгибной жесткости гибкого трубопровода // Прочность конструкций, Уфа, Изд-во УАИ, № 15, 1970, С. 121−124.
  20. С.Я. Исследование поперечных колебаний гибких трубопроводов летательных аппаратов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Уфа, УАИ, 1979, 26 с.
  21. С.Я., Копейкин Ю. Ф., Крюков А. И. Некоторые результаты экспериментальных исследований динамических характеристик гибких металлических рукавов // Вопросы расчеты и проектирования авиационных двигателей, Уфа, Изд-во УАИ, № 14, 1970, С. 9−16.
  22. Н.Н. О рассеянии энергии при вибрациях // Журнал технической физики, 1988, т.1, № 6, С. 463−499.
  23. П.Д. Об уравнениях малых колебаний криволинейноготрубопровода // Механика твердого тела, М., Машиностроение, 1974, № 5, С.105−112.
  24. JI. Я., Арансон А. Я. Усталостная прочность деталей гидротурбин. М., Машиностроение, 1975, 160 с.
  25. JI. Я. Обеспечение надежной работы трубопроводов //Авиационная промышленность, 1959, № 10, С. 21−23.
  26. Г. Е., Беседа А. И. Методы расчета жесткости сильфонов // Уфа, Изд-во НИИ Теплоприбор, 1963, 47 с.
  27. Г. Е., Иоффе М. А. Колебания сильфонов // Арматуростроение, 1977, С.53−64.
  28. Я. Б., Мышкис А. Д. Элементы прикладной математики. М., Наука, 1967, 646 с.
  29. В.К., Ракитина И. С., Сираев Э. З., Урманчеев С. Ф. Амплитудно-частотные характеристики гибких металлических и фторопластовых рукавов // XXX научно-техническая конференция. Тез. докл. Уфа, УАИ, 1980, С. 93−94.
  30. В.К., Хусаинов Ф. С. Демпфирующие характеристики компенсаторов // Проектирование и производство гибких трубопроводов и сильфонов, Тр. НИИД, М., 1984, С. 116−122.
  31. Г. Нелинейная механика. М., Изд-во иностр. лит., 1961, 778 с.
  32. А.А. О поперечных колебаниях трубопроводов // Вопросы надежности гидравлических систем, Киев, ВИГВФ, 1961, С.23−26.
  33. Г. и Корн Т. Справочник по математике. М., Физматгиз, 1968, 719 с.
  34. Л.Ф. Внутреннее трение в твердых телах при колебаниях.1. М., Наука, 1979, 96 с.
  35. А.С., Кудриченко Г. П., Сидько В. П. Гибкие металлические рукава в трубопроводах авиационных двигателей // Вопросы расчета и проектирования газотурбинных двигателей, Тр. УАИ. № 46. Уфа, 1975, С. 108−112.
  36. А.И. Вопросы расчета и проектирования газотурбинных двигателей // Уфа, Тр. УАИ, 1975, С. 136.
  37. А.И. Теоретическое и экспериментальное исследование трубопроводных систем авиадвигателей с гибким компенсирующим элементом: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1964, 20 с.
  38. А. И. Глинкин И.М., Фионин В. И. Гибкие металлические рукава. М., Машиностроение, 1970, 204 с.
  39. А.И., Панков Н. П., Бусыгин В. Я. Определение изгибной жесткости гибких систем различными методами // Конструкции авиационных двигателей, Уфа, Тр. УАИ, № 21,1971, С. 42−52.
  40. А.И., Сасилов И. Н., Копейкин Ю. Ф. Частотные характеристики гибких металлических рукавов // Конструкция авиационных двигателей, Уфа, Тр. УАИ, № 22, 1971, С. 40−59.
  41. Г. С. Расчеты колебаний валов. М., Машиностр., 1980, 151с.
  42. П.В. Приближенные вычисления. М., Физматгиз, 1962, 198 с.
  43. М.Г. Исследование статических и динамических характеристик гибких фторопластовых трубопроводов двигателей летательных аппаратов: Автореф. Дисс.. канд. тех. наук. Уфа, УАИ., 1977, 23 с.
  44. М.Г., Глинкин И. М. Исследование демпфирующих характеристик фторопластовых рукавов // Рассеяние энергии при колебаниях механических систем, Киев, Наукова Думка, 1972, С. 251 259.
  45. Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. М., Физматгиз, 1960, 192 с.
  46. Я.Г. Проблемы теории конструкционного демпфирования в неподвижных соединениях//Динамика машин, М., Машгиз, 1963, С. 41.
  47. Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. М., Машиностроение, 1967, 260 с.
  48. Я.Г., Страхов Г. И. Приближенное исследование вынужденных колебаний упругих систем с конструкционным демпфированием // Вопросы динамики и прочности, № 8, Киев, 1962, С. 44−49.
  49. Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Вибропоглащающие свойства конструкционных материалов. Киев, 1971, 376 с.
  50. A.M. Авиационные газотурбинные вспомогательные силовые установки. М., Машиностроение, 1978, 200с.
  51. Е. П. Теория и расчет гибких упругих деталей // ЛКВВИА, 1947, 167 с.
  52. Прочность, устойчивость, колебания / Под ред. И. А. Биргера и Я. Г. Пановко. М., Машиностроение, 1968, 831 с.
  53. И.С., Сираев Э. З., Сидоренко А. А. Испытания гибких рукавов авиационных двигателей на крутильную жёсткость // Испытания авиационных двигателей. Межвузовский научный сборник, № 13, Уфа, УАИ, 1985, С. 76−85.
  54. Расчёт колебаний и циклопрочности гибких трубопроводов. Рекомендации для разработчиков гибких трубопроводов // Отчёт о НИР ВНТИЦентр, Руководитель Л. Н. Тархов. Инв. № Б922 891, Уфа, 1981, 177с., Исполн: В. К. Итбаев, И. С. Ракитина, Ф. С. Хусаинов и др.
  55. А.А. Вибрации трубопроводов, энергетических установок и методы их устранения. М., Энергия, 1979, 288 с.
  56. В.М. Новые соединения с обкатанными ниппелями // Аиационная промышленность, Уфа, 1962, 111 с.
  57. Э.А. Механика стержней. Динамика. М., Высш. шк., 1987,304 с.
  58. Э.А. Колебания упругих систем. Тбилиси, Сабчота Сакартвело, 1966,228 с.
  59. В.И. Курс высшей математики. М., Наука, 1965, 234 с.
  60. Е.С. Метод учета неупругого сопротивления материала при расчёте конструкций на колебания // Исследования по динамике сооружений, М., Госстройиздат, 1951, С. 5−90.
  61. Н.Н. Трубопроводы газотурбинных двигателей. М., Машиностроение, 1972, 232 с.
  62. Г. И. Инженерные задачи статики, динамики и устойчивости систем с большим гистерезисом (машинные способы решения): Автореф. дисс. .канд. техн. наук. Рига, РИИГА, 1969, 23 с.
  63. Г. И., Логинов В. К. Вынужденные колебания систем с конструкционным демпфированием. Рига, РИИГА, 1966, С.26−29.
  64. Н.К. Устойчивость слабоискривленных сжатых стальных стержней при вибрационной нагрузке. Военно-транспортная академия., 1. РККА, 1954, 43 с.
  65. С.П. Колебания в инженерном деле. М., 1967, 444 с.
  66. В.Т. Демпфирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. Киев, Наукова думка, 1963, 344 с.
  67. Д.В. Колебания в двигателях летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1980, 296 с.
  68. Л.У., Зюзин Б. А. Производство гибких металлических трубопроводов зарубежными фирмами // Проектирование и производство гибких трубопроводов и сильфонов, Тр. НИИ, М., 1984, С. 62.
  69. З.Г. Передвижные компрессорные станции для интенсификации нефтеизвлечения. М., ВНИИОЭНГ, 1990, 56 с.
  70. Bass R.L., Holster J.L., Bellows vibration with internal crigenic fliid flows/ Paperof the ASME, № 71 — vibr.-l 4, 1971, 6 pp.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!