Proceedings of Petersburg Transport University

Известия Петербургского университета путей сообщения

1815-588X 2658-6851

57788

10.20295/1815-588X-2023-1-79-90

Общетехнические задачи и пути их решения

GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH

Общетехнические задачи и пути их решения

Hydraulic Hits in Penstocks with Above-Ground Laying

Гидравлические удары в напорных трубопроводах при надземной прокладке

Капинос

Ольга Геннадьевна

Kapinos

Ol'ga Gennad'evna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

Твардовская

Надежда Владимировна

Tvardovskaya

Nadezhda Vladimirovna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation

20 03 2023

20 1 79 90 18 03 2023

https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/57788/view

Цель: Установить факторы, в наибольшей степени влияющие на риск возникновения гидравлических ударов в напорных трубопроводах при надземной прокладке трубопроводов, характерной для районов вечной мерзлоты. Определить скорости распространения фронта ударной волны в стальных трубах для различных видов стальных труб. Провести расчеты параметров возможного гидравлического удара в зависимости от толщины стенки трубопровода. Методы: Метод характеристик, используемый для решения дифференциальных уравнений неустановившегося движения жидкости, положен в основу расчетной модели для определения параметров потока при возникновении гидравлических ударов. Результаты: На основе проведенных расчетов в статье анализируются диаграммы изменения давления в напорном трубопроводе из стальных труб. Производится оценка влияния скорости распространения волны гидравлического удара и скорости установившегося движения потока жидкости на характер протекания неустановившегося процесса и величину давления при гидравлическом ударе в напорном трубопроводе при надземной прокладке. Общие затраты на устранение аварийных ситуаций на напорных трубопроводах, особенно с учетом стоимости подготовки и очистки питьевой воды, всегда больше, чем заранее предусмотренные комплексные мероприятия, направленные на предотвращение негативных последствий возможных гидравлических ударов. Практическая значимость: В условиях вечной мерзлоты есть большое количество факторов, затрудняющих строительство и эксплуатацию напорных трубопроводных систем. Устранение последствий аварийных ситуаций, сопровождающихся утечкой воды, затруднительно в суровых климатических условиях, при этом теплового влияния на грунты не всегда возможно избежать. Поэтому проектируя новые напорные системы и проводя реконструкцию существующих, необходимо учитывать возможные неустановившиеся процессы в напорных трубопроводах.

To determine the factors having the greatest impact on the risk of occurrence of water hammers in above-ground installation of pipelines, typical of permafrost areas. Determine the velocities of shock wave front propagation in steel pipes for different types of steel pipes. To calculate parameters of possible water hammer depending on pipeline wall thickness. Methods: Method of characteristics used for solution of differential equations of unsteady motion of liquid is the basis of calculation model for determination of flow parameters at occurrence of water hammer. Results: On the basis of the calculations carried out in the article the diagrams of pressure changes in the pressure pipeline made of steel pipes are analysed. The influence of speed of propagation of water hammer wave and speed of steady movement of a liquid flow on character of flow of an unsteady process and size of pressure at water hammer in the pressure pipeline in above-ground laying is estimated. The use of measures to prevent water hammers, including combined ones, with the purpose of increasing their reliability is much cheaper than the replacement of damaged pipes and equipment, elimination of washouts by leaking water and loss of drinking water. Practical significance: In permafrost conditions, many factors complicate construction and operation of pressure hydrotransport systems. Elimination of consequences of emergency situations accompanied by water leakage is difficult in harsh climatic conditions, and thermal impact on soils is not always avoidable. Therefore when designing new pressure systems and reconstructing existing ones it is necessary to take into account possible unsteady processes in pressure pipes.

Напорные трубопроводы гидравлический удар разрыв сплошности потока проектирование эксплуатация вечная мерзлота надземная прокладка стальные трубы полимерные трубы

Pressure pipelines water hammer flow continuity design operation permafrost above-ground laying steel pipes polymer pipes

Terekhov L. D. Experimental study of soil thawing around shallow sewage pipelines in winter / L. D. Terekhov, S. B. Mayny, N. A. Сhernikov // Water and Ecology. - 2019. - Iss. 24(4). Pp. 71-78. - DOI: 10.23968/2305-3488.2019.24.4.71-78.

Terekhov L. D. Experimental study of soil thawing around shallow sewage pipelines in winter / L. D. Terekhov, S. B. Mayny, N. A. Shernikov // Water and Ecology. - 2019. - Iss. 24(4). Pp. 71-78. - DOI: 10.23968/2305-3488.2019.24.4.71-78.

Дикаревский В. С. Напорные водоводы железнодорожного водоснабжения / В.С. Дикаревский, И. И. Краснянский. - М.: Транспорт, 1978. - 360 с.

Dikarevskiy V. S. Napornye vodovody zheleznodorozhnogo vodosnabzheniya / V.S. Dikarevskiy, I. I. Krasnyanskiy. - M.: Transport, 1978. - 360 s.

Petrova T. M. Geotechnical problems of transport construction and their solutions / T. M. Petrova, E. Y. Chistyakov // Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations - Proceedings of the International Conference on Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations, GFAC 2019. - 2019. - Pp. 250-253. - DOI: 10.1201/9780429058882-49.

Жуковский Н. Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах / Н. Е. Жуковский. - М.-Л.: ГИТТЛ, 1949. - 104 с.

Zhukovskiy N. E. O gidravlicheskom udare v vodoprovodnyh trubah / N. E. Zhukovskiy. - M.-L.: GITTL, 1949. - 104 s.

Мошнин Л. Ф. Расчеты гидравлического удара / Л. Ф. Мошнин, Е. Т. Тимофеева. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1952. - 200 с.

Moshnin L. F. Raschety gidravlicheskogo udara / L. F. Moshnin, E. T. Timofeeva. - M.; L.: Gosenergoizdat, 1952. - 200 s.

Смирнов Д. Н. Гидравлический удар в напорных водоводах / Д. Н. Смирнов, Л. Б. Зубов. - М.: Стройиздат, 1975. - 122 с.

Smirnov D. N. Gidravlicheskiy udar v napornyh vodovodah / D. N. Smirnov, L. B. Zubov. - M.: Stroyizdat, 1975. - 122 s.

Дикаревский В. С. Гидравлический удар в напорных трубопроводах водоотведения / В. С. Дикаревский, О. Г. Капинос, Н. В. Твардовская // Вестник РААСН. - 2004. - Вып. 8. - С. 152-156.

Dikarevskiy V. S. Gidravlicheskiy udar v napornyh truboprovodah vodootvedeniya / V. S. Dikarevskiy, O. G. Kapinos, N. V. Tvardovskaya // Vestnik RAASN. - 2004. - Vyp. 8. - S. 152-156.

Людеке Х.-Й. Гидроудар: причины, анализ и способы предотвращения / Х.-Й. Людеке, Б. Котэ, К. Паули // Водоснабжение и санитарная техника. - 2015. - № 8. - С. 62-69.

Lyudeke H.-Y. Gidroudar: prichiny, analiz i sposoby predotvrascheniya / H.-Y. Lyudeke, B. Kote, K. Pauli // Vodosnabzhenie i sanitarnaya tehnika. - 2015. - № 8. - S. 62-69.

Капинос О. Г. Учет разрывов сплошности потока при гидравлических ударах на этапе проектирования напорных трубопроводов из полимерных материалов / О. Г. Капинос, Н. В. Твардовская // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2022. - Т. 19. - Вып. 1. - С. 116-126.

Kapinos O. G. Uchet razryvov sploshnosti potoka pri gidravlicheskih udarah na etape proektirovaniya napornyh truboprovodov iz polimernyh materialov / O. G. Kapinos, N. V. Tvardovskaya // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. - SPb.: PGUPS, 2022. - T. 19. - Vyp. 1. - S. 116-126.

10.

Капинос О. Г. Последствия гидравлических ударов, сопровождающихся разрывами сплошности потока жидкости / О. Г. Капинос, Н. В. Твардовская // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2011. - Вып. 3(28). - С. 167-176.

Kapinos O. G. Posledstviya gidravlicheskih udarov, soprovozhdayuschihsya razryvami sploshnosti potoka zhidkosti / O. G. Kapinos, N. V. Tvardovskaya // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. - SPb.: PGUPS, 2011. - Vyp. 3(28). - S. 167-176.

11.

Капинос О. Г. Влияние выбранного материала труб на величину давления в трубопроводе при возможном гидравлическом ударе / О. Г. Капинос, Н. В. Твардовская // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2008. - № 2(15). - С. 112-119.

Kapinos O. G. Vliyanie vybrannogo materiala trub na velichinu davleniya v truboprovode pri vozmozhnom gidravlicheskom udare / O. G. Kapinos, N. V. Tvardovskaya // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. - 2008. - № 2(15). - S. 112-119.

12.

Терехов Л. Д. Проблемы изношенных трубопроводов Дальнего Востока России и пути их восстановления / Л. Д. Терехов, Н. В. Твардовская, А. В. Федорчук и др. // Яковлевские чтения - 2022: Системы водоснабжения и водоотведения. Современные проблемы и решения. Сборник докладов участников XVII Международной научно-технической конференции, посвященной памяти академика РАН С. В. Яковлева. - М., 2022. - С. 54-61.

Terehov L. D. Problemy iznoshennyh truboprovodov Dal'nego Vostoka Rossii i puti ih vosstanovleniya / L. D. Terehov, N. V. Tvardovskaya, A. V. Fedorchuk i dr. // Yakovlevskie chteniya - 2022: Sistemy vodosnabzheniya i vodootvedeniya. Sovremennye problemy i resheniya. Sbornik dokladov uchastnikov XVII Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferencii, posvyaschennoy pamyati akademika RAN S. V. Yakovleva. - M., 2022. - S. 54-61.

13.

ГОСТ 8734-75. Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. - М., 1996. - 20 с.

GOST 8734-75. Truby stal'nye besshovnye holodnodeformirovannye. - M., 1996. - 20 s.

14.

ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные. - М., 2007. - 12 с.

GOST 10704-91. Truby stal'nye elektrosvarnye pryamoshovnye. - M., 2007. - 12 s.

15.

Продоус О. А. Техническое регулирование значений гидравлических параметров неновых металлических труб для продления периода их использования / О. А. Продоус, Л. Д. Терехов, П. П. Якубчик и др. // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2021. - Т. 18. - Вып. 3. - С. 421-427.

Prodous O. A. Tehnicheskoe regulirovanie znacheniy gidravlicheskih parametrov nenovyh metallicheskih trub dlya prodleniya perioda ih ispol'zovaniya / O. A. Prodous, L. D. Terehov, P. P. Yakubchik i dr. // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. - SPb.: PGUPS, 2021. - T. 18. - Vyp. 3. - S. 421-427.