Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень

У статті розглянуто комплексний підхід до розроблення засобів експресдіагностики технічного стану лінійної частини магістральних трубопроводів, який включає застосування експериментальних і розрахункових методів визначення напружено-деформованого стану трубопроводів на небезпечних...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вісник НАН України
Date:	2015
Main Authors:	Камінський, А.О., Бастун, В.М., Фомічов, С.К., Беспалова, О.І., Урусова, Г.П., Богданова, О.С., Мінаков, С.М.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2015
Subjects:	Статті та огляди
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82030
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень / А.О. Камінський, В.М. Бастун, С.К. Фомічов, О.І. Беспалова, Г.П. Урусова, О.С. Богданова, С.М. Мінаков // Вісн. НАН України. — 2015. — № 1. — С. 49-61. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860046112333758464
author	Камінський, А.О. Бастун, В.М. Фомічов, С.К. Беспалова, О.І. Урусова, Г.П. Богданова, О.С. Мінаков, С.М.
author_facet	Камінський, А.О. Бастун, В.М. Фомічов, С.К. Беспалова, О.І. Урусова, Г.П. Богданова, О.С. Мінаков, С.М.
citation_txt	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень / А.О. Камінський, В.М. Бастун, С.К. Фомічов, О.І. Беспалова, Г.П. Урусова, О.С. Богданова, С.М. Мінаков // Вісн. НАН України. — 2015. — № 1. — С. 49-61. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Вісник НАН України
description	У статті розглянуто комплексний підхід до розроблення засобів експресдіагностики технічного стану лінійної частини магістральних трубопроводів, який включає застосування експериментальних і розрахункових методів визначення напружено-деформованого стану трубопроводів на небезпечних ділянках, у тому числі за наявності дефектів типу тріщин, та до оцінки ймовірності виникнення аварійної ситуації. Така оцінка дає можливість оперативно приймати обґрунтовані рішення щодо продовження експлуатації трубопроводу або його зупинки для виконання ремонтних робіт. Запропонований підхід ґрунтується на використанні сучасних вимірювальних пристроїв та застосуванні положень теорії тонких оболонок, механіки матеріалів і механіки руйнування. Наведено приклади усунення деяких найпоширеніших пошкоджень у вигляді поздовжніх тріщин. В статье рассмотрен комплексный подход к разработке средств экспресс-диагностики технического состояния линейной части магистральных трубопроводов, который включает применение экспериментальных и расчетных методов определения напряженно-деформированного состояния трубопроводов на опасных участках, в том числе при наличии дефектов типа трещин, и к оценке вероятности возникновения аварийной ситуации. Такая оценка позволяет оперативно принимать обоснованные решения относительно продолжения эксплуатации трубопровода или его остановки для выполнения ремонтных работ. Предложенный подход основан на использовании современных измерительных устройств и положений теории тонких оболочек, механики материалов и механики разрушения. Приведены примеры устранения некоторых наиболее распространенных повреждений в виде продольных трещин. The article considers a complex approach to development facilities for express-diagnostics of the linear part of main pipelines which include using experimental and design methods of determining the stress-strain state of pipelines on dangerous parts, including presence of crack-type defects, and estimating the probability of emergency situation. Such estimation allows making a reasoned decision on continuation of the pipeline operation or necessity to suspend it for damage repair. Examples of elimination of some widespread damages in the form of longitudinal cracks are presented.
first_indexed	2025-12-07T16:57:41Z
format	Article
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 49 КАМІНСЬКИЙ Анатолій Олексійович — доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу механіки руйнування матеріалів Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України, fract@inmech.kiev.ua БАСТУН Володимир Миколайович — доктор технічних наук, головний науковий співробітник Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України ФОМІЧОВ Сергій Костянтинович — доктор технічних наук, декан зварювального факультету, завідувач кафедри електрозварювальних установок НТУУ «КПІ» БЕСПАЛОВА Олена Іванівна — доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України УРУСОВА Галина Петрівна — кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України БОГДАНОВА Ольга Станіславівна — кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України МІНАКОВ Сергій Миколайович — кандидат технічних наук, старший викладач НТУУ «КПІ» КОМПЛЕКСНИЙ ПІДХІД ДО ПРОБЛЕМИ ДІАГНОСТИКИ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ ТА УСУНЕННЯ ЇХ ПОШКОДЖЕНЬ У статті розглянуто комплексний підхід до розроблення засобів експрес- діагностики технічного стану лінійної частини магістральних трубо- проводів, який включає застосування експериментальних і розрахункових методів визначення напружено-деформованого стану трубопроводів на небезпечних ділянках, у тому числі за наявності дефектів типу тріщин, та до оцінки ймовірності виникнення аварійної ситуації. Така оцінка дає можливість оперативно приймати обґрунтовані рішення щодо продовжен- ня експлуатації трубопроводу або його зупинки для виконання ремонтних робіт. Запропонований підхід ґрунтується на використанні сучасних ви- мірювальних пристроїв та застосуванні положень теорії тонких оболонок, механіки матеріалів і механіки руйнування. Наведено приклади усунення деяких найпоширеніших пошкоджень у вигляді поздовжніх тріщин. Ключові слова: магістральні трубопроводи, лінійна частина, діагностика технічного стану, пошкодження, безпека експлуатації. Вступ Україна є одним із найбільших транзитерів нафти й газу із Си- біру (Російська Федерація) до країн Центральної та Західної Європи. При цьому більша частина магістральних трубопрово- дів, що пролягають територією України, вже вичерпали розра- хунковий термін експлуатації. Разом з тим питання енергетич- ної безпеки України та виконання транспортних зобов’язань перед країнами Європи потребують забезпечення надійної роботи трубопровідного транспорту за допомогою оператив- ного контролю та діагностики технічного стану магістральних трубопроводів, а також своєчасного усунення аварійних ситу- ацій у разі їх виникнення. Одними з головних чинників, що найбільше впливають на безпеку експлуатації магістральних трубопроводів, є високий рівень напружень і деформацій, ви- кривлення лінійної частини внаслідок дії різних факторів, де- градація матеріалу, утворення тріщин. УДК 539.3:432 50 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Магістральні газо- та нафтопроводи — це складні інженерні споруди, найважливішим елементом яких є лінійна частина великої про- тяжності. Під час експлуатації лінійна частина зазнає дії різних навантажень, таких як вну- трішній тиск, осьові напруження, спричинені сезонними коливаннями температури, а також згинальні моменти, зумовлені зсувами ґрунту в гірських районах та змінами умов закріплен- ня трубопроводу в місцях водних переходів унаслідок розмивання берегів, порушенням баластування на заводнених територіях. На ділянках з високим рівнем стискальних на- пружень можуть траплятися випадки втрати поздовжньої або локальної стійкості, які при- зводять до викривлення лінійної частини тру- бопроводу у вигляді арок або утворення гоф- рів, що неприпустимо. Одним із найпоширеніших видів пошко- джень трубопроводів є тріщини, які виникають в основному металі та зварних швах під час будівництва й експлуатації внаслідок корозії, наявності дефектів труб, порушень режимів експлуатації тощо. У зв’язку з тим, що магі- стральні трубопроводи, особливо газопроводи, накопичують значну кількість енергії внаслі- док високого тиску транспортованого продук- ту (5—10 МПа) та великого діаметра (1020— 1420 мм) труб, можуть виникати протяжні руйнування у вигляді тріщин. У випадку крих- ких руйнувань тріщина поширюється без зни- ження тиску газу зі швидкістю 600—1000 м/с, що перевищує швидкість його декомпресії. Найбільша з відомих протяжність крихкого руйнування сягає 2400 м [1]. При цьому трі- щина рухається по синусоїдальній траєкторії в осьовому напрямку. Завдяки високій швид- кості поширення тріщини можуть виникати її розгалуження з утворенням інших тріщин, які надалі об’єднуються в одну магістральну. Останнім часом завдяки використанню стале- вих труб з підвищеною в’язкістю руйнування вдалося значно зменшити протяжність тріщин та швидкість їх поширення. Слід також зазна- чити, що руйнування нафтопроводів, які су- проводжуються витіканням транспортованої речовини, призводять до тяжких екологічних наслідків, суттєво погіршуючи стан навколиш- нього середовища. Крім візуального огляду щодо наявності трі- щин оперативна діагностика технічного стану лінійної частини магістральних трубопрово- дів здійснюється за допомогою індикаторів і номограм деформацій [2—4], застосування яких не потребує залучення вимірювальних та переносних портативних приладів [5], засно- ваних на використанні залежності магнітної проникності матеріалу трубопроводу від наяв- ності механічних напружень. Недоліком інди- каторів деформацій є відносно низька точність визначення рівня напружень і деформацій, що можна розглядати лише як наближену оцінку, а в портативних приладах не враховується вид напруженого стану. Крім того, здійснення за їх допомогою суцільного контролю на трубопро- водах великої протяжності пов’язане зі зна- чними витратами часу на виконання чималої кількості вимірювань, які до того ж потребують попереднього очищення поверхні труби в міс- цях їх проведення, та труднощами з доставкою приладів до місць огляду в разі складних по- годних умов і важкодоступної місцевості. Зва- жаючи на велику протяжність трубопроводів, проведення суцільної діагностики технічного стану їх лінійної частини є дуже непростим за- вданням. Ураховуючи викладене, актуальною стає по- треба в розробленні ефективних засобів екс- прес-діагностики технічного стану лінійної час тини магістральних трубопроводів, які вклю чають застосування експериментальних і розрахункових методів визначення напружено- деформованого стану трубопроводів на небез- печних ділянках, зокрема за наявності дефектів типу тріщин, та оцінку ймовірності виникнен- ня аварійної ситуації. Така оцінка необхідна для оперативного прийняття об ґрунтованого рішення щодо можливості продовження екс- плуатації трубопроводу або його зупинки для виконання ремонтних робіт. Для вирішення поставленого завдання запропоновано комп- лексний підхід, побудований на сучасних по- ложеннях теорії тонких оболонок, механіки матеріалів та механіки руйнування. Наведено ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 51 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ приклади усунення тріщиноподібних пошко- джень невеликої довжини за допомогою бан- дажів і накладок. Діагностика технічного стану лінійної частини трубопроводу Діагностику передбачається здійснювати в такий спосіб [6, 7]. Рівень напружень і дефор- мацій у трубопроводі, що підлягає контролю, визначають у два етапи. На першому етапі про- водять суцільний контроль означеної ділян- ки трубопроводу шляхом візуального огляду індикаторів деформацій, що не потребує за- стосування вимірювальних приладів, визна- чають рівень поздовжньої деформації, переда- ють ці дані за допомогою мобільного зв’язку до діагностичного центру, де їх опрацьову- ють, використовуючи заздалегідь розроблену комп’ютерну програму, і визначають відповід- ний напружено-деформований стан, на основі чого приймають рішення щодо потреби в уточ- ненні рівня напружень та деформацій. На другому етапі контролю за допомогою вимірювального приладу MESTR-411 [8, 9] здійснюють вибіркове уточнення лише на тих ділянках трубопроводу, де на першому етапі було зафіксовано небезпечний рівень напру- жень і деформацій або тенденцію до їх зрос- тання. Відомості про такі чинники технічного стану трубопроводу, як наявність дефектів та зміни механічних властивостей матеріалу, на- копичуються в діагностичному центрі й мо- жуть бути використані під час прийняття тех- нічних рішень і уточнюватися при вибіркових перевірках. Прилад MESTR-411 забезпечує визначення рівня напружень в умовах двовісного напру- женого стану, характерного для тонкостінних оболонок, якими є магістральні трубопрово- ди. У ньому використано магнітно-пружний ефект, що виявляється в залежності магнітних властивостей феромагнітних матеріалів від рівня механічних напружень. Апробацію запропонованого способу прове- ли під час випробувань відрізка натурної труби завдовжки 68 м, діаметром 1,42 м та товщиною стінки 21,6 мм, виготовленої зі сталі фірми Mannesmann. Матеріал мав такі механічні ха- рактеристики: модуль Юнга Е = 2,06·105 МПа, коефіцієнт Пуассона μ = 0,3, границя текучості σТ = 460 МПа, границя міцності σв = 620 МПа. Трубу заповнили водою під тиском р = 100 атм (10 МПа) і навантажили шістьма бетонними плитами вагою Р = 5,2 т кожна, що імітують баластні вантажі. Схему навантаження труби наведено на рис. 1. Для визначення поздовжньої деформації було використано індикатор деформацій — пристрій, що складається з чотирьох елемен- тів з концентраторами напружень різного рівня концентрації і двох з’єднувальних пла- нок (рис. 2). Елементи і планки виготовлено з тонколистової нержавіючої сталі аустенітного класу 1Х18Н10Т. Таруванням встановлено такі величини деформації при розриві елементів під час розтягування (з розкидом не більш ніж ±0,02 %): № 1 — 0,10 %, № 2 — 0,15 %, № 3 — 0,23 %, № 4 — 0,31 %. Рис. 2. Індикатор деформацій: 1—4 — елементи з концентраторами напружень різного рівня; 5 — з’єднувальні планки Рис. 1. Схема навантаження випробовуваного відрізка труби 52 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ За допомогою точкового зварювання інди- катор деформацій перед навантаженням труби було закріплено в нижній частині її середнього перерізу в площині згину. Після навантажен- ня візуальним оглядом було виявлено розрив елемента № 2, що свідчить про те, що деформа- ція розтягу на цій ділянці перебуває в межах 0,15—0,23 %. Одночасно проводили тензоме- трію, за даними якої ця деформація дорівнює 0,20 %. Згідно з розрахунковою процедурою, роз- робленою відповідно до розглянутого випадку, досліджуваний відрізок трубопроводу моделю- вали тонкостінною циліндричною ізотропною оболонкою скінченної довжини l з радіусом се- рединної поверхні R (l >> R) та товщиною h. Серединна поверхня оболонки розглядалася в системі координат (s, θ), де s — координата, що змінюється вздовж осі оболонки (s = const), θ — центральний кут у площині поперечного перерізу. Оболонка в умовах експлуатації на- вантажена внутрішнім тиском, виштовхуваль- ною силою, зосередженими перерізувальними силами, що моделюють дію баластних ванта- жів, та осьовими стискальними напруження- ми. Напружено-деформований стан оболонки розглядався в рамках відомих припущень кла- сичної теорії Кірхгофа — Лява [10]. На основі цих припущень було сформульовано двови- мірну крайову задачу відносно змінних s і θ з умовами періодичності в коловому напрямку та певними умовами на торцях s = 0 і s = l. Задачу розв’язують так. 1. Усі фактори напружено-деформованого стану апроксимують у вигляді тригонометрич- них рядів Фур’є за коловою координатою з не- відомими функціональними коефіцієнтами, які залежать від змінної s. Аналогічно подають і за- дані зусилля, причому для отримання збіжних рядів Фур’є, що апроксимують зосереджені зу- силля у вигляді δ-функцій Дірака, використо- вують процедуру σ-множників Ланцоша [11]. 2. Для визначення невідомих функціональ- них коефіцієнтів для кожного номера гармо- ніки k ряду Фур’є формулюють одновимірну крайову задачу за меридіональною координа- тою з відповідно умовами на краях s = 0, s = l. 3. Отриману одновимірну крайову задачу розв’язують за допомогою чисельного методу ортогональної прогонки Годунова [12]. 4. Розв’язки одновимірних задач для окре- мих значень гармонік k підсумовують відповід- но до прийнятої апроксимації рядами Фур’є. Цю методику розв’язання задач статики оболонок обертання загального виду викладе- но в роботі [13]. Відповідний обчислювальний комплекс мовою FORTRAN дозволяє визна- чити в довільній точці оболонки такі фактори напружено-деформованого стану, як поздовжні та колові напруження (σs, σθ) і деформації (εs, εθ), поздовжнє (Тs) і колове (Тθ) зусилля, зги- нальні моменти в поздовжньому (Мs) і колово- му (Мθ) напрямках, крутильний момент (Н) (у разі його наявності), меридіональні (и) і коло- ві (v) переміщення та прогин (w). За допомогою пакета прикладних програм було отримано значення поздовжньої дефор- мації εs = 0,17 % у місці розташування індика- тора деформацій. Використані при цьому ба- зові дані включають вказані вище геометричні параметри труби, механічні характеристики матеріалу, діючі навантаження та граничні умови. Отже, отримана розрахунковим шля- хом величина поздовжньої деформації пере- буває в межах визначеного експериментально інтервалу. Прилад MESTR-411 (рис. 3) і відповідна методика визначення напружень рекомендо- вані компанією «Газпром» для вимірювання параметрів напружено-деформованого стану Рис. 3. Прилад MESTR-411 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 53 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ магістральних трубопроводів. Методику до- опрацьовували на об’єктах газового комплексу в рамках програми «Високонадійний трубо- провідний транспорт», її рецензування прове- дено в МНВО «Спектр» (Москва), Державній академії нафти і газу ім. І.М. Губкіна (Москва) та Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Кар- пенка НАН України (Львів). Апробацію приладу MESTR-411 проводили під час випробувань трубопроводу діаметром 168 мм під внутрішнім тиском, порівнюючи з даними тензометрії. Розподілення колових напружень у зоні зварного шва, визначене за допомогою вимірювального приладу та тен- зометрії, наведено на рис. 4. Як можна бачити, обидві криві розташовані досить близько одна до одної, що свідчить про надійність приладу. Як приклад застосування першого етапу пропонованого способу [7] розглянемо відрі- зок газопроводу, труби якого виготовлені з тієї ж самої сталі і мають такі самі розміри, що й у наведеному вище випадку випробувань на- турної труби, за винятком товщини, яка ста- новить 18 мм. Відрізок труби занурено у воду, внаслідок чого виникає виштовхувальна сила fA = 15,5 кН/м. Він зазнає також дії шести зо- середжених сил P = 5,2 т кожна, внутрішнього тиску p = 75 атм та осьових стискальних на- пружень, що спричинило утворення вигину у вигляді арки з вершиною в перерізі θ = 0. Роз- ташування сил таке саме, як на рис. 1. Огляд індикаторів деформації показав, що в індика- торі, наближеному до цього перерізу, виявився розірваним елемент № 1. Це свідчить про те, що розтягувальна деформація εs в цьому місці не перевищує 0,15 %. Саме цю величину при- ймемо в наступних числових розрахунках. З огляду на симетрію прикладання наванта- жень відносно середнього перерізу s = 0, роз- глядатимемо відрізок у межах –l/2 < s < 0, де l/2 — половина відстані між межами водної ді- лянки. Якщо кінці відрізка труби не затисне- ні, тобто ґрунт берегів водної ділянки м’який, що відповідає випадку шарнірного обпиран- ня, для розрахунку приймемо граничні умови: w = 0; v = 0; Ts = T; Ms = 0, які передбачають визначення величини поздовжньої сили Ts = T як реакцію відкинутої частини труби. Оскіль- ки ця сила пропорційна поздовжній деформа- ції εs, то її можна прийняти такою, що дорівнює приблизно 103 кН/м. Тоді вхідні дані в роз- рахунках матимуть такі значення: l/2 = 34 м; R = 0,701 м; h = 0,018 м; E = 2,06·105 МПа; μ = = 0,3; s = s0 = –34 м; s = s1 = –7 м; s = s2 = –6 м; s = s3 = –5 м; Р1 = Р2 = Р3 = 5,2 т; q0 = 75 атм; fA = 15,5 кН/м; T* = 103 кН/м. При цьому встановлено, що поздовжня де- формація εs у верхній частині труби є розтя- гувальною і її максимальне значення стано- вить 0,093 %, тоді як у нижній частині вона є стискальною з найбільшим значенням 0,193 %. Колова деформація εθ є розтягувальною в обох частинах труби і дорівнює в нижній частині 0,186 %. Найбільші за абсолютною величи- ною значення поздовжніх розтягувального та стискального напружень σs дорівнюють відпо- відно 314 і 299 МПа. Колове напруження σθ є розтягувальним з максимальним значенням 399 МПа. Зазначимо, що матеріал труби підпорядко- вується умові пластичності Мізеса, яка в разі плоского напруженого стану описується рів- нянням [14]: 2 2 2 2( ) 2s s Tθ θσ − σ + σ + σ = σ , (1) де σТ — границя текучості. Відповідне еквівалентне напруження обчис- люють за формулою: еσ = 2 2 s sθ θσ + σ − σ σ . (2) Рис. 4. Розподіл напружень у зоні зварного шва, отри- маний за допомогою приладу MESTR-411 (крива 1) і тензометрією (крива 2) 54 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Підставляючи в неї значення максимальних напружень на опуклій та вгнутій частинах тру- би, отримуємо: σе = 364 МПа і σе = 555 МПа відповідно. Як видно, напруження в угнутій частині труби перевищують границю текучості (460 МПа), тобто такий рівень напружень є не- безпечним для подальшої експлуатації трубо- проводу. У зв’язку з цим трубопровід потрібно зупинити з метою виконання ремонтних робіт із заміни пошкодженої ділянки. У разі, якщо траєкторія навантаження ві- дома, напружено-деформований стан можна визначити за допомогою розрахованих зазда- легідь номограм деформацій [4] та траєкторій деформування. Номограма деформацій являє собою сімейство ліній σе = const і σs/σθ = const. У площині головних деформацій εs та εθ відпо- відні криві описуються рівняннями: (1 – μ + μ2)εs 2 – (1 – 4μ + μ2)εsεθ + +(1 – μ + μ2)εθ 2 = [ε(1 – μ2)]2; (3) s s s θ θ θ σ − μσ ε = ε σ − μσ , (4) де μ — коефіцієнт поперечної деформації, що визначається за формулою (4), наведеною в [2]. Як приклад на рис. 5 наведено номограми деформацій для лінійної частини магістраль- ного газопроводу діаметром 1420 мм зі сталі 15Г2 разом з траєкторіями деформування 1—3, які відповідають таким траєкторіям наван- таження: 1 — σs = 0,5σθ при σθ < σθ (1) = const, dσs > 0 при σθ = σθ (1); 2 — σs = 0,5σθ при σθ < < σθ (2) = const, dσs > 0 при σθ = σθ (2); 3 — σθ = = 0 при σs ≤ 340 МПа, σs + 340 = 0,5σθ при σs > > 340 МПа, де (1) (1) ( 2 ) 2 p D h hθ −σ = ; (2) (2) ( 2 ) 2 p D h hθ −σ = ; р(1) і р(2) — тиск у трубопроводі на вході в компресорну станцію і на виході з неї відпо- відно. Тут р(1) = 5,0 МПа; р(2) = 7,5 МПа; D = = 1420 мм — діаметр труби, h = 21,5 мм — тов- щина стінки. Відкладаючи по осі ординат знайдену осьову деформацію εs та проводячи через відповідну точку паралельно осі абсцис пряму, за точкою перетину останньої з відповідною траєкторією деформування визначаємо величину деформа- ції εθ в коловому напрямку, а також значення напружень σs, σθ та еквівалентного напружен- ня σе. Визначення граничного стану трубопроводу за наявності тріщин Розглянемо випадок наявності поздовжньої тріщини, початкова довжина якої значно мен- ша, ніж діаметр трубопроводу. Тоді трубу у ви- гляді циліндричної оболонки з тріщиною мож- на моделювати тонкою пластиною, яка знахо- диться в умовах двовісного навантаження [15]. З огляду на те, що матеріал труби внаслідок прокатки може бути ортотропним, розглянемо випадок орієнтації тріщини в напрямку однієї з осей ортотропії: 1 2( , , ) 0iF Cσ σ = , (5) де σ1, σ2 — головні напруження, Сі — сталі ма- теріалу. Для визначення граничного стану трубо- проводу розглянемо тонку ортотропну плас- тину з тріщиною завдовжки 2l, орієнтованою в напрямку осі Ох (рис. 6). Пластина зазнає дії нормальних навантажень на нескінченності Рис. 5. Номограма деформацій лінійної частини тру- бопроводу за типових видів навантаження ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 55 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ ,x q∞σ = 0y p∞σ = > . Руйнування пластини опи- сується критерієм міцності загального виду. При побудові моделі тріщини виходимо з та- ких припущень: 1) зони передруйнування, що виникають по- близу вершини тріщини, мають вигляд вузь- ких клиноподібних ділянок на подовженні тріщини і при моделюванні можуть бути за- мінені розрізами завдовжки d, на берегах яких прикладено рівномірно розподілені стискальні напруження, незалежні від координат; 2) компоненти тензора напружень у зоні передруйнування задовольняють критерію міц ності (5) та умові неперервності на фронті тріщини; 3) компоненти тензора напружень мають кінцеве значення по всій ділянці. Ґрунтуючись на цих гіпотезах, отримуємо крайову задачу для ортотропної пластини з розрізом завдовжки 2L = 2(l + d) за гранични- ми умовами, які наведено в [15]. Розглянемо граничний стан пластини за допомогою δc- та Jc-критеріїв. Згідно з δc-кри- те рієм, зрушення тріщини відбудеться, коли її розкриття досягне граничного значення δc, тобто: δ(l) = δc. (6) Тоді поле граничних навантажень (p, q) ви- значається за співвідношенням: 0 0 * * * 0 * * 4 ( , ) ln sec 2 ( , ) y c y T p q l p p q σ π = δ π σ , (7) де ),( ** 0 qpyσ визначається за припущення, що * ,p p q q= = . Якщо пластина зазнає одновісного розтягу (q = 0), то її граничний стан визначається так: 0 (0) (0) 0 * 0 (0) * 4 ( ,0) ln sec 2 ( ,0) y c y T p l p p σ π = δ π σ , (8) де (0) p — граничне навантаження за одновісно- го розтягу. Порівнюючи (7) і (8), отримуємо: 0 (0) * * * 0 (0) 0 0 (0) * * * * ( , ) ln cos ln cos ( ,0) 2 ( , ) 2 ( ,0) y y y y p q p p p p q p σ π π= σ σ σ . (9) Співвідношення (9) визначає поле гранич- них навантажень * ( , )p q залежно від гранич- ного одновісного навантаження. Зміна (0) p від 0 до σ0y (границя міцності матеріалу в напрям- ку осі 0у) відповідає змінюванню довжини трі- щини від 0 до нескінченності. Якщо за критерій руйнування прийняти критичне значення J-інтеграла, то аналітичний вираз граничних кривих руйнування вигляда- тиме як 0 2 0 * * * 0 * * 4 ( ( , )) ln sec 2 ( , ) y c y T p q l p J p q σ π = π σ (10) або 20 (0) * * * * 0 (0) 0 0 (0) * * * * ( , ) ln cos ln cos ( 0) 2 ( , ) 2 ( ,0) y y y y p q p p p p q p ⎡ ⎤σ π π=⎢ ⎥σ σ σ⎢ ⎥⎣ ⎦ , (11) де р(0) — граничне навантаження за одновісно- го розтягу. З метою проведення чисельного аналізу отриманих рівнянь застосуємо як умову міц- ності (5) критерій Мізеса — Хілла, який при плоскому напруженому стані має вигляд: 22 2 2 0 0 0 0 1y x yx x y x y σ σ σσ + − = σ σ σ σ , (12) де σ0х, σ0у — границі міцності у напрямках осей х та у відповідно. При цьому компоненти на- пружень 0 хσ та 0 уσ у зоні передруйнування ви- значаються так: 2 0 0 04 , 2y x y b b ac Q a + −σ = σ = βσ − , (13) де 2 1 2 2 2 0 0 0 0 1 / , , , x y x y E E Q p q a β ββ = = β − = + − σ σ σ σ Рис. 6. Модель тріщин у необмеженому тілі в умовах двовісного навантаження 56 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 2 2 0 0 0 0 2 1 , 1 x x y x Q Q b c ⎛ ⎞β= − = −⎜ ⎟σ σ σ σ⎝ ⎠ . Граничний стан трубопроводу за заданих осьової сили та внутрішнього тиску визнача- ють за критичною довжиною тріщини чи за критичними значеннями осьової сили та вну- трішнього тиску при відомій довжині тріщини. Як приклад на рис. 7 показано номограму граничного стану, розраховану за наведеними вище формулами стосовно труби зі сталі 15Г2 діаметром D = 1420 мм і товщиною стінки h = = 21,5 мм з поздовжньою тріщиною завдовж- ки 2l при навантаженні осьовою силою та вну- трішнім тиском. Номограма являє собою гра- фіки залежностей руйнівних значень внутріш- нього тиску рnр за різних величин осьового на- пруження, що характеризується безрозмірним параметром α = σs/σв, від довжини тріщини 2l (σв — границя міцності). У розрахунках при- ймали: Е = 2,0·105 МПа; μ = 0,28; χ = 0,02 (χ — коефіцієнт зміцнення, що визначається відно- шенням модуля зміцнення до модуля Юнга). Суцільні лінії відповідають області осьових розтягувальних напружень (α > 0), а штрихо- ві — області стискальних напружень (α < 0). Суцільними горизонтальними лініями позна- чено рівні тиску при експлуатації магістраль- них газопроводів: I — на вході в компресорну станцію (р = 5,0 МПа), II — на виході з компре- сорної станції (р = 7,5 МПа). При застосуванні номограми граничних на- вантажень слід мати на увазі, що у випадку великих значень осьових напружень границя руйнування виходить на границю міцності і руйнування відбувається через утворення по- перечної тріщини (при σs > 0) або втрату по- здовжньої стійкості (при σc < 0), що супрово- джується утворенням гофра. З рис. 7 видно, що зі збільшенням осьово- го напруження як в області додатних, так і від’ємних значень критична довжина тріщини зменшується. Так, у розглянутому випадку при р = 7,5 МПа величина 2l зменшується зі 140 мм при α = 0 (σs = 0) до 80 мм при α = 1,1. За тих самих значень параметра α, коли довжина трі- щини є фіксованою, наприклад при 2l = 50 мм, Рис. 7. Номограма граничного стану труби зі сталі 15Г2 у випадку навантаження осьовою силою та вну- трішнім тиском Рис. 8. Діаграма руйнування для сплаву ВТ-14 (а) та сталі Ст. 3 (б): 1 — за Jc-критерієм; 2 — за δc-крите рієм; 3 — діаграми міцності, побудовані за критерієм Ген- кі — Мізеса. Точки відповідають експериментальним значенням граничних напружень ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 57 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ величина рnр знижується з 12,5 до 9,5 МПа. Ще значніше вплив осьового напруження виявля- ється при α < 0. Ґрунтуючись на підході до моделювання тріщин [15], граничний стан труби можна ви- значити за допомогою критеріїв критичного розкриття тріщини δc та критичного значення J-інтеграла. Ці критерії перевіряли випробуваннями трубчастих зразків з титанового сплаву ВТ- 14 та вуглецевої сталі Ст. 3 за методикою [16]. Тріщину моделювали розрізом завширшки 0,3 мм та завдовжки 3 мм, орієнтованим у по- здовжньому напрямку. Зразки герметизували тонкою гумовою накладкою, що дозволило на- вантажувати їх осьовою силою (розтягуваль- ною аби стискальною) та внутрішнім тиском у різних співвідношеннях. Діаграми руйнування для сплаву ВТ-14 і сталі Ст. 3, розраховані за формулами (9) і (11), показано на рис. 8, з яко- го видно, що у кращому узгодженні з експери- ментальними даними є критерій Jc. Ремонт пошкоджень трубопроводів за допомогою бандажів і накладок Для ремонту пошкодженої частини трубопро- воду та запобігання подальшому поширенню тріщини розроблено кілька методів, зокрема бандажування труби та встановлення локаль- них накладок [17, 18]. Розглянемо вплив на напружено-деформований стан труби бандажа в зоні його кріплення. Бандажована труба моделюється трансвер- сально ізотропною циліндричною оболонкою завтовшки hT і діаметром dT, має вздовж ме- ридіана ступінчасто змінні жорсткісні харак- теристики і перебуває під дією внутрішнього тиску р. Приймається, що на ділянці Ω = {s, θ : \|s – s0\| ≤ b/2, θ ∈ [0, 2π]} (b, s = s0 — ширина і центральний переріз бандажа) оболонка скла- дається з двох шарів, що працюють без відри- ву та проковзування. Перший шар завтовшки hT виготовлений з матеріалу труби з модулем пружності ET і коефіцієнтом Пуассона μT, дру- гий шар завтовшки hБ виготовлений з матері- алу бандажа з характеристиками EБ, μБ. Жор- сткісні характеристики труби за її товщиною в рамках оболонкової моделі Кірхгофа — Лява враховуються інтегрально моментами нульо- вого (Cij — циліндрична жорсткість), першого (Kij — жорсткість, зумовлена відстанню до се- рединної поверхні) та другого (Dij — жорсткість на згин) порядків, що обчислюються відносно серединної поверхні циліндра за формулами: для частин циліндричної оболонки поза банда- жем (s, θ) ∈ Ω: 11 22 21 T T T T T E h C C= = − μ , 12 21 T T T T T E h C μ= − μ , 66 2(1 ) T T T T E h C = + μ , 0T ijK = ; 2 /12= ⋅T T ij ij TD C h (i, j = 1, 2; i = j = 6); в ділянці бандажа (s, θ) ∈ Ω: 11 22 11 21 T Б Б Б E h C C CΩ Ω= = + − μ , 12 12 21 T Б Б Б Б E h C CΩ μ= + − μ , 66 66 2(1 ) T Б Б Б E h C CΩ = + + μ , 11 22 2 1 ( ) 2 1 Б Б T Б Б E h K K h hΩ Ω= = ⋅ + − μ , 12 2 1 ( ) 2 1 Б Б Б T Б Б E h K h hΩ μ= ⋅ + − μ , 66 1 ( ) 4 1 Б Б T Б Б E h K h hΩ = ⋅ + + μ , 2 2 11 22 11 2 1 3 3 3 1 2 4 T Б Б Б T Б T Б E h D D D h h h hΩ Ω ⎛ ⎞= = + ⋅ + +⎜ ⎟⎝ ⎠− μ , 2 2 12 12 2 1 3 3 3 1 2 4 T Б Б Б Б T Б T Б E h D D h h h hΩ μ ⎛ ⎞= + ⋅ + +⎜ ⎟⎝ ⎠− μ , 2 2 66 66 1 3 3 6 1 2 4 T Б Б Б T Б T Б E h D D h h h hΩ ⎛ ⎞= + ⋅ + +⎜ ⎟⎝ ⎠+ μ . Натяг бандажа розглядатимемо як дію зо- внішнього нормального тиску інтенсивності р в області Ω. Напружено-деформований стан такої обо- лонки за конкретними даними щодо геоме- тричних параметрів труби і бандажа (hT, dT, hБ, b), властивостей їх матеріалів (ET, μT, EБ, μБ) та діючого навантаження (q0, p) визначається за чисельно-аналітичною методикою, описа- ною в розділі «Діагностика технічного стану 58 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ лінійної частини трубопроводу». Розрахунки дають змогу одержати раціональні параметри бандажа згідно з вибраним критерієм. За та- кий критерій природно обрати умову практич- ної відсутності колової деформації εθ ≈ 0 (\|εθ\| ≤ ≤ 0,0001 %) в центральному перерізі бандажа (s = s0), де ширина прогнозованого пошко- дження (зокрема, тріщини) є найбільшою. Дослідимо вплив різних параметрів бандажа: товщини, ширини та величини натягу на зна- чення колової деформації εθ і еквівалентного напруження 2 2 e s sθ θσ = σ + σ − σ σ у вказаному пе- рерізі. Ці дослідження проводили в широко- му діапазоні зміни вказаних параметрів, а ре- зультати наведені для таких вихідних даних: dT = 1,02 м; hT = 0,012 м; ET = 2,05·105 МПа; μT = 0,28; / Tb b h=� (10 130)b≤ ≤� , /Б Б Th h h=� (1 10)Бh≤ ≤� ; ЕБ = 2,11·105 МПа; μБ = 0,3; q0 = = 7,5 МПа; p = 0,1,2,…5 МПа. Криві залежності величини колової дефор- мації в центральному перерізі бандажа θε = 0( , )Бs hθ= ε � від його відносної товщини /Б Б Th h h=� (1 10)Бh≤ ≤� зображено на рис. 9а для різних значень параметра натягу р за фіксованої ши- рини бандажа b = 0,6 м. Ці залежності є моно- тонно спадними функціями, значення яких зменшуються зі збільшенням величини натягу р. Крива 0( , )Бs hθε � за відсутності натягу (р = 0) не має практичного змісту і лише ілюструє той факт, що зміна тільки товщини бандажа не до- зволяє знизити колову деформацію до прак- тичного нуля. Це справедливо і для незначних величин натягу (наприклад, р = 2 МПа). При- родно, що зі збільшенням натягу виконання умови εθ ≈ 0 (\|εθ\| ≤ 0,0001 %) досягається за мен- ших значень товщини бандажа. Так, εθ ≈ 0 для р = 4 МПа має місце при 5Бh =� (hБ = 0,06 м), а для р = 5 МПа — при майже вдвічі меншій товщині 3Бh =� (hБ = 0,036 м). Зазначимо, що для небандажованої труби величина колової деформації εθ = 0,13 %. Відповідні залежності для еквівалентного напруження 0( , )e e Бs hσ = σ � наведено на рис. 9, б для різних значень натягу. Вони, як і залежнос- ті для колової деформації, також є монотонно спадними функціями, які починаючи з вели- чини 5Бh ≥� (hБ ≥ 0,06 м) практично не відріз- няються між собою. Для раціонального вибору ширини бан- дажа b можна використати дослідження, ре- зультати яких проілюстровано на рис. 10. Тут наведено значення колової деформації 0( , )s bθ θε = ε � та еквівалентного напруження за- лежно від відносної ширини бандажа / Tb b h=� (10 130)b≤ ≤� для різних значень його товщини ( / 0,5; 1,0; 2,5Б Б Th h h= =� ) за фіксованого на- тягу р = 4 МПа. Як видно, ці залежності є не- монотонними функціями від ширини бандажа з мінімумом при b b∗=� � ( Бh =� 2,5). Тут вбачаєть- ся певна аналогія з характером деформування пружних оболонок за наявності локалізованих включень, де важливу роль відіграє саме фак- Рис. 9. Залежності колової деформації в центральному перерізі бандажа від його товщини (а) та еквівалент- ного напруження від величини натягу (б) Рис. 10. Залежності колової деформації (а) та еквіва- лентного напруження (б) від ширини бандажа ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 59 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ тор локалізації. Збільшення ширини бандажа після деякого її значення (тут для 70b b∗≥ =� � , b ≥ 0,84 м) практично не впливає на значення ні колової деформації, ні еквівалентного на- пруження в центральному перерізі бандажа, що можна використати для економії матеріа- лу. Крім того, оптимальне виконання критерію εθ ≈ 0 (критерій нерозкриття тріщини) за ін- ших однакових умов досягається при ширині, що відповідає мінімальному значенню функції 0( , )s bθ θ ∗ε = ε � . Отже, варіюючи ширину бандажа в допусти- мому діапазоні, що визначається довжиною по- шкодження l з одного боку і значенням b b∗=� � з другого (l b b∗< ≤� ), можна вибрати раціональні параметри його геометричних розмірів за умо- ви практичної відсутності колової деформації. У деяких ситуаціях пошкодження трубопро- воду доцільно усувати за допомогою накладок. У цих випадках, на відміну від попереднього осесиметричного випадку бандажованої тру- би, жорсткісні характеристики оболонки в зоні накладки Ω = {s, θ : \|s — s0\| ≤ b/2, \|θ — θ0\| ≤ θ/2} є неосесиметричними функціями колової коор- динати (s0, θ0 — координати центра накладки на серединній поверхні оболонки; b, θ — її роз- міри в меридіональному та коловому напрям- ках). Ця обставина вносить певні корективи в реалізацію розрахункової методики, викла- деної в розділі «Діагностика технічного стану лінійної частини трубопроводу». У випадку осесиметричних жорсткісних характеристик оболонки (попередній випадок бандажованої труби) матриця відповідної системи диферен- ціальних рівнянь одновимірної задачі по s мала блоково-діагональну структуру і функціональ- ні коефіцієнти ряду Фур’є для кожного номера гармоніки k (k = 0, 1, 2, … K) визначалися неза- лежно один від одного (K — необхідна кількість членів ряду для досягнення заданої точності). У випадку неосесиметричних жорсткісних ха- рактеристик оболонки ця матриця є матрицею загальної структури і відповідна одновимірна задача формулюється для «зв’язаної» системи диференціальних рівнянь 8K-порядку одно- часно для всіх гармонік k = 0, 1, 2, … K. Для її розв’язання можна використати пряме засто- сування методу ортогональної прогонки або запозичити ідею відомого в лінійній алгебрі ітераційного способу типу Гаусса — Зейделя (процес Лібмана). У разі протяжних руйнувань ремонт трубо- проводу здійснюється шляхом заміни пошко- дженої ділянки. Висновки Для виявлення пошкоджень лінійної частини трубопроводу та їх подальшого усунення роз- роблено комплексний підхід, що є поєднанням технічних засобів типу індикаторів деформацій, портативного приладу MESTR-411 та положень класичної теорії оболонок, механіки матеріалів, механіки руйнування, а також сучасних мето- дів обчислювальної математики. Цей підхід дозволяє з достатньою для практики точністю оцінювати рівень напружено-деформованого стану трубопроводу щодо загрози виникнення аварійної ситуації і приймати рішення стосовно необхідності ремонту трубопроводу або можли- вості продовження його експлуатації. При цьо- му спрощується визначення рівня напружень і деформацій, і оцінювання стану трубопроводу здійснюється в режимі експрес-контролю зі скороченням кількості замірів завдяки застосу- ванню автоматизованих обчислень. Щодо усунення виявлених пошкоджень у вигляді тріщин невеликої протяжності та запо- бігання їх подальшому поширенню розглянуто широко розповсюджений спосіб використання бандажів і накладок. На прикладі бандажуван- ня пошкодженої частини трубопроводу про- ілюстровано можливість вибору раціональних параметрів бандажа (товщини, ширини, натя- гу) за вибраним критерієм практичної відсут- ності колової деформації. 60 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Иванцов О.М., Харитонов В.И. Надежность магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1978. — 166 с. 2. Камінський А.О., Бастун В.М., Карпов С.В. Деякі методи оцінки напружено-деформованого стану магістраль- них газопроводів у процесі експлуатації // Вісн. АН УРСР. — 1985. — № 11. — С. 62—67. 3. Каминский А.А., Бастун В.Н., Карпов С.В., Карпова Н.А. Регламент контроля напряженно-деформированного состояния газопроводов с помощью пластин-свидетелей. — М.: ВНИИГАЗ, 1987. — 15 с. 4. Каминский А.А., Бастун В.Н. Методы определения напряженно-деформированного состояния и трещино- стойкости газо- и нефтепроводов (обзор) // Прикл. механика. — 1997. — Т. 33, № 8. — C. 3—30. 5. Клюев В.В., Мужицкий В.Ф., Горкунов Э.С., Щербинин В.Е. Магнитные методы контроля // Неразрушающий контроль: справ. — М.: Машиностроение, 2006. — Т. 6. — 848 с. 6. Бастун В.М., Беспалова О.І., Урусова Г.П., Мінаков С.М. Спосіб моніторингу технічного стану магістральних трубопроводів: патент України на корисну модель № 87458 // Бюл. Держ. служби інтелект. власності України. — 2014. — № 3. 7. Bastun V.N., Bespalova E.I., Urusova G.P., Minakov A.S. Monitoring of the technical state of a linear part of main pipe- lines by nondestructive express control methods // Int. J. Control Eng. Technol. — 2014. — V. 4, N 2. — P. 141—146. 8. Фомичев С.К., Минаков С.Н., Данильчик А.В. и др. Измеритель механических напряжений серии МЕSTR-411 // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 1998. — № 1. — С. 58—60. 9. Фомичев С.К., Минаков С.Н., Яременко М.А. и др. Система мониторинга напряженного состояния трубопроводов магнитоанизотропным методом // Транспорт и подземное хранение газа. — 2007. — № 1. — С. 60—68. 10. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. — Л.: Судостроение, 1951. — 431 с. 11. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. — М.: Физматгиз, 1961. — 524 с. 12. Годунов С.К. О численном решении краевых задач для системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений // Усп. мат. наук. — 1961. — Т. 16, № 3. — C. 171—174. 13. Григоренко Я.М., Беспалова Е.И., Василенко А.Т. и др. Численное решение краевых задач статики ортотропных слоистых оболочек вращения. — К.: Наук. думка, 1971. — 152 с. 14. Лебедев А.А., Ковальчук Б.И., Гигиняк Ф.Ф., Ламашевский В.П. Механические свойства конструкционных мате- риалов при сложном напряженном состоянии: справ. — К.: Наук. думка, 1983. — 366 с. 15. Kaminsky A.A., Bogdanova O.S., Bastun V.N. On modelling cracks in orthotropic plates under biaxial loading: synthe- sis and summary // FFEMS. — 2011. — V. 34. — P. 345—355. 16. Bastun V.N. Fracture of thin-walled bodies with a crack under biaxial loading // Eng. Fract. Mech. — 1994. — V. 5. — P. 703—709. 17. Пермяков Н.Г., Ращепкин К.Е., Лупин В.А. Бандажирование металлических трубопроводов. — М.: ВНИИОЭНГ, 1979. — 112 с. 18. Лупин В.А., Пашков Ю.И., Иванов М.А. Проблемы лавинных разрушений газопроводов из сварных труб и спо- собы их предотвращения // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Металлургия. — 2012. — № 15. — С. 26—27. Стаття надійшла 19.06.2014. А.А. Каминский 1, В.Н. Бастун 1, С.К. Фомичев 2, Е.И. Беспалова 1, Г.П. Урусова 1, О.С. Богданова 1, С.Н. Минаков 2 1 Институт механики им. С.П. Тимошенко НАН Украины ул. Нестерова, 3, Киев, 03057, Украина 2 Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» просп. Победы, 37, Киев, 03056, Украина КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И УСТРАНЕНИЯ ИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В статье рассмотрен комплексный подход к разработке средств экспресс-диагностики технического состояния линейной части магистральных трубопроводов, который включает применение экспериментальных и расчетных методов определения напряженно-деформированного состояния трубопроводов на опасных участках, в том чис- ле при наличии дефектов типа трещин, и к оценке вероятности возникновения аварийной ситуации. Такая оценка позволяет оперативно принимать обоснованные решения относительно продолжения эксплуатации трубопрово- да или его остановки для выполнения ремонтных работ. Предложенный подход основан на использовании совре- менных измерительных устройств и положений теории тонких оболочек, механики материалов и механики раз- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2015, № 1 61 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ рушения. Приведены примеры устранения некоторых наиболее распространенных повреждений в виде продоль- ных трещин. Ключевые слова: магистральные трубопроводы, линейная часть, диагностика технического состояния, повреж- дения, безопасность эксплуатации. A.O. Kaminsky1, V.M. Bastun1, S.K. Fomichov 2, E.I. Bespalova1, G.P. Urusova1, O.S. Bogdanova1, S.M. Minakov 2 1Timoshenko Institute of Mechanics of National Academy of Sciences of Ukraine 3 Nesterova St., Kyiv, 03057, Ukraine 2 National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute» 37 Peremogy Ave., Kyiv, 03056, Ukraine COMPLEX APPROACH TO THE DIAGNOSTICS PROBLEM OF THE TECHNICAL STATE OF MAIN PIPELINES AND ELIMINATION OF THEIR DAMAGES The article considers a complex approach to development facilities for express-diagnostics of the linear part of main pipe- lines which include using experimental and design methods of determining the stress-strain state of pipelines on danger- ous parts, including presence of crack-type defects, and estimating the probability of emergency situation. Such estima- tion allows making a reasoned decision on continuation of the pipeline operation or necessity to suspend it for damage repair. Examples of elimination of some widespread damages in the form of longitudinal cracks are presented. Keywords: main pipelines, linear part, diagnostics of a technical state, damages, operation safety.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82030
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0372-6436
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T16:57:41Z
publishDate	2015
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format	dspace
spelling	Камінський, А.О. Бастун, В.М. Фомічов, С.К. Беспалова, О.І. Урусова, Г.П. Богданова, О.С. Мінаков, С.М. 2015-05-23T15:25:39Z 2015-05-23T15:25:39Z 2015 Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень / А.О. Камінський, В.М. Бастун, С.К. Фомічов, О.І. Беспалова, Г.П. Урусова, О.С. Богданова, С.М. Мінаков // Вісн. НАН України. — 2015. — № 1. — С. 49-61. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82030 539.3:432 У статті розглянуто комплексний підхід до розроблення засобів експресдіагностики технічного стану лінійної частини магістральних трубопроводів, який включає застосування експериментальних і розрахункових методів визначення напружено-деформованого стану трубопроводів на небезпечних ділянках, у тому числі за наявності дефектів типу тріщин, та до оцінки ймовірності виникнення аварійної ситуації. Така оцінка дає можливість оперативно приймати обґрунтовані рішення щодо продовження експлуатації трубопроводу або його зупинки для виконання ремонтних робіт. Запропонований підхід ґрунтується на використанні сучасних вимірювальних пристроїв та застосуванні положень теорії тонких оболонок, механіки матеріалів і механіки руйнування. Наведено приклади усунення деяких найпоширеніших пошкоджень у вигляді поздовжніх тріщин. В статье рассмотрен комплексный подход к разработке средств экспресс-диагностики технического состояния линейной части магистральных трубопроводов, который включает применение экспериментальных и расчетных методов определения напряженно-деформированного состояния трубопроводов на опасных участках, в том числе при наличии дефектов типа трещин, и к оценке вероятности возникновения аварийной ситуации. Такая оценка позволяет оперативно принимать обоснованные решения относительно продолжения эксплуатации трубопровода или его остановки для выполнения ремонтных работ. Предложенный подход основан на использовании современных измерительных устройств и положений теории тонких оболочек, механики материалов и механики разрушения. Приведены примеры устранения некоторых наиболее распространенных повреждений в виде продольных трещин. The article considers a complex approach to development facilities for express-diagnostics of the linear part of main pipelines which include using experimental and design methods of determining the stress-strain state of pipelines on dangerous parts, including presence of crack-type defects, and estimating the probability of emergency situation. Such estimation allows making a reasoned decision on continuation of the pipeline operation or necessity to suspend it for damage repair. Examples of elimination of some widespread damages in the form of longitudinal cracks are presented. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Статті та огляди Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень Комплексный подход к проблеме диагностики технического состояния магистральных трубопроводов и устранения их повреждений Complex approach to the diagnostics problem of the technical state of main pipelines and elimination of their damages Article published earlier
spellingShingle	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень Камінський, А.О. Бастун, В.М. Фомічов, С.К. Беспалова, О.І. Урусова, Г.П. Богданова, О.С. Мінаков, С.М. Статті та огляди
title	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень
title_alt	Комплексный подход к проблеме диагностики технического состояния магистральных трубопроводов и устранения их повреждений Complex approach to the diagnostics problem of the technical state of main pipelines and elimination of their damages
title_full	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень
title_fullStr	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень
title_full_unstemmed	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень
title_short	Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень
title_sort	комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень
topic	Статті та огляди
topic_facet	Статті та огляди
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82030
work_keys_str_mv	AT kamínsʹkiiao kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT bastunvm kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT fomíčovsk kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT bespalovaoí kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT urusovagp kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT bogdanovaos kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT mínakovsm kompleksniipídhíddoproblemidíagnostikitehníčnogostanumagístralʹnihtruboprovodívtausunennâíhpoškodženʹ AT kamínsʹkiiao kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT bastunvm kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT fomíčovsk kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT bespalovaoí kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT urusovagp kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT bogdanovaos kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT mínakovsm kompleksnyipodhodkproblemediagnostikitehničeskogosostoâniâmagistralʹnyhtruboprovodoviustraneniâihpovreždenii AT kamínsʹkiiao complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages AT bastunvm complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages AT fomíčovsk complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages AT bespalovaoí complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages AT urusovagp complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages AT bogdanovaos complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages AT mínakovsm complexapproachtothediagnosticsproblemofthetechnicalstateofmainpipelinesandeliminationoftheirdamages

Комплексний підхід до проблеми діагностики технічного стану магістральних трубопроводів та усунення їх пошкоджень

Institution

Similar Items