Метод послідовного перекачування різних нафтопродуктів, розділених між собою роздільником середовищ, є одним із найбільш поширених та економічно вигідних, проте, виникають значні коливання нафтопроводів на їх надземних ділянках через різницю густин. Дослідження таких коливань і їх впливу на міцність та стійкість надземних ділянок нафтопроводів практично відсутні, що робить цю тему актуальною. Метою даної статті було визначення коливань осі нафтопроводу та згинальних моментів, які водночас виникають, без врахування сил інерції перекачуваних нафтопродуктів для однопрогінного балкового переходу без компенсаторів повздовжніх деформацій. Побудовано математичну модель послідовного перекачування трубопроводом двох різних нафтопродуктів. Задача розв’язувалася методом розкладання шуканого розв’язку в ряд по власних функціях задачі вільних коливань надземної ділянки нафтопроводу зі застосуванням методу Фур’є. У результаті виконання обчислень за отриманим розв’язком задачі було встановлено, що в надземній ділянці нафтопроводу під час послідовного перекачування різних нафтопродуктів виникають знакозмінні коливання осі нафтопроводу відносно осі абсцис функції прогину осі нафтопроводу. Під час входження кінцевих перерізів роздільника в надземну ділянку нафтопроводу через десяті долі секунди в одному із середніх перерізів ділянки виникають найбільші прогини. Згинальні моменти мають найбільші значення за модулем. Криві прогину осі нафтопроводу та криві згинальних моментів для цих моментів часу практично співпадають. Встановлено, що найбільші за модулем згинальні моменти трубопроводу під час послідовного перекачування двох різних нафтопродуктів є суттєво більшими, ніж згинальні моменти цих же нафтопродуктів при їх окремому перекачуванні. Одержані результати дослідження будуть корисні на практиці проектувальникам трубопроводів, по яких послідовно перекачуватимуть нафтопродукти з різною густиною
Отримано 30.11.2023
Доопрацьовано 27.03.2024
Прийнято 31.05.2024
[1] Amandi, K.U., Diemuodeke, E.O., Briggs, T.A., & Pham, D. (2019). Model for remaining strength estimation of a corroded pipeline with interacting defects for oil and gas operations. Cogent Engineering, 6(1), article number 1663682. doi: 10.1080/23311916.2019.1663682.
[2] Arumugam, T., Vijaya Kumar, S.D., Karuppanan, S., & Ovinis, M. (2023). The influence of axial compressive stress and internal pressure on a pipeline network: A review. Applied Sciences, 13(6), article number 3799. doi: 10.3390/app13063799.
[3] Ayegba, P.O., Edomwonyi-Otu, L.C., Abubakar, A., & Yusuf, N. (2021). Drag reduction for single-phase water flow in and around 180o bends. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 295, article number 104596. doi: 10.1016/j.jnnfm.2021.104596.
[4] Bandura, A., & Skaskiv, O. (2018). Boundedness of the L-index in a direction of entire solutions of second order partial differential equation. Acta et Commentationes Universitatis Tartuensis de Mathematica, 22(2), 223-234. doi: 10.12697/ACUTM.2018.22.18.
[5] Bandura, A., & Skaskiv, O. (2019). Analog of Hayman’s theorem and its application to some system of linear partial differential equations. Journal of Mathematical Physics, Analysis and Geometry, 15(2), 170-191. doi: 10.15407/mag15.02.170.
[6] Bao, Y., Ma, T., Zhang, Y., & Wang, L. (2023b). Influence of vibration on transient flow characteristics of gas-liquid two-phase flow in inclined pipes. Chemical Engineering Research and Design, 196, 71-88. doi: 10.1016/j.cherd.2023.06.010.
[7] Bao, Y., Xue, R., Zhou, J., Liu, H., & Xu, Y. (2023a). The influence of oscillation parameters on the formation of overhead welding seams in the narrow-gap GMAW process. Applied Sciences, 13(9), article number 5519. doi: 10.3390/app13095519.
[8] Bembenek, M., Mandziy, T., Ivasenko, I., Berehulyak, O., Vorobel, R., Slobodyan, Z., & Ropyak, L. (2022). Multiclass level-set segmentation of rust and coating damages in images of metal structures. Sensors, 22(19), article number 7600. doi: 10.3390/s22197600.
[9] Bi, A., Huang, S., Zhang, Y., & Gao, Y. (2022). Reliability analysis of oil and gas pipelines based on step-down-stress testing in corrosive environments. Mathematical Problems in Engineering, 2022, article number 4055779. doi: 10.1155/2022/4055779.
[10] Brennan, M.J., Karimi, M., Muggleton, J.M., Almeida, F.C.L., Kroll de Lima, F., Ayala, P.C., Obata, D., Paschoalini, A.T., & Kessissoglou, N. (2018). On the effects of soil properties on leak noise propagation in plastic water distribution pipes. Journal of Sound and Vibration, 427, 120-133. doi: 10.1016/j.jsv.2018.03.027.
[11] Chudyk, I., Raiter, P., Grydzhuk, Ya., & Yurych, L. (2020). Mathematical model of oscillations of a drill tool with a drill bit of cutting-scraping type. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2020(1), 52-57. doi: 10.33271/nvngu/2020-1/052.
[12] Dey, S., & Tesfamariam, S. (2022). Structural performance of buried pipeline undergoing fault rupture in sand using Taguchi design of experiments. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 155, article number 107174. doi: 10.1016/j.soildyn.2022.107174.
[13] Ding, Y., Yang, H., Xu, P., Zhang, M., & Hou, Z. (2021). Coupling interaction of surrounding soil-buried pipeline and additional stress in subsidence soil. Geofluids, 2021, article number 7941989. doi: 10.1155/2021/7941989.
[14] Dutkiewicz, M., Shatskyi, I., Martsynkiv, O., & Kuzmenko, E. (2022). Mechanism of casing string curvature due to displacement of surface strata. Energies, 15(14), article number 5031. doi: 10.3390/en15145031.
[15] Dutkiewicz, M., Velychkovych, A., Andrusyak, A., Petryk, J., & Kychma, A. (2023). Analytical model of interaction of an oil pipeline with a support of an overpass built in a mountainous area. Energies, 16(11), article number 4464. doi: 10.3390/en 161144464.
[16] Fan, T., Liu, Z., Li, M., Zhao, Y., Zuo, Z., & Guo, R. (2022). Development of cost-effective repair system for locally damaged long-distance oil pipelines. Construction and Building Materials, 333, article number 127342. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127342.
[17] Filippov, A. (1965). Oscillations of mechanical systems. Kyiv: Naukova Dumka.
[18] Fridman, V. (2018). Theory of elastic oscillations. Equations and methods. Singapore: Springer Nature Pte Ltd. doi: 10.1007/978-981-10-4786-2.
[19] Gere, J., & Goodno, B. (2012). Mechanics of materials. Stamford: Cengage Learning.
[20] Guan, D., Hsich, S.-C., Chiew, Y.-M., & Low, Y.M. (2019). Experimental study of scour around a forced vibrating pipeline in quiescent water. Coastal Engineering, 143, 1-11. doi: 10.1016/j.coastaleng.2018.10.010.
[21] Korn, G.A., & Korn, T.M. (1968). Mathematical handbook for scientists and engineers. New York: McGraw-Hill Book Company.
[22] Kumar, P., & Mohapatra, P.K. (2022). Partial blockage detection in pipelines by modified reconstructive method of characteristics technique. Journal of Hydraulic Engineering, 148(4), article number 4022003. doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001971.
[23] Li, X., Wu, Q., Jin, H., & Kan, W. (2022). A new stress monitoring method for mechanical state of buried steel pipelines under geological hazards. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, article number 4498458. doi: 10.1155/2022/4498458.
[24] Liu, X., Sun, Z., Zhu, J., Fang, Y., He, Y., & Pan, Y. (2022). Study on stress-strain characteristics of pipeline-soil interaction under ground collapse condition. Geofluids, 2022, article number 5778761. doi: 10.1155/2022/5778761.
[25] Moysyshyn, V., Lyskanych, M., Borysevych, L., Vytyaz, O., & Voznyi, I. (2021). Experimental estimation of design and drilling regime option influence on drilling tool dynamics. Metallophysics and Advanced Technologies, 43(5), 689-712. doi: 10.15407/mfint.43.05.0689.
[26] Ni, P., Mangalathu, S., & Liu, K. (2020). Enhanced fragility analysis of buried pipelines through Lasso regression. Acta Geotechnica, 15, 471-487. doi: 10.1007/s11440-018-0719-5.
[27] Tang, J., Xu, J., Zhou, D., Huang, D., Zeng, K., Li, Y., & Chen, Z. (2023). Ground surface deformation caused by pipe jacking construction in a soft soil area: An experiment-based study. Buildings, 13(7), article number 1628. doi: 10.3390/buildings13071628.
[28] Tsatsis, A., Gelagoti, F., & Gazetas, G. (2018). Performance of a buried pipeline along the dip of a slope experiencing accidental sliding. Geotechnique, 68(11), 968-988. doi: 10.1680/jgeot.17.P.029.
[29] Vanitha, C.N., Easwaramoorthy, S.V., Krishna, S.A., & Cho, J. (2023). Efficient qualitative risk assessment of pipelines using relative risk score based on machine learning. Scientific Reports, 13, article number 14918. doi: 10.1038/s41598-023-38950-9.
[30] Velychkovych, A., Andrusyak, A., Pryhorowska, T., & Ropyak, L. (2019). Analytical model of oil pipeline overground transitions, laid in mountain areas. Oil and Gas Science and Technology, 74, article number 65. doi: 10.2516/ogst/2019039.
[31] Wang, F., Wu, G., Chen, D., Li, G., Qian, Y., Xi, F., & Wang, L. (2023). Mechanical response of a buried pipeline to permafrost thawing based on sequential coupling method. Atmosphere, 14(4), article number 620. doi: 10.3390/atmos14040620.
[32] Wang, K., Zhang, M., Guo, Q., Ma, W., Zhang, Y., & Wu, W. (2023). Failure risk prediction model for girth welds in high-strength steel pipeline based on historical data and artificial neural network. Processes, 11(8), article number 2273. doi: 10.3390/pr11082273.
[33] Wang, X., Li, H., Li, B., Sheng, J., Zhao, J., Ding, Y., & Lu, D. (2022). Simulation analysis of external damage and repair of the gas transmission pipeline. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, article number 3978649. doi: 10.1155/2022/3978649.
[34] Witek, M. (2021). Structural integrity of steel pipeline with clusters of corrosion defects. Materials, 14(4), article number 852. doi: 10.3390/ma14040852.
[35] Yu, J., Chen, C., & Li, C. (2022). Safety analysis and emergency response of suspended oil and gas pipelines triggered by natural disasters. Sustainability, 14, article number 17045. doi: 10.3390/su142417045.
[36] Zhang, S., Xie, F., Wu, X., Yan, X., Luo, J., Ma, X., & Su, G. (2023). Failure analysis of cracked P110 repaired tubing used for gas transmission. Materials, 16(22), article number 7151. doi: 10.3390/ma16227151.
[37] Zhang, W., Zhang, J., Li, X., Chen, F., Guo, J., Li, W., & Cai, J. (2022). Energy pipeline strength evaluation and reliability technology based on fuzzy deep learning network algorithm. Energy Reports, 8, 5129-5136. doi: 10.1016/j.egyr.2022.03.203.
[38] Zhang, Y., Hou, S., Lin, L., Lou, Y., & Zhou, Y. (2023). Experimental study on the mechanical behavior of buried steel pipeline subjected to the local subsidence. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 206, article number 105037. doi: 10.1016/j.ijpvp.2023.105037.