WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Азеев Александр Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКСА АГРЕГАТОВ

ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ

СПОСОБОМ КОМБИНИРОВАННОГО ТОРООБРАЗНОГО РУКАВА

Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Братск – 2011 2

Работа выполнена на кафедре «Транспортные и технологические машины»

Политехнического института Сибирского федерального университета

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Емелин Вячеслав Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зедгенизов Виктор Георгиевич доктор технических наук, профессор Орлов Владимир Александрович

Ведущая организация: Сибирский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации (СибНИИГиМ), г. Красноярск

Защита состоится 28 июня 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.018.02. при ГОУ ВПО «Братский государственный университет» в ауд. 128а, корп. 2, по адресу: 665709, Иркутская область, г. Братск, ул. Макаренко, д. 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Братский государственный университет».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направлять по указанному выше адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета. Для связи с секретарем могут быть использованы:

факс (8-3953) 33-20-08, тел. (8-3953) 325363, e-mail: efremov@mail.ru

Автореферат разослан 24 мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент И. М. Ефремов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования обусловлена значительным износом трубопроводов России, протяженность которых составляет более 2 млн км. Отдельному исследованию подлежат трубопроводы холодного водоснабжения и водоотведения, так как их ремонт осложнен следующими факторами: большим количеством отводов, сужений, смотровых колодцев, повышенной коррозионной агрессивностью среды и высокими санитарно-гигиеническими требованиями.

В настоящее время в России применяются преимущественно траншейные способы ремонта, недостатками которых являются большие сроки, стоимость и объемы работ по устройству траншей, удалению и восстановлению асфальтовых покрытий. Эти недостатки могут быть устранены использованием способов бестраншейного ремонта трубопроводов. Из них наиболее адаптированным для российских условий является технология пневмовыворота комбинированного торообразного рукава. Эта рукавная технология, в отличие от других, позволяет использовать остаточный ресурс изношенной сети, либо создавать независимую композиционную трубу при нанесении внутритрубных многослойных покрытий. Она имеет значительные резервы повышения эффективности за счет оптимизации параметров, применения новых схем, агрегатов и более дешевых материалов российского производства. Вместе с тем существует необходимость в дополнительных исследованиях тяговых свойств рукава, конструкции агрегатов, технологических схем нанесения многослойных покрытий и методики их проектирования. Выше сказанное определило цель, объект, предмет и задачи исследования.

Цель исследования – повышение производительности комплексов агрегатов для бестраншейного ремонта трубопроводов холодного водоснабжения и водоотведения при условии обеспечения необходимых показателей его качества.

Объект исследования – комплекс агрегатов и процесс бестраншейного ремонта трубопроводов холодного водоснабжения и водоотведения.

Предмет исследования – закономерности процесса, параметры технологии и оборудования для бестраншейного ремонта трубопроводов способом комбинированного торообразного рукава (ниже эти прилагательные могут быть опущены).

Задачи исследования. 1. Разработать математические модели прочности торообразного рукава и процесса бестраншейного ремонта трубопроводов рукавным способом, алгоритм и программное обеспечение для оптимизации параметров технологии и агрегатов.

2. Установить зависимости производительности комплекса агрегатов и прочности рукава от основных факторов системы «трубопровод – технология – оборудование» с учетом требований к качеству ремонта трубопроводов.

3. Разработать технические решения ремонтных агрегатов и усовершенствовать технологию нанесения внутритрубных многослойных покрытий.

4. Экспериментальным путем установить зависимости тяговых свойств и проходимости торообразного рукава, прочности его элементов и скорости пропитки полимерным составом, а также адгезии и прочности покрытия от основных факторов рассматриваемой системы.

5. Разработать, изготовить и применить комплект стендов для решения 4-й задачи.

6. Разработать методику проектирования комплексов оборудования и производства работ для бестраншейного ремонта трубопроводов холодного водоснабжения и водоотведения способом пневмовыворота комбинированного рукава.

Методы исследования. Методическую основу исследования составляют теоретические и экспериментальные методы: сравнительный анализ, системный подход, математическое моделирование и теория планирования эксперимента.

Научная новизна исследования. 1. Разработаны математические модели прочности торообразного рукава и процесса бестраншейного ремонта трубопроводов рукавным способом, алгоритм оптимизации параметров технологии и агрегатов, позволяющие, в отличие от существующих, учитывать влияние основных факторов системы «трубопровод – технология – оборудование» и требований к качеству ремонта на целевые функции процесса, рукава и комплекса агрегатов.

2. Получены зависимости производительности комплекса агрегатов, прочности элементов рукава, скорости пропитки его тканевой оболочки полимерным составом, адгезии и прочности покрытия от основных факторов рассматриваемой системы. На основе этих зависимостей определены оптимальные значения основных параметров процесса и оборудования.

3. Впервые установлены закономерности изменения тяговых свойств и проходимости торообразного рукава, на основании которых возможно его применение в оптимальных режимах, как при нанесении покрытий, так и при выполнении других операций по ремонту трубопроводов (удаление воды из трубопровода, протяжка фала и т. п.).

Практически значимые результаты исследования. 1. Методика проектирования агрегатов и процесса бестраншейного ремонта трубопроводов способом пневмовыворота комбинированного рукава.

2. Предложенные технические решения агрегатов комплекса оборудования, защищенные четырьмя патентами на изобретения, и усовершенствованная технология нанесения внутритрубных многослойных покрытий.

3. Комплект стендов для исследования тяговых свойств торообразного рукава, прочности его элементов, времени пропитки тканевой оболочки рукава полимерным составом, адгезии и прочности покрытия.

Достоверность полученных результатов обеспечена: проверкой полученных экспериментальных данных методами математической статистики с использованием пакета программ Microsoft Office-2007; адекватностью результатов теоретического и экспериментального исследований.

На защиту выносятся:

математические модели прочности торообразного рукава и процесса бестраншейного ремонта трубопроводов рукавным способом, алгоритм оптимизации параметров технологии и агрегатов;

зависимости производительности комплекса агрегатов и прочности рукава от основных факторов системы «трубопровод – технология – оборудование»;

закономерности изменения тяговых свойств и проходимости торообразного рукава, прочности его элементов и скорости пропитки полимерным составом, а также адгезии и прочности покрытия;

технические решения агрегатов, усовершенствованная технология ремонта трубопроводов способом комбинированного торообразного рукава, конструкции стендов для их исследования, методика проектирования агрегатов и процесса.

Апробация работы. Результаты исследования рассмотрены в докладах на всероссийских и международных конференциях: III, V, VI Всероссийские научнотехнические конференции студентов, аспирантов и учёных «Молодёжь и наука: начало XXI века» (г. Красноярск, 2007, 2009, 2010); V Всероссийская научнотехническая конференция «Политранспортные системы» (г. Красноярск, 2007);

Международная научно-техническая конференция «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (г. Тюмень, 2008); VI Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (г. Томск, 2008).

Основные результаты работы также прошли апробацию, будучи представленными в открытом конкурсе на соискание премии ГУП «МосводоканалНИИпроект» (г. Москва, 2008, благодарственное письмо), на Сибирском промышленном форуме (г. Красноярск, 2010, диплом) и в двух конкурсных инновационных проектах (г. Красноярск, СФУ, 2008, получены гранты).

Результаты исследования опубликованы в 7 научных статьях, 6 материалах докладов на конференциях, описаниях 4 изобретений и одной программы для ЭВМ. При этом 5 статей опубликованы в четырех журналах, рекомендуемых ВАК.

Практическое использование результатов диссертации:

1. Методика проектирования комплексов оборудования и производства работ для ремонта трубопроводов способом комбинированного рукава передана ФГУП «СибНИИГиМ» (г. Красноярск), где использована при разработке и создании опытных образцов ремонтного оборудования (имеется акт внедрения).

2. Результаты исследования применяются в учебном процессе кафедры «Транспортные и технологические машины» Политехнического института СФУ при обучении студентов по направлению подготовки «Наземные транспортные системы» (переданы кафедре стенды, методика проектирования агрегатов, программное обеспечение расчета их параметров и технологии ремонта трубопроводов, что подтверждено актом использования).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и четырех приложений. Объем работы 234 страницы, в том числе: 147 страниц основного текста; 63 рисунка; 18 таблиц;

251 наименование библиографических источников; 71 страница приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель, задачи, научная новизна и практическая значимость, перечислены основные полученные результаты.

В первой главе дан анализ состояния решения проблемы бестраншейного ремонта трубопроводов. При этом рассмотрена статистическая характеристика протяженности российских коммунальных трубопроводов в зависимости от их назначения, материала, диаметра и потребности в ремонтах. Путем дополнения известных классификаций Р. М. Авдеева, В. И. Емелина, О. А. Продоуса и А. А. Шайхадинова на основе изучения последних достижений науки предложена более полная классификация способов бестраншейного ремонта трубопроводов. Обоснован выбор технологии их ремонта способом рукава в качестве наиболее перспективной и базовой для разработки оборудования.

Кроме того, на основании анализа патентной и технической литературы составлена классификация схем реализации ремонта трубопроводов рукавным способом, с учетом которой обоснован выбор схемы пневмовыворота рукава, обеспечивающей более высокое качество их ремонта.

Сущность рассматриваемого способа ремонта трубопроводов заключается в формировании на их внутренней поверхности композиционного покрытия с армированной техническими тканями полимерной матрицей на основе полиэфирных или эпоксидных смол. Для этого в трубопровод на длину захватки под давлением воздуха с выворотом вводится рукав, тканевая оболочка которого пропитана полимерным составом. При её прижатии к стенкам трубопровода и выдержке во времени образуется прочное износостойкое покрытие, рассчитанное на работу при температуре от минус 40 до 60С в течение 50 лет.

Зарубежные фирмы изготавливают рукав из тканых и нетканых материалов с плакированием его наружного слоя полиэтиленом или другим покрытием. В России СибНИИГиМ (г. Красноярск) разработал и успешно апробировал в производственных условиях более технологичную и дешевую конструкцию рукава, включающую внутреннюю тканевую оболочку (сшитую или спирально сложенную в поперечном направлении) и наружный полиэтиленовый рукав для обеспечения воздухонепроницаемости. После отверждения покрытия этот рукав удаляется. Достоинствами зарубежной и отечественной (СибНИИГиМ) технологии ремонта трубопроводов с использованием рукава являются: возможность восстановления сетей с сужениями и изгибами, применение материалов отечественного производства;

простота используемого оборудования, исключение шума, динамических нагрузок на трубопровод и загрязнений окружающей среды. Экспериментально установлено, что комплексы агрегатов необходимо разрабатывать с их ориентацией на использование в качестве технологических материалов эпоксидной смолы ЭД-20, её отвердителя ЭТАЛ-45 М, полиамидной фильтровальной иглопробивной ткани и полиэтиленовой плёнки. Безопасность использования этих материалов в системах питьевого водоснабжения подтверждена гигиеническими сертификатами.

Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований показал, что в области бестраншейного ремонта трубопроводов к ведущим научнопроизводственным организациям относятся Insituform (Великобритания), Per Aarsleff (Дания), Preussag Rohrsanierung, Epros, Brawoliner, (Германия), Easy-liner (США), Sekisui (Япония), Балтпроект, Водоканалстрой (г. Санкт Петербург), ВНИИСТ (г. Москва), «Комбест» (г. Новосибирск), СибНИИГиМ (г. Красноярск) и др.

В этой области известны работы Р. М. Авдеева, В. Н. Белобородова, В. А. Григоращенко, В. И. Дрейцера, В. И. Емелина, Г. Кюна, А. Н. Ли, В. В. Новоселова, В. А. Орлова, О. Г. Примина, О. А. Продоуса, В. С. Ромейко, С. В. Соколова, В. А. Харькина, С. В. Храменкова, А. А. Шайхадинова, В. Н. Шихирина, С. В.

Шустова, F. T. Driver, I. D. Moore, M. Najafi, S. T. Waring и др. Также известны изложенные в стандарте США ASTM F1216–09 и работах В. А. Орлова методики расчёта толщины покрытий, нанесенных рукавным способом. Результаты исследований, выполненных упомянутыми фирмами и авторами, позволили выявить перспективные технические решения, использованные в диссертационной работе как аналоги либо как базовые для дальнейшего совершенствования оборудования: это разработки по агрегатам и технологии, исследовательским стендам, комбинированным рукавам, композиционным и полимерным материалам, методам проектирования различного промышленного оборудования. Диссертантом был также изучен опыт применения и конструирования ремонтного оборудования и выявлены основные подлежащие оптимизации параметры процесса ремонта трубопроводов: производительность компрессора при нормальных и рабочих условиях, длина захватки, скорость ввода рукава, давление воздуха, – определяющие бльшую часть характеристик оборудования (толщину стенок и объем барокамеры; емкость барабана для рукава; гидростатическое давление полимерного состава в пропиточной ванне и её габариты и др.).

В результате выполненного анализа состояния решения проблемы бестраншейного ремонта трубопроводов установлено, что в настоящее время остаются неисследованными или недостаточно изученными следующие практически важные вопросы:

не разработаны математические модели оценки прочности торообразного рукава и работы системы «трубопровод – технология – оборудование»;

применяемые зарубежные ремонтные агрегаты имеют достаточно сложную конструкцию и высокую стоимость, не предназначены для изготовления комбинированных рукавов в условиях строительной площадки;

не установлены закономерности изменения тяговых свойств комбинированного рукава и производительности комплекса агрегатов в зависимости от основных факторов системы «трубопровод – технология – оборудование», а также зависимости прочности рукава и получаемого с его помощью композиционного покрытия от диаметра трубопровода, размеров его сквозных дефектов, величины давления технологической и эксплуатационной сред;

отсутствуют технические решения стендов для экспериментального исследования процессов ремонта трубопроводов рассматриваемым способом;

не разработаны алгоритмы, программное обеспечение и методики оптимального проектирования агрегатов и процесса с учетом основных факторов системы «трубопровод – технология – оборудование».

На основании анализа состояния вопроса в диссертации обоснованы и сформулированы указанные выше задачи исследования.

Вторая глава содержит: постановку и формализацию общей задачи работы;

разработанные математические модели оценки прочности рукава и процесса ремонта; составленные алгоритм и программное обеспечение; результаты исследования математических моделей с получением необходимых зависимостей; разработанные новые технические решения на технологию и конструкции агрегатов.

Основой для математической модели прочности рукава послужили результаты исследований твёрдых оболочек (Лаплас) и эластичных торообразных приводов (В. И. Емелин, Р. М. Авдеев), а также расчётные схемы рукава (рис. 1). При разработке этой модели были учтены следующие его особенности, имеющего форму полутора: гибкость; протяжённость; возможность перемещения как внутри, так и вне трубопровода; отсутствие трения скольжения при перемещении рукава способом выворота внутри трубопровода; универсальность применения; высокая проходимость внутри трубопроводов с переходами и отводами. В качестве целевой функции выбраны напряжения в материале рукава, а в качестве основных факторов влияния – его диаметр, давление воздуха в нем и толщина тканевой оболочки. Для разработки математической модели прочности торообразного рукава предварительно были составлены дифференциальные уравнения равновесия его элементарных частей при воздействии на них внешних и внутренних сил. После преобразования этих выражений получена математическая модель его прочности где н – нормальные напряжения в оболочке рукава, кПа; р – движущее рукав давление воздуха, кПа; [р], [см] – допускаемые напряжения на разрыв и смятие материала оболочки, кПа; пр, поп – продольные и поперечные растягивающие напряжения в оболочке, кПа; экв – эквивалентные напряжения, являющиеся обобщением двухосных напряжений пр и поп, кПа; Dр – наружный диаметр рукава после выворота, м; n – число слоев ткани в оболочке рукава; т.о – толщина тканевой основы (без учёта ворса), м; D – внутренний диаметр трубопровода, м.

Рисунок 1 – Основные расчётные схемы торообразного рукава, расположенного вне (а) и внутри (б, в) трубопровода, предназначенные: а – для ввода рукава в трубопровод; б, в – нанесения 1 и 2-слойного покрытия или удаления воды; 1 – плёночный рукав; 2 – тканевая оболочка; 3 – трубопровод Напряжение, МПа Рисунок 2 – Влияние диаметра торообразного рукава (а), давления воздуха в нём (б) и толщины его тканевой оболочки (в) при нагружении по схеме рис. 1, а на напряжения в этой оболочке при т.о = 0,001 м; р = 30 кПа; Dр = 0,3 м: 1 – растягивающие продольные напряжения в периферийной и срединной частях оболочки; 2 – растягивающие поперечные напряжения в периферийной части оболочки установлено: 1) при нахождении рукава под давлением воздуха вне трубопровода наибольшие поперечные напряжения возникают в периферийной части рукава, которые в 4 раза больше продольных в этой и срединной его частях; 2) при нахождении рукава внутри трубопровода меньшего диаметра напряжения в периферийной части равны нулю, а наибольшие напряжения возникают в точках его торцевой части, максимально приближенных к трубопроводу, но его не касающихся; 3) напряжения во всех неприжатых к трубе точках тканевой оболочки рукава пропорциональны давлению воздуха, диаметру трубопровода и обратно пропорциональны толщине ее стенки; 4) напряжения в плёночном рукаве отсутствуют, так как он разгружен оболочкой (его диаметр должен быть больше диаметра оболочки).

Математическая модель процесса бестраншейного ремонта трубопроводов рукавным способом разработана с учетом расчётной схемы нагружения торообразного рукава (рис. 3). Техническую производительность комплекса агрегатов (без учета операций подготовительного и заключительного этапов) П, м/ч, предлагается определять по известной формуле где kи – коэффициент использования оборудования по времени в течение смены; L – длина захватки, м; Тпод, Тосн, Тзакл – время выполнения подготовительных (очистка трубопровода и его прогрев), основных (ввод рукава в трубопровод на длину захватки) и заключительных (выдержка покрытия под избыточным давлением воздуха с целью полимеризации клея; удаление плёночного рукава;

контроль качества) частных процессов ремонта трубопроводов, ч.

Рисунок 3 – Расчётная схема нагружения и перемещения торообразного рукава в трубопроводе на длину захватки: р – скорость движения рукава, м/ч; Fи.б, Fпз, Fвоз, Fу.к, Fо, Fт.п-п, Fв – сопротивления движению рукава, обусловленные: инерцией барабана с намотанной тканевой оболочкой; прохождением рукава через пневмозатвор; выталкиванием из трубопровода воздуха; прохождением через установки (агрегаты) комплекса (барабан, ванна); отводами и сужениями трубопровода; трением пленки по пленке (в срединной части рукава); выворотом рукава, кН; Fд – движущая сила рукава, кН; G– вес находящейся в трубопроводе срединной части рукава, кН; l – длина введенной части рукава, м; l – приращение длины введенной части рукава, м В случае поточной организации работ формула (2) записывается в виде где Твсп.о, Твсп.р – время вспомогательных операций, связанных с очисткой трубопровода и вводом рукава, ч; m1, m2 – число проходов очистных снарядов 1 и 2; о, р – скорости движения очистного снаряда и рукава в трубопроводе, м/ч.

Так как производительность с учетом времени только основных операций служит критерием эффективности используемого специального оборудования, то в этом случае выражение (3) можно представить в виде С учетом термодинамических законов идеального газа ниже дан вывод уравнения для определения скорости рукава:

где Q, Qн – производительность компрессора при рабочих и нормальных (t = 20 C, р = ратм 100 кПа) условиях, м3/ч; V, Vн – объем сжимаемого компрессором воздуха при рабочих и нормальных условиях в течение времени Т, м3; Т– время движения рукава, ч; ратм – атмосферное давление воздуха, кПа; kп.п.к = ратм/(р+ратм) – коэффициент перевода производительности компрессора от нормальных условий к рабочим; Sт – площадь поперечного сечения трубы, м2.

С учетом всех сил, действующих на рукав (рис. 3), получено уравнение равновесия где mр – масса рукава, кг; а – ускорение рукава, м/с.

Допуская, что а = 0, а также определяя из экспериментов коэффициенты полученных теоретически уравнений для Fв и Fо, пренебрегая, ввиду малости, Fвоз, Fу.к, Fп.з, Fи.б, после преобразований получаем где ko – коэффициент, учитывающий влияние отводов и сужений трубы; Fт – тяговое усилие на хвостовой части рукава или полезная нагрузка, кН; т – толщина ткани (при наличии ворса – вместе с ворсом) в составе рукава, м; р – поверхностная плотность пропитанного клеем рукава, кН/м2; fп-п, – коэффициент трения скольжения полиэтилена по полиэтилену.

С учётом выражений (2)–(7), а также обоснованных автором допущений, условий и ограничений, обеспечивающих требуемое качество ремонта, были получены выражения математической модели процесса однопроходного ввода многослойного рукава в трубопровод:

где Lб – длина тканевой оболочки или рукава, намотанных на барабан или вал барокамеры, м; Lо – расстояние от начала захватки до ближайшего отвода, перехода или изгиба трубопровода, м; Тж – жизнеспособность полимерного состава, ч; р, рпр – движущее рукав и предельное давления воздуха, развиваемые компрессором, кПа; c – коэффициент жёсткости ткани; у – условная вязкость полимерного состава при конкретной температуре, с; в – угол между боковой стенкой ванны и горизонталью, град; hг-с – гидростатическое давление полимерного состава в пропиточной ванне, м;

kп – коэффициент пропорциональности процесса пропитки; t – температура в трубопроводе, град;

W – тепловыделения при твердении полимерного состава, кал; Qтреб – требуемая пропускная способность трубопровода после ремонта, м3/ч; Ас, Ап – коэффициенты удельного гидравлического сопротивления стальной трубы без покрытия и с полимерным покрытием; рж, [рж] – расчетные и допускаемые потери давления на гидравлическом сопротивлении, кПа.

Для оптимизации параметров технологии и оборудования с помощью созданных математических моделей разработаны алгоритм и программа для ЭВМ (в среде Visual FoxPro 9 на базе Windows XP). В их основе лежат итерационные операции, сущность которых заключается в переборе и анализе значений управляемых факторов и технологических схем по критерию наибольшей производительности комплекса агрегатов с учетом ограничений (8), обеспечивающих требуемое качество ремонта трубопроводов. Математические модели и программа для ЭВМ позволяют определять: а) зависимости производительности комплекса оборудования от основных факторов влияния; б) оптимальные параметры процесса и оборудования;

в) области рационального применения различных схем работы комплекса агрегатов; г) прочность элементов рукава.

Для обоснования параметров процесса и агрегатов в программном обеспечении предусмотрена возможность исследования (с целью выбора) различных известных и предлагаемых схем пропитки тканевых оболочек, ввода рукавов в трубопровод и нанесения не только однослойных, но и многослойных покрытий. В последнем случае, в качестве известных схем рассмотрены: а) однопроходный ввод многослойного рукава; б) многопроходный ввод однослойного рукава с интервалами времени между проходами для отверждения покрытия; в) то же, но без интервалов времени; г) однопроходный ввод трубообразного рукава с помощью лебедки.

Предложенная технологическая схема аналогична схеме «в», но в отличие от нее цикл ввода каждой пары слоев покрытия предполагает использование накачанного воздухом тора и рукава длиной, равной длине двух захваток (рис. 4). Последний внутренний слой покрытия образуется путем ввода пневмовыворотом торообразного рукава с прижатием им всех слоев к внутренней поверхности трубы. При этом все оболочки, кроме последней, вводятся без пленочных рукавов, что значительно сокращает затраты пленки, труда и времени. Математическая модель разработанной технологической схемы многопроходного ввода однослойного рукава согласно рисунку 4 дана только в диссертации.

Рассмотрены два известных варианта пропитки тканевой оболочки рукава полимерным составом: 1) внутренняя пропитка в стационарных условиях с охлаждением (для замедления полимеризации), хранением и транспортированием до объекта в рефрижераторе; 2) наружная пропитка в условиях объекта с одновременным вводом в трубопровод. Применение предлагаемой схемы ввода рукава в трубопровод в сочетании с наиболее подходящей для неё пропиткой по варианту 2 позволит:

свести к минимуму сопротивление вывороту рукава, затраты времени на его пропитку и ввод; исключить из комплекса агрегатов дорогостоящее оборудование для внутренней пропитки и охлаждения рукава. На основе разработанной математической модели (8) процесса ремонта трубопроводов получены выражения для определения оптимальных параметров усовершенствованной технологии (длина захватки, производительность компрессора, давление воздуха и скорость ввода рукава).

Часть результатов исследования с использованием модели (8) известных и предлагаемых схем пропитки и ввода рукава показана на рисунке 5.

Подача Подача воздуха Рисунок 4 – Разработанная технологическая схема нанесения многослойных покрытий с использованием рукава и тора: а – ввод рукава длиной, равной двум длинам захватки; б – извлечение тора; в – ввод последующего рукава внутри вывернутой наизнанку оболочки; г – прижатие слоев покрытия пленочным рукавом до окончания его полимеризации; 1 – тканевая оболочка; 2 – тор; 3 – ремонтируемый трубопровод; 4 – хомут; 5 – пленочный рукав; 6 – фал Производительность П, м/ч Производительность П, м/ч Рисунок 5 – Зависимости технической производительности комплекса оборудования от длины захватки (а), объемного расхода компрессора (б), давления воздуха (г), скорости рукава (д) и диаметра трубопровода (е) (D = 0,4 м, L = 100 м, n = 2, Q = 15 м3/ч), а также тяговой нагрузки от длины захватки (в) (D = 0,1 м, n = 2): 1 – однопроходный ввод многослойного рукава; 2 – многопроходный ввод однослойного рукава; 3 – многопроходный ввод однослойного торообразного рукава увеличенной длины с использованием тора; 4 – протяжка трубообразного рукава лебедкой (все графики построены для случая пропитки рукава на объекте ремонта) Для достижения наибольшей производительности труда при её определении только через объектные затраты времени рукав необходимо доставлять к месту работ в рефрижераторе пропитанным и охлажденным с целью замедления процесса полимеризации клея. Однако эффективность этого варианта снижается в связи с потребностью в дорогостоящем оборудовании и ламинированном рукаве с дополнительными затратами на его хранение, охлаждение и транспортирование. Поэтому зарубежную технологию изготовления и пропитки рукава в стационарных условиях с последующим его вводом в трубопровод в условиях объекта потребовалось усовершенствовать с разработкой нового оборудования в направлении выполнения всех операций на объекте. При этом дорогая и сложная внутренняя пропитка рукава была заменена на более простую открытую. Однако вместе с тем усложнилась операция укладки пропитанной клеем тканевой оболочки в пленочный рукав с его заваркой в процессе движения. Эти вопросы решены в соавторстве с В. Н. Белобородовым, А. Н. Ли и В. И. Емелиным путем разработки и испытания установки для изготовления комбинированного рукава (Пат. №2337270). Также на уровне изобретений решены задачи по ускорению пропитки полимерным составом тканевых оболочек при пониженных температурах воздуха (до – 7 °С) разработано: три технических решения пропиточных ванн; совмещенная с фургоном автомобиля барокамера; многофункциональная установка (Пат. № 2340829; 2362086; 2362943 и заявка на изобретение № 2009145303). Комплексы оборудования с использованием разработанных агрегатов показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 – Предлагаемые конструктивно-технологические схемы комплексов агрегатов для ремонта трубопроводов с использованием: а – установки для изготовления комбинированного рукава; б – то же, что и «а», но в герметичном кузове автомобиля; в – то же, что и «б», но с использованием барокамеры; 1 – базовая машина; 2 – барабан для тканевой оболочки; 3 – тканевая оболочка; 4 – ванна для пропитки тканевых оболочек полимерным составом с управлением его вязкостью; 5 – установка для автоматизированного изготовления рукава; 6 – комбинированный торообразный рукав; 7 – колодец; 8 – устройство для герметичного ввода рукава в трубопровод; 9 – катушка из нержавеющей стали; 10 – компрессор; 11 – ремонтируемый трубопровод; 12 – бак с насосом для закачки полимерного состава; 13 – вспомогательный рукав; 14 – направляющий патрубок; 15 – барокамера.

В результате исследования математической модели процесса ремонта, осуществляемого по предлагаемой схеме, сделаны следующие выводы:

1. Разработанная технологическая схема нанесения многослойных покрытий позволяет: уменьшить силу сопротивления рукава вывороту, трудоемкость его изготовления и пропитки по сравнению с его однопроходным вводом; исключить применение рефрижератора; сократить общее время выполнения работ по сравнению с многопроходным вводом рукава в трубопровод.

2. При выполнении операций по пропитке рукава на объекте ремонта, применение схемы многопроходного ввода в трубопровод однослойных рукавов увеличенной длины с использованием тора, в отличие от прочих схем, позволит повысить производительность агрегатов: на 15–20 % при росте производительности компрессора до 300 м3/ч и длины захватки до 200 м; на 30 % при увеличении диаметра трубопровода в пределах 0,1–0,8 м; на 16–25 % при росте числа слоев рукава от 2 до 3 (кроме схемы протяжки рукава лебедкой).

3. Предлагаемая схема расширяет область применения рукавной технологии с возможностью достижения наибольшей производительности оборудования для варианта нанесения покрытий толщиной более 2-х слоев.

В третьей главе рассмотрена методика экспериментального исследования рассматриваемого процесса ремонта, включающая ряд частных методик по определению: а) тяговых свойств торообразного рукава; б) утечек воздуха через центр тора, количества отжимаемого тором полимерного состава из рукава, тягового усилие рукава при его движении через центр тора; в) прочности элементов рукава;

г) скорости пропитки тканевой оболочки рукава; д) прочности и адгезии покрытия.

При разработке каждой из этих методик применена классическая теория планирования эксперимента, определены основные факторы влияния, интервалы их изменения и количество уровней варьирования, а также число повторных опытов той или иной зависимости. Использованы стандартные методы обработки результатов для выбора уравнения сглаживающей функции.

Выбор целевых функций и основных факторов проводился с учётом требований измеряемости, значимости и воспроизводимости. В состав экспериментально исследуемых целевых функций 2-го уровня (к функции цели 1-го уровня отнесена производительность комплекса агрегатов в целом, исследованная теоретически во 2-й главе) включены следующие показатели эффективности работы агрегатов комплекса оборудования: скорости пропитки тканевой оболочки рукава и его движения; предельное тяговое усилие, тяговые мощность и КПД рукава совместно с устройством его ввода в трубопровод и компрессором; прочность и адгезия покрытия к стенкам трубопровода. В качестве основных факторов влияния были выбраны факторы: трубопровода (внутренний диаметр, угол отвода, соотношение диаметров перехода); условий производства работ (температура наружного воздуха); оборудования (тяговая нагрузка, давление воздуха, гидростатическое давление полимерной композиции, состав комплекса агрегатов); технологии (длина захватки, вид отвердителя эпоксидной смолы, содержание ацетона в смоле, характеристика технической ткани, характеристика рукава, толщина полиэтиленовой плёнки, схема производства работ).

С целью исследования влияния каждого фактора, определения характера нелинейности и графического представления зависимостей большинство экспериментов проведены как двух и трехфакторные с изменением факторов на 4–6 и более уровнях. Количество уровней в каждом отдельном случае выбиралось с учетом условий задачи. С факторами одного уровня проводилось минимально необходимое количество повторных экспериментов, число которых в каждом конкретном случае определялось по критерию Стьюдента при доверительной вероятности 0,90, достаточной для большинства не связанных с риском для жизни практических задач.

Степень соответствия между результатами эксперимента и уравнениями регрессии оценивалась коэффициентом детерминации R2, значения которого находились в интервале 0,8–1,0, что говорит о высокой надежности этих результатов. При меньших значениях этого коэффициента подбиралось другое, более адекватное аппроксимирующее уравнение и строилась соответствующая ему кривая, либо увеличивалось количество опытов, либо повторно выполнялись эксперименты. Замена оборудования для ремонта трубопроводов на его физические модели позволила значительно сократить сроки, трудоемкость и стоимость экспериментов.

Конструкция стенда для исследования тяговых свойств торообразного рукава под воздействием вакуума, разработанная В. И. Емелиным с участием автора, приведена на рисунке 7. Необходимость этих исследований обусловлена тем, что при постоянных объемном расходе и давлении воздуха, обеспечиваемых компрессором, повышение производительности процесса за счет увеличения длины захватки приводит к увеличению тяговой нагрузки и падению скорости рукава.

Рисунок 7 – Стенд для исследования тяговых свойств комбинированного рукава под вакуумом: а – общий вид; б – схема; 1 – тройник; 2 – вакуумметр; 3, 7, 10 – опоры; 4, 11 – хомуты;

5 – переход; 6 – модель трубопровода; 8 – модель рукава; 9 – основание стенда; 12 – тросик; 13 – кронштейн; 14 – блок; 15 – ограничитель; 16 – вакуум-насос; 17 – фиксатор; 18 – грузы Цель исследования – определить оптимальное значение тяговой нагрузки рукава, при которой обеспечиваются его максимальные тяговая мощность и КПД.

Разработка этого стенда выполнена с учетом основных положений ГОСТ 25247– (Машины землеройные: метод определения тяговой характеристики) и особенностей работы рукава. При этом для каждого сочетания запланированных значений факторов (диаметр трубопровода, движущее давление воздуха, тип и параметры рукава) снималась отдельная тяговая характеристика в виде зависимостей скорости, тяговых мощности и КПД рукава от полезной нагрузки. Последняя задавалась на стенде весом грузов 18, поделенным на КПД блока 14. Нагрузка изменялась на 6– уровнях от нуля до наибольшей величины (предельного тягового усилия), при которой движение рукава и груза при заданном давлении воздуха становилось невозможным. В каждом опыте измерялись значения скорости, нагрузки и вакуума. По результатам этих измерений рассчитывались значения тяговой мощности (произведение нагрузки на скорость) и тягового КПД (отношение мощностей тяговой и подведённой к рукаву).

Конструкция стенда для исследования прочности элементов рукава в трубопроводах с моделями сквозных коррозионных дефектов различного диаметра показан на рисунке 8. Порядок проведения экспериментов на этом стенде следующий.

Один из концов рукава крепится на конце модели трубопровода 5, а другой – на передней крышке 12, которая глушит торец модели 5 путём затяжки болтов 4. Затем на этой модели устанавливаются хомуты 7–10 таким образом, чтобы оставалось незакрытым одно из её отверстий. После этого вентилем 11 открывается подача воздуха от компрессора 18. Давление, соответствующее разрыву рукава в зоне одного из дефектов трубы, регистрируется манометром 3.

Рисунок 8 – Стенд для исследования зависимости прочности торообразного рукава от размеров сквозных дефектов трубопроводов при воздействии давления сжатого воздуха: а – общий вид; б – схема; 1 – штуцер; 2 – тройник; 3 – манометр; 4, 17 – болты; 5 – модель трубопровода с отверстиями; 6 – рукав; 7, 8, 9, 10 – хомуты; 11 – вентили; 12 – передняя крышка; 13, 15 – фланцы; 14 – основание (стол); 16 – задняя крышка; 18 – компрессор; 19 – шланг Конструкция стенда для исследования скорости пропитки технических тканей полимерным составом в зависимости от характеристик ткани, состава и ванны показана на рисунке 9. Ход работы на стенде заключается в следующем. Одно- или многослойный образец 14 вырезается из исследуемой ткани размерами, большими диаметра трубы 2 стенда. Затем из мерного стакана внутрь трубы, повёрнутой открытым концом вверх (рис. 9, а), заливается эпоксидная композиция или смола запланированной вязкости. Далее открытый конец трубы 2 глушится вырезанным образцом 14, который зажимается кольцом 12 и болтами 9, 11. После этого конец трубы 2 опускается вниз (рис. 9, б) и включается секундомер. Регистрация окончания пропитки образца выполняется визуально через зеркало 6 и тактильно: по потемнению образца и появлению липкого слоя на его второй поверхности. При обнаружении указанных признаков пропитки секундомер останавливается, пропитанный образец ткани заменяется другим при том же или другом количестве эпоксидной композиции запланированной вязкости. Величина скорости пропитки с учётом полученных экспериментальных данных для конкретной вязкости полимерного состава находится как частное от деления толщины тканевой оболочки на время её полной пропитки в этой точке. С учётом скорости пропитки тканевой оболочки, габаритов пропиточной ванны и пути движения в ней точек рукава определяется искомая величина его скорости для обеспечения качественной пропитки при конкретной управляемой вязкости полимерного состава. Для её измерения использовался чашечный вискозиметр истечения по ГОСТ 9070–75.

Рисунок 9 – Стенд для исследования скорости пропитки технических тканей полимерным составом в зависимости от величины его гидростатического давления: а – общий вид стенда в нейтральном положении; б – то же, что и «а», но в рабочем положении; в – схема стенда; 1 – заглушка; 2 – труба; 3 – зажим; 4 – ось; 5 – штатив; 6 – зеркало; 7 – основание; 8 – эпоксидная композиция; 9, 11 – болты; 10 – упорное кольцо; 12 – прижимное кольцо; 13, 15 – гайки; – исследуемый образец ткани; 16 – втулка Рисунок 10 – Стенд для испытания композиционного покрытия на адгезию к металлу при равномерном отрыве: а – общий вид; б – схема; 1 – вилка держателя; 2 – пластина; 3 – съемное кольцо; 4 – образец в виде цилиндра с нанесённым покрытием; 5, 8 – вилки динамометра; 6 – динамометр; 7 – рама; 9 – штанга; 10 – гайка Конструкция стенда для исследования адгезии покрытия к стенкам трубопровода в зависимости от давления прижатия, характеристик полимерного состава и условий его отверждения представлена на рисунке 10. Этот стенд был разработан В. И. Емелиным с участием автора. Работа на стенде выполняется по окончании полимеризации образцов, приклеенных к поверхности цилиндров 4. После закрепления образца между вилками 1 и 5 и затягивания гайки 10 добиваются отрыва цилиндра от образца покрытия, при этом усилие разрушения на динамометре 6 регистрировалось с помощью видеокамеры. Дополнительно к этому измерялась толщина покрытия каждого образца и фиксировался характер разрушения – когезионный, адгезионный или смешанный.

Применение стенда для исследования разработанной технологической схемы нанесения многослойных покрытий, включающего модель тора, рукав и основание с блоком, аналогичное рис. 7, приведено только в диссертации. Кроме рассмотренных стендов в работе также использовались агрегаты для испытания образцов тканей, пленок и покрытия на разрыв и изгиб. Поскольку это оборудование и методики его применения известны, то они также представлены только в диссертации.

В четвертой главе дан анализ результатов экспериментального исследования агрегатов комплекса оборудования с позиций обеспечения их эффективности и необходимого качества ремонта трубопроводов. При этом выявлены: а) влияние параметров покрытия на его прочность; б) зависимости скоростей движения рукава и пропитки его тканевой оболочки от количества слоёв ткани, величины гидростатического давления полимерного состава и его вязкости; в) закономерности изменения сопротивлений движению рукава, его тяговых свойств и проходимости в зависимости от движущего давления воздуха, характеристик рукава, диаметра трубопроводов, параметров их отводов и переходов; г) прочность элементов рукава в зависимости от их материала и дефектов трубопровода; д) зависимости адгезии покрытия к внутренним стенкам трубопровода от технологического давления воздуха.

Дополнительно к этому дана оценка адекватности математической модели и экономической эффективности результатов работы.

На основании результатов исследования влияния параметров покрытия на его прочность установлено:

наибольшую прочность на изгиб показывают образцы с расположением ворса армирующей ткани со стороны действия нагрузки;

прочность покрытия на изгиб повышается в ~ 1,1–1,5 раза с каждым увеличением не единицу числа армирующих слоев при их изменении от 1 до 3.

В результате исследования процесса пропитки оболочки рукава из иглопробивной фильтровальной полиамидной ткани (артикул 56035) полимерным составом на основе ЭД-20 и ЭТАЛ-45 М установлено:

управление вязкостью состава, с целью ускорения пропитки, можно осуществлять изменением его температуры и содержания растворителя в соответствии с полученными рекомендациями;

производительность пропиточной ванны комплекса оборудования прямо пропорциональна гидростатическому давлению полимерного состава, обратно пропорциональна толщине тканевой оболочки и вязкости состава, определяемой его температурой. Так, при использовании эпоксидной смолы ЭД-20 с отвердителем ЭТАЛ-45 М и иглопробивной фильтровальной полиамидной ткани при температуре 26 °С и увеличении гидростатического давления состава с 0,1 до 0,75 м скорость пропитки увеличивается в 3–4 раза, а при температуре 5 °С – в 2–3 раза. Выявлено, что производительность пропиточной ванны при температуре наружного воздуха 20–26 °С может быть увеличена на 20–30 % путём добавления в полимерный состав ацетона в количестве 10 %, а с понижением температуры до 5 °С этот эффект возрастает на 50–70 %. При этом при добавлении ацетона до 10 % от веса эпоксидной смолы существенного уменьшения адгезии и прочности покрытия, а также прочности плёнки и полиамидной ткани не обнаружено.

Выявлены зависимости тяговых свойств торообразного рукава (сопротивлений движению, тяговой мощности, КПД) и его проходимости от полезной нагрузки, движущего давления воздуха, конструкции рукава, параметров трубопровода (диаметр, характеристики отводов и сужений). В результате анализа полученных результатов (рис. 11) установлено:

Торообразный рукав при подаче в него сжатого воздуха может выполнять не только функции технологического материала, но и привода и даже машины, в т.

ч. по удалению из трубопровода воды, протяжке фала и др. При этом рукав совместно с устройством его ввода в трубопровод и компрессором или вакуумнасосом может обладать, как и любая другая тяговая машина, тяговыми мощностью, КПД, усилием и характеризоваться показателями проходимости.

Тяговая мощность Р т, Вт Тяговая мощность Рт, Вт Рисунок 11 – Показатели тяговых свойств (а, б, г, д) и проходимости (в, е) торообразного рукава при различных диаметрах трубопровода D, движущих давлениях воздуха p и сочетаниях материала рукава (однослойная тканевая оболочка из полиамидной иглопробивной ткани, совмещённая с рукавом из полиэтиленовой плёнки толщиной 150 мкм или только полиэтиленовый рукав без оболочки): 1 – пленка, D = 105 мм, р = 25 кПа; 2 – то же, что и 1, но р = 15 кПа; 3 – ткань + пленка, D = 105 мм, р = 25 кПа; 4 – то же, что и 3, но р = 15 кПа; 5 – ткань + пленка, D = 150 мм, р = 10 кПа; 6 – то же, что и 5, но р = 15 кПа; 7, 8, 9 – то же, что и 2, 3, 4, но D = 150 мм; (уравнения регрессии и коэффициенты детерминации для кривых 1–4, 7–10 приведены в диссертации) В общем случае на прямолинейных участках трубопроводов различных диаметров максимальные тяговые усилия рукава пропорциональны движущему давлению воздуха и квадрату диаметра трубопровода.

Оптимальные значения тяговой нагрузки, соответствующие максимальным КПД рукава, для трубопровода с внутренним диаметром 105 мм составляют % от предельных тяговых усилий, для 150 мм – 8090 %, для плёночных рукавов всех диаметров – 9598 %.

С увеличением диаметра трубопровода примерно в 1,5 раза минимальное давление воздуха для обеспечения выворота рукава уменьшается в 1,5–2,5 раза, тяговое усилие и тяговая мощность увеличиваются в 2,2–3,5 раза, а КПД возрастает на 20–30 %.

Рукав с однослойной оболочкой даже при незначительных давлениях воздуха (15–25 кПа) способен преодолевать изгибы трубопроводов диаметрами 105– 150 мм с углами от 15 до 45 при наиболее тяжёлом для движения нулевом радиусе изгиба и переходы с уменьшениями диаметра в 1,2–1,5 раза. При этом максимальная тяговая мощность на этих углах поворота трубопровода диаметром 105 мм снижается в 2–3 раза, а диметром 150 мм – в 1,1–2 раза. Причем с увеличением в рукаве числа слоёв ткани с одного до двух тяговая мощность падает в 2–3 раза.

Уменьшение диаметра трубопровода диаметром 105 мм в 1,2–1,3 раза является его предельным сужением, при котором тяговая мощность падает до нуля, а предельным сужением трубопровода диаметром 150 мм является уменьшение его диаметра в 1,5 раза. С увеличением давления воздуха, диаметра трубопровода и радиуса отвода проходимость рукава значительно увеличивается.

Способ пневмовыворота рукава следует применять на трубопроводах диаметром более 70 мм, так как при меньшем диаметре выворот рукава либо невозможен, либо не обеспечивает прочность пленочного рукава. Ограничения сверху при росте диаметра трубопровода отсутствуют, так как при этом тяговое усилие рукава возрастает пропорционально квадрату диаметра, напряжения же в стенках и потери на трение растут пропорционально диаметру трубопровода только в первой степени, а сопротивление вывороту рукава существенно уменьшается.

Пневмопривод комбинированного рукава в виде плёночного рукава и тканевой оболочки по тяговому КПД на 10 % уступает лебедочному приводу и не уступает торообразному, а в случае использования только плёночного рукава даже превосходит лебедочный привод на 20–30 %, а торообразный – на 40–50 %.

При сравнении по крутизне преодолеваемых подъемов проходимость рукавноторообразных, как и торообразных приводов, значительно выше тракторных.

Если тракторы могут преодолевать подъемы местности не более 25°, то торообразные рукава могут подниматься даже по вертикальному трубопроводу.

Выявлены и сдерживающие факторы применения способа комбинированного рукава: в местах прохождения рукава через отводы и переходы возможно образование гофр. Поэтому в этих местах необходимо предусматривать повышенный расход полимерного состава с целью заполнения им впадин между гофрами, либо отводы и переходы выполнять другим способом, например путем вварки соединительных муфт открытым способом.

В результате исследования прочности элементов комбинированного торообразного рукава из технической ткани (полиамидная фильтровальная с иглопробивной набивкой синтепона, артикул 56035) и полиэтиленового плёночного рукава с толщиной стенки от 100 до 200 мкм установлено:

с учётом требований надёжности, рукав возможно применять при ремонте не только цельных трубопроводов, но и со сквозными дефектами диаметром до 100 мм;

из всех исследованных типоразмеров толщин стенки плёночных рукавов, исходя из наименьшей массы и достаточной прочности, рекомендуются к применению совместно с тканевой оболочкой рукава с толщиной плёнки 150–200 мкм.

Из полученных результатов исследования зависимостей адгезии покрытия к стенкам трубопровода от технологического давления среды следует:

Рост давления воздуха от 0 до 200 кПа при выдержке покрытия до его отверждения, вопреки ожиданиям, не приводит к заметному увеличению адгезии.

Оптимальным значением по этому критерию будет являться давление 15–20 кПа, способное удерживать на весу всю массу частей рукава со стороны свода трубопровода и обеспечивать их плотное прилегание по всей его площади. Выбор оптимального давления по критерию шероховатости покрытия не исследовался.

Адгезия покрытия зависит от вида отвердителя: наибольшую адгезионную прочность имели образцы, подготовленные с использованием отвердителя ПЭПА, на втором месте – с отвердителем ЭТАЛ-45 М. Однако с учётом технологических преимуществ (по жизнеспособности, безопасности и возможности использования при пониженных температурах воздуха) наиболее предпочтительным для применения является ЭТАЛ-45 М.

Обоснование соответствующих уравнений регрессии с проверкой значимости входящих в них коэффициентов выполнено статистическими методами по критериям Фишера и Стьюдента в среде Microsoft Excel. По сходимости результатов теоретического и экспериментального исследований сделан вывод об адекватности разработанных математических моделей натурным условиям.

По приближенной оценке экономической эффективности результатов работы стоимость комплекса оборудования с использованием разработанных агрегатов будет в 1,8 раза меньше, чем стоимость комплекса агрегатов фирмы Rohrsanierung (Германия), а себестоимость ремонтных работ – в 1,3–2 раза ниже себестоимости ремонта трубопроводов открытым способом в городских условиях (с учетом затрат на разрушение и восстановление асфальта, вывоз и завоз грунта из-за отсутствия площадей для его складирования по месту работ). Отсутствие последующего зарастания трубопровода с композиционным покрытием окислами и сохранение вследствие этого неизменными во времени площади его поперечного сечения, гидравлических сопротивлений и пропускной способности существенно уменьшают затраты на обслуживание сетей трубных коммуникаций.

В четырех приложениях приведены разработанная методика проектирования комплексов оборудования и производства работ для бестраншейного ремонта трубопроводов, программа для ЭВМ по расчету оптимальных параметров нанесения внутритрубных покрытий, акты внедрения результатов исследования и копии санитарно-эпидемиологических заключений на применение рукавной технологии.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели прочности торообразного рукава и процесса бестраншейного ремонта трубопроводов рукавным способом, алгоритм и программное обеспечение для расчета параметров технологии и агрегатов. Эти модели позволяют определять: а) оптимальные параметры процесса и оборудования;

б) области рационального применения различных схем работы комплекса агрегатов; в) прочность элементов комбинированного торообразного рукава.

2. На уровне изобретений разработаны основные изделия комплекса агрегатов: установка для изготовления комбинированного рукава; пропиточная ванна с управлением вязкостью полимерного состава; пропиточная ванна с вакууммированием оболочки рукава; барокамера, совмещенная с фургоном автомобиля; многофункциональная установка. Предложенные технические решения позволяют: ремонтировать трубопроводы при пониженных температурах воздуха (до – 7 °С); изготавливать рукава в условиях объекта и сокращать операции пропитки полимерным составом как однослойных, так и многослойных тканевых оболочек рукава.

3. Разработанная технологическая схема нанесения многослойных покрытий позволяет: уменьшить сопротивление рукава вывороту, трудоемкость его изготовления и пропитки по сравнению с однопроходным вводом; исключить применение рефрижератора; сократить общее время выполнения работ по сравнению с многопроходным вводом. При выполнении операций по пропитке рукава на объекте ремонта, применение схемы многопроходного ввода однослойных рукавов увеличенной длины с использованием тора, в отличие от остальных схем, позволит повысить производительность комплекса агрегатов от 15 до 50 %.

4. Разработан, изготовлен и применён комплект из четырех стендов для исследования: а) тяговых свойств торообразного рукава, его сопротивления движению и проходимости в трубопроводах с отводами, переходами и без них; б) процесса пропитки тканевых оболочек полимерным составом; в) прочности рукава в области сквозных дефектов трубопроводов; г) адгезии композиционного покрытия к металлу. Применение стендов позволило проверить работоспособность предложенных агрегатов и получить зависимости для определения параметров их работы.

5. Экспериментальным путем установлены зависимости тяговых свойств и проходимости торообразного рукава, прочности его элементов и скорости пропитки полимерным составом, а также адгезии и прочности покрытия от основных факторов системы «трубопровод – технология – оборудование». Полученные зависимости позволили уточнить и дать оценку адекватности математических моделей натурным условиям, а также использовать их при определении возможностей предложенных агрегатов и технологии.

6. Показано, что торообразный рукав может выполнять не только функции технологического материала внутритрубного покрытия, но и транспортного средства. Впервые экспериментально сняты его тяговые характеристики в виде зависимостей тяговых мощности и КПД от полезной нагрузки. При этом установлено, что наиболее эффективный режим работы рукава обеспечивается при нагрузке, равной 50–70 % от предельной. Максимальный КПД комбинированного и плёночного рукавов достигает 80 и 90 %, возрастает с увеличением их диаметра и движущего давления воздуха и на 30-50 % превосходит КПД торообразного привода. Тяговое усилие рукава на горизонтальных отводах с углами от 0 до 60° уменьшается в 1,0– 1,8 раза, а на переходах с сужениями от 10 до 50 % – в 1,2–2,5 раза соответственно.

По преодолению сужения тяговое усилие рукава восстанавливается полностью, а по преодолению отвода – на 70–90 %, в зависимости от угла изгиба трубопровода.

7. Установлено, что производительность пропиточной ванны комплекса агрегатов прямо пропорциональна гидростатическому давлению полимерного состава, обратно пропорциональна толщине тканевой оболочки и вязкости состава, определяемой его температурой. Так, при использовании иглопробивной фильтровальной полиамидной ткани и эпоксидной смолы ЭД-20 с отвердителем ЭТАЛ-45 М при температуре 26 °С и увеличении гидростатического давления состава с 0,1 до 0,75 м скорость пропитки увеличивается в 3–4 раза, а при температуре 5 °С – в 2–3 раза.

8. Разработана методика проектирования комплексов оборудования рукавной технологии, применение которой позволяет создавать в короткий срок более производительные агрегаты и определять область их применения при обеспечении необходимого качества восстановления трубных коммуникаций.

9. Результаты работы внедрены: Сибирским научно-исследовательским институтом гидротехники и мелиорации при разработке новых технических решений на основе использования созданной методики проектирования комплексов оборудования и рукавной технологии ремонта трубопроводов;

в учебный процесс Политехнического института Сибирского федерального университета по направлению подготовки студентов «Наземные транспортные системы» в виде использования: исследовательских стендов; методики проектирования оборудования и производства работ для бестраншейного ремонта трубопроводов; программы для ЭВМ.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

(Шесть докладов на конференциях в этот список не включены, но в диссертации указаны) 1. Емелин, В. И. Тяговые свойства установок для бестраншейного ремонта трубопроводов с помощью комбинированного рукава / В. И. Емелин, А. А. Азеев // Вестник машиностроения. – 2009.– №6. – С. 32–35.

2. Емелин, В. И. Влияние технических и технологических факторов на производительность комплекса оборудования для бестраншейного ремонта трубопроводов способом нанесения полимерных покрытий / В. И. Емелин, А. А. Азеев // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2009. – №8. – С. 3–9.

3. Белобородов, В. Н. Технология ремонта трубопроводов способом комбинированного рукава / В. Н. Белобородов, А. Н. Ли, В. И. Емелин, А. А. Азеев, Г. Н. Долматов // Строительные и дорожные машины. – 2009. – №10. – С. 3–13.

4. Емелин, В. И. Комплекс стендов для исследования процесса бестраншейного ремонта трубопроводов / В. И. Емелин, А. А. Азеев // Строительные и дорожные машины. – 2010. – №5. – С. 38–42.

5. Емелин, В. И. Производительность комплекса оборудования для бестраншейного ремонта трубопроводов способом протягивания комбинированного рукава / В. И. Емелин, А. А. Азеев // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. – №6. – С. 59–65.

6. Емелин, В. И. Систематизация основных схем применения торообразного механизма при строительстве, ремонте и эксплуатации трубопроводов / В. И. Емелин, Р. М. Авдеев, А. А. Азеев // Техника и технология. – 2008. – № 4. – С. 8–11.

7. Емелин, В. И. Определение тяговых свойств и технологических параметров установки для бестраншейного ремонта трубопроводов способом комбинированного рукава / В. И. Емелин, С. А. Ли, А. А. Азеев // Машиностроение: сб. науч. тр. – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – С. 126–132.

8. Пат. 2337270 РФ на изобретение, МПК F16L58/10. Устройство для восстановления трубопровода / В. Н. Белобородов, А. Н. Ли, В. И. Емелин, А. А. Азеев, С. А. Ли. – 2008. – БИ. – № 30.

9. Пат. 2340829 РФ на изобретение, МПК F16L58/00. Устройство для восстановления трубопровода / В. Н. Белобородов, А. Н. Ли, В. И. Емелин, С. А. Ли, А. А. Азеев. – 2008. – БИ. – № 34.

10. Пат. 2362086 РФ на изобретение, МПК F16L58/10. Устройство для восстановления трубопровода / А. А. Азеев, В. И. Емелин, В. Н. Белобородов, А. Н. Ли. – 2009. – БИ. – № 20.

11. Пат. 2362943 РФ на изобретение, МПК F16L58/10. Устройство для восстановления трубопровода/ В.И. Емелин, А.А. Азеев. – 2009. – БИ. – № 21.

12. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2011610868. Расчет оптимальных параметров процесса бестраншейного ремонта трубопроводов способом комбинированного рукава / А. А. Азеев, В. И. Емелин, А. В. Стальнова. – 20.01.2011.

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета. 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а

 


Похожие работы:

«ХАСАН АЛЬ-ДАБАС (Иордания) УДК 621.9.06-529-229.29 ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ЗА СЧЕТ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРЛИЛЬНО-ФРЕЗЕРНЫХ ПАТРОНОВ Специальность 05.02.07 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2011 -1 Работа выполнена в Российском университете дружбы народов на кафедре технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов инженерного...»

«ГОЛОВАЧЕВ НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ ГИДРОТРАНСПОРТА НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургском государственном горном институте имени...»

«ЗВЕРЕВ ЕГОР АЛЕКСАНДРОВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА МАРКИ ПГ-С27 Специальность: 05.02.07 – технология и оборудование механической и физико-технической обработки А в то р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный...»

«НИКИФОРОВ ИГОРЬ ПЕТРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНУТРЕННЕГО ШЛИФОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ПОНИЖЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2007 2 Работа выполнена на кафедре Технология конструкционных материалов государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский...»

«ЩЕНЯТСКИЙ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ УДК 621.88.084 621.755 ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ГИДРОПРЕССОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С НАТЯГОМ Специальности: 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ижевск 2003 Работа выполнена на кафедре Основы машиноведения и робототехника государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ижевский государственный...»

«ФИГУРА КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ С ВНУТРЕННИМИ ВИБРОАКТИВАТОРАМИ Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Братский государственный университет Научный руководитель : кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины...»

«МАЖИТОВ БАХРИДДИН ЖАМИЛОВИЧ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ И ТЕПЛОНАГРУЖЕННОСТИ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ Специальности: 05.04.02 - Тепловые двигатели 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2011 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Санкт – Петербургский государственный аграрный университет Научные руководители:...»

«Рыбалко Андрей Иванович РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЕ СТИРЛИНГА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОМ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ БРОСОВОЙ ТЕПЛОТЫ 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2011 1 Работа выполнена в ОАО 15 центральный автомобильный ремонтный завод Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кукис Владимир Самойлович Официальные оппоненты : доктор технических наук,...»

«Коломиец Павел Валерьевич ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ НА ВЫДЕЛЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ДОБАВКЕ ВОДОРОДА В БЕНЗИНОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ Специальность: 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тольятти – 2007 Работа выполнена на кафедре Тепловые двигатели Тольяттинского государственного университета доктор технических наук, профессор Научный руководитель : Шайкин...»

«Булат Андрей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СКВАЖИННОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СЕПАРАТОРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«Колесниченко Мария Георгиевна ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА УПАКОВКИ ИЗ ПЛЁНОК ПОЛИЭТИЛЕНА С ПРОГНОЗИРУЕМЫМИ СВОЙСТВАМИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 г. Работа выполнена на кафедре Инновационные технологии и управление в ГОУ ВПО Московский государственный университет печати. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Ефремов...»

«КЛЕЙМЕНОВ Геннадий Борисович...»

«Елин Андрей Владимирович Повышение эффективности и качества обработки полимербетонов шлифованием (на примере синтеграна) Специальность 05.03.01 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Российском университете дружбы народов Научный руководитель : Рогов Владимир Александрович доктор технических наук, профессор Зав. Кафедрой...»

«ОВЧИННИКОВ СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И CALS-ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 4 Работа выполнена на кафедре Технологические основы радиоэлектроники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования...»

«Гришина Елена Александровна ГАЗОДИНАМИКА И РАСЧЕТ ЭЖЕКЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ ПНЕВМОЗАТВОРОВ Специальность 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2013 2 Работа выполнена на кафедре Гидравлика и гидропневмосистемы Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет (научный...»

«ИНОЗЕМЦЕВ Алексей Владимирович ПРОЦЕССЫ ФРАГМЕНТАЦИИ, ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И РАСПЛАВЛЕНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ: ТИТАН – ОРТОРОМБИЧЕСКИЙ АЛЮМИНИД ТИТАНА И МЕДЬ – ТАНТАЛ 05.16.01 – металловедение и термическая обработка металлов и сплавов 05.02.10 – сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки...»

«ЕПИФАНЦЕВ Кирилл Валерьевич ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАБОРНОЙ МАТРИЦЫ ТОРФЯНОЙ ФОРМУЮЩЕЙ МАШИНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОПЛОТНОГО ОКУСКОВАННОГО ТОПЛИВА Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный Научный...»

«ГАЛАЙ МАРИНА СЕРГЕЕВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ БЕССТЫКОВОГО РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. Научный руководитель - доктор...»

«ШАЛЫГИН МИХАИЛ ГЕННАДЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ТОРЦОВЫХ ПАР ТРЕНИЯ БИТУМНЫХ ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Брянск – 2010 2 Работа выполнена на кафедре Управление качеством, стандартизация и метрология ГОУ ВПО Брянский государственный технический университет доктор технических наук, профессор Научный руководитель Горленко Олег Александрович доктор...»














 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.