Розробка конструкторських рішень для зменшення втрат тиску у газових мережах із поліетиленових труб та дослідження ефективності їх застосування

Abstract

Нові газові мережі, а також реконструкція діючих систем газопостачання виконується в основному з використанням поліетиленових труб. Проектування, будівництво та експлуатація поліетиленових газових мереж має ряд особливостей, які не стали предметом наукових досліджень вітчизняних вчених і не знайшли відображення в науковій літературі. Особливістю структури поліетиленових газових мереж є велика кількість з'єднувальних деталей (фітингів ), які встановлюються в місцях повороту, відводів, зміни діаметра, місцях установки різної трубопровідної арматури. З точки зору газової динаміки фітинги є місцевими опорами. Вони безумовно впливають на загальний гідравлічний опір газових мереж. Метою роботи є оцінка впливу місцевих опорів на гідравлічну енерговитратність поліетиленових газових мереж, а також розроблення заходів щодо зменшення втрат тиску в газових мережах. Досягнення цієї мети передбачає вирішення наступних завдань: - розглянути конструкції місцевих опорів поліетиленових трубопроводів; - теоретично і експериментально дослідити динаміку руху газу терморезисторними сполуками поліетиленових трубопроводів і визначити коефіцієнти їх місцевих опорів; - розробити конструктивні рішення для зменшення втрат енергії газового потоку в поліетиленових газових мережах. Оброблення результатів досліджень виконувалася з використанням методів: 1. Модульного та об'єктно -орієнтованого програмування; 2. Візуального програмування. Теоретичні дослідження динаміки руху газу місцевими опорами поліетиленових трубопроводів дали змогу виявити, що в терморезисторних з'єднаннях спостерігається вихороутворення, присутній реверсний рух газу, відбувається відривання потоку від стінки терморезисторного з'єднання, що, в свою чергу, призводить до значних втрат тиску. Теоретично визначено коефіцієнти місцевих опорів кожного терморезисторного з'єднання, адекватність чого підтверджено експериментально. Запропоновано конструктивні напрямки зменшення коефіцієнта місцевого опору терморезисторних сполук поліетиленових трубопроводів. Теоретичними розрахунками підтверджено ефективність застосування удосконалених конструкцій терморезисторних сполук (коефіцієнт місцевого опору удосконалених конструкцій зменшується на 11,5-80 %).

New gas networks, as well as the reconstruction of the operating gas supply systems, are mainly made of polyethylene pipes. Design, construction, and operation of polyethylene gas networks have a number of peculiarities which have not become the subject of our scientists’ studies and have not been depicted in the scientific literature. The peculiarity of the polyethylene gas networks structure is a large number of fittings (pipe fittings), which are installed in the places of bends, branches, diameter changes, and in the places of various pipe fittings installation. From the point of view of gas dynamics the fittings are local resistances. They certainly affect the overall hydraulic resistance of the gas networks. The aim of the study is to assess the local resistances influence onto the hydraulic energy consumption of polyethylene gas networks and also to develop the measures for pressure losses reduction in the gas networks. Achieving of this aim requires soluting of the following tasks:  considering the design of local resistances of polyethylene pipelines;  theoretically and experimentally studying the gas movement dynamics through the thermistor connections of polyethylene pipelines and determining the coefficients of their local resistances;  developing constructive solutions for reduction of the gas flow energy losses in the polyethylene gas networks. Processing of the study results has been carried out using the following methods: 1. Modular and object-oriented programming; 2. Visual programming. Theoretical studies of the gas movement dynamics through the local resistances of the polyethylene pipelines have provided and opportunity to determine the fact that in the thermistor connections vortex formation is observed, reverse gas movement is present, and the flow loses contact with the thermistor connection wall which, in its turn, leads to a significant pressure loss. The coefficients of local resistances of each thermistor connection have been calculated theoretically the adequacy of which has been confirmed experimentally. Constructive ways for reduction of the local resistance coefficient of the polyethylene pipes thermistor connections have been developed. Theoretical calculations have confirmed the effectiveness of the improved thermistor connection designs (the local resistance coefficient of the improved designs is reduced by 11,5-80%).