close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Технология мониторинга трубопроводов сельских коммуникаций..pdf

код для вставкиСкачать
Технический сервис
в агропромышленном комплексе
УДК 631.3.004.5; 621.792:519.86
В.И. Балабанов, доктор техн. наук, профессор
В.Ю. Бойков, ст. преподаватель
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»
Технология мониторинга трубопроводов
сельских коммуникаций
Рыночная экономика обусловила необходимость проведения работ по повышению качества,
конкурентоспособности и безопасности выпускаемой продукции, выполняемых работ и услуг агропромышленного комплекса. Анализ зарубежного
и отечественного опыта свидетельствует о том, что
эффективные механизмы решения возникающих
по этим направлениям проблем могут базироваться только на концепции управления качеством. Это
требует проведения теоретических и экспериментальных исследований процессов повышения технологических уровней и эффективности технического
сервиса машин, оборудования и коммуникаций в агропромышленном комплексе путем моделирования
и оптимизации организационно-технологических
решений на каждом этапе жизненного цикла оборудования.
Привлечение в качестве методологических
средств исследования системного и комплексного
подходов позволяет сформировать ряд направлений исследований, связанных с увеличением эффективности технического сервиса для повышения межремонтного ресурса машин и оборудования
в сельском хозяйстве, внедрением новых прогрессивных технологических решений для обоснова94
ния эксплуатационно-технологических требований
к новой и отремонтированной технике и условиям труда обслуживающего персонала. Проводимые
в названных направлениях исследования показывают, что жизненные циклы машин, оборудования
и строительных объектов сельского хозяйства могут
быть также существенно увеличены за счет использования «интеллектуальных» технологий, включающих создание и применение оборудования и материалов, обеспечивающих непрерывный и независимый мониторинг трубопроводов.
Агрессивность гидрогеологической среды, наличие блуждающих токов, нарушение режимов подземных водотоков приводят к интенсивному изнашиванию трубопроводов и кабельных сетей, выполненных из традиционных материалов и слабо
защищенных от агрессивных воздействий. Подземное хозяйство многих предприятий агропромышленного комплекса (АПК) находится в критическом
состоянии, что влияет на жизнеспособность предприятий, значительно зависящих от нормального
функционирования инженерных сетей. Поэтому необходима постоянно действующая система диагностики и мониторинга, а также активный поиск и разработка новых материалов и технологий для восста-
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2008
Технический сервис в агропромышленном комплексе
ление жидкости (рис. 1). Отверстие имитировало
новления и повышения долговечности подземных
повреждение стального образца. Была применена
инженерных систем.
известная из прикладной теории упругости безмоПеред эксплуатирующими организациями стоментная теория расчета симметричных оболочек,
ят задачи обследования, единовременной проверки
частным случаем которой являются круглые, симфактического состояния всех зданий предприятий
метрично нагруженные пластины.
АПК, их конструкций, оборудования, а также инжеКлеевой шов рассматривали как упругую сренерных систем — в первую очередь теплотрасс, воду, создающую давление на пластину (жесткую надопроводов, канализационных коллекторов, других
кладку), которое пропорционально ее вертикальносетей и коммуникаций с их обязательной паспортиму перемещению:
зацией. Это также требует организации системы постоянного мониторинга за их состоянием.
ω
(1)
pк = Eк , Используемые в АПК трубопроводы подвергаt
ются агрессивному воздействию не только внешней,
где ω — вертикальное перемещение пластины; t — перно и внутренней среды. Достаточно часто требуют
воначальная толщина клеевого шва; Eк — модуль упрувосстановления трубопроводы в конструкциях сельгости адгезионного материала.
скохозяйственной техники: приводах (гидравлическом и пневматическом) тормозов, гидроприводах раУгол поворота нормали пластины после дебочих органов на экскаваторах, системах выпуска отформации
работавших газов различных транспортных средств,
dω
дизель-генераторов и в других установках.
ϑ=−
,
dr
Однако вопросы повышения технического уровня и эффективности технического сервиса
где r — текущее значение радиуса.
трубопроводов на каждом этапе их переустройства
пока недостаточно полно отражены в научных раВ области клеевого шва деформация пластины
ботах. Между тем существующий уровень внедреописывается дифференциальным уравнением четния результатов научных исследований и разрабовертого порядка
ток в практику ремонта трубопроводных сетей АПК
d 4ϑ
d 3ϑ
d 2ϑ
dϑ
вызывает необходимость поиска и использования
r 4 4 + 2r 3 3 − 3r 2 2 + 3r
−
dr
dr
dr
dr
более достоверных критериев и методов количественной оценки реальной эффективности их техни− b 4 r 4 + 3 ϑ = 0,
(2)
ческого сервиса. Это необходимо, с одной стороны,
Eк
где b = 4
— параметр, введенный для удобства редля обоснования целесообразности применения реtD
зультатов исследований, а, с другой стороны, — для
Eh3
–1
шения
уравнения,
мм
;
— жесткость плаD
=
исследования причин, препятствующие их полно12 1 − µ 2
ценному и эффективному использованию.
стины; Eк, E — модуль упругости соответственно клееУстановлено, что, несмотря на разнообразие
вого шва и пластины; h — толщина пластины; μ — корежимов работы трубопроводов и характер их поэффициент Пуассона.
вреждения (механические, коррозионные, кавитационное), использование клеевых материалов (адОбщее решение этого уравнения имеет вид
гезивов) во многих случаях более целесообразно,
ϑ = C1 J1 ( br ) + C2Y1 ( br ) + C3 I1 ( br ) + C4 K1 ( br ) , (3)
чем применение традиционной сварки.
При ремонте с использованием адгезива важно
где J1(br), Y1(br) — функции Бесселя; I1(br), K1(br) — модифицированные функции Бесселя; C — константа.
определить условия его реализации, а именно требуемую толщину слоя, величину нахлестки, необходимость армирования, размеры жесткой накладки
Из граничных условий и из условия равновеи т. д. От оптимизации этих параметров зависит экосия пластины в целом найдено частное решение для
номическая эффективность и работоспособность деталей, восстаКлеевой шов
новленных при помощи адгезива.
Давлениежидкости p
Проведенные расчеты показали, что адгезивный материал можно подбирать для ремонта конt
кретного трубопровода.
h
Авторами была исследоваR0
на стальная деталь с круглым отR
Жесткая накладка
верстием радиуса R0, на которую
с одной стороны действовало дав- Рис. 1. Схема герметизации круглого отверстия адгезивным материалом
(
)
(
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2008
)
95
Агроинжен ер и я
рассматриваемого случая негерметичности трубопровода (емкости):
вертикальное перемещение пластины
ω=
−1
pR03
C
2 J1 (bR0 ) − bR0 J 0 (bR0 ) J 0 ( br ) + 0 ; (4)
8bD
b
нормальное напряжение в клеевом шве
σ=
−1
pR03b3
2 J1 (bR0 ) − bR0 J 0 (bR0 ) J 0 (br ) + C0 b3 D,
8
где C0 =
pR03  4
bRJ1 ( bR) − bR0 J1 ( bR0 ) 
−

×
4 D  bR0 2 J1 ( bR0 ) − bR0 J 0 ( bR0 ) 
−1
× ( bR)2 − ( bR0 )2  ; R0 — радиус отверстия; R — ради-
ус жесткой накладки.
Максимальное значение нормального напряжения в клеевом шве, возникающее на границе отверстия,
(
(
+
(


,
2
k −1 

1
)
где k = R/R0 — безразмерная величина, показывающая во сколько раз размер жесткой накладки больше размера отверстия.
Для каждого конкретного случая негерметичности (размер отверстия R0) по выражениям (4)
и (5) можно подобрать адгезионный материал с оптимальными характеристиками ([σ], Eк), размеры жесткой накладки (радиус R)
и клеевого шва (толщину t).
На рис. 2 представлена зависимость максимального напряжения в клеевом шве от его толщины для двух значений k.
В качестве адгезионного материала применен клеевой состав
с модулем упругости при растяжении Eк = 310 МПа, разрушающим напряжением при растяжении [σ] = 19,4 МПа. В качестве
жесткой накладки выбрана стальная пластина (модуль упруго96
)
40
Напряжение в клеевом шве, МПа
σ max
)

bR0 J 0 (bR0 ) k 2 − 1 −


− kJ1 ( kbR0 ) + J1 (bR0 )
2

+
= p (bR0 )
8 2 J1 (bR0 ) − bR0 J 0 (bR0 ) ×

(5)

× k2 −1

сти стали E = 2,1·105 МПа, коэффициент Пуассона μ = 0,25), толщиной h = 0,3 мм. Радиус отверстия составлял R0 = d/2 = 6 мм. Внешнее давление
p = 5 МПа ≈ 50 атм.
Согласно сформулированным принципам разработана и внедрена технология ремонта трубопроводов,
мониторинг состояния которых и определение места
нарушения функционирования (протечки) осуществлялся за счет замыкания электрической цепи «корпус — проводник в изоляции трубопровода», а собственно ремонт включал в себя герметизацию отверстий
в трубопроводе и восстановление проводника в изоляции при помощи жесткой накладки и адгезионного материала с диэлектрическими (для соединения накладки с трубой) и токопроводящими (для соединения
накладки с нитью) свойствами (рис. 3).
Для технологии реконструкции и ремонта элементов трубопроводных сетей инженерного оборудования строительных объектов выбраны адгезивные материалы, которые при смешивании с различными наполнителями проявляли свойства широкого
спектра. Использование адгезивов позволило восстановить потери металла от коррозии, механического изнашивания, кавитации и т. д. Составленная автором классификация адгезионных материалов представлена на рис. 4.
При практическом использовании на адгезионное соединение воздействуют различные силовые
k = 1,5
k=3
Разрушающее напряжение
при растяжении (МПа)
35
30
25
20
15
10
5
0
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5
Толшина клеевого слоя, мм
Рис. 2. Зависимости напряжения в клеевом шве от его толщины
Токопроводящая
нить
Негерметичность Жесткая
трубопровода
накладка
Адгезионный
Адгезионный
состав
состав
с токопроводяс диэлектричещими свойствами скими свойствами
Рис. 3. Схема герметизации отверстия в трубопроводе
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2008
Технический сервис в агропромышленном комплексе
зованием составов «Маком‑1»
(модуль упругости при растяжении Eк = 5255 ± 84 МПа; разрушающее напряжение при расФенолтяжении [σ] = 29,4 ± 2,0 МПа)
ЭлементоНеорганиформальдеКаучуковые
Эпоксидные
и ПСК-ОВ1
(Eк = 310 ± 6,2 МПа,
органические
ческие
гидные
[σ] = 35,2 ± 1,5 МПа), а также специальной оснастки.
Для сравнительных исследоАзотоКремнийКремнийваний
теоретических и экспериМеталФенолосодержаорганиорганилические
ацетатные
ментальных
зависимостей, предщие
ческие
ческие
ставленных на рис. 5, приняты
следующие параметры клеевого соединения: диаметр жесткой
ГалогеноФторФенолоФосфатнакладки 20 мм; толщина клеевосодержакаучуки
каучуковые
ные
щие
го шва 1 мм (для графиков в левой части рис. 5); толщина жесткой стальной накладки 0,3 мм
(E = 2,1·105 МПа, μ = 0,25).
На основе
Силикатрезорцина
ные
Расчеты выполнены по формуРис. 4. Классификация
лам (4) и (5). Дополнительно изметермостойких адгезивов
рена температура в различных точках системы выпуска отработавших
факторы, величина и направление которых опредегазов на некоторых автомобилях. Искусственно созляет целесообразность применение того или иного
данная негерметичность восстановлена при помощи
адгезионного материала.
термостойкого состава по разработанному алгоритму
Исследования проводили на установке, создаюс последующими полевыми испытаниями.
щей максимальное давление — 60 МПа, с испольТермостойкие адгезивы
Теоретическая кривая
Экспериментальная
кривая
Разрушающее напряжение
при растяжении (МПа)
60
50
45
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
30
20
10
1
2
3
4
5
Диаметр отверстия, мм
25
20
15
10
5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
6
7
Теоретическая кривая
Экспериментальная
кривая
Разрушающее напряжение
при растяжении (МПа)
70
40
0
30
а
Разрушающее давление, МПа
Разрушающее давление, МПа
50
35
Толшина клеевого слоя, мм
Теоретическая кривая
Экспериментальная
кривая
Разрушающее напряжение
при растяжении (МПа)
60
40
0
0,5
8
Диаметр отверстия, мм
70
Теоретическая кривая
Экспериментальная
кривая
Разрушающее напряжение
при растяжении (МПа)
50
Разрушающее давление, МПа
Разрушающее давление, МПа
70
60
50
40
30
20
10
0
0,5
8
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Толшина клеевого слоя, мм
б
Рис. 5. Сравнительные зависимости теоретических и экспериментальных исследований:
а — состава «Маком‑1» (Eк = 5255 ± 85 МПа, [σ] = 29,4 ± 2,0 МПа);
б — состава ПСК-ОВ1 (Eк = 310 ± 6,2 МПа, [σ] = 35,2 ± 1,5 МПа)
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2008
97
Агроинжен ер и я
Выводы
1. Анализ отечественных и зарубежных технологий переобустройства трубопроводов предприятий АПК и элементов конструкций сельскохозяйственной техники показал, что необходима постоянно
действующая система их мониторинга и последующего восстановления.
2. Результаты лабораторных испытаний составов «Маком‑1» и ПСК-ОВ1 с вероятностью
85…95 % подтвердили целесообразность использования предложенной математической модели, ими-
тирующей физические процессы при реконструкции и ремонте трубопроводов, для подбора адгезионного материала и выбора оптимальных размеров
жесткой накладки и клеевого шва для ремонта трубопровода (емкости).
3. Адгезионные материалы, указанные на рис. 4,
удовлетворяют широкому спектру условий эксплуатации трубопроводных сетей различного назначения. Использование этих материалов при ремонте
инженерного оборудования позволило реализовать
эффект ресурсосбережения и безопасности функционирования.
УДК 631.3.004.5:658.58
А.Е. Немцев, доктор техн. наук, ст. науч. сотрудник
В.В. Коротких, канд. техн. наук, зам. зав. лабораторией
Государственное научное учреждение НИИ механизации и электрификации сельского
хозяйства Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук
Требования к специализированному мобильному агрегату
для технического обслуживания и ремонта МТП
На современном этапе развития производства
добиться рентабельности агропромышленного комплекса возможно только при использовании прогрессивной инженерно-технической системы. Прогрессивность этой системы определяется эффективностью функционирования ее составляющих, среди
которых одной из основных является система технического сервиса.
В настоящее время большинство сельскохозяйственных предприятий Российской Федерации находится в сложной экономической ситуации, в связи с чем их технический парк обновляется недостаточно. На начало 2004 г. обеспеченность хозяйств
техникой составляла 40…60 % [1]. Средний срок
службы техники превышает нормативный, например, в АПК Новосибирской области, практически
по всем маркам машин. Аналогичное положение
и в других регионах РФ. Это снижает рентабельность хозяйств и требует применения рациональных форм технического сервиса (ТС) для техники, используемой в сельскохозяйственных предприятиях.
Для эффективного функционирования техники, особенно в периоды напряженных полевых работ, требуется ее оперативное диагностирование,
техническое обслуживание (ТО) и устранение неисправностей в эксплуатационных условиях. Перечисленные операции с непродолжительным простоем машин можно проводить при помощи передвижных мастерских.
98
В 70‑е годы ГОСНИТИ был разработан ряд
передвижных средств технического обслуживания и ремонта: АТО‑4822 ГОСНИТИ, АТО‑1500Г,
АТО‑1768А ГОСНИТИ, МПР‑817А ГОСНИТИ,
ЛуМЗ‑37031, МЗ‑3904 и др. [2]. В качестве мобильных (базовых) агрегатов указанных передвижных
мастерских использовали автомобили, самоходные
шасси и прицепы к тракторам.
Также был разработан ряд комбинированных
передвижных агрегатов для технического обслуживания и диагностики техники в условиях эксплуатации. В качестве мобильного (базового) агрегата использовали списанные зерноуборочные комбайны.
Такие передвижные агрегаты применяли в Челябинской, Саратовской и Новосибирской областях. В частности, в СибИМЭ на базе комбайна СК‑5 «Нива»
с исправным двигателем и ходовой частью был разработан комплексный агрегат, предназначенный для
выполнения операций по техническому обслуживанию и ремонту сельскохозяйственной техники [3].
В 90‑е годы с учетом формирующейся многоукладности экономики АПК и созданием новых моделей транспортных средств специалисты ГОСНИТИ
разработали и усовершенствовали ряд средств для
диагностики, технического обслуживания и ремонта техники. К ним относятся КИ‑28035, КИ‑28012
ГОСНИТИ и др. [4].
Однако для указанных агрегатов характерны
значительные простои при отсутствии необходимости ТО и ремонта обслуживаемых машин, а также
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2008
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
735 Кб
Теги
мониторинг, технология, pdf, коммуникации, трубопроводов, сельский
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа