Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

Известия Томского политехнического университета. 2023. 334, № 11

 

Ямкин А.В., Ямкин М.А., Бубенчиков М.А. «Влияние конвективного усиления на аэроакустические колебания в магистральном газопроводе» Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 94-107 (2023)

Актуальность исследования обусловлена возрастающими требованиями к надежности и безопасности магистральных газопроводов. Одним из перспективных методов, обеспечивающих соблюдение этих требований, является оснащение газопроводов системами аэроакустического мониторинга. Данные системы позволяют обнаруживать утечки и механические воздействия на трубу путем регистрации аэроакустических колебаний, распространяющихся в транспортируемом газе. При этом остается актуальным вопрос повышения точности таких систем за счет более полного учета влияния потока газа на аэроакустические колебания, в том числе за счет учета влияния эффекта конвективного усиления. Данный эффект выявлен при исследованиях распространения аэроакустических колебаний в воздуховодах, турбинах, а также при исследованиях распространения звука от движущихся самолетов и скоростных поездов, но не описан применительно к газопроводам. В данной статье приведены экспериментальные данные, подтверждающие влияние конвективного усиления на амплитуду аэроакустических колебаний в магистральном газопроводе, приведено количественное описание влияния данного эффекта, а также показана возможность повышения точности систем аэроакустического мониторинга за счет учета конвективного усиления. Цель: подтверждение наличия эффекта конвективного усиления при распространении аэроакустических колебаний в магистральном газопроводе. Объект: линейная часть магистрального газопровода. Методы: использование системы аэроакустического мониторинга газопроводов для регистрации аэроакустических колебаний при движении очистного внутритрубного устройства и при имитации утечек; сравнение амплитуды аэроакустических колебаний, распространяющихся вверх и вниз по течению транспортируемого газа в газопроводе. Результаты. Экспериментально подтверждено наличие эффекта конвективного усиления амплитуды аэроакустических колебаний, возникающих в газопроводе при движении внутритрубного устройства и имитации утечек; приведена количественная оценка влияния конвективного усиления на амплитуду и отношение сигнал/шум аэроакустических колебаний; приведен примерный расчет, показывающий влияние эффекта конвективного усиления на точность определения линейной координаты источника акустических колебаний в газопроводе. Выводы. При распространении аэроакустических колебаний вверх по течению газа их амплитуда выше, чем при распространении вниз по течению газа, на одинаковом расстоянии от источника. Величина в разнице амплитуд сопоставима с величиной конвективного усиления в количественном выражении. Учет эффекта конвективного усиления повышает точность определения линейной координаты источника акустических колебаний в газопроводе.

Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 94-107 (2023) | Рубрика: 09.09

 

Гаврилин А.Н., Дмитриев В.С., Ермаков Д.В., Дерусова Д.А. «Снижение виброактивности вентилятора системы жизнеобеспечения нефтегазовых станций» Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 128-137 (2023)

Актуальность. Электромеханические вентиляторы широко используются в системах жизнеобеспечения нефтяных и газовых станций, работают в условиях вибрации, высоких скоростей вращения и нагрузок. На виброактивность электромеханического устройства влияют конструктивные, технологические и эксплуатационные причины. Наибольший «вклад» в существующие вибрации, по спектру частот, вносит неидеальность элементов конструкции шарикоподшипника: движение сепаратора, переменная жесткость при действии радиальной нагрузки, взаимодействие микронеровностей рабочих поверхностей, гранность и волнистость рабочих поверхностей колец и шариков. Кроме того, возникающие вибрации отрицательно сказываются как на надежности, так и на долговечности вентилятора. А поскольку полностью устранить виброактивность электромеханического устройства технически невозможно, целесообразно ее снизить с помощью технического решения, введя демпфирующий элемент в кинематическую цепь источника вибрации. В связи с этим разработка демпфирующего устройства является неотъемлемой технической задачей, способствующей снизить вибрационную активность технических систем жизнеобеспечения нефтегазовых станций, а также повысить качество экологических условий жизнедеятельности человека. Для снижения виброактивности предложена конструкция демпфера, учитывающая различные виды диссипации энергии. Однако, учитывая плотный спектр вибрационных частот от шарикоподшипников, в конструкцию демпфера введен вязкий элемент трения. Для определения эффективности снижения виброактивности изготовлен макет рассматриваемого демпфера на основе разработанной 3D-модели. Для испытаний в определении эффективности применения вязкого элемента трения использованы два варианта конструкции демпфера – с наличием элемента вязкого трения и при его отсутствии. Результаты испытаний макетов демпфера показали, что разработанное техническое решение для снижения виброактивности электромеханического устройства имеет практическое подтверждение в полученных результатах, а исследования, положенные в основу разработанной конструкции демпфера с вязким элементом трения, позволяют обеспечить снижение амплитуды вирации. Объектом исследования является электромеханическое устройство в рабочем режиме. Цель: описание виброактивности в рабочем режиме электромеханического устройства во всем спектре возмущающих воздействий, действующих по осям X, Y, Z, с учетом неидеальности геометрии деталей шарикоподшипников и разработка демпфера для снижения уровня виброактивности электромеханического устройства. Методы: современные подходы вибродиагностики, вычислительной математики, средств измерений, программное обеспечение «Виброрегистратор-Ф», «Виброрегистратор-М2», «Logger»-регистратор и «Подшипник». Результаты исследования показали эффективность предложенного технического решения для снижения амплитуды вибрации в диапазоне рабочих частот вращения ротора электромеханического устройства до 4 раз по сравнению с соответствующим максимальным значением амплитуды без его применения.

Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 128-137 (2023) | Рубрика: 14.04

 

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Терентьев С.А., Нестеров В.А. «Повышение эффективности сушки целлюлозы ультразвуковым воздействием» Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 167-176 (2023)

Актуальность исследования обусловлена тем, что существенная часть возобновляемых и ископаемых энергоресурсов расходуется на выработку тепла и электроэнергии, необходимых для реализации процесса сушки. При этом сушка целлюлозы в силу многотоннажности производств является одним из существенных потребителей энергоресурсов. Одним из способов снижения энергетических затрат на процесс сушки является воздействие ультразвуковыми колебаниями. Практически отсутствуют исследования по ультразвуковому воздействию во время сушки целлюлозы. Поэтому необходимо рассмотреть возможные варианты бесконтактного ультразвукового воздействия при конвективной сушке древесной целлюлозы. Цель: выявление наиболее рациональных вариантов размещения высушиваемого материала с учетом направления воздействия ультразвуковых колебаний и потока теплого воздуха относительно слоев высушиваемого материала при различных температурах. Объекты: процесс бесконтактного ультразвукового воздействия на древесную целлюлозу. Методы. Для определения распределения амплитуд колебаний дискового излучателя использовалось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. В экспериментальной части исследований влагосодержание материала определялось весовым методом с использованием поверенных технических средств. Результаты. При параллельном направлении ультразвуковых колебаний относительно тонких слоев целлюлозы показано сокращение времени сушки в 2,5 раза при уровне звукового давления 162±3 дБ и температуре сушильного агента 60°С. Выявлено, что снижение температуры сушильного агента позволяет повысить относительную эффективность ультразвукового воздействия. Оценка энергетической эффективности показала, что применение ультразвукового воздействия приводит к уменьшению затраченной на сушку электроэнергии в 2,3 раза по сравнению только с конвективной сушкой при прочих равных условиях. Проведенные исследования подтвердили эффективность ультразвукового способа сушки для промышленного применения и позволили рекомендовать варианты наиболее рационального размещения высушиваемого материала при проектировании конструкций сушильных камер. Ключевые слова: сушка, целлюлоза, ультразвук, дисковый излучатель, уровень звукового давления

Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 167-176 (2023) | Рубрики: 06.23 14.06 16

 

Доровских Р.С., Пужайкина А.Е., Тертишников П.П., Нестеров В.А., Шалунов А.В. «Влияние высокоинтенсивного ультразвукового поля на эффективность коагуляции капель тумана» Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 230-243 (2023)

Актуальность исследования обусловлена острой необходимостью борьбы с туманами с целью предотвращения ограниченной видимости и формирования улучшенных метеорологических условий. Воздействие на газодисперсные системы механическими колебаниями ультразвуковой частоты можно рассматривать как наиболее эффективный способ борьбы с образованием туманов. Однако акустический способ не нашел промышленного применения для разрушения туманов в основном из-за отсутствия эффективных источников акустического воздействия. Поэтому необходимо создание излучателей более высокой мощности, обеспечивающих значительно большую дальность излучения с уровнем звукового давления не менее 140 дБ и исследование их функциональных возможностей. Цель: определение эффективности разрушения туманов за счет применения ультразвуковых колебаний, генерируемых разработанными ультразвуковыми излучателями; выявление наиболее перспективной конструкции ультразвукового оборудования, обеспечивающего эффективное разрушение туманов на открытой местности. Объекты: процесс объединения капель тумана под ультразвуковым воздействием с помощью специально разработанных ультразвуковых излучателей для газовых сред четырех типов. Методы: экспериментальный метод исследования процесса объединения капель тумана под воздействием ультразвуковых колебаний и их гравитационное осаждение. Для определения характеристик аэрозоля (водность и дисперсный состав) при проведении экспериментальных исследований использован измеритель ТИПАС-1, основанный на методе малоуглового рассеяния и методе спектральной прозрачности. Результаты. Установлена и показана эффективность ультразвукового воздействия на туманы, а также возможность его использования для разрушения туманов на открытой местности. Показано, что все разработанные дисковые ультразвуковые излучатели способны формировать уровень звукового давления в пределах 140–145 дБ при частоте воздействия 22±2,0 кГц. Достигается сокращение времени естественного разрушения тумана в аэрозольной камере до 11,5 раз. Основываясь на полученных результатах, установлено, что необходимо использовать более мощные дисковые излучатели, поскольку они позволяют в значительной мере сокращать время разрушения туманов и увеличивать озвучиваемые единовременно объемы. Установлено, что минимальное время установления требуемой метрологической дальности видимости обеспечивается при помощи направленного излучателя со ступенчато-переменной поверхностью, формирующей плоскую волну.

Известия Томского политехнического университета, 334, № 11, с. 230-243 (2023) | Рубрика: 06.06