WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

«RESEARCH OF STRAIN-STRESS STATE OF A PYROLYSIS MODULE DESIGN CONSIDERING THE NON-LINEAR PROPERTIES OF ITS MATERIAL Байрамгулов А.С., Зубаиров С.Г., ...»

376

УДК 665.61.7; 536.246.2

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ МОДУЛЯ ПИРОЛИЗА С УЧЕТОМ

НЕЛИНЕЙНОСТИ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА

RESEARCH OF STRAIN-STRESS STATE OF A PYROLYSIS MODULE

DESIGN CONSIDERING THE NON-LINEAR PROPERTIES

OF ITS MATERIAL

Байрамгулов А.С., Зубаиров С.Г., Тляшева Р.Р.

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация A.S. Bairamgulov, S.G. Zubairov, R.R. Tlyasheva FSBEI НРЕ “Ufa State Petroleum Technological University”, Ufa, Russian Federation Аннотация. Разработка экологически чистой установки для переработки нефтяных шламов с возможностью ее размещения на транспортных средствах повышенной проходимости на сегодняшний день является актуальной задачей.

Творческим коллективом, членами которого являются и авторы этой публикации, разработана конструкция, на которую получен патент на изобретение, решающая указанные проблемы.

Для исследования напряженно-деформированного состояния авторской конструкции модуля пиролиза модульной установки термической переработки (МУТП) нефтяных шламов использовался программный комплекс SIMULIA Abaqus. В данном программном комплексе исследования можно проводить с учетом и без учета нелинейности материала.

Не учитывая нелинейность материала конструкции, SIMULIA Abaqus производит расчет напряженно-деформированного состояния © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru заданной конечно-элементной модели в допущении, что она работает в упругой зоне, в то время как внесение в расчет параметров нелинейности свойств материала, что более соответствует реальным условиям работы, позволяет оценить напряженно-деформированное состояние модели в упруго-пластической зоне.

В статье представлены результаты анализа напряженнодеформированного состояния днища в отдельности и модуля пиролиза в целом с учетом нелинейности свойств материала, так как материал модуля низкотемпературного пиролиза работает при повышенных температурах. С учетом этого проведена оценка характера распределения напряжений и деформаций различных конфигураций корпуса и днища модуля пиролиза в зависимости от толщины стенки.

Abstract. Development of an ecologically clean oil sludge treatment unit which is mountable onto off-road vehicles is a highlight task nowadays.

The team of researchers, which includes the authors of this article, has developed a design that solves the aforementioned problems and has been patented.

The software package SIMULIA Abaqus was used for strain-stress state research of the pyrolysis module of the original oil sludge thermal treatment modular unit (TTMU) design. This software package allows to do researches with and without considering the non-linear properties of the material. Without considering the non-linear properties of the design's material SIMULIA Abaqus calculates the strain-stress state of the given group of finite element model, assuming it works in elastic range, while the injection of the material nonlinearity parametres into the calculations allows to estimate the strain-stress state of the model in the elasto-plastic range.

The results of the unit's bottom strain-stress state analysis individually and of the whole pyrolysis module, considering the non-linear properties of the unit's material as the module of low-temperature pyrolysis works at high temperatures, are introduced in this article.





The stress and strain distribution evaluations for © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru various pyrolysis module's body and bottom configurations was performed for different wall thicknesses.

Ключевые слова: нефтяной шлам, термическая переработка, люк, установка, днище, напряженно-деформированное состояние, модульная установка, труба, конечно-элементная модель.

Key words: oil sludge, heat treatment, hatch, unit, bottom, strain-stress state, modular unit, pipe, finite element model.

Разработка экологически чистой установки для переработки нефтяных шламов с возможностью ее размещения на транспортных средствах повышенной проходимости на сегодняшний день является актуальной задачей [1-5].

Для исследования напряженно-деформированного состояния авторской конструкции модуля пиролиза модульной установки термической переработки (МУТП) [6] нефтяных шламов использовался программный комплекс SIMULIA Abaqus. В данном программном комплексе исследования можно проводить с учетом и без учета нелинейности материала. Не учитывая нелинейность материала конструкции, SIMULIA Abaqus производит расчет напряженно-деформированного состояния заданной конечно-элементной модели в допущении, что она работает в упругой зоне, в то время как внесение в расчет параметров нелинейности свойств материала, что более соответствует реальным условиям работы, позволяет оценить напряженно-деформированное состояние модели в упруго-пластической зоне.

В предыдущих работах [6-7] оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) модуля пиролиза, несмотря на многофакторность нагружения, проводилась без учета нелинейности свойств материала.

Поэтому на данном этапе был проведен анализ напряженнодеформированного состояния конструкции модуля пиролиза с учетом © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru нелинейности свойств материала. При этом исследовались две конечноэлементные модели: конструкция модуля пиролиза с концентратором (концентратор – место соединения двух частей седлообразного днища) и с дымовой трубой, приваренной к днищу модуля пиролиза вдоль концентратора.

Для исследования НДС конструкции модуля пиролиза с учетом нелинейности свойств стали 20Х23Н18 были заданы следующие параметры:

- гидростатическое давление (р = 7,840 кПа),

- температура установившегося технологического режима (в топочном пространстве 700 С, в реакционной зоне 450 С),

- толщина стенки S = 10 мм (как для днища, так и для корпуса аппарата),

- давление в реакторе модуля пиролиза Р = 0,1 МПа.

- плотность материала 7900 кг/м3 при 20 С;

- коэффициент Пуассона = 0,3;

- коэффициент теплопроводности = 25 Вт/(м2*К);

- модуль упругости материала Е, МПа (таблица 1)

- коэффициент температурного расширения, 1/ С (таблица 2)

- пластические свойства материала (таблица 3) [8-10].

–  –  –

Анализ НДС корпуса модуля пиролиза и его днища с учетом нелинейности свойств материала проводился как для конструкции модуля пиролиза с концентратором, так и для конструкции с дымовой трубой, приваренной к днищу модуля пиролиза вдоль концентратора.

Картины распределений напряжений и деформаций корпуса и днища модуля пиролиза представлены на рисунках 3-10.

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru

–  –  –

Рисунок 4. Картина распределения деформаций в корпусе модуля пиролиза с концентратором © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело».

2015. №3 http://www.ogbus.ru

–  –  –

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru Рисунок 7. Картина распределения напряжений в корпусе модуля пиролиза с дымовой трубой вдоль концентратора Рисунок 8. Картина распределения деформаций в корпусе модуля пиролиза с дымовой трубой вдоль концентратора © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru Рисунок 9. Картина распределения напряжений в днище модуля пиролиза с дымовой трубой вдоль концентратора Рисунок 10. Картина распределения деформаций в днище модуля пиролиза с дымовой трубой вдоль концентратора Исследования НДС модуля пиролиза с учетом нелинейности свойств материала показали эффективность применения дымовой трубы, приваренной к днищу вдоль концентратора, как и в конструкции без учета нелинейности. В результате такого конструктивного решения получили снижение максимальных напряжений в корпусе модуля пиролиза на © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru 10,8 МПа, а максимальных деформаций на 4,09 мм. Зона концентрации максимальных напряжений в корпусе модуля пиролиза сместилась, при этом наличие дымовой трубы повлияло на снижение величины напряжений, возникающих в зоне отверстий под роторы с лопатками, с 278,0 МПа до 232,7 МПа, то есть на 45,3 МПа, и незначительное увеличение напряжений в зоне соединения днища с торцевой стенкой корпуса на 16,6 МПа, которые достигли 267,2 МПа.

Анализ напряженно-деформированного состояния днища модуля пиролиза в результате размещения дымовой трубы вдоль сопряжения седлообразных днищ показал незначительное увеличение максимальных напряжений на 14,7 МПа и снижение значений максимальных деформаций на 0,79 мм. Зона концентрации максимальных деформаций изменила дислокацию.

В углах днища модуля пиролиза деформации уменьшились на 2,07 мм, а в середине верхней кромки днища увеличились на 0,4 мм.

Таким образом, размещение в конструкции модуля пиролиза дымовой трубы вдоль сопряжения седлообразных днищ при несущественных изменениях максимальных напряжений и деформаций в днище повлияло на значительное снижение максимальных деформаций в корпусе модуля пиролиза, а, значит, подобное конструктивное решение является рациональным и не требующим значительных капитальных вложений.

Сравнивая результаты анализа напряженно-деформированного состояния модуля пиролиза и его днища с учетом и без учета нелинейности свойств материала, видно, что характер распределения напряжений и деформаций в целом осталась прежней, при этом максимальные значения напряжений снизились значительно, а максимальные значения деформаций несколько увеличились. Это объясняется тем, что внесение параметров нелинейности свойств материала в исследуемую конечно-элементную модель позволяет произвести НДС модуля пиролиза с учетом его работы в © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru упругопластической зоне, а также учесть пластические (необратимые) деформации, возникающие в конструкции.

Картины распределения пластических деформаций корпуса и днища модуля пиролиза МУТП нефтяного шлама представлены на рисунках 11-12, соответственно.

Рисунок 11. Картина распределения пластических деформаций в корпусе модуля пиролиза с дымовой трубой Рисунок 12. Картина распределения пластических деформаций в днище модуля пиролиза с дымовой трубой © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru На рисунках 13 – 16 представлены зависимости напряжений и деформаций корпуса модуля пиролиза от толщины стенки с учетом и без учета нелинейности свойств материала при высоких температурах.

–  –  –

Рисунок 14. Зависимость напряжений в корпусе модуля пиролиза от толщины стенки с учетом нелинейности свойств материала © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru мм

–  –  –

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru На рисунках 17 – 20 представлены зависимости напряжений и деформаций днища модуля пиролиза от толщины стенки.

–  –  –

Рисунок 18. Зависимость напряжений в днище модуля пиролиза от толщины стенки с учетом нелинейности свойств материала © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru мм

–  –  –

Рисунок 20. Зависимость деформаций в днище модуля пиролиза от толщины стенки с учетом нелинейности свойств материала © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru В результате проведенных исследований НДС конструкции модуля пиролиза МУТП нефтяных шламов с учетом и без учета нелинейности свойств материала в зависимости от толщины стенки было установлено, что дымовая труба положительно влияет на НДС корпуса модуля пиролиза независимо от толщины стенки. Учитывая полученные зависимости, представленные на рисунках 13 – 16, можно утверждать, что наиболее приемлемой толщиной стенки модуля пиролиза для заданных габаритов является 15 мм, так как при этом достигаются минимальные напряжения и минимальные деформации конструкции модуля пиролиза.

Исследования напряженно-деформированного состояния днища модуля пиролиза показали, что при применении параметров нелинейности материала характер изменения максимальных деформаций днища в зависимости от толщины стенки остался неизменным (рисунки 19-20), но при этом наличие дымовой трубы, приваренной к днищу модуля пиролиза вдоль концентратора, приводит к снижению максимальных деформаций самого днища. Параметры нелинейности материала повлияли на характер распределения напряжений в днище модуля пиролиза: с увеличением толщины стенки максимальные напряжения снижаются. Данная особенность в незначительной степени влияет на конечный результат, так как наибольшие напряжения появляются в корпусе модуля пиролиза.

Поэтому можно утверждать, что исследования напряженнодеформированного состояния модуля пиролиза, реализующего способ низкотемпературного пиролиза переработки нефтяных шламов с учетом параметров нелинейности свойств материала согласуются в достаточной степени с результатами расчетов без учета нелинейности свойств материала при высоких температурах, но дополнительно позволяют оценить картину распределения и величину пластических деформаций.

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru

–  –  –

1 Выявлено, что для конструкции модуля пиролиза, как с дымовой трубой, так и с концентратором, наиболее напряженными участками являются зона контакта днища с корпусом и зона около люка выгрузки сухого остатка.

2 Установлено, что использование в расчетной конечно-элементной модели параметров нелинейности свойств материала приводит к значительному снижению значений максимальных напряжений и к некоторому увеличению деформаций.

3 В конструкции модуля пиролиза с учетом нелинейности свойств материала дымовая труба, приваренная к днищу модуля пиролиза вдоль концентратора, также как и в конструкции без учета нелинейности материала, позволяет получить положительный эффект в виде снижения напряжений и деформаций. При установившемся технологическом режиме в конструкции модуля пиролиза с учетом нелинейности свойств материала дымовая труба приводит к снижению максимальных напряжений в корпусе модуля пиролиза на 10,8 МПа и максимальных деформаций на 4,09 мм, а в днище модуля пиролиза, при незначительном изменении максимальных напряжений, к снижению максимальных деформаций на 0,79 мм.

4 Учет параметров нелинейности материала на характер распределения напряжений и деформаций конструкции модуля пиролиза влияет незначительно, но позволяет оценить значения пластических деформаций при работе в упруго-пластической зоне.

Список используемых источников 1 Современные методы переработки нефтешламов/ Ягафарова Г.Г. [и др.] М.: Химия, 2010. 190 с.

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru 2 Инженерная экология в нефтегазовом комплексе/ Ягафарова Г.Г. [и др.] Уфа: изд-во УГНТУ, 2007. 334 с.

3 Жаров О.А., Лавров В.Л. Современные методы переработки нефтешламов// Экология производства. 2004. № 5. С. 43-51.

4 Ягафарова Г.Г., Шахова Ф.А., Мухамадеева А.И. Воздействие нефтедобывающей промышленности на состояние окружающей природной среды// Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: материалы междунар. науч.-техн. конф. Уфа: изд-во УГНТУ, 2008. С. 279.

5 Глезин И.Л., Петров В.Н., Тимофеев Т.А.. Пиролиз твердых отходов нефтеперерабатывающей промышленности. М.:

ЦНИИТЭнефтехим, 1981. 56 с.

6 Оценка напряженно-деформированного состояния усовершенствованной конструкции модульной установки термической переработки нефтяных шламов [Электронный ресурс] / Байрамгулов А.С.

[и др.] // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. 2014. № 5. С. 238-264.

Режим доступа: http://ogbus.ru/issues/5_2014/ogbus_5_2014_p238BairamgulovAS_ru_en.pdf 7 Оптимизация конструкции модульной установки термической переработки нефтяных шламов / Байрамгулов А.С. [и др.] // «Нефтегазовое дело». 2014. Т. 12 № 3. С. 87-97.

8 ГОСТ 5949-75 - Сталь сортовая и калиброванная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. ТУ.

9 ГОСТ 7350-77- Сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. ТУ.

10 Центральный металлический портал РФ/ URL: http://metallicheckiyportal.ru/marki_metallov/stj/20X23H18 © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru References 1 Sovremennyie metodyi pererabotki nefteshlamov/ Yagafarova G.G.

[i dr.] M.: Himiya, 2010. 190s. [in Russian].

2 Inzhenernaya ekologiya v neftegazovom komplekse/ Yagafarova G.G.

[i dr.] Ufa: izd-vo UGNTU, 2007. 334s. [in Russian].

3 Zharov O.A., Lavrov V.L. Sovremennyie metodyi pererabotki nefteshlamov// Ekologiya proizvodstva. 2004. № 5. S. 43-51. [in Russian].

4 Yagafarova G.G., Shahova F.A., Muhamadeeva A.I. Vozdeystvie neftedobyivayuschey promyishlennosti na sostoyanie okruzhayuschey prirodnoy

sredyi// Aktualnyie problemyi tehnicheskih, estestvennyih i gumanitarnyih nauk:

materialyi mezhdunar. nauch.-tehn. konf. Ufa: izd-vo UGNTU, 2008. S. 279.

[in Russian].

5 Glezin I.L., Petrov V.N., Timofeev T.A. Piroliz tverdyih othodov neftepererabatyivayuschey promyishlennosti. M.: TsNIITEneftehim, 1981. 56 s.

[in Russian].

6 Bayramgulov, A.S. Otsenka napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya usovershenstvovannoy konstruktsii modulnoy ustanovki termicheskoy pererabotki neftyanyih shlamov [Elektronnyiy resurs]/ A.S. Bayramgulov, S.G. Zubairov, R.R. Tlyasheva, R.Sh. Halitov // Elektronnyiy nauchnyiy zhurnal «Neftegazovoe delo». 2014. №5. S. 238-264.

Rezhim dostupa: http://ogbus.ru/issues/5_2014/ogbus_5_2014_p238BairamgulovAS_ru_en.pdf [in Russian].

7 Bayramgulov, A.S. Optimizatsiya konstruktsii modulnoy ustanovki termicheskoy pererabotki neftyanyih shlamov [Tekst] / A.S. Bayramgulov, S.G.

Zubairov, R.R. Tlyasheva, R.Sh. Halitov // «Neftegazovoe delo». 2014. T. 12.

№ 3. S. 87-97 [in Russian].

8 GOST 5949-75 - Stal sortovaya i kalibrovannaya korrozionno-stoykaya, zharostoykaya i zharoprochnaya. Tehnicheskie usloviya [in Russian].

9 GOST 7350-77-Stal tolstolistovaya korrozionno-stoykaya, zharostoykaya i zharoprochnaya. Tehnicheskie usloviya [in Russian].

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru 10 Tsentralnyiy metallicheskiy portal RF/ URL: http://metallicheckiyportal.ru/marki_metallov/stj/20X23H18 [in Russian].

Сведения об авторах About the authors Байрамгулов А.С., ассистент кафедры «Механика и конструирование машин», ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Уфа, Российская Федерация A.S. Bairamgulov, Assistant of the Chair “Mechanics and Machine Construction” FSBEI НРЕ USPTU, Ufa, the Russian Federation e-mail: zamich@yandex.ru Зубаиров С.Г., д-р техн. наук, заведующий кафедрой «Механика и конструирование машин», ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Уфа, Российская Федерация S.G. Zubairov, Doctor of Engineering Sciences, Head of the Chair “Mechanics and Machine Construction”, FSBEI НРЕ USPTU, Ufa, the Russian Federation Тляшева Р.Р., д-р техн. наук, профессор кафедры «Технологические машины и оборудование», ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Уфа, Российская Федерация R.R. Tlyasheva, Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Chair “Production Machines and Equipment”, FSBEI НРЕ USPTU, Ufa, the Russian Federation © Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. №3 http://www.ogbus.ru




Похожие работы:

«Факультет Естественных наук Медико-биологических дисциплин Биологии и экологии Выпускающая кафедра Органической и биологической химии Направление 050100 Педагогическое образование Профиль подготовки Биология и Химия Идентификационный № 11Б1302 г. Тула, 2013 г. Стр. 1 из 20 "Название профиля" Идентификаци...»

«Хайбрахманов Тимур Салаватович КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ БАЗА ДАННЫХ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ Специальность 25.00.33 – картография Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук Научн...»

«Приложение 3 к приказу Минздрава Кыргызской Республики от 28.04.2015 года №212 ИНСТРУКЦИЯ О МЕТОДАХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ МЕНИНГОКОККОВОЙ ИНФЕКЦИИ И БАКТЕРИАЛЬН...»

«Внеклассное мероприятие для учеников 1-4 классов " Помоги птицам перезимовать" Цель: Расширить знания детей о птицах, вызвать сочувствие к голодающим и замерзающим зимой птицам, учить проявлять заботу к ним.Задачи: Образовательные: Формирование экологического представления детей об окружающем мире. 1. Обеспечит...»

«Православие Православная версия происхождения зла "Мельников И.В." Православная версия происхождения зла / "Мельников И.В.", 2012 — (Православие) ISBN 978-5-457-19379-6 В основе всех религий лежит понимание того, что такие совершенные и сложно устроенные создания, как мы с вами...»

«СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, 3 УДК 633.11+633.3:631.559:631.524 О ВЗАИМОСВЯЗИ УРОЖАЙНОСТИ С СОДЕРЖАНИЕМ БЕЛКА В ЗЕРНЕ У ЗЕРНОВЫХ И БОБОВЫХ КУЛЬТУР (обзор литературы) О.В. КРУПНОВА Рассмотрено современное состояние исследований и причины отрицательной корреляции между величиной урожая и белков...»

«Семинар-Диалог по оценке коллективных действий в области сохранения биоразнообразия Панахачель, Гватемала | 11-13 июня 2015 Краткий отчет Сопредседателей. Эдгар Сельвин Перес и Мария Шульц. Сопредседатели Правительство Гватемалы и Секретариат Конвенции о Приглашающая сторона Биологическом Разнообразии (СКБР). Программа Устойчивости и Развити...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа № 6" Принято Утверждено на педагогическом совете приказом МБОУ "СОШ№6" протокол от 29.05.2017г. № 5 29.05.2017г № 153о РАБОЧАЯ ПРОГРАММА у...»























 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

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.