Сегодня при прокладке трубопроводов вместо металлических все чаще используются трубы из полимерных композиционных материалов, таких как стекловолокно. Они обладают рядом преимуществ перед предшественниками: высокой коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения для перекачиваемой жидкости, меньшей массой. Однако их поведение в системе трубопроводного транспорта до конца не изучено. Срок службы полимерно-композиционных труб прогнозируется на основе анализа прочности в условиях статической нагрузки, тогда как в системе трубопровода нагрузка носит динамический характер. Чтобы точно оценивать эксплуатационные характеристики полимерных труб, ученые Пермского Политеха разработали методику, учитывающую различные типы напряжения, которое в них возникает. Полевые испытания предложенной методики уже ведутся на нефтедобывающих предприятиях Пермского края.
Статья, подготовленная в соавторстве с учеными Московского Государственного Технического Университета имени Н. Э. Баумана, опубликована в журнале Polymer Science, Series D. Исследование проведено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных научных исследований в соответствии с целями программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
«Сегодня не существует единой устоявшейся методологии оценки и прогнозирования эксплуатационных характеристик трубопроводов из полимерных композитных материалов в условиях, приближенным к реальным. Между тем, нагрузки, вызываемые, к примеру, работой насосов создают динамическое напряжение в теле трубы, которое ведет к появлению микротрещин, а они со временем — к разрушению трубопровода, что мы и наблюдали в ходе исследования на реальных примерах.
Поэтому для дальнейшего расширения сферы применения поликомпозитных труб необходимо доработать созданную экспериментальную и теоретическую базу, которая принимала бы во внимание влияние всех видов потенциальной нагрузки и различные размеры труб», — объясняет один из авторов методики, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», профессор, доктор технических наук Алексей Сальников.
Эксперимент по нагружению труб из стеклопластика диаметром 75 и 130 миллиметров проводился с помощью спроектированной учеными установки. Она включает в себя систему создания нагрузки внутренним давлением, систему ударного (импульсного) нагружения образца и другие элементы, позволяющие воспроизвести не только статическое давление, но и разные виды динамической нагрузки на трубу.
Измерять эксплуатационные характеристики труб ученые предложили виброакустическим методом. Для этого образец помещается в экспериментальную установку, где под воздействием создаваемой нагрузки в образце возникает виброакустическое поле. Его сигналы регистрируются датчиками и обрабатываются специализированным ПО. Расшифрованная информация о возникших под действием внешних сил вибрациях в трубах позволяет оценить наличие в них дефектов и повреждений. Предложенный метод уже проходит полевые испытания на трубопроводах ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ».