Protection of pipeline bridges against vibrations caused by a water hammer

• Autorzy: Imiełowski S. , Śniegocki B.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.017.005

Warianty tytułu

PL

Zabezpieczenie mostów rurociągowych przed drganiami wywołanymi uderzeniem hydraulicznym

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W systemach transportu rurociągowego mosty są obiektami, bardziej niż inne elementy instalacji, narażonymi na działanie obciążeń wyjątkowych i związane z nimi awarie. Przykładem takiego obciążenia jest uderzenie hydrauliczne, zjawisko polegające na gwałtownej zmianie ciśnienia cieczy spowodowanej np. nagłym zamknięciem lub otwarciem zaworu, awarią pomp lub nagłym wyłączeniem energii elektrycznej. W artykule omówiono przyczyny uderzenia hydraulicznego i możliwe zniszczenia nim spowodowane. Zawarto przegląd aktualnie stosowanych metod ochrony przed uderzeniem hydraulicznym i wskazano możliwości rozwoju konstrukcji służących do tego urządzeń. Wykonano porównanie efektywności trzech wybranych systemów ochrony przed uderzeniem hydraulicznym. W pracy zwrócono uwagę na fakt, że w przypadku mostów rurociągowych o dużych rozpiętościach, zwłaszcza mostów wiszących, częstości drgań własnych mostu mogą odpowiadać częstościom zmian ciśnienia fali uderzenia hydraulicznego i być powodem wzmocnienia drgań rurociągu. Wskazano na możliwości redukcji drgań rurociągu przez zastosowanie eliminatorów drgań lub elastycznych podpór. Podkreślono wagę wnikliwej analizy dynamicznej konstrukcji, wyznaczenia spektrum częstości własnych i odpowiadających im kształtów form własnych.

EN

In pipeline systems, bridges are much more exposed to exceptional loadings and related failures than other elements of hydraulic plants. Water hammer, a phenomenon of abrupt change in fluid pressure caused by e.g. the sudden closing or opening of a valve, pump failure or a power cut, is an example of such loading. The reasons for this phenomenon and the possible failure it can cause are discussed in the article. An overview of the currently used protection methods against a water hammer and the possibilities to improve the construction of the devices that are used for such protection are shown. The effectiveness of three selected systems of protecting against a water hammer is discussed in detail. It is underlined that in the case of large-span pipeline bridges, especially suspension bridges, natural frequencies of the bridge can coincide with the frequency of the fluid pressure wave caused by a water hammer. This resonance can cause excitation of pipeline bridge vibrations. The possibilities of eliminating pipeline vibrations by applying vibration absorbers or flexible supports are pointed out. The importance of the need of detailed structural dynamic analysis and the determination of eigenfrequencies with their corresponding eigenforms is highlighted.

Słowa kluczowe

PL

częstości drgań własnych rurociągowych mostów wiszących; mosty rurociągowe; ochrona przed uderzeniem hydraulicznym; uderzenie hydrauliczne

EN

eigenfrequencies of pipeline suspension bridges; pipeline bridges; protection against water hammer; water hammer

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 16, no. 1
• Strony: 65--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Imiełowski S.

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

autor

Śniegocki B.

• Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

Bibliografia

• 1. www.wrocław.naszemiasto.pl, 11.04.2016
• 2. www.wikimapia.org/29138573/Pipeline-Bridge, 10.02.2017
• 3. www.wgospodarce.pl, 16.07.2013
• 4. Prokopowicz D., Bryja D.: Wiszące mosty rurociągowe – historia i przegląd stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Przegląd Budowlany, 9, 2015, 30-37
• 5. www.bridgemeister.com, 10.02.2017
• 6. Scott R.: In the wake of Tacoma: Suspensions bridges and the quest for Aerodynamics Stability. ASCE, 2001
• 7. Trebuňa F., Bocko J., Delyová I., Sivák P.: Application of Computational Methods and Methods of Experimental Stress Analysis for Determination of Lifespan of Pipe Yards. Acta Mechanica Slovaca, 15, 4, 2011, 52-57
• 8. Trebuňa F., Bocko J., Delyová I., Sivák P.: Quantification of Force Effects in Dynamically Loaded Pipe Systems. American Journal of Mechanical Engineering, Vol. 1, No. 7, 2013, 398-402
• 9. Sivak P., Delyova I., Hroncova D.: ESA as a Significant Tool for Intensification of Structural Elements of Pipe Systems. American Journal of Mechanical Engineering, Vol. 3, No. 6, 2015, 261-266
• 10. Mitosek M.: Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. OWPW, Warszawa 2007
• 11. Allaf K.: Ważne kryteria do obniżenia kosztu systemów ochrony długich linii transportu wody. Napędy i sterowanie, 6, 2015, 80-85
• 12. Dudlik A., Handajani Schönfeld S.B., Schlüter S., Fahlenkamp H., Prasser H.M.: Prevention of Water Hammer and Cavitational Hammer in Pipeline System. Chemical Engineering and Technology, 25, 9, 2002, 888-890
• 13. http://www.tlv.com/global/TI/steam-theory/what-is-waterhammer.html, 10.02.2017
• 14. Mitosek M., Szymkiewicz R.: Wave Damping and Smoothing in the Unsteady Pipe Flow. ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 138, No.7, 2012, 609-628
• 15. www.stcvalve.com/Air_Actuated_valve_specification-2KS.htm, 10.02.2017
• 16. www.aquadevice.com/english/04valve_slsn1.htm, 10.02.2017
• 17. US Patent 005746246A, Water hammer preventing check valve, Yokota et all., 1998
• 18. Mitosek M., Roszkowski A.: Empirical Study of Water Hammer in Plastics Pipes, Plastics Pipes X. Proceedings of the “Plastics Pipeline Systems for the Millenium” Conference, The Institute of Materials, London/Goeteborg, 1998, 233-248
• 19. Mitosek M., Kodura A., Kołakowska A., Wrzosek K.: Analiza doświadczalna zdolności tłumienia fali ciśnienia wywołanej uderzeniem hydraulicznym w przewodzie stalowym poprzez zastosowanie rurowego tłumika HDPE. Prace statutowe ZBWiH PW, 2013
• 20. Kodura A.: An Analysis of the Impact of Valve Closure Time on the Course of Water Hammer. Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, Vol. 63, No. 1, 2016, 35-45
• 21. Kowalski P.: Analiza zdolności tłumienia uderzenia hydraulicznego w rurociągu stalowym z bocznikiem z tworzywa sztucznego. Praca doktorska, Politechnika Gdańska, 2007
• 22. Imiełowski Sz., Kodura A., Glinicka A., Ajdukiewicz C.: Experimental Study on Mechanical Properties of Polyethylene HDPE in Conditions of Hydraulic Impact Simulation. Solid State Phenomena, Vol. 240, 2016, 149-154
• 23. Imiełowski Sz., Kodura A., Glinicka A., Ajdukiewicz C.: Influence of Hydraulic Impact on Mechanical Properties of Polyethylene MDPE and PCV Pipes. Engineering Transactions, 2017 (in print)
• 24. Mitosek M., Kodura A.: Wpływ długości rurociągu na rozpraszanie energii uderzenia hydraulicznego. Zeszyty Naukowe PW, seria: Inżynieria Środowiska, z. 32, 2000, 63-80
• 25. Kaminaka R., Kuwata Y.: Damage Mechanism of the Nakagawa Water-pipe Bridge during the 2011 off The Pacific Coast of Tohoku Earthquake. 15 WCEE, Lisbona, Portugal, 2012, http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_1886.pdf, 10.02.2017
• 26. Collins M.G., Hart J.D.: The impact of High Frequency Wind-Induced Vibration on Arctic Pipeline Systems. SSD Inc., Reno, Nevada, USA, 1992,
• 27. http://www.ssdinc.com/documents/ISOPE2006-NA-02%20-030406.pdf, 10.02.2017
• 28. Norris M.A., Keith R., Ptak B., Zamora A., Hart D.J.: Implementation of Tuned Vibration Absorbers for Above Ground Pipeline Vibration Control. Proceedings of the IPC 2000 ASME International Pipeline Conference, October 1-5, 2000, Calgary, Alberta, Canada, Vol. 1, 115-121 http://solarenergyengineering.asmedigitalcollection.asme.org/pdfaccess.ashx?ResourceID=13598931&PDFSource=13, 10.02.2017

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).