ПНИПУ: найден способ снизить вибрации в водородных трубопроводах
Развитие "зеленой" энергетики и отказ от углеродного топлива упираются в проблему безопасной транспортировки водорода. Этот газ в семь раз легче природного, поэтому в трубопроводах его приходится перекачивать под высоким давлением. В результате на изгибах и неровностях возникают сильные вибрации, которые ускоряют усталость металла и повышают риск утечек. Ученые Пермского Политеха разработали уникальную методику проектирования внутренних элементов трубопроводов, позволяющую эффективно подавлять такие колебания. Аналогов этой разработки в мире пока нет. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Традиционно для снижения вибраций внутри труб применяют специальные металлические перегородки. Но решения, хорошо зарекомендовавшие себя для природного газа или воздуха, оказываются неэффективными для водорода. Более того, они могут усиливать колебания и ускорять износ конструкции.
Исследователи Пермского Политеха создали цифровую модель участка трубопровода с несколькими внутренними перегородками и впервые подробно изучили их поведение именно в потоке водорода. В виртуальном эксперименте ученые сравнили три варианта первой перегородки — сплошную и с отверстиями разного диаметра, а также оценили, как вибрации передаются на последующие элементы конструкции.
"Мы увидели, что перегородка с отверстиями действительно вибрирует слабее, но энергия колебаний не исчезает, а передается дальше по трубе. В результате следующая сплошная пластина может колебаться даже сильнее первой", — пояснил декан аэрокосмического факультета ПНИПУ Владимир Модорский.
Моделирование показало, что для водородных трубопроводов наиболее эффективна не пара, а цепочка из трех и более сплошных перегородок. Такое последовательное гашение позволяет снизить уровень вибраций на участке трубы примерно в два раза и существенно уменьшить нагрузку на металл.
Для проверки точности расчетов модель многократно усложняли, уменьшая размер расчетных ячеек, и сравнивали результаты с данными для других газов. "Когда показатели перестали меняться при дальнейшем уточнении сетки, стало ясно, что модель стабильно и корректно описывает процесс", — отметила аспирант ПНИПУ Маргарита Серегина.
Методика позволит инженерам заранее рассчитывать оптимальное число перегородок, их форму и расположение для конкретных условий эксплуатации. Это может быть использовано при проектировании магистральных водородных трубопроводов, заправочных станций и энергетических установок. По мнению разработчиков, такой подход повысит безопасность водородной инфраструктуры и значительно продлит срок службы оборудования.