[发明专利]一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法

摘要

本发明公开了一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移计算方法。现有计算方法移植性差且求解困难。本方法可根据天然气管道悬索跨越结构的基础参数，通过代数运算快速获得其清管过程中的位移，解决了上述问题。其步骤是：收集天然气管道悬索跨越结构及其清管预案的基础数据；根据基础数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道特殊位置处的等效位移长度；根据插值公式计算任意位置处的等效位移长度；将等效位移长度代入位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移随时间变化的关系式。本发明计算方法简便，计算结果能表达不同时间不同位置处跨越管道的位移量，为天然气管道悬索跨越结构清管安全评价提供了管治依据。

主权项

1.一种天然气管道悬索跨越结构清管过程中的位移曲线计算方法，包括以下步骤：步骤一，根据天然气管道设计资料、清管运行方案以及现场踏勘，收集天然气管道悬索跨越结构的跨长、跨越管道的外直径、清管器到达跨越结构起始点的速度、清管器到达跨越结构起始点时其前端的液柱长度、清管器到达跨越结构起始点时其前端液柱的平均持液率；步骤二，根据步骤一收集到的数据计算等效跨长系数、弗劳德数以及跨越管道在1/4跨、1/2跨和3/4跨处的等效位移长度，具体实现步骤为：(1)等效跨长系数：式中——等效跨长系数，无量纲；Ls——清管器前液弹长度，m；Lp——为跨越结构长度，m；Hl——为液弹区的平均持液率，无量纲；(2)弗劳德数：式中Fr——弗劳德数，无量纲；vp——清管器运行速度，m/s；d——管道外径，m；g——重力加速度，取9.8m/s2；(3)1/4跨、1/2跨和3/4跨处的等效位移长度：式中——距跨越结构起始位置x处的等效位移长度，此处，x仅可取1/4跨长、1/2跨长和3/4跨长，无量纲；——等效跨长系数，无量纲；Fr——弗劳德数，无量纲；p1、p2、p3、p4、p5——计算参数，取值见表1，无量纲；表1等效位移长度计算公式中的各参数取值位置p₁p₂p₃p₄p₅1/4跨3.8141×10^‑94.9298×10^‑3‑0.014520.015912.1325×10^‑61/2跨‑1.2348×10^‑85.0874×10^‑3‑0.009240.008151.6389×10^‑63/4跨1.0552×10^‑84.7645×10^‑3‑0.011020.011021.8232×10^‑6步骤三，根据插值公式计算管道任意位置处的等效位移长度，具体实现步骤为：(1)跨头至1/2跨间任意位置处的管道位移插值公式为：式中——距跨越结构起始位置x处的等效位移长度，无量纲；x——计算位置与跨越结构起始点间的距离，m；——1/4跨和1/2跨处的等效位移长度，无量纲；Lp——为跨越结构长度，m；1/2跨至跨尾间任意位置处的管道位移插值公式为：式中——距跨越结构起始位置x处的等效位移长度，无量纲；x——为计算位置与跨越结构起始点间的距离，m；——1/2跨和3/4跨处的等效位移长度，无量纲；Lp——为跨越结构长度，m；步骤四，将计算得到的等效位移长度代入到天然气管道悬索跨越结构清管过程的位移曲线计算公式中，得到清管过程中管道不同位置处的位移值，天然气管道悬索跨越结构清管过程的位移曲线计算公式如下所示：式中utx——距跨越结构起始位置x处在t时刻的位移，m；——距跨越结构起始位置x处的等效位移长度，无量纲；u0——初始位移幅值，无特殊说明时均为0，m；x——计算位置与跨越结构起始点间的距离，m；Lp——为跨越结构长度，m；Ls——清管器前液弹长度，m；t——清管持续时间，s；vp——清管器运行速度，m/s。