Влияние конвективного усиления на аэроакустические колебания в магистральном газопроводе

Abstract

Актуальность исследования обусловлена возрастающими требованиями к надежности и безопасности магистральных газопроводов. Одним из перспективных методов, обеспечивающих соблюдение этих требований, является оснащение газопроводов системами аэроакустического мониторинга. Данные системы позволяют обнаруживать утечки и механические воздействия на трубу путем регистрации аэроакустических колебаний, распространяющихся в транспортируемом газе. При этом остается актуальным вопрос повышения точности таких систем за счет более полного учета влияния потока газа на аэроакустические колебания, в том числе за счет учета влияния эффекта конвективного усиления. Данный эффект выявлен при исследованиях распространения аэроакустических колебаний в воздуховодах, турбинах, а также при исследованиях распространения звука от движущихся самолетов и скоростных поездов, но не описан применительно к газопроводам. В данной статье приведены экспериментальные данные, подтверждающие влияние конвективного усиления на амплитуду аэроакустических колебаний в магистральном газопроводе, приведено количественное описание влияния данного эффекта, а также показана возможность повышения точности систем аэроакустического мониторинга за счет учета конвективного усиления. Цель: подтверждение наличия эффекта конвективного усиления при распространении аэроакустических колебаний в магистральном газопроводе. Объект: линейная часть магистрального газопровода. Методы: использование системы аэроакустического мониторинга газопроводов для регистрации аэроакустических колебаний при движении очистного внутритрубного устройства и при имитации утечек; сравнение амплитуды аэроакустических колебаний, распространяющихся вверх и вниз по течению транспортируемого газа в газопроводе. Результаты. Экспериментально подтверждено наличие эффекта конвективного усиления амплитуды аэроакустических колебаний, возникающих в газопроводе при движении внутритрубного устройства и имитации утечек; приведена количественная оценка влияния конвективного усиления на амплитуду и отношение сигнал/шум аэроакустических колебаний; приведен примерный расчет, показывающий влияние эффекта конвективного усиления на точность определения линейной координаты источника акустических колебаний в газопроводе. Выводы. При распространении аэроакустических колебаний вверх по течению газа их амплитуда выше, чем при распространении вниз по течению газа, на одинаковом расстоянии от источника. Величина в разнице амплитуд сопоставима с величиной конвективного усиления в количественном выражении. Учет эффекта конвективного усиления повышает точность определения линейной координаты источника акустических колебаний в газопроводе.

The relevance. Increasing requirements for reliability and safety of gas pipelines. One of the promising methods to ensure compliance with these requirements is to equip gas pipelines with aeroacoustics monitoring systems. These systems make it possible to detect leaks and mechanical impacts on a pipe by registering aeroacoustics oscillations, propagating in the transported gas. At the same time, the issue of improving the accuracy of such systems remains relevant. It can be achieved by better consideration of a gas flow impact on aeroacoustics oscillations, taking into account the effect of convective amplification. This effect was revealed in studies of propagation of aeroacoustics oscillations in air ducts, turbines, as well as in studies of sound propagation from moving aircraft and high-speed trains. But it has not been described in relation to gas pipelines. This article presents experimental data confirming the convective amplification impact on the amplitude of aeroacoustics oscillations in the main gas pipeline, quantitative description of influence of this effect. The paper demonstrates the possibility of improving the accuracy of aeroacoustics monitoring systems, taking into account the convective amplification. The main aim. Confirm the presence of the convective amplification effect while the aeroacoustics oscillations propagating in the main gas pipeline. Object. A linear part of the main gas pipeline. Methods. Use of the aeroacoustics monitoring system for registration of aeroacoustics oscillations in the gas pipeline during the movement of a cleaning gauge and at leaks simulation; comparison of the amplitude of aeroacoustics oscillations, propagating up and down the transported gas. Results. The authors confirmed in field experiments the presence of the convective amplification effect during the cleaning gauge movement and leaks simulating. They carried out a quantitative assessment of the convective amplification influence on the aeroacoustics oscillations amplitude. The paper introduces the example of the convective amplification impact on the accuracy of the source of acoustic oscillations location in a gas pipeline. Conclusions. When propagating upstream of the gas the aeroacoustics oscillations amplitude is higher than when propagating downstream of the gas at the same distance from the source. The value in the amplitude difference is comparable to the value of the convective amplification in quantitative terms. Taking into consideration of the convective amplification effect improves the accuracy of determining the linear coordinate of the acoustic oscillations source in the gas pipeline.