Научное направление:
«Влияние гидрофобности на транспортирующую способность трубопроводов»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
При ремонте ветхих трубопроводов бестраншейными методами используют внутренние защитные покрытия, которые наносятся на стенки труб. Эти покрытия выполнятся преимущественно из полимерных материалов. Они должны обеспечивать герметичность трубы, структурную целостность, способность сопротивляться различным внешним и внутренним нагрузкам, а также обладать определенными гидравлическими свойствами, позволяющими беспрепятственно транспортировать жидкости, повышая тем самым эффекты энергосбережения и ресурсосбережения. До недавнего времени в приложении к трубопроводам транспорта природных и сточных вод не рассматривались вопросы степени гидрофобности подобных защитных покрытий. Проведенные эксперименты (на 2 запатентованных автором стендах (патенты РФ 157695 за 2015 год, 176330 за 2018 год), с использованием запатентованной программы для ЭВМ (2017612281 за 2017) с различными типами защитных покрытий из гидрофобных материалов позволили сделать вывод, что данное направление работы оправданно и позволяет обеспечить минимальные гидравлические сопротивления при течении жидкости при обоснованной увязке степени гидрофобности защитных покрытий с их гидравлическими характеристиками и геометрическими параметрами потока жидкости. Написание публикаций по данной тематике в журналах, индексируемых Scopus, и получаемые отзывы свидетельствуют о практической значимости выбранного направления научных исследований.
Актуальным вопросом является также исследование рельефа гидрофобных поверхностей скольжения защитных покрытий для повышения самоочищающей способности трубопроводов. Этот аспект также входит в перечень настоящего научного направления, так как является недостаточно проработанным как в плане экспериментальных исследований так и теоретических обоснований. В связи с возрастающей потребностью совершенствования методов реновации трубопроводного транспорта с использованием современных типов защитных покрытий вопрос изучения транспортирующей способности остается востребованным.
Актуальным вопросом является также исследование рельефа гидрофобных поверхностей скольжения защитных покрытий для повышения самоочищающей способности трубопроводов. Этот аспект также входит в перечень настоящего научного направления, так как является недостаточно проработанным как в плане экспериментальных исследований так и теоретических обоснований. В связи с возрастающей потребностью совершенствования методов реновации трубопроводного транспорта с использованием современных типов защитных покрытий вопрос изучения транспортирующей способности остается востребованным.
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
1.Orlov V., Zotkin S. Trenchless Technology Application of Protective Coatings That Provide Energy Savings Associated with Transport of Water via Pipelines. //Springer, Cham; EMMFT 2017, vol. 692
При использовании современных оперативных и экономичных бестраншейных технологий для восстановления старых трубопроводов систем водоснабжения и напорного водоотведения наряду с задачами обеспечения необходимых прочностных характеристик особое внимание уделяется поддержанию или улучшению гидравлических показателей, в частности степени гидрофобности. Величины этих показателей оказывают существенное влияние на достижение эффекта энергосбережения при транспортировке вод в напорных трубопроводных системах.
В статье представлен анализ бестраншейных технологий и различных типов внутренних защитных покрытий трубопроводов, используемых в качестве ремонтных материалов, на предмет обеспечения ими эффекта энергосбережения при транспортировке вод. В качестве защитных покрытий рассмотрены круглые и деформированные в профиле трубы, напыляемые облицовки на основе неорганических и органических гидрофобных материалов. Сформировано понятие потенциала энергосбережения при использовании защитных покрытий в приложении к бестраншейному ремонту напорных трубопроводов систем водоснабжения и методика его определения из расчета на погонный метр длины трубопровода в год. На базе разработанной автоматизированной программы проведена комплексная оценка энергоэффективной технологии Swagelining, заключающейся в протаскивании в ветхий трубопровод новых полимерных труб с их предварительным термомеханическим сжатием. Представлены алгоритм определения ряда геометрических и энергетических параметров, в частности, толщины стенки протаскиваемой полиэтиленовой трубы после операций сжатия и распрямления в ветхом трубопроводе, а также динамика изменения потерь напора до и после проведения ремонтных работ на трубопроводе методом Swagelining при широком диапазоне величин SDR, устанавливающих отношение диаметра к толщине стенки трубы. Полученные по результатам автоматизированного расчета данные свидетельствуют о том, что, осуществляя реновацию старых трубопроводов по технологии Swagelining, можно добиться требуемого эффекта как с технической точки зрения (полное восстановление структуры старого участка трубопроводной сети путем удаления дефектов), так и экономической путем достижения существенного эффекта энергосбережения.
2.Orlov V. Pipeline wall hydrophobic properties study and there protective coatings used in trenchless technologies //MATEC Web of Conferences 86, 04020 (2016), IPICSE-2016, 04020 (2016), p. 1-8
В статье представлены результаты натурных и теоретических исследований по определению степени гидрофобности внутренних стенок труб в статических и динамических условиях. Определен характер растекания капель воды при контакте с горизонтальной и вогнутой поверхностями из различных материалов с определением краевых углов (с помощью фото-кинотехники и математической обработки результатов). Исследован характер течения образующегося при достижении критической массы жидкости минипотока по наклонной поверхности в виде открытого желоба. Определены геометрические параметры фронтальных и коаксиальных (вдоль потока) проекций минипотока, исследованы его геометрические размеры и гидравлические характеристики. Представлена и описана конструкция опытного стенда по исследованию гидрофобности защитных покрытий и приведена методика оценки гидрофобности рабочих поверхностей трубопроводов через показатель относительного коэффициента гидрофобности. Установлены гидравлические закономерности течения минипотока. Представлены формулы расчета относительного коэффициента гидрофобности рабочих поверхностей. Выявлены связи степени гидрофобности различных покрытий, используемых при бестраншейных методах реновации трубопроводов, с коэффициентами относительной шероховатости. Представлены предложения об использовании методики оценки степени относительной гидрофобности для определения гидравлических показателей труб и защитных покрытий трубопроводов на малогабаритных установках.
3. V. Orlov, S. Zotkin, I. Dezhina and I. Zotkina
Calculation of the hydraulic characteristics of the protective coating used in trenchless technologies for the construction and renovation of pipelines to extend their service life //MATEC Web of Conferences 117, 00185 (2017)
Срок службы трубопровода, который подвергается бестраншейному ремонту путем протягивания и закрепления в нем различных видов защитных покрытий, определяется прочностными характеристиками двухслойной конструкции старый трубопровод + внутреннее защитное покрытие». Однако для продления службы восстановленного трубопровода, определенную роль могут сыграть гидравлические параметры защитных покрытий, к которым относят и степень гидрофобности (водоотталкивания). При высокой степени гидрофобности защитного покрытия контакт транспортируемой жидкости со стенками трубопровода при его эксплуатации в безнапорном режиме уменьшается, что приводит к снижению негативного воздействия на стенки, в частности, их истирания, взаимодействия со структурой материала покрытия, что в свою очередь отражается на снижении энергетических затрат при транспортировке воды. В статье проведено математическое описание взаимодействия структуры поверхности (со свойственной только ей способностью смачивания) и транспортируемой жидкостью в минипотоке, создаваемом на наклонном открытом лотке, имитирующим внутреннюю поверхность трубопровода. Теоретические положения и методика расчета степени гидрофобности базируются на экспериментальных исследованиях, полученных в результате фронтальной и коаксиальной (вдоль потока) цифровой фото и видеосъёмки. Алгоритм расчета гидрофобности и гидравлических показателей включает ряд формул, позволяющих определить промежуточные гидравлические и геометрические параметры с выходом на степень относительной гидрофобности и коэффициенты относительной шероховатости и гидравлического трения, которае являются базовыми показателями при проектировании и проведении гидравлического трубопроводных систем. Разработанная авторами автоматизированная программа иллюстрирует результаты расчета. Приведены в качестве примера результаты расчета степени гидрофобности и гидравлических характеристик защитного покрытия фирмы Пер-Аарслефф (Дания).
При использовании современных оперативных и экономичных бестраншейных технологий для восстановления старых трубопроводов систем водоснабжения и напорного водоотведения наряду с задачами обеспечения необходимых прочностных характеристик особое внимание уделяется поддержанию или улучшению гидравлических показателей, в частности степени гидрофобности. Величины этих показателей оказывают существенное влияние на достижение эффекта энергосбережения при транспортировке вод в напорных трубопроводных системах.
В статье представлен анализ бестраншейных технологий и различных типов внутренних защитных покрытий трубопроводов, используемых в качестве ремонтных материалов, на предмет обеспечения ими эффекта энергосбережения при транспортировке вод. В качестве защитных покрытий рассмотрены круглые и деформированные в профиле трубы, напыляемые облицовки на основе неорганических и органических гидрофобных материалов. Сформировано понятие потенциала энергосбережения при использовании защитных покрытий в приложении к бестраншейному ремонту напорных трубопроводов систем водоснабжения и методика его определения из расчета на погонный метр длины трубопровода в год. На базе разработанной автоматизированной программы проведена комплексная оценка энергоэффективной технологии Swagelining, заключающейся в протаскивании в ветхий трубопровод новых полимерных труб с их предварительным термомеханическим сжатием. Представлены алгоритм определения ряда геометрических и энергетических параметров, в частности, толщины стенки протаскиваемой полиэтиленовой трубы после операций сжатия и распрямления в ветхом трубопроводе, а также динамика изменения потерь напора до и после проведения ремонтных работ на трубопроводе методом Swagelining при широком диапазоне величин SDR, устанавливающих отношение диаметра к толщине стенки трубы. Полученные по результатам автоматизированного расчета данные свидетельствуют о том, что, осуществляя реновацию старых трубопроводов по технологии Swagelining, можно добиться требуемого эффекта как с технической точки зрения (полное восстановление структуры старого участка трубопроводной сети путем удаления дефектов), так и экономической путем достижения существенного эффекта энергосбережения.
2.Orlov V. Pipeline wall hydrophobic properties study and there protective coatings used in trenchless technologies //MATEC Web of Conferences 86, 04020 (2016), IPICSE-2016, 04020 (2016), p. 1-8
В статье представлены результаты натурных и теоретических исследований по определению степени гидрофобности внутренних стенок труб в статических и динамических условиях. Определен характер растекания капель воды при контакте с горизонтальной и вогнутой поверхностями из различных материалов с определением краевых углов (с помощью фото-кинотехники и математической обработки результатов). Исследован характер течения образующегося при достижении критической массы жидкости минипотока по наклонной поверхности в виде открытого желоба. Определены геометрические параметры фронтальных и коаксиальных (вдоль потока) проекций минипотока, исследованы его геометрические размеры и гидравлические характеристики. Представлена и описана конструкция опытного стенда по исследованию гидрофобности защитных покрытий и приведена методика оценки гидрофобности рабочих поверхностей трубопроводов через показатель относительного коэффициента гидрофобности. Установлены гидравлические закономерности течения минипотока. Представлены формулы расчета относительного коэффициента гидрофобности рабочих поверхностей. Выявлены связи степени гидрофобности различных покрытий, используемых при бестраншейных методах реновации трубопроводов, с коэффициентами относительной шероховатости. Представлены предложения об использовании методики оценки степени относительной гидрофобности для определения гидравлических показателей труб и защитных покрытий трубопроводов на малогабаритных установках.
3. V. Orlov, S. Zotkin, I. Dezhina and I. Zotkina
Calculation of the hydraulic characteristics of the protective coating used in trenchless technologies for the construction and renovation of pipelines to extend their service life //MATEC Web of Conferences 117, 00185 (2017)
Срок службы трубопровода, который подвергается бестраншейному ремонту путем протягивания и закрепления в нем различных видов защитных покрытий, определяется прочностными характеристиками двухслойной конструкции старый трубопровод + внутреннее защитное покрытие». Однако для продления службы восстановленного трубопровода, определенную роль могут сыграть гидравлические параметры защитных покрытий, к которым относят и степень гидрофобности (водоотталкивания). При высокой степени гидрофобности защитного покрытия контакт транспортируемой жидкости со стенками трубопровода при его эксплуатации в безнапорном режиме уменьшается, что приводит к снижению негативного воздействия на стенки, в частности, их истирания, взаимодействия со структурой материала покрытия, что в свою очередь отражается на снижении энергетических затрат при транспортировке воды. В статье проведено математическое описание взаимодействия структуры поверхности (со свойственной только ей способностью смачивания) и транспортируемой жидкостью в минипотоке, создаваемом на наклонном открытом лотке, имитирующим внутреннюю поверхность трубопровода. Теоретические положения и методика расчета степени гидрофобности базируются на экспериментальных исследованиях, полученных в результате фронтальной и коаксиальной (вдоль потока) цифровой фото и видеосъёмки. Алгоритм расчета гидрофобности и гидравлических показателей включает ряд формул, позволяющих определить промежуточные гидравлические и геометрические параметры с выходом на степень относительной гидрофобности и коэффициенты относительной шероховатости и гидравлического трения, которае являются базовыми показателями при проектировании и проведении гидравлического трубопроводных систем. Разработанная авторами автоматизированная программа иллюстрирует результаты расчета. Приведены в качестве примера результаты расчета степени гидрофобности и гидравлических характеристик защитного покрытия фирмы Пер-Аарслефф (Дания).