حصل ألكسندر بوتابوف، الأستاذ في قسم «إنتاج البناء ونظرية الإنشاءات المعمارية» في جامعة جنوب الأورال الحكومية، على براءة اختراع لجهاز لتخميد الاهتزازات الرنانة لخطوط الأنابيب، وتحديدًا خطوط أنابيب الغاز، من النوع الأرضي.
وُلدت الفكرة للبروفيسور ألكسندر بوتابوف أثناء قيامه بعمل بحثي رسمي بتكليف من شركة «أورغازستروي» المساهمة المحدودة، لدراسة الاستقرار الديناميكي الهوائي لخط أنابيب الغاز الأرضي عالي الضغط كوزنتسكويا-بايرامغولوفوا في حي أرغاياشسكي على جزء من الطريق بالقرب من قرية بايرامغولوفوا.
الحقيقة هي أن الاهتزازات الرنانة، التي تتجلى في اهتزاز الهيكل عبر التدفق عند سرعة رياح معينة، تُشكل خطرًا بالغًا على خط أنابيب الغاز.
«تنفصل الدوامات الهوائية بالتناوب عن السطحين العلوي والسفلي لخط أنابيب الغاز، مما يؤدي إلى اهتزازه في مستوى رأسي. إذا تزامن تردد اهتزازات الرياح مع تردد الاهتزازات الطبيعية للهيكل، فهناك خطر حدوث رنين، كما هو الحال عند التأرجح على أرجوحة,- يوضح البروفيسور ألكسندر بوتابوف، - نتيجةً لذلك، وبسبب تذبذبات الرياح الذاتية، قد يتضرر أنبوب خط أنابيب الغاز بشكل خطير، على سبيل المثال، قد تظهر شقوق، وقد تتلف عناصر التثبيت (المشابك) في الأجزاء الداعمة، وفي بعض الحالات قد ينفصل الأنبوب عن الدعامات».
اقترح البروفيسور بوتابوف وزملاؤه طريقةً لتخميد الاهتزازات باستخدام جهاز على شكل وصلة أحادية الاتجاه: بين دعامات خط أنابيب الغاز، يتم توصيل الأنبوب بكابل مرن بكتلة خرسانية موضوعة على الأرض.
«يقول البروفيسور ألكسندر بوتابوف: نتيجةً لذلك، تُصبح المشكلة الديناميكية الهوائية غير خطية من الناحية الهيكلية. تحدث عملية تثبيط الاهتزاز في كل دورة اهتزاز، وبالتالي، تُواجه سعات إزاحات الاهتزاز في أنبوب خط الأنابيب قيودًا ثابتة أثناء الرنين».
لضمان عدم تجاوز إزاحات الاهتزازات الحد الأقصى المسموح به، يُحدد التباعد الأمثل لأجهزة تخميد الاهتزازات على طول مسار خط أنابيب الغاز العلوي باستخدام حسابات مبنية على نماذج رياضية ومحاكاة حاسوبية. في المتوسط، بالنسبة لأنبوب قطره 100 إلى 250 ملم، يتراوح عدد أجهزة تخميد الاهتزازات بين 5 و7 أجهزة لكل كيلومتر من مسار خط أنابيب الغاز العلوي.