Dynamic Analysis of Small Pigs in Space Pipelines

Analyse dynamique des petits racleurs dans les pipelines spatiaux

¹ Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd - Iran
² Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan - Iran

Corresponding authors: mohsen523@yahoo.com rafeeyan@yazduni.ac.ir szrad@cc.iut.ac.ir

Abstract

This paper deals with the dynamics of small pipeline inspection gauges (pigs) in space pipelines. First, the differential equations for dynamic analysis of the small pig, whose length is short, are developed. The flow field can significantly influence the pig's trajectory. In this research, the effect of the flow field on the pig's trajectory was ignored. The path of the pig or centerline of the pipeline is assumed to be a curve in 3D space. Next, the differential equations of motion are combined and reduced to only one nonlinear differential equation with respect to the parameter of the space curve. The fourth-order Runge-Kutta method is then used for solving the equation. The driving force is assumed to be time-dependent, but the coefficient of friction is assumed to be constant for the sake of simplicity. The simulation results show that the derived equations are effective for estimating the position and velocity of the pig and forces acting on it at all time instants of its motion.

Résumé

Cet essai traite des propriétés dynamiques des petits racleurs (jauges d'inspection des pipelines) dans les pipelines spatiaux. Tout d'abord, les équations différentielles pour l'analyse dynamique des petits racleurs, dont la longueur est réduite, sont développées. Le champ d'écoulement peut avoir un impact considérable sur la trajectoire du racleur. Au cours de cette étude, l'impact du champ d'écoulement sur la trajectoire du racleur a été ignoré. Il faut partir du principe que la trajectoire du racleur ou l'axe du pipeline est une courbe dans l'espace tridimensionnel. Ensuite, les équations différentielles du mouvement sont combinées et réduites pour obtenir une seule équation différentielle non linéaire par rapport au paramètre de la courbe spatiale. La méthode de Runge-Kutta d'ordre 4 est ensuite utilisée pour résoudre l'équation. L'énergie motrice est considérée comme étant dépendante du temps, mais le coefficient de frottement est constant pour plus de simplicité. Les résultats de la simulation montrent que les équations dérivées permettent d'estimer efficacement la position et la vitesse du racleur et les forces auxquelles il est soumis tout au long de son déplacement.