Разработка алгоритма расчёта и создание шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Муфтахов Вадим Зирякович

• Муфтахов Вадим Зирякович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Муфтахов Вадим Зирякович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Производство трубопроводной арматуры в мире и России

1.2. Область применение регулирующей арматуры

1.3. Износ трубопроводной арматуры при эксплуатации

1.4. Устройства управления расходом с неизменной геометрией

1.5. Обзор методик расчёта характеристик трубопроводной арматуры

1.5.1. Аналитический метод определения гидравлических характеристик трубопроводной арматуры

1.5.2. Экспериментальный метод определения гидравлических и кавитационных характеристик трубопроводной арматуры

1.5.3. Численный метод определения гидравлических и кавитационных

характеристик трубопроводной арматуры

Вывод по главе

ГЛАВА 2. АЛГОРИТМ РАСЧЁТА И МОДЕЛЬ ПОТОКОВ РАБОЧЕЙ

СРЕДЫ В ШИБЕРНЫХ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ С МНОГОСТУПЕНЧАТАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ

2.1. Устройство и работа шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дроссельным узлом в затворе по патенту на полезную модель №

2.2. Алгоритм расчёта шиберного запорно-регулирующего устройства с многоступенчатым дросселированием и требуемой пропускной характеристикой

2.2.1. Аналитический метод расчётно-теоретического исследования течения потока рабочей среды через третий ряд каналов

2.2.2. Численный подход расчётно-теоретического исследования течени рабочей среды через третий ряд каналов

2.2.3. Выбор конечно-элементной сетки

2.3. Результаты численного исследования течения рабочей среды в пакете Стр' из трёх пластин

2.4. Результаты численного исследования течения рабочей среды в первых

трёх каналах (определение влияния каналов)

2.5. Шиберное запорно - регулирующее устройство с внутренним байпасом

по патенту №

Вывод по главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Методика экспериментальных исследований гидравлических кавитационных, вибрационных, акустических и силовых характеристик трубопроводной арматуры

3.2. Методика испытаний трубопроводной арматуры на прочность и герметичность на стенде VCB 250/175

3.3. Фиксируемые параметры

3.3.1. Электронные средства для измерения расхода

3.3.2. Электронные средства для измерения давления

3.3. Устройство и работа стенда «Гидрокольцо»

3.4. Приборы и аппаратно-программные комплексы для измерения

вибраций и акустических шумов

3.5. Экспериментальный образец третьего ряда канала шиберного

запорно-регулирующего устройства

Вывод по главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

4.1. Результаты экспериментального исследования шиберного запорно-регулирующего устройства с внутренним байпасом

4.2. Результаты экспериментальных исследований гидравлических и кавитационных характеристик шиберного запорно-регулирующего устройства с многоступенчатым дросселированием

4.3. Результаты замера крутящего момента на гайке шпинделя шиберной задвижки MKTS DN 150 PN

4.4. Результаты замеров вибрации и шума шиберной задвижки Стр"

MKTS DN 150 PN 25 МПа при перепаде давления 9,5 МПа

Вывод по главе

Основные выводы и заключения

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.5. ФРАГМЕНТЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИТИЧЕСКОГО, ЧИСЛЕННОГО РАСЧЁТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПАКЕТА ИЗ ТРЁХ ПЛАСТИН ТРЕТЬЕГО РЯДА КАНАЛОВ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритма расчёта и создание шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды»

Актуальность темы

Регулирующая арматура занимает важное место в большом ассортименте трубопроводной арматуры, обеспечивая стабильные условия работы технологических систем трубопроводов, гидравлических систем, оборудования, а также поддерживая их стабильные рабочие параметры. Потребность в регулирующей трубопроводной арматуре, способной работать при перепадах давления 40 МПа и выше, ежегодно увеличивается. Значительные перепады давления (40 МПа) могут быстро привести к разрушению трубопроводной арматуры. Многие элементы проточной части трубопроводной арматуры имеют высокое гидравлическое сопротивление в открытом состоянии и обладают низкой долговечностью.

Задвижки, в отличие от клапанов обладают меньшим гидравлическим сопротивлением в открытом положении, но как правило, не имеют функцию регулирования. Одним из вариантов обеспечения потребности в регулирующей арматуре является разработка шиберных запорно-регулирующих устройств, созданных на основе шиберных задвижек.

Исследованию движения рабочей среды через трубопроводную арматуру посвящены работы многих отечественных и зарубежных авторов: Э.Е. Благова, Д.Ф. Гуревича, Р.Р. Ионайтиса, С.В. Сейнова, А.Л. Шанаурина, О.Н. Шпакова, В.П. Эйсмонта, Ладлоу Генри, Уильям Теллер Крейн, Эдмунд Лункен и других, установивших влияние конструкции проточной части и параметров рабочей среды на характеристики трубопроводной арматуры. Большой вклад в разработку математической модели (ММ) и методов расчёта рабочих процессов, протекающих в трубопроводной арматуре, внесли А.В. Чернышев, Т.А. Екимова, Е.М. Смирнов, Ю.Ф. Никитин, Н.Т. Романенко, О.Н. Шпаков, Ван С. (Wan C.), Дуань А. (A.Duan), Ханс Д. Бауманн, Филип Л. Скоусен (Philip L. Skousen), Заппе Р.У. (Zappe R. W.).

Однако в указанных работах не разработаны методы (алгоритмы) расчёта и

не исследованы перспективные конструкции шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дросселированием, которые могут обеспечивать требуемую пропускную характеристику. Существующие методы расчёта трубопроводной арматуры, описанные в научно-технической литературе, не позволяют достоверно определить требуемые для проектирования шиберных запорно-регулирующих устройств параметры рабочих процессов, возникающих в шиберных запорно-регулирующих устройств, таких как пропускная способность и коэффициент кавитации. В этой связи стоит задача разработки алгоритма для расчёта и создания проточных частей шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дросселированием, обеспечивающих требуемые пропускные характеристики, а также выработки рекомендаций по увеличению их долговечности.

Цель работы. Разработать алгоритм расчёта и создать шиберные запорно-регулирующие устройства с требуемыми гидравлическими и кавитационными характеристиками при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды.

Объект исследования. Шиберные запорно-регулирующие устройства, предназначенные для управления потоком рабочей среды с требуемыми гидравлическими и кавитационными характеристиками.

Предмет исследования. Рабочие процессы, протекающие в шиберных запорно-регулирующих устройствах и определяющие их гидравлические и кавитационные характеристики при больших перепадах давления.

Задачи исследования:

1. Разработать схемы шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дросселированием и алгоритм их создания с использованием аналитического, численного и экспериментального методов, позволяющий проводить обоснованный выбор ступеней дросселирования и синтез каналов в дроссельных пластинах для требуемых характеристик.

2. Выполнить расчётно-теоретические исследования параметров рабочей среды, протекающей в шиберных запорно-регулирующих устройствах с

многоступенчатым дросселированием и внутренним байпасом. Рассчитать поля давлений, скорости, объёмной концентрации пара и уровень акустической мощности во всём объёме расчётной области шиберных запорно-регулирующих устройств, на основе которых определить размеры каналов в дроссельных пластинах, обеспечивающие требуемые гидравлические и кавитационные характеристики.

3. С целью верификации математической модели изготовить образец одного из рядов каналов в дроссельных пластинах шиберного запорно-регулирующего устройства, методику проведения эксперимента, провести экспериментальные исследования зависимости гидравлических и кавитационных характеристик от параметров каналов.

4. Применить разработанный алгоритм создания шиберных запорно -регулирующих устройств при проектировании, проведении расчётно-теоретических и экспериментальных исследований параметров рабочей среды, протекающей в каналах шиберных запорно-регулирующего устройств и многоступенчатых дросселей различных конфигураций.

5. Внедрить результаты работы.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые в приложении к шиберному запорно-регулирующему устройству разработан алгоритм расчёта течения рабочей среды в приближении распределённых параметров рабочей среды, применительно к созданной геометрии дроссельных каналов. Алгоритм позволяет исследовать изменение давления, скорости, объёмной концентрации пара и уровень акустической мощности во всём объёме шиберного запорно-регулирующего устройства с целью определения функциональных параметров создаваемого устройства (таких как пропускная способность и коэффициент кавитации в зависимости от хода регулирующего элемента); исследовать гидравлические и кавитационные характеристики новых конструкций шиберных запорно-регулирующих устройств; получить новые знания о рабочем процессе, протекающем внутри рабочей полости объекта исследования; проводить разработку новых образцов шиберных запорно-регулирующих

устройств в интерактивном режиме; повысить эффективность проектирования и сократить сроки их разработки, модернизировать существующую трубопроводную арматуру.

2. Применительно к расчётной области шиберных запорно-регулирующих устройств определён уровень дробления сетки, удовлетворяющий точности расчётов - 3 миллиона ячеек.

3. Впервые разработан алгоритм определения коэффициента кавитации трубопроводной арматуры с использованием численной математической модели. Алгоритм позволяет так же определить значения давления, при которых происходит начало отклонения расходной характеристики Q=f (—Ер) от линейной зависимости.

Теоретическая значимость диссертационной работы. С использованием аналитического, численного и экспериментального методов разработан алгоритм создания шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дросселированием, позволяющий проводить обоснованный выбор ступеней дросселирования и синтез каналов в дроссельных пластинах для требуемых характеристик.

Практическая значимость полученных результатов и их реализация.

1. Впервые разработаны схемы шиберных запорно-регулирующих устройств, позволяющие на начальном этапе алгоритма расчёта шиберных запорно-регулирующих устройств проводить обоснованный выбор ступеней дросселирования, синтез каналов в дроссельных пластинах.

2. Разработан программно-аппаратный комплекс, включающий в себя экспериментальный стенд и программное обеспечение, методику проведения экспериментальных исследований. Проведены экспериментальные исследования гидравлических и кавитационных характеристик, подтвердившие адекватность математической модели течения рабочей среды в шиберных запорно-регулирующих устройствах.

3. Получены экспериментальные данные (зависимости давления и расхода от параметров дроссельных каналов), которые могут быть использованы при создании

новых шиберных запорно-регулирующих устройств.

4. Научные и практические результаты диссертационной работы внедрены в процесс проведения научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы при разработке шиберных запорно-регулирующих устройств, многоступенчатых дросселей и другой трубопроводной арматуры в ООО НПФ «МКТ-АСДМ».

5. Методика проведения экспериментальных исследований параметров рабочей среды, протекающей в трубопроводной арматуре, математическая модель, алгоритм расчёта гидравлических и кавитационных характеристик, 3D модель применяются при проведении лабораторных и практических работ, используются в курсах лекций, семинарских занятиях, при курсовом и дипломном проектировании в ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет» и ФГБОУ ВО «Курганский государственный университет».

6. Новизна технического решения подтверждена патентами РФ на изобретение № 2769321 и полезную модель № 217661.

Методология и методы исследования.

Теоретические исследования основываются на известных принципах расчёта гидравлического оборудования, изложенные в работах таких учёных, как И.Е. Идельчик, Т.М. Башта, Б.Б. Некрасов и И.И. Куколевский. Применённые методы, касающиеся теоретических основ рабочих процессов, протекающих в трубопроводных системах, изложены в исследованиях Э.Е. Благова, Д.Ф. Гуревича, Р.Р. Ионайтиса, С.В. Сейнова, А.Л. Шанаурина, О.Н. Шпакова, В.П. Эйсмонта, Ладлоу Генри, Уильям Теллер Крейн и Эдмунда Лункена. Достоверность результатов расчётно-теоретических исследований подтверждена данными собственных экспериментальных исследований. Адекватность математической модели была подтверждена путём сравнения пропускных характеристик и графиков зависимости расхода рабочей среды от корня квадратного из перепада давления, полученных в результате вычислительных и натурных экспериментальных исследований. Максимальное отклонение по давлению и расходу потока рабочей среды составило не более 6%, а по коэффициенту кавитации — не превысило 4%. Для обработки экспериментальных данных

использовались программные средства Excel и Mathcad.

Положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритм расчёта шиберных запорно-регулирующих устройств.

2. Математическая модель течения рабочей среды в шиберных запорно-регулирующих устройствах.

3. Результаты расчётно-теоретических и экспериментальных исследований гидравлических и кавитационных характеристик шиберных запорно-регулирующих устройств.

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность полученных данных экспериментальных исследований обеспечивается применением поверенных приборов, зарегистрированных в Государственном реестре средств измерений утверждённого типа. Достоверность результатов расчётно-теоретических исследований подтверждается применением фундаментальных законов физики и дифференциальных уравнений, которые прошли верификацию (таких как уравнение неразрывности, закон сохранения массы и закон сохранения количества движения) с использованием известных численных методов решения систем дифференциальных уравнений.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 научных работ, из которых 4 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены патент на изобретение и патент на полезную модель общим объёмом 5,35 п.л.

Благодарности: Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору Андрею Владимировичу Чернышеву за помощь в завершении диссертационной работы и организации семинаров на кафедре Э5, где были даны ценные замечания, позволившие значительно улучшить качество работы.

Особую признательность выражаю Александру Васильевичу Фоминых, д.т.н., профессору, за его профессиональные консультации по научным вопросам и всестороннюю поддержку. Благодарю Ильгиза Рашитовича Ченяева, к.т.н., акционера ООО НПФ «МКТ АСДМ», за предоставленную возможность

проведения экспериментальных исследований, консультации по конструкторским вопросам и направлениям исследований, а также за тщательное рассмотрение диссертации и ценные советы. Экспериментальные и численные исследования были проведены на уникальном оборудовании ООО НПФ «МКТ АСДМ» под руководством Чиняева И.Р. Также выражаю благодарность Фоминых А.В., Чиняеву И.Р. и Чернышеву А.В. как соавторам в совместно написанных статьях.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Производство трубопроводной арматуры в мире и России

В технологических линиях нефтегазодобывающей промышленности растёт спрос на запорно-регулирующую арматуру, которая обеспечивает необходимую пропускную характеристику при перепадах давления 40 МПа и более. Задвижки в сравнении с клапанами имеют более низкий коэффициент гидравлического сопротивления в открытом положении. Находят широкое применение в качестве запорно-регулирующей арматуры шиберные запорно - регулирующие устройства (ШЗРУ). Основными задачами, возникающими при проектировании шиберных запорно - регулирующих устройств, являются определение удельных давлений в затворе, гидравлических и кавитационных характеристик. Использование внутреннего байпаса в регулирующей трубопроводной арматуре способствует повышению точности регулирования при больших перепадах давления. Использование внутреннего байпаса в задвижках позволяет уменьшить силы на перемещение регулирующих и запирающих элементов и удельные давления в затворе при открытии и закрытии, расположить место схлопывания кавитационных пузырьков в потоке.

В области арматуростроения, по мнению многих экспертов, на начало марта 2022 года процент импортных компонентов составлял от 30 % в области трубопроводной арматуры общего назначения и до 70-80 % в регулирующей и судовой арматуре [1]. Чтобы завоевать Российский и международные рынки, необходимо ликвидировать технологический разрыв, а потом обогнать в развитии техники и использовании современных открытий разных отраслей для производства продукции [2].

Причиной растущего интереса к теме моделирования поведения регулирующей трубопроводной арматуры является потребность в совершенствовании её работы в составе систем регулирования и управления [3]. Из

всей выпускаемой в мире трубопроводной арматуры 24% - регулирующая, доля которой имеет тенденцию ежегодного роста [4] (Рисунок 1.1).

1 (24%) - регулирующая арматура;

2 (23%) - краны шаровые;

3 (17,6%) - задвижки;

4 (10.5%) - поворотные затворы;

5 (9,1 %) - краны пробковые;

6 (15,8%)-прочие.

Рисунок 1.1. Выпуск трубопроводной арматуры в мире по ассортименту, %

Структура производства трубопроводной арматуры в России в 2021 году в стоимостном выражении показана на Рисунке 1.2.

1,9% 4,8%

2,1%

2,9% 2,7% 3,6%

Задвижки стальные Задвижки чугунные Клапаны запорные стальные Краны шаровые стальные Приводы электромоторные Клапаны запорные из медесодержащих сплавов Краны шаровые и конусные из медесодержащих сплавов 1 Предохранительная арматура 1 Обратная арматура строительная Регулирующая арматура

Рисунок 1.2. Структура российского производства трубопроводной арматуры в 2021 г в стоимостном выражении, %

1.2. Область применение регулирующей арматуры

Запорно-регулирующая арматура — неотъемлемая составляющая трубопроводных систем, она позволяет управлять потоками перекачиваемых веществ методом изменения проходного сечения проточной части трубы. Регулирующие устройства необходимы для поддержания заданных параметров давления, контроля расхода рабочей среды, перемешивания жидких и газообразных продуктов в необходимых пропорциях. Управление регулирующей арматурой в основном осуществляется электромеханическим способом по сигналу управляющего центра, куда поступают данные от датчиков, встроенных в технологическую систему. Ручное управление так же имеет широкое распространение [5].

Поскольку трубопроводные системы перекачивают различные рабочие среды, регулировочные механизмы подбираются для конкретного случая, требований с учётом условий и специфики транспортируемой рабочей среды. Так арматура для водных трасс будет отличаться от запорных устройств для нефтепроводов и водоводов повышенных давлений [6, 7]. Многообразие модификаций и конструкций обуславливается тем, что запорно-регулирующая арматура требуется на множестве предприятий различных отраслей [8, 9]:

- нефтяных и газовых месторождениях;

- атомной промышленности;

- металлургических, химических, сталеплавильных заводах;

- очистных сооружениях, городских водопроводах;

- системах кондиционирования, газоснабжения, отопления;

- сельскохозяйственных предприятиях.

Основное предназначение регулировочных и дроссельных устройств — изменение либо поддержание необходимых/заданных параметров давления и расхода потока рабочей среды в ёмкости или трубопроводе [10]. В зависимости от функциональной специфики изделия разделяются на подвиды — смешивающие, ограничительные, разделяющие.

Параметры, стандарты и характеристики защитной и регулирующей арматуры описаны в нормативных документах и правилах Ростехнадзора [11]. Запорные и регулирующие элементы, разработанные с учётом особенностей и значимости трубопроводных сетей, должны соответствовать следующим требованиям [12-15]:

- обладать заданной пропускной характеристикой, с необходимой точностью регулирования;

- создания герметичности затвора с обеих сторон постоянно и в непредвиденных ситуациях;

- соответствовать требованиям гидравлического сопротивления и коррозионной стойкости проточной поверхности;

- показателей шума, не выше 85 дБ в радиусе 1 м;

- значений вибрации;

- выдерживать частоту и количество пусков и остановок оборудования, перепады давления (в т.ч. кратковременные и постоянные изменения/скачки давления), крутящие моменты и усилия при различных сроках эксплуатации;

- надежности и безопасности эксплуатации.

В трубопроводной арматуре недопустимы полости застоя и препятствующие свободному ходу запорного элемента деформации.

Запорно-регулирующая трубопроводная арматура позволяет изменять: скорость; пропускную способность; давление; перекрывать поток рабочей среды [11, 16].

Согласно проведённого анализа, наибольшая потребность в регулирующих устройствах установлена в нефтяной промышленности. Основными и востребованными направлениями применения являются системы контроля и регулирования процессов поддержания пластового давления, добычи нефти и регулирование потоков, перспективные методы пожаротушения с использованием воды из систем поддержания пластового давления на промысловых объектах и кустовых площадках [6, 9, 17] (направления применения представлены на Рисунках 1.3.а, 1.3.б, 1.3.в, 1.3.г.

машинный зал КНС

на БГ КНС

а

Рисунок 1.3.

в г

Направления применения шиберных запорно-регулирующих устройств в нефтяной промышленности а - на выкидном коллекторе насосного агрегата кустовых насосных станций (КНС),

б - на блоках гребенки (БГ) КНС для регулировки расхода и давления по направлениям,

в - на перемычках, разделяющих потоки жидкости разных КНС, г - блоки для пожаротушения при заборе воды из систем поддержания пластового давления

Таким образом, область применения в нефтяной промышленности шиберных запорно-регулирующих устройств имеет большое значение. Уникальностью применения шиберных запорно-регулирующих устройств в нефтяной промышленности является рабочая среда (нефть, пластовая вода, газ) и режимы работы до 40 МПа, а в отдельных случаях и более. Шиберное запорно-регулирующее устройство в нефтяной промышленности должно отвечать

требованиям точности регулирования и изменения параметров потока в необходимых режимах при постоянном изменении характеристик эксплуатации участков месторождения, трубопроводных систем. Так же широкое применение запорно-регулирующей арматуры в последнее время находит в процессах гидроразрыва пласта и бурения скважин.

1.3. Износ трубопроводной арматуры при эксплуатации

При больших скоростях потока рабочей среды, связанной с большими перепадами давления, трубопроводная арматура подвергается эрозионному и кавитационному износу [18] (Рисунки 1.4, 1.5, 1.6, 1.7).

Рисунок 1.4. Элементы трубопроводной арматуры (клин, седло)

после 6 месяцев эксплуатации в режиме регулирования (не по назначению), при перепаде давления 12 МПа

Рисунок 1.5. Распределение скоростей потока рабочей среды в задвижке при относительном перемещении запирающего элемента 0,15

Рисунок 1.6. Шибер запорно-регулирующей задвижки после

продолжительной эксплуатации при перепаде давления 15 МПа

Рисунок 1.7. Плунжер и седло клапана после эксплуатации (один месяц) при перепаде давления 8 МПа

Проточную часть трубопроводной арматуры и устройств регулирования параметров потока рабочей среды характеризует коэффициент гидравлического сопротивления £ [19, 20]. В процессе расчёта и проектирования трубопроводной арматуры и запорно-регулирующих устройств использование значений гидравлического сопротивления, приведённого к скорости рабочей среды во входном и выходном патрубках, не всегда предоставляет достаточно информации. Поэтому принято сравнивать с единицей (1) полученный коэффициент гидравлического сопротивления в узком сечении проточной части проектируемого устройства, что соответствует полной потере динамического напора [16, 21, 22].

Для запорно-регулирующих устройств целесообразнее определять пропускную способность, а не скорость потока рабочей среды, поскольку при закрытии проходного канала степень дросселирования увеличивается из-за изменения коэффициента гидравлического сопротивления. При значительных степенях открытия канала в таких устройствах достигается высокая пропускная способность.

В условиях наличия прямого канала рабочая среда почти не теряет свою энергию, что приводит к низкому коэффициенту гидравлического сопротивления (менее 1) и высоким скоростям течения потока рабочей среды, которые могут вызвать негативные, разрушительные последствия в трубопроводной системе [23].

Применением специально организованных проточных частей можно получить увеличением гидравлического сопротивления, в которых потери давления обусловлены изменением размеров проходного сечения и направлений движения потока рабочей среды.

Скорость истечения рабочей среды из малого отверстия пластины в тонкой стенке определяется по формуле:

где V - скорость истечения жидкости из отверстия, дросселирующего устройства/пластины, м/с;

а - безразмерный коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей рабочей среды;

^ - направление потока рабочей среды

Допустимая скорость несжимаемой рабочей среды для трубопроводной арматуры должна составлять не более <45 м/с [6, 24, 25]. На Рисунке 1.8 представлен пример расчёта зависимости скорости истечения рабочей среды от перепада давления при ф=0,97 (ф-коэффициент скорости); р=1000 кг/м3.

(1.1)

С - коэффициент гидравлического сопротивления отверстия пластины; Ар - перепад давления на пластине, Па; р - плотность рабочей среды, кг/м3.

225 200 175 150 125 100 75 50 25 0

-Ур, м/с --Уё, м/с

Ар \ МПа

2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25

Ар, МПа 0 0,1 0,5 1 2,5 5 10 15 20 25

Vp, м/с 0 13,718 30,674 43,38 68,589 97 137,179 168,009 194 216,899

0

Рисунок 1.8. Зависимость скорости (м/с) истечения жидкости из отверстия

пластины от перепада давления (МПа) при ф=0,97; р=1000 кг/м3

Из Рисунка 1.8 видно, что допустимая скорость потока рабочей среды 43,38 м/с достигается при перепаде давления в 1,0 МПа. Уменьшение скорости истечения рабочей среды можно достичь увеличением коэффициента сопротивления.

На Рисунке 1.9 показан пример расчёта зависимости скорости истечения жидкости от коэффициента гидравлического сопротивления при Ар=0,1 МПа; р=1000 кг/м3. Из Рисунка 1.9 видно, что при С=0 скорость У5=14,142 м/с - скорость истечения идеальной жидкости. При £=10 скорость 4,264 м/с [6, 26]. При увеличении коэффициента сопротивления от нуля до десяти скорость уменьшается в 3,3 раза, за счёт чего снижается и износ элементов проточной части регулирующей арматуры и увеличивается её долговечность.

Рисунок 1.9. Зависимость скорости истечения Vs м/с жидкости из отверстия от коэффициента сопротивления отверстия при Ар=0,1 МПа; р=1000 кг/м3

1.4. Устройства управления расходом с неизменной геометрией

Дроссельное устройство (или дроссель) служит для создания гидравлического сопротивления потоку жидкости или газа, что позволяет контролировать, управлять скоростью потока и регулировать при необходимости его параметры в известных значениях и режимах [10, 27].

Самым простым и распространённым видом дросселя является дроссельная пластина, представляющая собой цилиндр с центральным отверстием, расположенным вдоль оси (Рисунок 1.10 а) или по боковой стенке (Рисунок 1.10 б), либо с несколькими систематизированными и упорядоченными отверстиями. Коэффициент гидравлического сопротивления подобного отверстия определяется по известным расчётным формулам резкого сжатия и расширения проточной части, а в некоторых случаях — резкими изменениями направления потока (поворотами). Для достижения значительного дросселирования необходимо, чтобы узкое сечение дроссельной пластины было очень малым [16, 22, 27].

ж з

^ - направление потока рабочей среды

Рисунок 1.10. Методы дросселирования потока рабочей среды

а - осевое, б - пристеночное, в - ступенчатое дросселирование, г - меж гребешковые камеры, д - прямой поворот, е - последовательные прямые повороты, ж - поворот в винтовых каналах, з - поворот в пересекающихся каналах

Значительная эффективность дросселирования достигается применением нескольких дроссельных пластин или решёток вместо одной (см. Рисунки 1.10 а-з, 1.11 ), что позволяет существенно увеличить коэффициент гидравлического сопротивления. Гидравлическое сопротивление возрастает из-за инерционных потерь при поворотах, сужении или расширении каналов проточной части. Данный способ снижает скорость потока рабочей среды и увеличивает сечение проточной части дросселирующего элемента [5, 28, 29].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Муфтахов Вадим Зирякович, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Друзина И.А. Экспертное мнение о рынке трубопроводной арматуры // Вестник арматуростроителя. Барнаул. 2022. С. 56-57.

2. Бауманн Х.Д. Конструкции и применение. Будущие тенденции в регулирующей арматуре // Арматуростроение. 2022. № 3, С. 34-35.

3. Афанасьева О.В., Бакулина А.А., Коркунов С.Б. Перспективы развития российского арматуростроения в современных экономических условиях // Научно-промышленная ассоциация арматуростроителей. Санкт-Петербург. 2020. № 6, С. 70-73.

4. Мориц М. Импортозамещающая сводка: расширение производственных возможностей // Вестник арматуростроителя. Барнаул. 2022. № 6, С. 62-65.

5. Эйсмонт В.П. Регуляторы: учебно-справочное пособие. Москва. Инфра-инженерия. 2019. 336 С.

6. Чиняев И.Р., Шанаурин А.Л., Фоминых А.В. Управление потоками жидкостей и газов. Ч.1. Шиберные запорно-регулирующие устройства. Курган. Изд-во КГУ, 2022. 248 С.

7. Муфтахов В.З. Расчётно-теоретическое и экспериментальное исследование кавитационных характеристик шиберных запорно-регулирующих устройств с внутренним байпасом // Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023. №7 (760), С.84-92.

8. Благов Э.Е., Ивницкий Б.Я. Дроссельно-регулирующая арматура ТЭС и АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1990. 288 С.

9. Каталог. ООО НПФ "МКТ-АСДМ", 2020. 76 С.

10. ГОСТ 24856-2014 Арматура трубопроводная. Термины и определения. Москва. 2015. 121 С.

11. Огар П.М., Тарасов В.А. Оптимальное проектирование затворов трубопроводной арматуры. Москва, Инфра-Инженерия, 2023. 216 С.

12. ГОСТ 55020-2012 Арматура трубопроводная. Задвижки шиберные для магистральных нефтепроводов. Москва. 2013. 72 С.

13. Гуревич Д.Ф. Расчёт и конструирование трубопроводной арматуры. Москва. 1969. 888 С.

14. Ионайтис Р.Р. Нетрадиционные средства управления ядерными реакторами. Москва. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1992. 233 С.

15. Новиков В.Т. Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза. Ч.1. Трубопроводная арматура: Учебное пособие. /В.Т. Новиков, Томский политехнический университет ун-т.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. 292 С.

16. Чеков М.Е. Интенсификация дросселирования в проточной части устройств управления расходом теплоносителя ЯЭУ: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2015. 136 С.

17. Каталог. Автоматизация технологических процессов. Nihon KOSO, Япония. 2012. 52 С.

18. Чиняев И.Р., Шанаурин А.Л., Фоминых А.В. Управление потоками жидкостей и газов. Ч.2. Способ снижения кавитации в трубопроводной арматуре. Курган. Изд-во КГУ, 2024. 164 С.

19. Яньшин Б.И. Гидродинамические характеристики затворов и элементов трубопроводов. М.: Машиностроение, 1965. 260 С.

20. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебное пособие для машиностроительных вузов. М.: Альянс, 2010. 425 С.

21. Gao, Z. Xin, Yue, Y., Wu, H. The flow and cavitation characteristics of cage-type control valves. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 15(1), 2021. pp. 951-963.

22. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970. 216 С.

23. Ионайтис Р.Р. Сердюк Н.М. Визуализация картин течения потока в проточной части ТПА. Трубопроводная арматура и оборудование. 2014. №4 (73) С. 83-87.

24. ПНСТ 527-2021. Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Контроль выноса песка и эрозии. М., 2021. 44 С.

25. Чиняев И.Р., Фоминых А.В., Сухов С.А. Повышение надёжности и эффективности работы шиберной запорно-регулирующей задвижки // Экспозиция Нефть Газ. М., 2013. С. 80-82.

26. Расчётно-теоретическое и экспериментальное исследование режимов течения рабочей среды во внутренних байпасах задвижек / Муфтахов В.З. [и др.]. М.: Известия высших учебных заведений. Машиностроение. Москва. 2023. С. 109-116.

27. Расчётно-теоретическое исследование режимов течения рабочей среды в шиберной задвижке для технологических линий нефтегазодобывающей промышленности / Власюк П.Э. [и др.]. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022. С. 43-51, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2022-5-43-51

28. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. 672 С.

29. Khabarova D.F., Podzerko A.V., Spiridonov E.K. Experimental Investigation of Fluidic Diodes // Procedia Engineering. Elsevier Ltd, 2017. Vol. 206. pp. 93-98. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.443.

30. Технологии Fisher для борьбы с кавитацией. Ключ к решению проблем кавитации. Fisher Controls International, LLC, 2011. 20 C.

31. Запорно-регулирующая задвижка. Патент на изобретение №2464469 C1 РФ / Г.А. Заславский, Р.Р. Ионайтис, В.А. Рязанов, А.Л. Шанаурин, И.Р Чиняев: заявл., 23.11.2010; опубл. 20.10.2012. Бюлл. № 29.

32. Запорно-регулирующее устройство. Патент на изобретение №2696658 C1 РФ / Г.А. Заславский, В.А. Рязанов, С.А. Сухов, А.Л. Шанаурин, И.Р. Чиняев, А.В. Фоминых: заявл., 30.07.2018; опубл. 05.08.2019. Бюлл. № 22.

33. Declan Elliott, Andrew Grace, Edmund McHugh, Martin O'Donnell, United States, Patent Application Publication, US 2011/0042592 A1, Feb. 24, 2011.

34. Запорно-регулирующее устройство. Патент на изобретение №2586958 C1 РФ / Г.А. Заславский, В.А. Рязанов, С.А. Сухов, А.Л. Шанаурин,

И.Р. Чиняев, А.В. Фоминых: заявл. 21.11.2014; опубл. 10.06.2016. Бюлл. № 16.

35. Дроссельно-регулирующее устройство. Патент на изобретение №2514328 С1 РФ / Р.Р. Ионайтис, В.В. Лемехов, М.Е. Чеков: заявл. 21.11.2014; опубл. 27.04.2014. Бюлл. № 12.

36. Дроссельная вставка. Патент на изобретение №2406001 С1 РФ / Р.Р. Ионайтис, В.И. Черноштан: заявл. 14.09.2009; опубл. 10.12.2010. Бюлл. № 34.

37. Запорно-регулирующая задвижка. Патент на изобретение №2464470 РФ. Заславский, В.А. Рязанов, И.Р. Чиняев, А.Л. Шанаурин: заявл. 29.06.2010; опубл. 20.10.2012. Бюлл. № 29.

38. Определение коэффициента сжатия струи в затворе задвижек / В.З. Муфтахов [и др.]. Курган.: Вестник Курганской ГСХА, 2022. С. 74-80.

39. Методологические основы CFD-расчётов для поддержки проектирования пневмогидравлических систем. Чернышев А.В. [и др.]. Москва.: Инженерный журнал: наука и инновации, 2013. 13 C.

40. ГОСТ 34437-2018. Арматура трубопроводная. Методика экспериментального определения гидравлических и кавитационных характеристик. Стандартинформ. Москва, 2018. 33 С.

41. Малов Д.А., Чернышев А.В., Слободов Е.Б. Метод определения пропускной способности запорной арматуры. Москва. 2022. С. 66-75.

42. Расчёт пропускной способности шиберной задвижки для технологических линий нефтегазодобывающей промышленности. / А.В. Чернышев [и др.]. М.: Трубопроводная арматура и оборудование. № 2. 2022. С. 37-39.

43. ГОСТ Р 57188-2016. Численное моделирование физических процессов. Термины и определения. Стандартинформ. Москва, 2018. 12 С.

44. Wu H., Li J., Gao Z. Flow characteristics and stress analysis of a parallel gate valve // Processes. 2019. 13 C.

45. Ионайтис Р.Р., Чеков М.Е. Интенсификация дросселирования проточной части регуляторов расхода среды // Атомная энергия, Том 112, вып. 5, 2012. С. 263- 269.

46. Zimmerman W.B.J. Microfluidics: History, Theory and Applications. Courses and Lectures. Wien: Springer Science & Business Media. 2006. 301 P.

47. Численное решение задач гидродинамики и тепломассообмена / К.Б. Минко, Г.Г. Яньков. М.: Издательский дом МЭИ. 2015. 44 С.

48. Help Solidworks. - 2024. - URL: https://help.solidworks.com/2024/Russian/SolidWorks/acadhelp/c_Help.htm-2024. (дата обращения: 10.09.2024).

49. Нурмухаметов А.И., Бикбулатов А.Ш., Назаров А.А. Исследование и моделирование гидродинамических характеристик модифицированной шиберной задвижки с использованием пакета Ansys // Вестник Технологического университета. Т. 22. №. 4. 2019. С. 82-85.

50. Mathematical modelling of a vortex-type pneumatic gate valve / Д. Ф. Хабарова, [и др.]. Проблемы машиностроения и автоматизации. Челябинск. 2023 С. 66-74. DOI: 10.52261/02346206_2023_4_66.

51. К вопросу обеспечения профилирования пропускной характеристики регулирующих устройств / А.Б. Капранова [и др.]. Москва: ЕФИР. 2020. С. 30-32.

52. Цветова Е.В. Численное моделирование: учебное пособие. Ульяновск: УлГТУ. 2022. 49 С.

53. W. Junrong, X. Qi, K. Hanbing, H. Xu, L. Shaodan. Numerical Simulation of Flow Instability in Vortex Diodes // International Conference on Nuclear Engineering. 2017. 8 P. DOI: 10.1115/IC0NE25-66512.

54. Малов Д.А., Чернышёв А.В., Слободов Е.Б. Определение пропускной способности шарового клапана методом численного моделирования. // Известия высших учебных заведений. М.: Машиностроение № 2 (743). 2022. С. 53-64. doi: 10.18698/0536-1044-2022-3- 66-75.

55. Bernard Xavier Tchomeni, Alfayo Anyika Alugongo. Modal Analysis and Flow through Sectionalized Pipeline Gate Valve Using FEA and CFD Technique. Hindawi, Journal of Engineering Volume 2023. 11 P.

56. Мингазов Б. Г., Давлетшин И. С. Выбор моделей турбулентности и параметров сетки для расчёта течений в диффузорных каналах // М.: Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. №. 4. 2011. С. 24-28.

57. Guan, X., Yang, N., Nigam, K.D. Prediction of droplet size distribution for high pressure homogenizers with heterogeneous turbulent dissipation rate. Ind. Eng. Chem. Res. 59 (9). 2020. PP. 4020-4032. https: //doi.org/ 10.1021/acs.iecr. 9b04615.

58. Hakansson, A. A hydrodynamic comparison of two different high-pressure homogenizer valve design principles: A step towards increased efficiency. Chem. Eng. Res. Des. 184. 2022. PP. 303-314. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.06.009.

59. Боровков А. А., Есин Е. А., Капранова А.Б. О связи гидродинамических критериев подобия при описании кавитации в клапане. Ярославль: Издательство ЯГТУ, 2021. С. 115-116. - 1 CD-ROM. - Текст: электронный.

60. Шиберное запорно-регулирующее устройство, Патент на полезную модель №217661 РФ, МПК F16K 3/02 (2006/01) / В.З. Муфтахов [и др.]; заявл. 27.04.2022; опубл. 11.04.2023, Бюл. № 11.

61. Определение пропускной характеристики задвижки шиберной запорно-регулирующей / И.Р. Чиняев [и др.]. Экспозиция нефть газ. №. 2 (41). М. 2015. С. 38-40.

62. Моделирование кавитации при дросселировании потока жидкости в регулирующем клапане с поворотным затвором / А.Б. Капранова [и др.]. Ярославль: Химическое и нефтегазовое машиностроение. Т. 58, № 6. 2022. С. 19-22.

63. Влияние параметров прямоточного клапана с поворотной обечайкой на гидравлическое сопротивление / А.Б. Капранова [и др.]. Ярославль: Математические методы в технологиях и технике. № 10. 2024. С. 37-.40

64. Чиняев И. Р. Расчёт расхода через запорно-регулирующую задвижку // Вестник Челябинской государственной агроинженерной академии. Т. 61. Челябинск. 2012. С. 96-99.

65. C.R. Mali, A.W. Patwardhan, G.K. Pandey, I. Banerjee. CFD study on the effect of various geometrical parameters of honeycomb type orifices on pressure drop and cavitation characteristics // Nuclear Engineering and Design. 2020. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2020.110880.

66. Zhang G, Hu R, Yin D, Chen D. Numerical Study of Cavitation Characteristics through Butterfly Valve under Different Regulation Conditions. Processes. 2024. https://doi.org/10.3390/pr12040686.

67. Lisowski E., Filo G. CFD analysis of the characteristics of a proportional flow control valve with an innovative opening shape / Energy Conversion and Management. 2016. pp. 15-28. DOI: 10.1016/j.enconman.2016.06.025.

68. Zhang, G., Zhang, H.T., Wu, Z.Y. et al. Experimental studies of cavitation evolution through a butterfly valve at different regulation conditions. Exp Fluids 65, 4. 2024. https://doi.org/10.1007/s00348-023-03743-3.

69. Малов Д.А., Чернышев А.В. Увеличение пропускной способности и диапазона регулирования проходного клапана. М.: Трубопроводная арматура и оборудование, № 1. 2023. с. 25-27.

70. Моделирование нестационарных процессов в системах трубопроводов / Николаева А.В. [и др.]. М.: Главный механик. № 9. 2018. С. 53-60.

71. Проектирование игольчатого дросселя с применением средств вычислительной гидродинамики / Хабарова Д.Ф. [и др.]. Челябинск: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия "Машиностроение". 2024, Т.24, №4, С. 154-165. DOI: 10.14529/engin240412.

72. ООО "ТЕСИС", FlowVision. 2024 URL: https://flowvision.ru/ru/support-menu-header-ru/blog-ru/fv-turb-models (дата обращения 01.09.2024).

73. G. Zhang, W.W. Wang, Z.Y. Wu. Effect of the opening degree on evolution of cryogenic cavitation through a butterfly valve. Energy. 2023. DOI: 10.1016/j.energy.2023.128543.

74. Gao G, Guo S, Li D. A Review of Cavitation Erosion on Pumps and Valves in Nuclear Power Plants. Materials. 2024. 19 p. D0I.0RG/10.3390/MA17051007.

75. Hydrodynamic cavitation using vortex diode: An efficient approach for elimination of pathogenic bacteria from water / P. Jain, V.M. Bhandari, K. Balapure, J. Jena, V.V. Ranade, D.J. Killedar // Journal of Environmental Management. Volume 242. 2019. P. 210-219. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.04.057.

76. Karan Sotoodeh Industrial Valves Calculations for Design, Manufacturing, Operation, and Safety Decisions First Edition, University of Stavanger Oslo, Norway. 2023. 434 P. DOI: 10.1002/9781394185047.

77. Исследование процессов образования кавитационных пузырьков в новой конструкции осевого регулирующего клапана с поворотным запорным устройством / А.Б. Капранова [и др.]. Ярославль: Химическое и нефтегазовое машиностроение. Т. 56, № 7. 2020. С. 11-13.

78. Барышников В.В., Терехов Е.А. Кавитация и кавитационный износ регулирующей арматуры. М.: Молодой ученый, № 37. 2023. С. 14-16.

79. Воробьева В.М. Компьютерное моделирование кавитации в клиновой задвижке в среде ANSYS FLUENT. StudArctic Forum, т. 8, № 2. 2023. С. 36-41.

80. Моделирование кавитации в высокоскоростных течениях в каналах / Исаенко И.И. [и др.] Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, т. 11, № 1. СПб. 2018. С. 55-65. doi: https://doi.org/ 10.18721/JPM. 11106.

81. Муфтахов В.З., Шарипов А.Г., Тельминов А.В., Определение технического состояния трубопроводов методом акустической диагностики, В сборнике: Научно-техническое обеспечение агропромышленного комплекса в реализации Государственной программы развития сельского хозяйства до

2020 года. Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию Курганской ГСХА имени Т.С. Мальцева. Под общей редакцией С.Ф. Сухановой. Курган. 2019. С. 320-325.

82. Кулагин В.А., Соколов Н.Ю. Кавитация в элементах запорной арматуры трубопроводных систем. Вестник СибФУ. Инженерия и технологии, № 7. Красноярск. 2014. с. 872-880.

83. Марон В. И. Гидравлика двухфазных потоков в трубопроводах: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань». 2022. 256 С.

84. Митрофанова О.В. Проблемы моделирования сложных вихревых течений // Труды седьмой российской национальной конференции по теплообмену Том 1. М. 2018. С. 32-35.

85. Молчанов А.М. Математическое моделирование задач газодинамики и теплообмена - М.: издательство МАИ. 2013. 208 С.

86. Чиняев И.Р., Фоминых А.В. Ерошкин В.С. / Кавитация в шиберных задвижках // М.: Территория нефтегаз. № 5. 2013. С. 48-49.

87. Николаева А.В. Повышение эффективности пневматических систем с устройствами гашения пульсации давления: дис. ... канд. техн. наук: 05.04.06. Москва. 2012. 148 С.

88. Карелин И.Н., Агеева В. Н. Эффективность совершенствования ремонтно-восстановительных технологий газонефтяной трубопроводной арматуры: метод. указания // РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. Москва. 2023. 21 С.

89. Abdallah, H.K., Ben-Mansour, R. & Li, S. Numerical Study of Erosion Phenomena with the Presence of Cavitation at Deflector Jet Servo-Valve. Arab J Sci Eng 49. 2024. pp. 2797-2811.

90. Выбор сетки и модели турбулентности для расчёта коэффициента расхода стандартной диафрагмы / Р.И. Ганиев [и др.] М. 2008. С. 21-24.

91. Параметрический RANS расчёт кавитационного течения в канале клетки регулирующего клапана / Е.И. Иващенко [и др.] М.: Сибирский журнал индустриальной математики. Т. 26, № 1. 2023. C. 74-84.

92. A.R.S. Kaak, K. Qelebioglu, Z. Bozku§, O. Ulucak, E. Ayli. A novel CFD-ANN approach for plunger valve optimization: Cost-effective performance enhancement. Flow Measurement and Instrumentation. 2024. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2024.102589.

93. Y. Yang, D. Huang, R. Zhao, X. Wei. Experimental and numerical study on characteristics of super-linear mass flow rate and asymmetric cavitation in novel rotary-baffle curved-channel electronic expansion valve for refrigerator International Journal of Refrigeration. 2024. P. 141-150.

94. Li J-y, Gao Z-x, Wu H, Jin Z-j. Numerical Investigation of Methodologies for Cavitation Suppression Inside Globe Valves. Applied Sciences. 2020. https://doi.org/10.3390/app10165541

95. L. Romagnuolo, R. De Rosa, E. Frosina, A. Senatore. Study of a proportional spool valve noise by means of Functional Data Analysis: Cavitation and intensity detection. Mechanical Systems and Signal Processing. 2024. 111100 P.

96. Аксенов А.А., Гаврилюк В.Н., Тимушев С.Ф. Численное моделирование тонального шума вентиляторов компьютерных устройств и систем кондиционирования. Акустический журнал. том 62. М. 2016. С. 442-450.

97. Бауманн Х.Д. Упрощенные методы оценки шума регулирующей арматуры // INTECH. 2018. С. 43.

98. About Formation of Elements of a Cyber-Physical System for Efficient Throttling of Fluid in an Axial Valve / A. B. Kapranova, A. E. Lebedev, A. M. Melzer, S. V. Neklyudov // Cyber-Physical Systems: Advances in Design & Modelling. Studies in Systems, Decision and Control; edited by A. Kravets, A. Bolshakov, M. Shcherbakov. - Springer, Cham, 2020. Vol. 259. P. 109-119. -DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-32579-4_9.

99. Крючков А.Н., Ермилов М.А., Баляба М.В. Проектирование малошумного дросселирующего участка для запорно-регулирующей арматуры.

Динамика и виброакустика, Т.8, №4. М.: 2022. С. 6-13. DOI: 10.18287/24094579-2022-8-4-6-13.

100. Kulkarni A. A., Ranade V. V., Rajeev R. Pressure drop across vortex diodes: experiments and design guidelines. Chemical Engineering Science. Vol. 64. 2009. P. 1285 - 1292. DOI: 10.1016/j.ces.2008.10.060.

101. Hans D. Baumann. Control Valve Primer: A User's Guide 4th Edition. Book News, Inc., Portland. OR. 2008. 161 P.

102. О средствах подавления кавитационных возмущений в системах управления технологическими процессами А.Б. Капранова [и др.] Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях (ИАМП-2024): материалы XIX Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием/ Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та. 2024. С. 97-99.

103. Арзуманов Э.С. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. М.: энергия, 1978. С. 304.

104. Джон Монсен, Бауманн Х.Д. Остановите разрушение затвора вашей регулирующей арматуры из-за кавитации/ Valve World. 2019. С. 61-63.

105. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа. 2003. 840 C.

106. Никитин О.Ф., Яроц В.В. Основы гидравлики и гидропневмопривода. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. 490 С.

107. Liu, P., Liu, Y., Huang, Z., Cai, B. Design optimization for subsea gate valve based on combined analyses of fluid characteristics and sensitivity. Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 182. 2019. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.106277.

108. Управление зоной схлопывания пузырьков в задвижке стабилизатором Логинов В. Л. [и др.]. Ползуновский вестник. Барнаул. 2018. C. 126-130.

109. О способах оценки критических параметров кавитации в регулирующих органах при транспортировании рабочих сред. А.Б. Капранова [и др.]. Фундаментальные исследования. № 3. Ярославль. 2016. С. 488-494.

110. Improving the position control performance of a Proportional spool valve, using a 3D CFD modeling / A. Senatore, D. Buono, E. Frosina, M. Pavanetto, I.J. Costin, M. Olivetti // Proceedings IFPE Technical Conference. Paper no. 29.2. 2014.

111. Transient characteristics simulation and flow-field analysis of high-pressure pneumatic pilot-driven on/off valve via CFD method / P. Zhang, Y. Tao, C. Yang, W. Ma, Z. Zhang // Flow Measurement and Instrumentation. Volume 97. 2024. 102620 P. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2024.102620.

112. Zhu M., Zhao S., Li J. et al. Computational fluid dynamics and experimental analysis on flow rate and torques of a servo direct drive rotary control valve. Proc. Inst. Mech. Eng. C. J. Mech. Eng. Sci., vol. 233, no. 1. 2018. pp. 213-226. doi: https://doi.org/10.1177/0954406218756449.

113. Yuelai D., Zhimin G., Jingwei L. / Numerical Simulation of Flow Characteristics of Vortex Diode with Multi-tangential Tubes. // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. 2008. DOI:10.1088/1755-1315/330/5/052008.

114. Муфтахов В.З., Фоминых А.В., Чиняев И.Р. Обоснование уровня дробления сетки в математической модели численных исследований течения рабочей среды. Трубопроводная арматура и оборудование, № 2 (131). М. 2024. С. 30-32.

115. Запорно-регулирующее устройство, Патент на изобретение №2769321 РФ, МПК F16K 3/02 (2006/01). / В.З. Муфтахов [и др.]; заявл. 23.06.2021; опубл. 30.03.2022, Бюл. № 10.

116. Расчётно-теоретическое и экспериментальное исследования кавитационных характеристик шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дросселированием / Муфтахов В.З. [и др.]. М.: Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024. С. 6876.

117. Разработка и испытания приводов ручных двухскоростных неполноповоротных для управления трубопроводной арматурой.

Муфтахов В.З. и др. // Вестник Курганской ГСХА. № 3 (39). Курган. 2021. С. 73-80.

118. Федеральный закон 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/902107146.

119. Helmut Benigni, Markus Mosshammer. Utilisation of universal test rigs for the valve industry Customised evaluation of valve specific properties - Research on flow control devices and systems. HFM - Institute of Hydraulic Fluid Machinery Graz University of Technology, Conference: Valveworld. 2018. 18 P.

120. Никитченко С.Л. Конструкции, расчёт и использование дросселирующих устройств в объемном гидроприводе. ФГБОУ ВО Донской ГАУ. Ростов-на-Дону. 2017. 23 C.

121. Окслер Г. Кавитация в арматуре? Разберемся! Арматуростроение, № 2 (77). М. 2012. С. 74-77.

122. Холлер Сиперс. Критические скорости потока в проточной части корпуса - скрытый враг арматуры. Трубопроводная арматура и оборудование, №2 (41), М. 2009. С. 25-28.

123. Сверчков А.М., Сумской С.И. Учет кавитационных явлений при моделировании течений в магистральных трубопроводах. Безопасность труда в промышленности, № 11. М. 2020. С. 7-14. doi: https://doi.org/10.24000/0409-2961 -2020-11-7-14.

124. Карелин И.Н. Реальные проблемы технических измерений в ремонте нефтегазового оборудования. Методические указания. Москва. 2021. 44 С.

125. Джон Монсен. Расчёт установленного расхода и коэффициента расхода регулирующей арматуры. М.: Заводское технологическое оборудование. 2022. С. 26-30.

126. Каракулов М.Н., Холова И.И., Холов А.Д. Расчётное определение коэффициента пропускной способности запорной арматуры. Ижевск: Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. Т. 25, № 3. 2022. С. 32-37. DOI: 10.22213/2413-1172-2022-3-32-37.

127. Qiu T, Yang L, Zhang J, Wang Z, Song Y, Ai C. Investigation of Valve Seat Cone Angle on Small Opening Direct-Acting Relief Valve Cavitation Noise. Machines. 2024. 13 P. doi.org/10.3390/machines12070434

128. Руководство по эксплуатации: Расходомер-счетчик электромагнитный Взлет ЭР. 2024. 23 C. URL: https://vzlijot.ru (дата обращения 10.05.2024).

129. Митин И.В., Русаков В.С. Анализ и обработка экспериментальных данных Учебно-методическое пособие для студентов младших курсов. М.: Физический Факультет МГУ. 2020. 44 С.

130. Li KE, Colm Slattery. Точные измерения расхода жидкости в промышленных системах при помощи электромагнитных расходомеров. М.: Компоненты и технологии. 2014. С. 30-38.

131. Whitesides G.M. / The Origins and the Future of Microfluidics // Nature. -Springer Nature, Vol. 442. 2006. P. 36 -373. DOI: 10.1038/nature05058.

132. Руководство по монтажу и эксплуатации: Датчики давления BD SENSOR. 2024. 20 С. URL: https://bdsensors.nt-ry.ru (дата обращения 14.05.2024).

133. Муфтахов В.З., Ездин И.П. Применение акустико-резонансной диагностики при обследовании трубопроводов // XII Всероссийской (национальной) научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 125-летию Т.С. Мальцева: Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодежи. Курганская ГСХА. Курган. 2020. С.59-62.

134. Муфтахов В.З., Методы проведения акустической диагностики запорно-регулирующей арматуры, В сборнике: Методы механики в решении инженерных задач. Сборник статей по материалам II Всероссийской научно-практической конференции. Под общей редакцией С.Ф. Сухановой. Курган. 2018. С. 32-37.

135. Техническое описание: Датчики ZETLAB - URL: https://zet.nt-rt.ru (дата обращения 01.12.2023).

136. Муфтахов В.З., Тельминов А.В., Ездин И.П. Контроль состояния трубопровод-ной арматуры // XIII всероссийской (национальной) научно-

практической конференции молодых ученых: Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодежи». Курганская ГСХА. Курган. 2021. С.21-24. 137. Муфтахов В.З., Фоминых А.В., Ездин И.П. Методика экспериментальных исследований вибрации и шума шиберной задвижки // Всероссийская (национальная) научно-практическая конференция «Инженерное обеспечение в реализации социально-экономических программ АПК». Курганская ГСХА. Курган. 2022.

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1. Аттестат испытательного стенда Гидрокальцо С20-00.00.000СБ

«ГСИ. Аттестация испытательного оборудовайия. Оснооные положения» ГОСТ Р 8 568-2017 ГОСТ 2.601-2006, ГОСТ 16504-81, ГОСТ Р 8.563-2009.

5. Средства измерений, входящие в комплект стенда:

Наименование Заводской номер Дата поверки МПИ Диапазон измерений, Основная абсолютная погрешность

Манометры МПТИ-УУ2 143605 август 2023 1 год 0...40 кгс/см! класс точности-

ОАО «Манотомь» 143607 август 2023 1 год 0,6

0-400 кгс/см!

Манометры МПТИ-УУ2 138795 август 2023 1 год <■ классточности-

ОАО «Манотомь» 133793 август 2023 1год 40 МРа 0,6

40МРа

Датчики давления BD Sensor 140318706 08.08.2023г. 2 года 0,5

140318705 08.08.2023г. 2 года Согласно 0,5

Регистратор безбумажный паспортным

«Экограф-т» 002981 30.11.2022 2 года данным 0,5

Согласно

Расходомер-счётчик «Взлёт ЭМР паспортным

Ду80 Профи 222МО 1800294 05.07.2022г. 4 года данным 1%

6. Средства измерений, используемые для проведения аттестации:

Наименование Заводской номер Диапазон измерений Дата поверки МПИ

Прибор комбинированный TESTO 622 Per. № ФИФ ОЕИ РФ 53505-13 39520209/905 -10'С...+60'С ПГ =±0,4*С. О.ЛООИОВ ЛГ= 2%0В при 25'С (10...+90%0в) ±3%ОВ в ост. диапазоне 09.09.2022г. Свидетельство о поверке № С-ВЯ/09-09-2022/184860931 1 год.

Наименование Заводской номер Дата калибровки МКИ Диапазон измерений Допустимая погрешность

Мультиметр цифровой М890С+ 13030089756 Сертификат калибровки № 7100503/4453/1 от 19.09.2022г. 1 год ОДОм-2000Мом См. Протокол калибровки

Наименование Заводской номер Дата поверки МПИ Диапазон измерений Основная абсолютная погрешность

Секундомер механический СОСпр-2а-3-ШО Per. № ФИФ ОЕИ 2231-72 6702 01.09.2022 Свидетельство о поверке № С-ВЯ/01-09-2022/193569791 1 год 0- 60с (Ц-Д. 0,2с) 0- ЗОмин. (ц.д.1 мин.) Класс точности - 2 ±1,0 с за 30 мин.

7. Результаты аттестации:

7.1. Рассмотрение технической документации:

№ п/п Наименование Результат («+» положительный/ «- » отрицательный)

1 Наличие 1<Д

2 Наличие в КД требований безопасности, нормированных значений и их допускаемых отклонений +

3. Соответствие указанных в КД характеристик требованиям стандартов или НДна испытания продукции +

П.2. Акт об использовании результатов кандидатской диссертационной работы ООО НПФ «МКТ-АСДМ»

ООО НПФ "МКТ-АСДМ"

454080, г. Челябинск, ул. Энгельса, 44 г, пом. 2 тел.: [phone] E-mail: [e-mail]

МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИ

I

УТВЕРЖДАЮ

Акционер V. <*.

ООО НПФ «МКТ-АСДМ»

^ / ' Шанаурин

«22^ октября 2024 г.

АКТ

о внедрении научных и практических результатов кандидатской диссертации В.З. Муфтахова на тему: «Разработка алгоритма расчёта и создание шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования

потоков рабочей среды»

Белокрылов В.Н.

Пошивалов Е.А. Мазов С.М.

Комиссия в составе:

Заместитель генерального директора по науке ООО НПФ «МКТ-АСДМ», председатель комиссии

Главный конструктор ООО НПФ «МКТ-АСДМ» Технический директор

составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы В.З. Муфтахова на тему: «Разработка алгоритма расчёта и создание шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.5.10. «Гидравлические машины, вакуумная, компрессорная техника, гидро- и пневмосистемы» внедрены в ООО НПФ «МКТ-АСДМ».

В.З. Муфтаховым внедрёны алгоритм расчёта и математическая модель рабочих процессов, протекающих в рабочей полости шиберных запорно-регулирующих устройств (ШЗРУ), предназначенных для регулирования потоков рабочей среды. Разработан программно-аппаратный комплекс, поедназначенный для исследования гидравлических, кавитационных и

акустических характеристик создаваемых ШЗРУ. Разработанная математическая модель позволила получить поля скоростей, давлений, объёмной концентрации пара и акустической мощности во всем объёме расчётной области ШЗРУ и определить значения давления и расхода, при которых начинается отклонение расходной характеристики:

е=л>/др)

от линейной зависимости и определить коэффициенты кавитации. В результате сопоставления значений экспериментальных данных, со значениями, полученными в результате численного моделирования максимальные отклонения по пропускной способности и числу кавитации не превышают 10%. Внедрение разработанного В.З. Муфтаховым алгоритма расчёта и математической модели ШЗРУ позволило получить положительный эффект при разработке трубопроводной арматуры.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке новой и улучшении показателей выпускаемой ТПА (пропускных и кавитационных характеристик). К перспективным областям применения ШЗРУ можно отнести нефтегазовую и энергетическую технику, в объектах гражданского и специального назначения, в которых ШЗРУ могут быть использованы для управления расходом нефти, газа, энергоносителей везде, где требуется управление потоками жидкостей и газов.

Основные положения и полученные результаты диссертационной работы В.З. Муфтахова были рассмотрены и одобрены на научно-техническом совете ООО НПФ «МКТ-АСДМ», протокол № 1 от 28 марта 2024 г.

Председатель комиссии Член комиссии:

П.3. Акты внедрения в учебный процесс:

1. ФГБОУ ВО Курганский Государственный Университет

о внедрении результатов кандидатской диссертации Муфтахова В.З.

«Разработка алгоритма расчёта шиберных запорно-регулируюших устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды» в учебный процесс подготовки бакалавров и специалистов в Курганском государственном университете

Результаты диссертационной работы Муфтахова В.З. «Разработка алгоритма расчёта шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды» на соискание степени кандидата технических наук использованы в учебном процессе кафедры «Цифровая энергетика» Курганского государственного университета при преподавании дисциплины «Гидрогазодинамика».

Разработанные математическая модель, метод расчёта, изготовленный стенд, методики определения гидравлических и кавитационных характеристик трубопроводной арматуры используются в курсах лекций и на лабораторных занятиях, что позволяет студентам закрепить полученные знания. Материалы диссертации Муфтахова В.З. используются студентами в процессе самостоятельного изучения разделов дисциплины «Гидрогазодинамика» и при дипломном проектировании.

За веду ющи й кафедрой «Цифровая энергетика»

д.т.н., доцент

В.И. Мошкин

2. ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет»

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижневартовский государственный университет» (ФГБОУ ВО «НВГУ») ФАКУЛЬТЕТ ЭКОЛОГИИ И ИНЖИНИРИНГА

Декан

с>

УТВЕРЖДАЮ

В.В. Александрова

«£/_» /яьеЖ? 2024 г.

Акт

О внедрении результатов кандидатской диссертации Муфтахова В.З. «Разработка алгоритма расчёта и создание шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды» в учебный процесс подготовки специалистов

в ФГБОУ ВО «НВГУ»

Результаты диссертационной работы Муфтахова В.З. на тему «Разработка алгоритма расчёта и создание шиберных запорно-регулирующих устройств с требуемой пропускной характеристикой при многоступенчатом дросселировании для регулирования потоков рабочей среды» на соискание степени кандидата технических наук использованы в учебном процессе кафедры нефтегазового дела ФГБОУ ВО «НВГУ».

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в курсах лекций по дисциплинам кафедры нефтегазового дела ФГБОУ ВО «НВГУ»:

1. «Гидравлика и гидроприводы» направления подготовки 21.03.01. «Нефтегазовое дело», профиль «Эксплуатация и обслуживание технологических объектов нефтегазового производства» уровень бакалавриата.

2. «Математическое моделирование в решении задач нефтегазовой отрасли» направления подготовки 21.04.01. «Нефтегазовое дело», программа магистратуры.

Разработанная математическая модель, алгоритм расчета пропускной способности и харектеристик запорно-регулирующих устройств, а также ЗЭ модель применяются при проведении лабораторных и практических работ, используются в курсах лекций, семинарских занятий, что позволяет студентам закрепить полученные знания. Материалы диссертации В.З. Муфтахова используются студентами кафедры нефтегазового дела ФГБОУ ВО «НВГУ» и в процессе самостоятельного изучения разделов перечисленных курсов лекций.

Данный акт утвержден на заседании кафедры

нефтегазового дела

От «19» ноября 2024 г., протокол № 9

Заведующая кафедрой нефтегазового дела, к.э.н., доцент

О.И. Чубарова

П.4. Патент и полезная модель: 1. Патент Яи 2769321 С1

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

<19)

ни

(11)

(51) МПК Р16К11/16 (2006.01)

т&к зшл (эшжш)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

<'*) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

2 769 321('} С1

(52]СПК

Р16К11/16 (2022.01): Р16К 3/02 (2022.01): Г16К 31/44 (2022.0!)

О

см со СП

иэ см

(21 ){22) Запаха: 2Й211184-50. 23.06.2021

<24) Дата ЬЕачала 0ТСч£га срока действия ЛйКЬТЛ:

23.06.2021

Ддкь регистрации:

30.03.2022

Приоритеты):

(22) Дам пйддчн заявки: 23.06.2021

<45) Олубоивовава: 30.03.2022 Еюи. № 10

Адрес ячя переписки:

б+1Э00г Курганская обл.. КетОвскнй р-н, С. Леошклша ФГБОУ ВО Кургавскад ГСХА

<72) Антйр<ы):

Евдкн Игорь Петрович (1Ш), Муфтахол В^днм Энряксшич (ИЩ Тв.1ьмнлив Александр Владимирович (ки), Фомнныя Александр ВасимЕйвнч (КИТ), Чннлев ИнынЗ ^[инт1Ш1 (№)

(73) ПапнтаоЁладатепьОО:

Федерально: 1хк:ударСхленш:е бшдшетнск Образовательное учреждений высшего Образования "Курганская государственная сельСнйдОЗяйственния академия имени Т.С. Мальцева" (И11>

<56-) Спи сон дш^менш, ципфйцншя л отчете а поиске: СМ 104Й53Й5Й А, 27.05.2015. СМ 111й226Т7 А, 17.04.2000. ЗД0900 А1, [5051т Ки 2586959 С1, Ю.06201Й. СМ 212131344 и, 11.12.202й.

(54) ЭАПОРНОРЕ ГУ ПИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Реферп:

Ии>11реИМИ йТНШПа к арыатурОСтрй£ниво ]1 ьйхп Сыть шпщийшяо в качестве как ааПйрНйГй, тах и рсЕулируьощепи уМрОйМЁй а т^хнЙДйГнчМСЬх 1ру&Н1рйЬйД&Х (ШШЧЬйЛ) вдшачаоы. Заиорни-регулнрующсс устройство

еодерИЛТ корпус с ЬОДДНЫЫ и ВЫХОДНЫМ

■авалями, а пйспеднем устаноаэезо седло, лерскрылиенис1 и шнберои, и эасли-нкой., послед авателшоспъ переиацевна которых о?£юсвтекы10 седла оиределелл шшнзиоы

у 1 |ри:+. и.'1111Л. М сланном уссравлсЕзня выполнен и авде ГЕгаркнрий Щ(И11№11№№ ли кронштейне корпуса [ЩЧШ, ЬЕри] |уи[еЕЗЕЭо IV через ОТВерСПК а геенилдслс 1Е через отверстие л ШТОК, управляющем ^аняонкой. при лом шпшндель соединен с шиш'рил чергн гютун II рычажный четырелзнешшй иеышнэы, взаниодейииувощнй иры перемещении шпнлделя с ЕШгрЛнНЮЩИМН крышкл. Таничесини результатом является [[св-ышел ме надоыостн устройства. 3 на

ы

СП (О

ы ю

о

го

о «>

со го

2. Полезная модель RU 217661 U1

РОССИЙСКАЯ ФИДИГАЦНЛ

09)

ю ю г-т-ÍN

RU

С")

217 661 31 U1

Í5I) МПК FiéKMtl (2006.01) FÍ6K 47/02 (ЭС№Л1) FÍ6K 47/14 <3006011

Ф£Д£ГАЛЬНАЯ СЛУЖБА

по иитвллеГГУальной собственности

t"' ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

(5Л) CIIK

F16K Ш2 (2022AV: FÍ6K 41А& (2022.Ú.V; >7йА" 47/14 (2022. ftTJ

(2Щ22) Заявка. 20221U7S3, 27.04.2022

(.24) Дата начала отсчета срока деПетвив патшга:

27.94.2022

Дага рннсфвщм:

11.04.2023

Приоритеты

(221 Дата подачн заявки: 27.04.2022

(45>Опуйликовамо: 11.04.2023 И

Адрк XIя переписки:

640020, г. Кургая. ул. Набережная. 2а. ООО НПФ "МКТ-АСДМ", Чннясву Ильлазу Рашнтоьнчу

Н Т2 > Автотип:

Махов Аленсей Алексеевич IRL1'}. Муфтахов Вадим Знрякмн1! (RU), Фоынныя Алексалцр Васильевич (RU). ■Ihbscí Ильгн г Рашнгоаич i RU). Шанаурнн Анатолий .Iíoht ьевнч {RU>

i Tí i ПатснтообидатслЦв}1

Общество с ограниченней огветстве-вностью Нау-чнв-проювядствснкая фирма МКТ -АСДМ ' (RU)

(Í6) CnixK донуиевтоа, цитировали их в отчете о пшкхк ÜS 2011СМ25И А1.24J02.2011. RU 246446» С2.20.1 ОМ 12. RU2üW658 СI, 05.08,2019. RU 240600 L С1, 10.122010. CNltfc545«6 A.3SÜBJ3flrí. CN215172554 U. 14.122021.

(34) ШИБЕРНОЕ ЗАПОРНОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ

(57 i Реферата

Полешая модель ртвоотея к области машиностроения. ь част наст л к ц^натурасгроенш, a шви к эапорно-регулнрунниеЯ трубопроводной арматуре, и HOXfT oj,i[j, LHcno.ibtnb.ajia Ji ЕьгфтегаэодобываннпеЛ и :i рус их. отрасли промызитсЕшости.

Технической ьадачеЛ по.теэной модели является увеличение условной пропускной способности в сюес не1 к пьет ребус мой пропускной ха|мктерн:гики. шумовых л кавитаиионны* покаытслсй.

Поставленная задача решается тем. '¡то шипсрнос яоо^орегулрующк устройство, содержащее управляемый пшицелен с ллоскнм

УСТРОЙСТВО

торщем шноер винмодейетвумщип о обеих сторон с седлами. мри вопюлщш патрубке ippqqi установлено ее д.т.о. оостоялзес из щцш дроссельных апастн с сопрясаемымнлана.тамн. при! этом каналы л p,i умещенных внутри седла дроошьнш швояванц как н № вааимодсйствуюшсйе шибером плоский cropotic ос д.та. выполнены горизонтальными ешмнпныын,

ЛИЙО ИрерЫВНСТЫМ рИДОМ, а число

горшшпжшшо кана.юв либо с прерывистых РЯДОВ Ь ДрОСССЛЬНЫХ IU1CMB1I кпллсрирустся с rOCT.í44.í7-2Ültf. при тгом форма нпрофиль как канатов, так равно л количество пластил определяется требуемыми гидравлическими л ■ im i pipi.iiiin i» i ларактсристиламн.

73

га

сп сп

Lip.: I

Фиг.1

Lip :

П.5. Фрагменты обработки результатов аналитического, численного расчётов и экспериментальных данных пакета из трёх пластин третьего ряда каналов

Учитывая количество измерений и серий экспериментов в Таблицах 1-4 Д приведены фрагменты обработки результатов аналитического, численного расчётов и экспериментальных данных пакета из трёх пластин третьего ряда каналов. Обработка проводилась с использованием программного обеспечения для работы с электронными таблицами MS Excel. Фрагмент результатов (аналитического и численного расчётов) пропускной способности пакета из трёх пластин (3 ряд каналов, отверстие в первой пластине 10 мм) представлен в Таблице 1. Фрагмент результатов экспериментальных данных и расчёта пропускной способности пакета из трёх пластин (3 ряд каналов, отверстие в первой пластине 9,6+10 мм) представлен в Таблице 2.

Таблица 1.

Фрагмент результатов (аналитического и численного расчётов) пропускной способности пакета из трёх пластин

(3 ряд каналов, отверстие в первой пластине 10 мм).

№ Давлени е на входе р1 Давлени е на выходе Р2 Перепад давлени я Лр=р1-р2 Объемны й расход Я Пропускная способность , численный расчёт Пропускная способность согласно ГОСТ, аналитически й расчёт К Отклонение число Рейнольдс а, Яв Коэффиц иент сопротивл ения, с

% +, -

МПа МПа МПа м3/час м3/час м3/час

1 0,5 0,4 0,1 4,622 4,583 4,626 0,9 0,043 46 728 4,49

2 5 4 1 14,776 4,634 4,626 -0,2 -0,008 149 520 4,40

3 5 2 3 25,536 4,623 4,626 0,1 0,003 258 175 4,42

4 11 1 10 46,527 4,614 4,626 0,3 0,012 470 371 4,43

5 21 1 20 65,759 4,611 4,626 0,3 0,015 664 818 4,44

6 26 1 25 73,358 4,601 4,626 0,5 0,025 741 216 4,46

Таблица 2.

Фрагмент результатов экспериментальных данных и расчёта пропускной способности пакета из трёх пластин

(3 ряд каналов, отверстие в первой пластине 9,6+10 мм).

Р1 № экс. Расход среды, Я Давление на входе р1 Давление на выходе Р2 Перепад давления Лр=р1-р2 Пропускная способность КУ

м3/с м3/ч атм. атм. Па м3/ч

1 0,001750 6,30 9,90 8,10 182 385,00 4,63

2 0,002289 8,24 10,30 7,10 324 240,00 4,54

3 0,002583 9,30 10,17 6,05 417 459,00 4,51

сЗ 4 0,002864 10,31 10,06 5,02 510 678,00 4,52

О, 5 0,003242 11,67 10,33 3,88 653 546,25 4,53

¿р 6 0,003442 12,39 10,24 2,96 737 646,00 4,52

7 0,003603 12,97 10,16 2,02 824 785,50 4,48

8 0,003694 13,30 10,11 1,04 919 017,75 4,35

9 0,003778 13,60 10,41 0,32 1 022 369,25 4,22

1 0,001958 7,05 15,32 12,96 239 127,00 4,52

2 0,002611 9,40 15,07 10,87 425 565,00 4,52

¿р 3 0,003092 11,13 14,86 9,07 586 671,75 4,56

4 0,003631 13,07 15,17 7,04 823 772,25 4,52

Р1 № экс. Расход среды, Я Давление на входе р1 Давление на выходе Р2 Перепад давления Лр=р1-р2 Пропускная способность КУ

м3/с м3/ч атм. атм. Па м3/ч

5 0,004086 14,71 15,12 4,84 1 041 621,00 4,52

6 0,004247 15,29 15,16 3,95 1 135 853,25 4,50

7 0,004356 15,68 15,11 3,06 1 220 966,25 4,45

8 0,004431 15,95 15,05 2,02 1 320 264,75 4,35

9 0,004469 16,09 15,02 1,05 1 415 510,25 4,24

10 0,004483 16,14 15,00 0,35 1 484 411,25 4,15

1 0,002433 8,76 19,98 16,33 369 836,25 4,52

2 0,003628 13,06 20,09 11,97 822 759,00 4,52

3 0,004017 14,46 20,02 10,07 1 008 183,75 4,52

4 0,004475 16,11 20,15 7,82 1 249 337,25 4,52

сЗ 5 0,004750 17,10 19,96 6,08 1 406 391,00 4,52

О, (Ч Л 6 0,004931 17,75 20,17 5,02 1 535 073,75 4,49

7 0,005014 18,05 20,11 4,11 1 621 200,00 4,45

8 0,005083 18,30 20,07 3,11 1 718 472,00 4,38

9 0,005119 18,43 20,03 2,05 1 821 823,50 4,28

10 0,005136 18,49 20,01 1,03 1 923 148,50 4,18

11 0,005139 18,50 20,00 0,37 1 988 705,78 4,11

Пример регистрации экспериментальных данных и результатов численных расчётов при определении зависимости коэффициента сопротивления С от скоростного давления ри2/2 приведен в Таблице 3.

Таблица 3.

Фрагмент экспериментальных данных и результатов численных расчётов (пакет из трёх пластин, 3 ряд, отверстия в первой пластине 9,6 и 10 мм)

Номер измерения Давление рабочей среды, Перепад давления на ИА Корень перепада давления Температура среды до ИА Плотность среды при параметрах до ИА Расход рабочей среды Расход рабочей среды Пропускная способность Пропускная способность

до ИА, Р1 после ИА, р2 Ар VАр г Р а эксперимент а численный расчёт ку, эксперимент кЕ, численный расчёт

атм атм Па МПа 0С кг/м3 м3/с м3/с м3/ч м3/ч

1 9,90 8,10 182 385,00 0,43 25 1000 0,00175 0,00176 4,67 4,66

2 10,30 7,10 324 240,00 0,57 25 1000 0,00229 0,00226 4,58 4,48

3 10,17 6,05 417 459,00 0,65 25 1000 0,00258 0,00268 4,56 4,68

4 10,06 5,02 510 678,00 0,71 25 1000 0,00286 0,00297 4,57 4,68

5 10,33 3,88 653 546,25 0,81 25 1000 0,00324 0,00330 4,57 4,60

6 10,24 2,96 737 646,00 0,86 25 1000 0,00344 0,00351 4,57 4,62

7 10,16 2,02 824 785,50 0,91 25 1000 0,00360 0,00368 4,52 4,58

8 10,11 1,04 919 017,75 0,96 25 1000 0,00369 0,00377 4,39 4,44

9 10,41 0,32 1022369,25 1,01 25 1000 0,00378 - 4,26 -

10 15,32 12,96 239 127,00 0,49 25 1000 0,00196 0,00194 4,57 4,47

11 15,07 10,87 425 565,00 0,65 25 1000 0,00261 0,00260 4,56 4,50

12 14,86 9,07 586 671,75 0,77 25 1000 0,00309 0,00304 4,60 4,48

Номер измерения Давление рабочей среды, Перепад давления на ИА Корень перепада давления Температура среды до ИА Плотность среды при параметрах до ИА Расход рабочей среды Расход рабочей среды Пропускная способность Пропускная способность

до ИА, Р1 после ИА, р2 Ар VАр г Р а эксперимент а численный расчёт Ку, эксперимент КЕ, численный расчёт

атм атм Па МПа 0С кг/м3 м3/с м3/с м3/ч м3/ч

13 15,17 7,04 823 772,25 0,91 25 1000 0,00363 0,00364 4,56 4,52

14 15,12 4,84 1041621,00 1,02 25 1000 0,00409 0,00405 4,57 4,48

15 15,16 3,95 1135853,25 1,07 25 1000 0,00425 0,00426 4,54 4,51

16 15,11 3,06 1220966,25 1,10 25 1000 0,00436 0,00439 4,49 4,49

17 15,05 2,02 1320264,75 1,15 25 1000 0,00443 0,00455 4,40 4,47

18 15,02 1,05 1415510,25 1,19 25 1000 0,00447 0,00461 4,28 4,37

19 15,0 0,35 1484411,25 1,22 25 1000 0,00448 - 4,20 -

20 19,98 16,33 369 836,25 0,61 25 1000 0,00243 0,00242 4,56 4,49

21 20,09 11,97 822 759,00 0,91 25 1000 0,00363 0,00362 4,56 4,51

22 20,02 10,07 1008183,75 1,00 25 1000 0,00402 0,00401 4,56 4,51

23 20,15 7,82 1249337,25 1,12 25 1000 0,00448 0,00447 4,57 4,51

24 19,96 6,08 1406391,00 1,19 25 1000 0,00475 0,00475 4,57 4,52