Определение гидравлических характеристик трубопроводной арматуры при использовании конечно-элементного анализа
Ключевые слова:
моделирование, гидравлические характеристики, трубопроводная арматура, регулирующий клапанАннотация
В работе рассмотрены способы определения гидравлических характеристик трубопроводной арматуры. Вычислена пропускная характеристика клеточного регулирующего клапана, а также проведено сравнение результатов стендовых испытаний и конечно-элементного анализа пропускной способности клапана в зависимости от степени открытия регулирующего органа «золотника». В исследовании использованы методы конечно-элементного моделирования и статистической обработки данных. Разработана 3D-модель арматуры, которая установлена на участке трубопровода. На первом этапе расчета проверена сходимость сетки, определен размер ее ячеек и влияние размера ячейки на результаты расчета. В соответствии с требованиями ГОСТ 34437-2018 предусмотрены участки трубопровода до и после арматуры. Построены графики пропускной характеристики клапана, полученной по итогам конечно-элементного моделирования, экспериментальной пропускной характеристики клапана, корреляция результатов конечно-элементного анализа и экспериментальных данных. Также построен график отклонения полученных значений. Можно сделать вывод, что конечно-элементный анализ необходим при проектировании клапанов на различных стадиях производства для снижения общих издержек. Предложения по практическому применению данных научного исследования заключаются в их использовании в проектировании объектов атомной и нефтегазовой промышленностей. В научной работе указаны полученные расчетные и экспериментальные значения пропускной способности, а также дана оценка возможности применения конечно-элементного анализа при выполнении проектирования клапанов.
Библиографические ссылки
Белобородов А.В., Сызранцева К.В. Использование метода конечных элементов для оценки прочностной надежности нефтегазового оборудования // Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе : тр. междунар. науч.-техн. конф. Тюмень, 2003. С.94–97.
Transient Simulation and Experiment Validation on the Opening and Closing Process of a Ball Valve used in Nuclear Power Plant / Y. Han, L. Zhou, L. Bai et al. // Nuclear Engineering and Technology. 2022. Vol. 54. Iss. 5. P. 1674–1865. DOI 10.1016/j.net.2021.10.035.
Корнев Е.С., Павлова Л.Д. Применение программных средств конечно-элементного анализа для решения трехмерных задач горной геомеханики // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2015. № 2. С. 126–129.
Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В., Белобородов А.В. Использование метода конечных элементов для анализа кон-струкций трубопроводной арматуры // Нефть и газ : проблемы недропользования, добычи и транспортировки : материалы науч.-техн. конф. Тюмень, 2002. С. 130.
Syzrantsev V.N. , Syzrantseva K.V., Beloborodov A.V. Using Finite Element Analyzing for calculation of stress-strain condi-tions of wedge gate valves bodies // Engineering Mechanics 2003: book of extended abstracts of National conference with international participation. Prague : Czech Republic, 2003. P. 324–325. URL : https://www.engmech.cz/improc/2003/113-Vladimir-Syzrantsev-PT.pdf (Accessed August 3, 2023).
Теоретический метод управления расходом перекачиваемой среды по положению запирающих элементов трубопровод-ной арматуры / А.С. Кравчук, А.И. Кравчук, А.П. Михиевич и др. // Мир транспорта. 2020. Т. 18. № 2 (87). С. 22–49.
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир, 1975. 541 с.
Бате К.Д., Вилсон Е.Л. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М. : Стройиздат, 1982. 447 с.
Кассирова Д.М. Исследование явления автоколебания струи на выходе из воздухораспределителя с помощью програм-мы STAR-CD // Сб. тр. второй конф. пользователей программного обеспечения CAD-FEM GMBH. М., 2002. С. 10–12.
Кузнецов Е.Г., Шмелев В.В. Моделирование течения в клапане обратном подъемном DN50 PN16 и определение его гидравлических характеристик // Арматуростроение. 2007. № 1 (46). С. 44–49.
Tahry S.H. El. k-epsilon equation for compressible engine flows // Journal of Energy. 1983. Vol. 7, Iss. 4. P. 345–353.
Мойзес Б.Б., Плотникова И.В., Редько Л.А. Статистические методы контроля качества и обработка эксперименталь-ных данных. Томск : ТПУ, 2016. 119 с.
Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М. : Физматлит, 2008. 364 с.
Zavyalov A., Zhuchkov K., Vasilchenko M. Process Pipeline Strength Calculation Methodology Enhancement Using Finite-Element Method // Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2023. Vol. 14. Iss. 2. DOI 10.1061/JPSEA2.PSENG-1401.
Чопоров С.В., Гоменюк С.И., Лисняк А.А. Сравнительный анализ треугольных и четырехугольных конечных элемен-тов // Вестн. Херсон. нац. техн. ун-та. 2013. № 2 (47). С. 382–386.
ГОСТ 34437-2018. Арматура трубопроводная. Методика экспериментального определения гидравлических и кавита-ционных характеристик. Введ. 2019–07–01. М. : Стандартинформ, 2018. 41 с.
Котельников Л.В. Моделирование потока проводимой среды в регулирующем устройстве // Вестн. Курган. гос. с.-х. акад. 2017. № 4 (24). С. 80–82.
Стохастическая модель процесса образования кавитационных пузырей в проточной части регулирующего клапана / А.Б. Капранова, А.Е. Лебедев, А.М. Мельцер и др. // Вестн. Иванов. гос. энергетич. ун-та. 2016. № 4. С. 24–29.
