Определение гидравлических характеристик трубопроводной арматуры при использовании конечно-элементного анализа

Авторы

  • Вадим Андреевич Буданов Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
  • Николай Викторович Петров Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
  • Шодмон Салохидин Нозирзода Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
  • Екатерина Дмитриевна Петрова Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Ключевые слова:

моделирование, гидравлические характеристики, трубопроводная арматура, регулирующий клапан

Аннотация

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.

Биографии авторов

Вадим Андреевич Буданов, Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Аспирант кафедры промышленных технологий

Николай Викторович Петров, Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Аспирант кафедры промышленных технологий

Шодмон Салохидин Нозирзода, Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Аспирант кафедры промышленных технологий

Екатерина Дмитриевна Петрова, Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Аспирантка кафедры промышленных технологий

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.

Опубликован

2023-11-03

Как цитировать

Буданов, В. А., Петров, Н. В., Нозирзода, Ш. С., & Петрова, Е. Д. (2023). Определение гидравлических характеристик трубопроводной арматуры при использовании конечно-элементного анализа. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, (3(79), 181-189. извлечено от https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/1341

Выпуск

Раздел

Информационные технологии, управление и обработка