Determination of hydraulic characteristics of pipeline fittings using finite element analysis
Keywords:
modeling, hydraulic characteristics, pipeline fittings, control valveAbstract
In this paper, methods for determining the hydraulic characteristics of pipeline fittings are considered. The starting characteristic of the cellular control valve was determined, and the results of bench tests and the results of finite element analysis of the valve capacity were compared depending on opening degree of the regulating organ of the «spool». The method of finite element modeling and the method of statistical data processing are used. A 3D model of the fitting installed on the pipeline section has been developed. At the first stage of the calculation, the convergence of the grid was checked, the size of the grid cells and the effect of the cell size on the calculation results were determined. In accordance with the requirements of State Standard 34437-2018, sections of the pipeline before and after the fittings are provided. Graphs of the flow characteristics of the valve obtained from the results of the finite element simulation, the experimental flow characteristics of the valve, the correlation of the results of the finite element analysis and experimental data are constructed. A graph of the deviation of the obtained values was also plotted. It can be concluded that finite element analysis is necessary in the design of valves at various stages of production to reduce overall costs. Proposals for the practical application of the scientific research data are to use them in the design of nuclear and oil and gas industry facilities. The scientific work indicates the obtained calculated and experimental values of throughput, as well as assesses the possibility of using finite element analysis when designing valves.
References
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.
