Расчетно-теоретическое и экспериментальное исследования кавитационных характеристик шиберных запорно-регулирующих устройств с многоступенчатым дросселированием

Уменьшение или увеличение давления и скорости потока рабочей среды в гидравлических системах вызывает кавитацию, вибрацию, шум и разрушение материала. Основной причиной всех нежелательных явлений, возникающих при работе трубопроводной арматуры, является скорость рабочей среды в узком сечении между регулирующими элементами и их седлами. Применение многоступенчатого дросселирования позволяет уменьшить этот параметр в затворе и после него, расположить место схлопывания кавитационных пузырьков в потоке. В затвор трубопроводной арматуры введен конструктивный элемент, определяющий процесс тонкого регулирования и поле скоростей рабочей среды, в котором ее частицы, движущиеся после затвора с максимальной скоростью, расположены в толще потока, а вектор скоростей этих частиц параллелен оси выходного патрубка корпуса трубопроводной арматуры. Одной из важных задач при проектировании регулирующих устройств является определение кавитационных характеристик. Приведены результаты расчетно-теоретического и экспериментального исследований по определению гидравлических и кавитационных характеристик шиберного запорно-регулирующего устройства с многоступенчатым дросселированием. Экспериментальное значение коэффициента кавитации одной дроссельной пластины составило 0,584, трех — 0,735, при этом скорость рабочей среды за пластинами уменьшилась в 1,37 раза.

Литература

[1] Мориц М. Импортозамещающая сводка: расширение производственных возможностей. Вестник арматуростроителя, 2022, № 6, с. 62–65.

[2] Друзина И. Экспертное мнение о рынке трубопроводной арматуры. Вестник арматуростроителя, 2022, № 6, с. 56–57.

[3] Афанасьева О.В., Бакулина А.А., Коркунов С.Б. Перспективы развития российского арматуростроения в современных экономических условиях. Газовая промышленность, 2020, № 6, с. 70–73.

[4] 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.

[5] Бауманн Х.Д. Конструкции и применение. Будущие тенденции в регулирующей арматуре. Арматуростроение, 2022, № 3, с. 34–35.

[6] Барышников В.В., Терехов Е.А. Кавитация и кавитационный износ регулирующей арматуры. Молодой ученый, 2023, № 37, с. 14–16.

[7] 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., 2018, vol. 233, no. 1, pp. 213–226, doi: https://doi.org/10.1177/0954406218756449

[8] Кулагин В.А., Соколов Н.Ю. Кавитация в элементах запорной арматуры трубопроводных систем. Вестник СибФУ. Инженерия и технологии, 2014, № 7, с. 872–880.

[9] Махов А.А., Муфтахов В.З., Фоминых А.В. и др. Шиберное запорно-регулирующее устройство. Патент РФ 217661. Заявл. 27.04.2022, опубл. 11.04.2023.

[10] Воробьева В.М. Компьютерное моделирование кавитации в клиновой задвижке в среде ANSYS FLUENT. StudArctic Forum, 2023, т. 8, № 2, с. 36–41.

[11] Исаенко И.И., Махнов А.В., Смирнов Е.М. и др. Моделирование кавитации в высокоскоростных течениях в каналах. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, 2018, т. 11, № 1, с. 55–65, doi: https://doi.org/10.18721/JPM.11106

[12] Капранова А.Б., Лебедев А.Е., Мельцер А.М. и др. О Способах оценки критических параметров кавитации в регулирующих органах при транспортировании рабочих сред. Фундаментальные исследования, 2016, № 3, с. 488–494.

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

[14] Власюк П.Э., Чернышев А.В., Чиняев И.Р. и др. Расчетно-теоретическое исследование режимов течения рабочей среды в шиберной задвижке для технологических линий нефтегазодобывающей промышленности. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 5, с. 43–51, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2022-5-43-51

[15] Власюк П.Э., Чернышев А.В., Чиняев И.Р. и др. Расчет пропускной способности шиберной задвижки для технологических линий нефтегазодобывающей промышленности. Трубопроводная арматура и оборудование, 2022, № 2, с. 37–39.

[16] Малов Д.А., Чернышев А.В. Увеличение пропускной способности и диапазона регулирования проходного клапана. Трубопроводная арматура и оборудование, 2023, № 1, с. 25–27.

[17] Малов Д.А., Чернышев А.В., Слободов Е.Б. Метод определения пропускной способности запорной арматуры. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 3, с. 66–75, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2022-3-66-75

[18] Игнатьева Т.Ю., Горобченко С.Л., Ковалев Д.А. Модель поведения регулирующего клапана. Трубопроводная арматура и оборудование, 2023, № 1, с. 12–15.

[19] Wu H., Li J.Y., Gao Z.X. Flow Characteristics and stress analysis of a parallel gate valve. Processes, 2019, vol. 7, no. 11, art. 803, doi: https://doi.org/10.3390/pr7110803

[20] Liu P., Liu Y., Huang Z. et al. Design optimization for subsea gate valve based on combined analyses of fluid characteristics and sensitivity. J. Pet. Sci. Eng., 2019, vol. 182, art. 106277, doi: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106277

[21] Fominykh A., Chinyaev I., Telminov A. et al. Development of a method for determining the specific pressures on the sealing fields of slide valves. AIP Conf. Proc., 2022, vol. 2503, no. 1, art. 050062, doi: https://doi.org/10.1063/5.0099962

[22] Чиняев И.Р., Фоминых А.В., Пошивалов Е.А. и др. Определение пропускной характеристики задвижки шиберной запорно-регулирующей. Экспозиция Нефть Газ, 2015, № 2, c. 38–40.