CC BY
49
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
К вопросу теоретического моделирования методом электрических аналогий гидравлических систем Волков О. Е.1, Корнев В. А.2, Кюннап Р. И.3, Колесников А. А.4
1 Волков Олег Евгеньевич / Volkov Oleg Evgen ’evich - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
2Корнев Виталий Анатольевич / Kornev Vitaly Anatol ’evich - кандидат химических наук, доцент,
старший научный сотрудник;
3Кюннап Роман Игоревич /Kyunnap Roman Igorevich - младший научный сотрудник; 4Колесников Александр Алексеевич / Kolesnikov Aleksandr Alekseevich - инженер,
23 отдел ФАУ,
25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России, г. Москва
Аннотация: в статье рассмотрены актуальные вопросы теоретического моделирования гидравлических систем методом электрических аналогий, в рамках возможности широкого применения такого подхода в практике при
гидродинамических расчетах гидравлических схем технических средств и объектов нефтепродуктообеспечения.
Ключевые слова: технические средства нефтепродуктообеспечения, модель,
аналогии, гидравлическая система, метод электрических аналогий, гидродинамические расчеты.
В гидродинамике широкое применение находят электрические модели гидравлических систем в силу разработанности теории электрических цепей и возможности использовать решения, полученные для них, в гидродинамических расчетах [1, 2].
Для проведения оценочных расчетов гидравлических систем и подбора насосных агрегатов для объектов и технических средств нефтепродуктообеспечения [3] можно воспользоваться методом электрического моделирования гидравлических систем [4-6].
Применение электрогидравлической аналогии базируется на систематическом переносе теории электрических цепей в гидравлику [1, 2]. При этом основные электрические уравнения переходят в соответствующие гидравлические соотношения, которые всегда выполняются, и на основании которых можно составлять гидравлические схемы и анализировать их теми же хорошо развитыми методами, что и электрические цепи [7, 8].
Наибольшее распространение получили аналогии: давления Р и напряжения U, объемного расхода Q и тока I, электрического сопротивления R и гидравлического сопротивления Rr.
В соответствии с системой «СИ», напряжение U измеряется в вольтах (В), сила тока I в амперах (А), электрическое сопротивление R в омах (Ом).
В общем случае при гидравлических расчета в системе «СИ» принято: объемный расход Q измерять в м3/с, давление Р в Па,
При этом связь напора Н с давлением Р определяется по формуле
Н=Р/(р.g), (1)
где: g — ускорение свободного падения, м/с;
р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
Н — напор в гидравлической линии, обусловленный местными сопротивлениями, м.
15
Для гидравлической линии, включающей в свой состав динамический насос, полный напор определяется по формуле
Ннас = 0,102 • ( Р2 - Р1)/р+ 0,0827 • Q2 • (1d4 - l/dl4) + (z2 - z), (2)
где Ннас - полный напор, м;
Р1, Р2 - показание приборов измерения давления жидкости соответственно на входе и выходе из насоса, Па;
Q - подача насоса, м3/с;
р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3,
zh z2 - величины высот расположения измерительных приборов от гидравлической плоскости сравнения, измеренных в процессе испытания, м.
dh d2 - величины внутренних диаметров соответственно входящего и выходящего трубопроводов, рукавов, патрубков насоса, м.
Давление объемного насоса, включенного в гидравлическую линию, определяют по формуле
Р = Р2 - Pl + (Z2 - Zl) • р • g (3)
Типовые характеристики гидравлических линий различного вида приведены на рис. 1.
Совместная работа насоса на гидравлическую линию, включающую трубопровод и задвижку, приведена на рис. 2.
На рис. 2 показана типовая характеристика работы насоса в гидравлической линии с учетом потерь в насосе ЛРнас, задвижке ЛРзаде и магистрали ДРмаг. Для регулировки расхода в гидравлической линии обычно используется два метода: дросселирование с помощью задвижки или изменение скорости подачи насоса с помощью преобразователя частоты (ПЧ), применяется также и комбинированный метод регулировки.
16
Рис. 2. Характеристика работы насоса в гидравлической линии а — дросселирование; б — изменение скорости
Выбор того или иного метода обусловлен возможностью применения технологического оборудования конкретной гидравлической линии.
В соответствие с приведенными характеристиками работы насоса в гидравлической линии: Q} - расход жидкости с учетом потерь в насосе, гидравлической линии и на задвижке (при работе насоса с ПЧ, потери на задвижке практически отсутствуют при установившемся режиме при полностью открытой задвижке), а Qmax - расход жидкости с учетом потерь в насосе и гидравлической линии.
Режим работы насоса ограничивается максимально допустимой скоростью вращения вала насоса rnmax. Обычно насос эксплуатируется при номинальной частоте вращения (паспортной).
В настоящее время при моделировании гидравлических схем широко используется метод электрической аналогии. Электрические и гидравлические аналоги приведены в таблице 1.
Таблица 1. Электрические и гидравлические аналоги
Подсистема Фазовые переменные Параметры элементов
Электрическая Электрическое напряжение U, В Электричес кий ток I, А Электрическая емкость C, Ф Электрическая индуктивность L, Гн Электрическое сопротивление R, Ом
Г идравлическая Давление Р, Па Расход Q, м3/с Гидравлическая емкость Сг, м3/Па Гидравлическая индуктивность L г, с2-Па/м3 Гидравлическое сопротивление, Re, с-Па/м3
17
При расчете гидравлических схем пользуются реальными характеристиками насосов, в которых уже учтены потери в насосе ЛРнас.
Таким образом, при моделировании гидравлических процессов при применении электрических аналогий в качестве гидравлического аналога давления Р или напора насоса Н используется электрический аналог ЭДС - Е, измеряемое в В.
Согласно теоретическим представлениям: емкость является аналогом
податливости (жесткости) гидравлической магистрали, тем не менее, при использовании в качестве гидравлической магистрали всасывающих и напорных рукавов в первом приближении, с достаточной точностью при оценочных расчетах можно использовать только гидравлическое сопротивление данной линии.
Рассмотрим идеализированную схему, позволяющую смоделировать процесс перекачки (рис. 3). Приведенная схема работает «на кольцо».
Гидравлическая система (а) и эквивалентная электрическая схема (б) позволяют оценить параметры перекачки с учетом сопротивления запорного устройства Кт ън и сопротивления магистрали Лг.маг. При этом в гидравлической магистрали будет напор Нмаг, отличающийся от напора насоса Ннас на величину гидравлических потерь.
Рис. 3. Идеализированная схема стенда, работающего на «кольцо» а - гидравлическая; б - электрическая
В соответствии с электрической схемой выходные параметры будут определяться формулами (4) и (5).
I = E/(Rm +Ян) (4)
U = E • Rнагр /(Rвн +Rн ) (5)
Для гидравлической схемы выходные параметры будут определяться формулами (6) и (7).
Q = Ннас /Rrm +R ) 6)
Н =Ннас• (^г.ма/^г.вн +R г.маг )) (7)
Согласно такому подходу можно производить расчет гидравлических схем не только любой сложности, но и моделировать процессы, происходящие внутри насоса и гидравлических линий.
Данная статья подготовлена в рамках обсуждения и возможности широкого применения такого подхода в рамках гидродинамических расчетов при проектировании различных гидравлических схем, включающих технологическое оборудование средств и объектов нефтепродуктообеспечения.
18
Литература
1. Костишин В. С. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии. - М.: Ивано-Франковск - ИФДТУНГ. -2000 - с. 115.
2. Аронзон Н. З., Козлов В. А., Козобков А. А. Применение электрического моделирования для расчета компрессорных станций. - М.: Недра, 1969 - 178 с.
3. Кузьмин С. А., Волков О. Е. Подбор насосов для инженерных объектов. Н.-т. инф. Сб. Ремонт, восстановление, модернизация № 11 - М.: «Металлургия», 2003, с. 3842, - 50 с.
4. Дружинин Н. И. Метод электрогидродинамических аналогий и его применение при исследовании фильтрации. - М.: ГЭИ, 1956 - 155 с.
5. Попов Д. Н. Нестационарные гидромеханические процессы. - М.:
Машиностроение, 1982 - 239 с.
6. Залманзон Л. А. Теория элементов пневмоники. - М.: Наука, 1969 - 177 с.
7. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1975 -749 с.
8. Гладких П. А., Хачатурян С. А. Предупреждение и устранение колебаний нагнетательных установок. М.: «Машиностроение», 1984.
Полимерное покрытие на основе хлорсульфированного полиэтилена системы IN CLAD Корнев В. А.1, Рыбаков Ю. Н.2, Волков О. Е.3, Асметков И. Д.4
1 Корнев Виталий Анатольевич / Kornev Vitaly Anatol ’evich - кандидат химических наук, доцент,
старший научный сотрудник;
2Рыбаков Юрий Николаевич /Rybakov Jurij Nikolaevich - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник 23 отдела;
3Волков Олег Евгеньевич / Volkov Oleg Evgen ’evich - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
4Асметков Иван Дмитриевич /Asmetkov Ivan Dmitrievich - инженер,
23 отдел ФАУ,
25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России, г. Москва
Аннотация: в статье рассмотрены особенности структуры и свойств полимерных покрытий на основе хлорсульфированного полиэтилена в рамках возможности их применения в технических средствах нефтепродуктообеспечения. Определена температура хрупкости полимерного покрытия IN CLAD расчетным и графическим методами. Дана оценка возможности использования полимерного покрытия IN CLAD в северных регионах России.
Ключевые слова: хлорсульфированный полиэтилен, полимерное покрытие,
изоляционная система, температура хрупкости, термопластичные эластомеры, технические средства нефтепродуктообеспечения.
Хлорсульфированный полиэтилен (основные торговые марки HYPALON, CSM, ХСПЭ) имеет следующую структурную формулу:
{[—(СН2)зСНС1(СН2)з—]i2------[—CH(SO2C1)—]i7—}n (1)
Такой полимер получают в форме гранул обработкой кристаллического полиэтилена высокого и низкого давления смесью газообразных хлора (CL2) и диоксида серы (SO2). Введение атомов хлора в макромолекулу нарушает регулярность строения цепей термопластичного полиэтилена и их способность кристаллизоваться,
19
