Математическое моделирование динамических характеристик дренажно-предохранительного клапана Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2013

УДК 681.533.56

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА*

Д. А. Крысина, Г. М. Макарьянц, М. В. Макарьянц, А. Б. Прокофьев

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет) Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34. E-mail: KrysinaDasha91@mail.ru

Представлены результаты расчета демпфера автоколебаний пневмоклапана. При расчётах использовалась разработанная авторами гибридная модель динамики клапана на базе программных комплексов ANSYS CFX и Simulink. Определен диапазон величин сил трения, обеспечивающих отсутствие автоколебаний в дре-нажно-предохранительном клапане.

Ключевые слова: математическая модель, дренажно-предохранительный клапан, сила сухого трения, автоколебания.

MATHEMATICAL MODELING OF THE DYNAMIC CHARACTERISTICS OF DRAINING SAFETY VALVE

D. A. Krysina, G. M. Makaryants, M. V. Makaryants, A. B. Prokofiev

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolev (National Research University) 34, Moskovskoye Shosse, Samara, 443086, Russia. E-mail: KrysinaDasha91@mail.ru

This paper presents the results of calculation of draining safety valve's self-excited oscillation. A hybrid model of valve's dynamic based on ANSYS CFX and Simulink software is used. The required dry-friction force that providing self-excited oscillation attenuation in draining safety valve was used.

Keywords: mathematical model, draining safety valve, dry friction force, self-excited oscillation.

Один из часто встречающихся дефектов дре-нажно-предохранительного клапана (ДПК) - шум и вибрации.

Он возникает из-за автоколебаний запорно-регулирующего элемента (ЗРЭ). Причиной автоколебаний является неустойчивое положение равновесия тарели клапана на определенных высотах подъема. Устранить эту проблему можно с помощью следующих способов [1-3]:

- используя элемент с активным сопротивлением во входном или выходном патрубке клапана;

- используя гидравлический демпфер колебаний ЗРЭ;

- используя демпфер сухого трения.

Вследствие малой динамической вязкости рабочего тела в ДПК, использование первого способа малоэффективно. Рабочим телом в рассматриваемом клапане является жидкий кислород при температуре -183 С. Поэтому использование такого демпфера приведет к обледенению его проточной части и выходу клапана из строя. По этой же причине, а также вследствие массогабаритных характеристик, нецелесообразно использовать гидравлический демпфер. Использование демпфера сухого трения лишено этих

недостатков. Поэтому в данной работе рассматривается именно этот способ устранения автоколебаний ЗРЭ.

Целью работы является изучение влияния величины силы сухого трения как способа демпфирования автоколебаний пневмоклапана. Для ее достижения была разработана математическая модель динамики пневмоклапана. Это позволило разработать методику выбора оптимальных характеристик демпфера сухого трения, обеспечивающего отсутствие автоколебаний.

Математическая модель ДПК представляет собой систему уравнений динамики основных параметров клапана.

Для решения этой системы использовался пакет математического моделирования Simulink. При этом зависимость силы давления дросселируемого газового потока от высоты подъема клапана определялась в ходе вычислительного эксперимента, выполненного с использованием СРБ-кода ANSYS-CFX. Математическое моделирование динамических характеристик ДПК позволило определить диапазон величин сил трения, обеспечивающих отсутствие автоколебаний в ДПК.

*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках программы «Формирование государственных заданий высшим учебным заведениям на 2013 год и на плановый период 2014 и 2015 годов в части проведения научно-исследовательских работ», регистрационные номера 7.3206.2011, 7.8660.2013.

Математические методы моделирования, управления и анализа данных

Библиографические ссылки

1. Чегодаев Д. Е., Мулюкин О. П., Кирилин А. Н., Шалавин В. В., Джун Ин Ли, Вершигоров В. М., Без-водин В. А., Чегодаев А. Д., Бугаков И. О. Гидро-пневмотопливные клапанные агрегаты с управляемым качеством динамических процессов. Самара : Изд-во Самар. гос. аэрокосмич. ун-та, 2000. 546 с.

2. Makaryants G. M., Sverbilov V. Ya., Prokoiiev A. B., Makaryants M. V., Shakhmatov E. V. The tonal noise reduction of the proportional pilot operated pneumatic valve // Proceedings of the 19th International Congress on Sound and Vibration (ICSV19), Lithuania (08-12 July. Vilnius), 2012.

3. Макарьянц Г. М., Свербилов В. Я., Макарьянц М. В., Батракова О. В. Расчет подъемной силы газового потока в плоском предохранительном клапане с использованием численных методов // Известия СНЦ РАН. Самара, 2010. Т. 12, № 4. С. 247-251.

References

1. Chegodaev D. E., Muljukin O. P., Kirilin A. N., Shalavin V. V., Dzhun In Li, Vershigorov V. M., Bezvodin V. A., Chegodaev A. D., Bugakov I. O. Gidropnevmotoplivnye klapannye agregaty s upravljaemym kachestvom dinamicheskih processov. Izd-vo Samarskij gosudarstvennyj ajerokosmicheskij universitet, Samara, 2000. 546 p.

2. Makaryants G. M., Sverbilov V. Ya., Prokofiev A. B., Makaryants M. V., Shakhmatov E. V. The tonal noise reduction of the proportional pilot operated pneumatic valve. Proceedings of the 19th International Congress on Sound and Vibration (ICSV19), Vilnius, Lithuania, 08-12 July. 2012.

3. Makaryants G. M., Sverbilov V. Ya., Makaryants M. V., Batrakova O. V. Calculation of the poppet valves lifting force by using numerical. Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, Samara, v. 12, № 4, 2010, pp. 247-251.

© Крысина Д. А., Макарьянц Г. М., Макарьянц М. В., Прокофьев А. Б., 2013

УДК 004.89

О НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ И УПРАВЛЕНИИ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

А. Г. Куприн

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: kprn@mail.ru

Настоящее исследование посвящено теории непараметрической идентификации и управлению, позволяющей уйти от выбора аналитического вида закона, которому подчиняется объект.

Ключевые слова: непараметрика, идентификация, управление, линейная динамическая система.

ABOUT NONPARAMETRIC IDENTIFICATION AND CONTROL FOR LINEAR DYNAMIC SYSTEMS

A. G. Cooprin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, "Krasnoyarsky Rabochy" Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: kprn@mail.ru

The current research is focused on nonparametric identification and control, which allows to escape choice analytical form of the law, which describe the object.

Keywords: Nonparametric, identification, control, linear dynamic system.

При управлении линейными динамическими системами наиболее широко развита теория параметрического управления, которая подразумевает, что модель рассматриваемой системы задана с точностью до параметров.

Настоящее исследование посвящено теории непараметрического управления, которая в отличие от предыдущей теории предполагает, что известны только качественные характеристики системы, в данном случае только то, что она является линейным

динамическим объектом. В данных условиях применение классической параметрической теории невозможно.

Использование непараметрической теории позволяет решить задачу управления посредством включения обратного процесса оператора на входе, т. е. синтеза непараметрического регулятора.

На практике данный регулятор работает эффективнее классических П-, ПИ-, ПИД-регуляторов, а также более легок в применении, так как не тре-