Определение пропускной способности осесимметричного клапана клеточного типа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2008. № 4

УДК 681.53.38: 532.543: 621.31

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО КЛАПАНА КЛЕТОЧНОГО ТИПА

© 2008 г. П.И. Пасько, И. А. Бубликов

Проведено сравнение способов определения пропускной способности регулирующих клапанов клеточного типа. Показано, что наиболее достоверным и точным способом определения их пропускной способности на этапе проектирования, в настоящее время является создание математических моделей гидродинамики этих клапанов

Analyze method computation carrying capacity actuator axial-symmetric cellular valve. Showing, that most reliable and exact method computation carrying capacity actuator axial-symmetric cellular valve to drawing-board stage, be creation mathematical model hydrodynamics in this case valve.

Ключевые слова: гидравлика, моделирование, регулирующий клеточный осесимметричный клапан.

В последнее время возникла острая необходимость в разгруженных регулирующих клапанах нового поколения для трубопроводов высокого давления. Решение по разгрузке реализовано в так называемых клетковых (клеточных) регулирующих клапанах, которые получили свое название по характерной для них детали - клетке, внутри которой перемещается поршень. Клетка представляет собой цилиндрическую втулку, жестко закрепленную в корпусе. На боковой поверхности клетки имеются отверстия для прохода регулируемой среды. Клетка является направляющей затвора, а иногда одновременно и седлом регулирующего органа. Регулирующий клапан с сепаратором (клеткой), перфорированным отверстиями малого диаметра, разработанный в ОАО «Атоммашэкспорт», изображен на рис. 1.

Одной из важнейших характеристик регулирующей арматуры является ее пропускная способность. Пропускная способность клапана Ку согласно [1, 2] определяется по формуле

к =

5,04fn

-М

где ЕЫ - номинальная площадь проходного сечения клапана, см2; £ - коэффициент гидравлического со-

минимальная пло-

, , (ЕЫ У „ противления, £ = £ 0 I I ; Е

щадь проходного сечения клапана, см2; £о - минимальный коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый при условии, что площадь проходного сечения по всей длине клапана не меньше условной площади проходного сечения. Так как клапаны подобного типа в России не производились, то значение минимального коэффициента гидравлического сопротивления в нормативной литературе не дано, следовательно, согласно [1], можно выбрать значение

этого коэффициента, равное или £о = 1 (для односе-дельного клапана), или £о = 2,5 (для двухседельного клапана). Определим пропускную способность осе-симметричного регулирующего клапана клеточного типа для газовых сред с условным диаметром DN300. При этом значение пропускной способности равно Ку = 1500 м3/ч в первом случае и Ку = 950 м3/ч - во втором.

Рис. 1. Осесимметричный регулирующий клапан клеточного типа

Для определения гидравлических характеристик клапана, в том числе и его пропускной способности, было выполнено численное моделирование гидродинамики клапана с помощью программного комплекса АЫБУБ-СЕХ. Математическая модель для описания гидродинамических процессов, происходящих в клапане регулирующем, состоит из системы уравнений, описывающих стационарное турбулентное движение сжимаемого вязкого газа. Для моделирования процессов турбулентного переноса применялась стандартная двухпараметрическая ^е модель [3].

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2008. № 4

Созданы трехмерные конечно-элементарные модели клапана, одна из которых приведена на рис. 2.

Рис. 2. Часть, содержащая сепаратор, детальной конечно-элементарной модели гидравлического тракта клапана

Результатами расчетов, выполненных по программе ANSYS-CFХ, являются распределения давлений, скоростей и температур по проходному сечению клапана. Анализируя полученные значения, определяем пропускную характеристику клапана по формуле [1]

Kv =Q IpT v 535

K

p2ap

типа для газовых сред с диаметром DN200 и рабочим давлением РN 16 МПа, определенная согласно [1], составляет от Ку = 270 до Ку = 430 м3/ч. Данные расчета по программе ANSYS-CFХ - К = 250 м3/ч, а пропускная способность, определенная экспериментально, составила К = 210 нм3/ч.

Из рассмотренных моделей клеточных клапанов можно предложить для определения значения пропускной способности принимать на этапе проектирования величину Ер в интервале от 1,3 до 2,5. При этом величина выбираемого коэффициента зависит от соотношения между диаметром отверстий в сепараторе < и внутренним диаметром сепаратора D. Начиная с D/d > 26 оправдано использование Ер = 1,3.

Линейность пропускной характеристики клапана достигается профилированием площади проходного сечения от хода рабочего органа (поршня). Расчет профилирования проходного сечения осуществляется с помощью табличного коэффициента расхода. В работе [2] приведены значение коэффициентов расхода только для неосесимметричного регулирующего клапана клеточного типа. Расчеты профилирования проходного сечения, определенные согласно [2] и полученные по программе ANSYS-CFХ, заметно отличаются друг от друга. Например, для осесимметрич-ного регулирующего клапана DN300 отношение площадей крайних рядов отверстий сепаратора, определенное согласно [2], должно быть равно 1,19, а полученное по расчету в ANSYS должно быть равно 1,34.

где Q - объемный расход газа, нм3/час; р - плотность газа, кг/м3; К - коэффициент сжимаемости газа; АР -перепад давления на клапане, кгс/см2; Рг - абсолютное давление после клапана, кгс/см2; Т - температура газа, К. Пропускная способность осесимметричного регулирующего клапана клеточного типа диаметром DN300, определенная по результатам расчета по программе ANSYS-CFХ, равна Ку = 920 м3/ч. Аналогичная ситуация повторяется и для клапанов с другими условными диаметрами. Пропускная способность осе-симметричного регулирующего клапана клеточного

Литература

1. РД 26-07-33-99. Арматура трубопроводная. Методика экспериментального определения коэффициентов сопротивления, коэффициентов расхода и пропускной способности. СПб., 1999.

2. СТ ЦКБА 029-2006. Арматура трубопроводная: Методика экспериментального определения гидравлических и ка-витационных характеристик. СПб., 2006.

3. Лохцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., 1987.

3 марта 2008 г.

Пасько Петр Иванович - старший преподаватель Волгодонского института (филиала) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. (86392) 2-52-10.

Бубликов Игорь Альбертович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Волгодонского института (филиала) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. (86392) 2-52-10.