From Chemistry Towards Technology Step-By-Step From Chemistry Towards Technology Step-By-Step От химии к технологии шаг за шагом 2782-1900 83144 10.52957/27821900_2020_01_98 Научные статьи Scientific articles Научные статьи Analysis of the main characteristics of the process of throttle of a liquid in a control axial valve Анализ основных характеристик процесса дросселирования жидкости в регулирующем осевом клапане Капранова Анна Борисовна Kapranova Anna Borisovna

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Лебедев Антон Евгеньевич Lebedev Anton Evgenievich lae4444@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Мельцер А М Mel'cer A M Неклюдов С В Neklyudov S V

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Брыкалов А С Brykalov A S Ярославский государственный технический университет Yaroslavl State Technical University ЗАО «НПО Регулятор» Россия ЗАО «НПО Регулятор» Russian Federation ЗАО «НПО Регулятор» Россия ЗАО «НПО Регулятор» Russian Federation ЗАО «НПО Регулятор» Россия ЗАО «НПО Регулятор» Russian Federation 31 12 2020 31 12 2020 1 1 98 105 11 09 2020 15 10 2020 https://chemintech.ru/en/nauka/article/83144/view

В настоящей работе представлены результаты исследования основных характеристик процесса дросселирования жидкости в регулирующем осевом клапане с учетом зависимости моделируемого коэффициента гидравлического сопротивления от конструктивных и режимных параметров. В частности, выполнен расчет пропускной способности и пропускной характеристики сепаратора указанного клапана с позиций варьирования степени его открытия. Выявлены наиболее значимые факторы, влияющие на изменение данных показателей работы осевого клапана. Например, при максимальной степени открытия клапана увеличение диаметра дроссельных отверстий в 2 раза приводит к росту условной пропускной способности в 1.66 раза и пропускной характеристики в 1.19 раза. Показано, что в выбранных диапазонах изменения конструктивных параметров процесса дросселирования рабочей среды увеличение степени открытия клапана до 60% приводит к плавному росту пропускной характеристики до значений, не превышающих 0.3. Указанная нелинейная зависимость пропускной характеристики регулирующего осевого клапана создает предпосылки для выбора профилирования данного показателя. Практическое применение рассмотренных в настоящем исследовании вопросов нашло отражение при разработке инженерной методики расчета конструктивных параметров для соответствующего регулирующего клапана с реализацией процесса дросселирования потоков рабочей среды.

This paper presents the results of a study of the main characteristics of the process of throttling a liquid in a control axial valve, taking into account the dependence of the modeled coefficient of hydraulic resistance on the design and operating parameters. In particular, the calculation of the throughput and throughput characteristics of the separator of the specified valve from the standpoint of varying the degree of its opening has been performed. The most significant factors influencing the change in these indicators of the axial valve operation are revealed. For example, at the maximum degree of valve opening, an increase in the diameter of the throttling holes by 2 times leads to an increase in the nominal throughput by 1.66 times and the throughput characteristic by 1.19 times. It is shown that in the selected ranges of changes in the design parameters of the throttling process of the working medium, an increase in the valve opening degree up to 60% leads to a smooth increase in the throughput characteristic to values not exceeding 0,3. The specified non-linear dependence of the flow characteristic of the control axial valve creates the prerequisites for choosing the profiling of this indicator. The practical application of the issues discussed in this study was reflected in the development of an engineering methodology for calculating design parameters for the corresponding control valve with the implementation of the process of throttling the flows of the working medium.

 процесс дросселирование жидкость пропускная способность клапан параметры коэффициент гидравлического сопротивления process throttling liquid throughput valve parameters coefficient of hydraulic resistance

Кнепп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 668 с. Knepp R., Deyli Dzh., Hemmit F. Kavitaciya. M.: Mir, 1974. 668 s. Окслер Г. Кавитация в арматуре? Разберемся! Арматуростроение. 2012. № 2 (77). С. 74–77. Oksler G. Kavitaciya v armature? Razberemsya! Armaturostroenie. 2012. № 2 (77). S. 74–77. Kapranova A., Neklyudov S., Lebedev A., Meltser A. Determination of the average parameters of cavitation bubbles in the flowing part of the control valves. Int. J. Mech. Eng. Technol. 2018. V. 9, No. 3. P. 25-31. Режим доступа: https://www.iaeme.com/MasterAdmin/UploadFolder/IJMET_09_03_003/IJMET_09_03_003.pdf (Дата обращения 27.09.2020). Kapranova A., Neklyudov S., Lebedev A., Meltser A. Determination of the average parameters of cavitation bubbles in the flowing part of the control valves. Int. J. Mech. Eng. Technol. 2018. V. 9, No. 3. P. 25-31. Rezhim dostupa: https://www.iaeme.com/MasterAdmin/UploadFolder/IJMET_09_03_003/IJMET_09_03_003.pdf (Data obrascheniya 27.09.2020). Арзуманов Э.С. Гидравлические регулирующие органы систем автоматизированного управления. М.: Машиностроение, 1985. 256 с. Arzumanov E.S. Gidravlicheskie reguliruyuschie organy sistem avtomatizirovannogo upravleniya. M.: Mashinostroenie, 1985. 256 s. Черноштан В.И., Кузнецов В.А. Трубопроводная арматура ТЭС. Справочное пособие. М.: Изд. МЭИ, 2001. 368 с. Chernoshtan V.I., Kuznecov V.A. Truboprovodnaya armatura TES. Spravochnoe posobie. M.: Izd. MEI, 2001. 368 s. Лернер Д.Г., Спиридонов Е.К., Форенталь В.И. Комплексный подход к исследованию дросселирующего распределителя. Известия СНЦРАН. 2011. Т. 13. № 1 (2). -С. 459-462. Lerner D.G., Spiridonov E.K., Forental' V.I. Kompleksnyy podhod k issledovaniyu drosseliruyuschego raspredelitelya. Izvestiya SNCRAN. 2011. T. 13. № 1 (2). -S. 459-462. Патент РФ № 175446. Прямоточный регулирующий клапан / А.Е. Лебедев, А.Б. Капранова, А.М. Мельцер, С.А. Солопов, Д.В. Воронин, В.С. Неклюдов, Е.М. Серов; опубл. 2017. Patent RF № 175446. Pryamotochnyy reguliruyuschiy klapan / A.E. Lebedev, A.B. Kapranova, A.M. Mel'cer, S.A. Solopov, D.V. Voronin, V.S. Neklyudov, E.M. Serov; opubl. 2017. Капранова А.Б., Лебедев А.Е., Мельцер А.М., Неклюдов С.В., Серов Е.М. О методах моделирования основных стадий развития гидродинамической кавитации. Фундаментальные исследования. 2016. № 3 (часть 2). С. 268-273. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25740700 (Дата обращения 27.09.2020). Kapranova A.B., Lebedev A.E., Mel'cer A.M., Neklyudov S.V., Serov E.M. O metodah modelirovaniya osnovnyh stadiy razvitiya gidrodinamicheskoy kavitacii. Fundamental'nye issledovaniya. 2016. № 3 (chast' 2). S. 268-273. Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25740700 (Data obrascheniya 27.09.2020). Климонтович, Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса: Новый подход к статистической теории открытых систем. М.: ЛЕНАНД, 2014. 328 с. Klimontovich, Yu.L. Turbulentnoe dvizhenie i struktura haosa: Novyy podhod k statisticheskoy teorii otkrytyh sistem. M.: LENAND, 2014. 328 s. Kapranova A., Neklyudov S., Lebedev A., Meltser A. Qualitative evaluation of the coefficient of hydraulic resistance in the area of the divider of the fluid flow of the axial valve. Int. J. Mech. Eng. Technol. 2018. V. 9, N. 8. P. 153-159. Режим доступа: https://www.iaeme.com/MasterAdmin/UploadFolder/ IJMET_09 _08_ 016/IJMET_09_08_016.pdf (Дата обращения 27.09.2020). Kapranova A., Neklyudov S., Lebedev A., Meltser A. Qualitative evaluation of the coefficient of hydraulic resistance in the area of the divider of the fluid flow of the axial valve. Int. J. Mech. Eng. Technol. 2018. V. 9, N. 8. P. 153-159. Rezhim dostupa: https://www.iaeme.com/MasterAdmin/UploadFolder/ IJMET_09 _08_ 016/IJMET_09_08_016.pdf (Data obrascheniya 27.09.2020). Kapranova A.B., Lebedev A.E., Meltser A.M., Solopov S.A. The application process of the Ornstein-Ulenbek to the formation of cavitation bubbles. Czas. Tech. Mech. 2016. V. 113.N. 2. P. 136-144. DOI: 10.4467/2353737XCT.16.101.5500. Режим доступа: https://www.semanticscholar.org/paper/The-application-process-of-the-Ornstein-Ulenbek-to-Kapranova-Lebedev/fd23da0b8998ea9eaf058ff4f72acac6886 955fc (Дата обращения 27.09.2020). Kapranova A.B., Lebedev A.E., Meltser A.M., Solopov S.A. The application process of the Ornstein-Ulenbek to the formation of cavitation bubbles. Czas. Tech. Mech. 2016. V. 113.N. 2. P. 136-144. DOI: 10.4467/2353737XCT.16.101.5500. Rezhim dostupa: https://www.semanticscholar.org/paper/The-application-process-of-the-Ornstein-Ulenbek-to-Kapranova-Lebedev/fd23da0b8998ea9eaf058ff4f72acac6886 955fc (Data obrascheniya 27.09.2020). Kapranova A., Miadonye A. Stochastic simulation of cavitation bubbles formation in the axial valve separator influenced by degree of opening. Journal of Oil, Gas and Petrochemical Sciences. 2019. V. 2. N. 2. Р. 70-75. DOI: 10.30881/jogps.00026 Kapranova A., Miadonye A. Stochastic simulation of cavitation bubbles formation in the axial valve separator influenced by degree of opening. Journal of Oil, Gas and Petrochemical Sciences. 2019. V. 2. N. 2. R. 70-75. DOI: 10.30881/jogps.00026 Kapranova A., Lebedev A., Meltser A., Neklyudov S. The ensemble-averaged characteristics of the bubble system during cavitation in the separator. E3s Web of Conference. 2019. V. 140. 06005. DOI: 10.1051/e3sconf/201914006005 Kapranova A., Lebedev A., Meltser A., Neklyudov S. The ensemble-averaged characteristics of the bubble system during cavitation in the separator. E3s Web of Conference. 2019. V. 140. 06005. DOI: 10.1051/e3sconf/201914006005 Капранова А.Б., Лебедев А.Е., Мельцер А.М., Неклюдов С.В. Стохастическая модель процесса образования кавитационных пузырей в проточной части регулирующего клапана. Вестник ИГЭУ. 2016. № 4. C. 24-29. DOI: 10.17588/2072-2672.2016.4.024-029 Kapranova A.B., Lebedev A.E., Mel'cer A.M., Neklyudov S.V. Stohasticheskaya model' processa obrazovaniya kavitacionnyh puzyrey v protochnoy chasti reguliruyuschego klapana. Vestnik IGEU. 2016. № 4. C. 24-29. DOI: 10.17588/2072-2672.2016.4.024-029 Franc J.-P., Michel J.-M. Fundamentals of Cavitation. Fluid Mechanics and Its Applications. 2005. V. 76. N 11. DOI:10.1007/1-4020-2233-6 Franc J.-P., Michel J.-M. Fundamentals of Cavitation. Fluid Mechanics and Its Applications. 2005. V. 76. N 11. DOI:10.1007/1-4020-2233-6 S. Xu, Y. Qiao, X. Liu, C.C. Church, M. Wan Fundamentals of Cavitation. In: Wan M., Feng Y., Haar G. (eds). Cavitation in Biomedicine. Dordrecht: Springer, 2015. DOI:10.1007/978-94-017-7255-6_1 S. Xu, Y. Qiao, X. Liu, C.C. Church, M. Wan Fundamentals of Cavitation. In: Wan M., Feng Y., Haar G. (eds). Cavitation in Biomedicine. Dordrecht: Springer, 2015. DOI:10.1007/978-94-017-7255-6_1 Qian J., Liu B., Jin Z., Zhang H., Lu A. Numerical analysis of flow and cavitation characteristics in a pilot-control globe valve with different valve core displacements. J. Zhejiang Univ. Sci. A. 2016, V. 17, N. 1. P. 54-64. DOI: 10.1631/jzus.A1500228 Qian J., Liu B., Jin Z., Zhang H., Lu A. Numerical analysis of flow and cavitation characteristics in a pilot-control globe valve with different valve core displacements. J. Zhejiang Univ. Sci. A. 2016, V. 17, N. 1. P. 54-64. DOI: 10.1631/jzus.A1500228 Арзуманов Э.С. Расчет и выбор регулирующих органов автоматических систем. М.: Энергия, 1971. - 112 с. Arzumanov E.S. Raschet i vybor reguliruyuschih organov avtomaticheskih sistem. M.: Energiya, 1971. - 112 s. ГОСТ12893-2005. Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2008. 26 с. GOST12893-2005. Klapany reguliruyuschie odnosedel'nye, dvuhsedel'nye i kletochnye. Obschie tehnicheskie usloviya. M.: Standartinform, 2008. 26 s. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 559 с. Idel'chik I.E. Spravochnik po gidravlicheskim soprotivleniyam. M.: Mashinostroenie, 1975. 559 s. ГОСТР 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2007. 30 с. GOSTR 52720-2007. Armatura truboprovodnaya. Terminy i opredeleniya. M.: Standartinform, 2007. 30 s. Патент KR N 20180055897A. Valve / T. J. Preston. Published by 2018. Patent KR N 20180055897A. Valve / T. J. Preston. Published by 2018. Патент US N 8297315B2. Throttle valve / V. Esveldt. Published by 2012. Patent US N 8297315B2. Throttle valve / V. Esveldt. Published by 2012. Патент US N 4327757. Control valve / H.H. Weevers. Published by 1982. Patent US N 4327757. Control valve / H.H. Weevers. Published by 1982. Volgin G. The hydraulic resistance coefficient in the conditions of simultaneous effect of Re, Fr and B/h. E3S Web of Conferences. 2019. V. 97, 05031. DOI:10.1051/e3sconf/20199705031 Volgin G. The hydraulic resistance coefficient in the conditions of simultaneous effect of Re, Fr and B/h. E3S Web of Conferences. 2019. V. 97, 05031. DOI:10.1051/e3sconf/20199705031 Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970. 216 с. Al'tshul' A.D. Gidravlicheskie soprotivleniya. M.: Nedra, 1970. 216 s. Narasimhamurthy V.D., Andersson H. Turbulence statistics in a rotating ribbed channel. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2014. V. 51. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2014.10.008 Narasimhamurthy V.D., Andersson H. Turbulence statistics in a rotating ribbed channel. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2014. V. 51. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2014.10.008 Kireev V.N., Nizamova A., Urmancheev S.F. The hydraulic resistance of thermoviscous liquid flow in a plane channel with a variable cross-section. Journal of Physics Conference Series. 2019. V. 1158. N 3. 032014. DOI: 10.1088/1742-6596/1158/3/032014 Kireev V.N., Nizamova A., Urmancheev S.F. The hydraulic resistance of thermoviscous liquid flow in a plane channel with a variable cross-section. Journal of Physics Conference Series. 2019. V. 1158. N 3. 032014. DOI: 10.1088/1742-6596/1158/3/032014 Alfonsi G. Direct Numerical Simulation of Turbulent Flows. Applied Mechanics Reviews. 2011. V. 64. N. 2. 0802. DOI: 10.1115/1.4005282 Alfonsi G. Direct Numerical Simulation of Turbulent Flows. Applied Mechanics Reviews. 2011. V. 64. N. 2. 0802. DOI: 10.1115/1.4005282 Narasimhamurthy V.D., Andersson H. DNS of turbulent flow in a rotating rough channel. 8th Workshop on Direct and Large-Eddy Simulation: materials of the International Conference (January 2011). V. 15. DOI: 10.1007/978-94-007-2482-2_65 Narasimhamurthy V.D., Andersson H. DNS of turbulent flow in a rotating rough channel. 8th Workshop on Direct and Large-Eddy Simulation: materials of the International Conference (January 2011). V. 15. DOI: 10.1007/978-94-007-2482-2_65 Капранова А.Б., Лебедев А.Е., Мельцер А.М., Неклюдов С.В. О влиянии пропускной способности осевого клапана на параметры стохастической модели кавитации. РХЖ (Журнал хим. общества им. Д.И. Менделеева). 2018. Т. 62. № 4. C. 51-53. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36290376 (Дата обращения 27.09.2020). Kapranova A.B., Lebedev A.E., Mel'cer A.M., Neklyudov S.V. O vliyanii propusknoy sposobnosti osevogo klapana na parametry stohasticheskoy modeli kavitacii. RHZh (Zhurnal him. obschestva im. D.I. Mendeleeva). 2018. T. 62. № 4. C. 51-53. Rezhim dostupa: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36290376 (Data obrascheniya 27.09.2020). ГОСТР 55508-2013. Арматура трубопроводная. Методика экспериментального определения гидравлических и кавитационных характеристик. - М.: Стандартинформ, 2014. 38 с. GOSTR 55508-2013. GOSTR 55508-2013. Armatura truboprovodnaya. Metodika eksperimental'nogo opredeleniya gidravlicheskih i kavitacionnyh harakteristik. - M.: Standartinform, 2014. 38 s. GOSTR 55508-2013. Kapranova A.B., Lebedev A.E., Neklyudov S.V., Melzer A.M. Engineering Method for Calculating of an Axial Valve Separator With an External Location of the Locking Part. Frontiers in Energy Research: Process and Energy Systems. March 2020. V. 8. article 32. P. 1-17. DOI: 10.3389/fenrg.2020.00032 Kapranova A.B., Lebedev A.E., Neklyudov S.V., Melzer A.M. Engineering Method for Calculating of an Axial Valve Separator With an External Location of the Locking Part. Frontiers in Energy Research: Process and Energy Systems. March 2020. V. 8. article 32. P. 1-17. DOI: 10.3389/fenrg.2020.00032 Капранова А.Б., Лебедев А.Е., Мельцер А.М., Неклюдов С.В. Исследование поведения системы газ–пар внутри кавитационного пузыря при работе осевого клапана. Вестник ИГЭУ. 2020. № 3. С. 58-64.DOI:10.17588/2072-2672.2020.3.058-064 Kapranova A.B., Lebedev A.E., Mel'cer A.M., Neklyudov S.V. Issledovanie povedeniya sistemy gaz–par vnutri kavitacionnogo puzyrya pri rabote osevogo klapana. Vestnik IGEU. 2020. № 3. S. 58-64.DOI:10.17588/2072-2672.2020.3.058-064 Kapranova A.B., Lebedev A.E., Melzer A.M., Neklyudov S.V. About Formation of Elements of a Cyber-Physical System for Efficient Throttling of Fluid in an Axial Valve. In monograph: Cyber-Physical Systems: Advances in Design &Modelling. Studies in Systems, Decision and Control / eds. A. Kravets, A. Bolshakov, M. Shcherbakov. V. 259.Springer, Cham, 2020. P. 109-119. DOI: 10.1007/978-3-030-32579-4_9 Kapranova A.B., Lebedev A.E., Melzer A.M., Neklyudov S.V. About Formation of Elements of a Cyber-Physical System for Efficient Throttling of Fluid in an Axial Valve. In monograph: Cyber-Physical Systems: Advances in Design &Modelling. Studies in Systems, Decision and Control / eds. A. Kravets, A. Bolshakov, M. Shcherbakov. V. 259.Springer, Cham, 2020. P. 109-119. DOI: 10.1007/978-3-030-32579-4_9