Новый подход к проектированию запорно-регулирующей трубопроводной арматуры

Abstract

Цель исследований - обоснование возможности создания запорной трубопроводной арматуры на основе законов гидравлики, обладающей высокой эффективностью и минимальными массогабаритными параметрами, обеспечивающей при этом минимизацию потерь энергии при транспортировании текучего и снижение усилия управления. Решение поставленных задач проводилось на основе базовых методов гидростатики (закон Паскаля), гидродинамики (уравнение Бернулли), классической механики (третий закон Ньютона) и программного комплекса KompasFlow. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования подтверждают возможность значительного снижения потерь энергии при транспортировании текучего, уменьшение затрат энергии на управление запорной трубопроводной арматурой и повышение эффективности и надежности работы трубопроводных систем. Так, для снижения потерь энергии потока в трубопроводах необходимо проектировать запорную арматуру таким образом, чтобы исключить местные сопротивления совсем или же свести потери на местных сопротивлениях к минимуму за счет исключения резких изменений направления движущегося потока. Предлагаемая экспериментальная модель трубопроводного вентиля большого проходного сечения проще известных аналогов. Для его изготовления не требуется высокоточного оборудования. Научная новизна заключается в обосновании возможности создания запорно-регулирующей трубопроводной арматуры с гидравлически разгруженными замыкающими элементами и минимальными потерями энергии текучего. Учитывая особенности обтекания потоком текучего (жидкости, газа) неподвижных тел и возможности гидравлического уравновешивания подвижных элементов (в соответствии с законами гидростатики и гидродинамики), существует возможность многократного снижения потерь энергии потока при прохождении запорно-регулирующей трубопроводной арматуры, усилий управления и повышения надежности и эффективности работы всей трубопроводной транспортной системы.

The purpose of the research is to substantiate possibility of creating shut - off pipe valves based on the hydraulic principles, which has high efficiency and minimal weight and size parameters, while minimizing energy losses during yielding material transportation and reducing control efforts. The tasks were solved applying basic methods of hydrostatics (Pascal’s law), hydrodynamics (Bernoulli’s equation), classical mechanics (Newton’s third law) and the KompasFlow software package. The theoretical and experimental studies carried out confirm possibility of significant reduction in energy losses during yielding material transportation, reducing energy costs for controlling shut-off valves and improving the efficiency and reliability of pipeline systems. Thus, in order to reduce flow energy losses in pipelines, it is necessary to design shut-off valves in such a way as to eliminate local resistances altogether or to minimize losses on local resistances by eliminating sudden changes in the direction of the moving flow. The proposed experimental model of a large flow-area pipe valve is simpler than known analogues. Its manufacture does not require high precision equipment. The scientific novelty lies in substantiation of possibility of creating shut-off and controlling pipe valves with hydraulically unloaded closing elements and minimal loss of yielding material energy. Taking into account the peculiarities of the flow of yielding materials (liquid, gas) around stationary bodies and possibility of hydraulic counterbalancing of movable elements (in accordance with the laws of hydrostatics and hydrodynamics), it is possible to repeatedly reduce flow energy loss during fluid passage through shut-off and control valves, as well as control efforts, and to increase the reliability and efficiency of the entire pipeline transport system.