ЧИСЛЕНННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА

Авторы

  • Т. Райдер ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • В. А. Тененев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • М. Р. Королева ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • О. В. Мищенкова ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
  • О. А. Воеводина ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-4-4-11

Ключевые слова:

предохранительные устройства, газодинамические процессы, математическая модель, динамика, численные методы

Аннотация

Рассматриваются газодинамические процессы в полости предохранительного клапана с определением силового воздействия газового потока на диск с учетом нестационарности и сжимаемости потока. Предохранительный клапан представляет собой механизм, автоматически открывающийся при повышении давления выше рабочего и закрывающийся при снижении давления до рабочего или несколько ниже него. Задачей расчета предохранительных клапанов является определение пропускной способности, подбор характеристик пружины к ним, динамических усилий, возникающих при срабатывании предохранительного клапана. Известные математические модели работы клапанов, описывающие движения диска под действием сил со стороны газа и пружины, основанные либо на применении эмпирических коэффициентов, либо на сложно реализуемом решении задачи о газодинамических процессах, осуществляемых в трехмерной постановке с использованием пакета ANSYS. В данной статье обосновывается возможность численного моделирования основных газодинамических характеристик клапана на основе решения осесимметричных уравнений газовой динамики. Для численного решения системы газодинамических уравнений с осевой симметрией применяется метод контрольного объема. Параметры газа на границах контрольных объемов определяются по методу С. К. Годунова с использованием автомодельного решения задачи о распаде произвольного разрыва. В расчете применяется структурированная ортогональная разностная сетка, построенная комплексным методом граничных элементов и отображающая криволинейную расчетную область на прямоугольник. Записана математическая модель движения диска клапана с учетом нестационарного изменения давления в емкости, в которой регулируется давление. Получены результаты численного моделирования нестационарного процесса открытия и закрытия клапана. Проведенное численное моделирование газодинамических процессов в предохранительном пружинном клапане прямого действия показало, что течение в области, расположенной выше по потоку от диска, имеет осевую симметрию. Звуковая линия, «запирающая» эту область от возмущений ниже по потоку, преобладающее время соприкасается с краем диска. Результаты эксперимента подтверждают динамику открытия клапана, рассчитанную по рассматриваемому методу.

Биографии авторов

Т. Райдер, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

соискатель

В. А. Тененев, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Высшая математика»

М. Р. Королева, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Механика и моделирование»

О. В. Мищенкова, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат физико-атематических наук, доцент, доцент кафедры «Механика и моделирование»

О. А. Воеводина, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент кафедры «Ракетная техника»

Библиографические ссылки

ГОСТ 12.2.085-2002. Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности. Введен 2003.07.01. М. : Стандартинформ, 2007. 12 с.

ГОСТ 31294-2005. Клапаны предохранительные прямого действия. Введен 2008.10.01. М. : Стандартинформ, 2008. 31 с.

Черноштан В. И., Благов Э. Е. Газодинамический расчет предохранительного клапана и выпускного трудопровода // Арматуростроение. 2011. Ч. 2. № 3 (72). С. 61-65.

Там же.

Pentair Pressure Relief Valve Engineering Handbook. Forward Technical Publication No. TP-V300, 2015, р. 800.

ISA-S75.01-1985 (R 1995) - Flow Equations for Sizing Control Valves, p. 50.

Корельштейн Л. Б. О российской и зарубежной нормативно-методической документации по расчету и проектированию систем аварийного сброса // Промышленный сервис. 2012. № 3. С. 8-15.

Лиcин С. Ю., Корельштейн Л. Б. «Предклапан» 3.0, или 10 лет спустя // CADMASTER, 2013. № 3. С. 80-84

Gábor Licskó, Alan Champneys, Csaba Hős. Dynamical Analysis of a Hydraulic Pressure Relief Valve. Proceedings of the World Congress on Engineering, 2009. Vol. II. WCE 2009, July 1 - 3, 2009, London, U.K

Hos C. J., Champneys A. R., Paulc K., McNeelyc M. Dynamic behavior of direct spring loaded pressure relief valves in gas service: Model development, measurements and instability mechanisms Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 31, (2014), рр. 70-81.

Dimitrov S., Komitovski M. Static and dynamic characteristics of direct operated pressure relief valves. Machine design, Vol. 5 (2013) No.2, pp. 83-86.

A CFD analysis of the dynamics of a direct-oprated safety relief valve mounted on a pressure vessel / X. Song, L. Cui, M. Cao, W. Cao, Y. Park, W.M. Dempster // Energy Conversion and Management, 2014. Pp. 407-419.

Численное решение многомерных задач газовой динамики / С. К. Годунов, А. В. Забродин, М. Я. Иванов, А. Н. Крайко, Г. П. Прокопов. М. : Наука, 1976. 400 c.

Там же.

Тененев В. А., Горохов М. М., Русяк И. Г. Численное исследование горения частиц в двухфазном потоке // Математическое моделирование. 1997. Т. 9, № 5. С. 87-96.

Cuffel R. F., Back L. H. and Massier P. F. Transonic Flowfield in a Supersonic Nozzle with Small Throat Radius of Curvature. AIAA JOURNAL VOL. 7, No. 7, pp. 1364-1366.

Загрузки

Опубликован

25.12.2017

Как цитировать

Райдер, Т., Тененев, В. А., Королева, М. Р., Мищенкова, О. В., & Воеводина, О. А. (2017). ЧИСЛЕНННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА. Интеллектуальные системы в производстве, 15(4), 4–11. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-4-4-11

Выпуск

Раздел

Статьи