СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ ПРИ РАБОТЕ НАЛИВНОЙ РЕГУЛИРОВОЧНОЙ АРМАТУРЫ
METHOD FOR REDUCING HYDRODYNAMIC DISTURBANCE AT OPERATION OF FILLING CONTROL VALVES

Изобретение относится к области гидравлики и может быть использовано в трубопроводных системах для снижения гидроудара при регулировании производительности налива.
Известны способы регулирования работы наливной регулировочной арматуры [Ганиев Р.Ф. Волновая стабилизация и предупреждение аварий на трубопроводах. / Р.Ф.Ганиев, X.Н.Низамов, Е.И.Дербуков. - М.: Изд-во МВТУ, 1996. - 257 c.]
С целью обеспечения заданного режима работы наливной арматуры, обеспечивающего отсутствие гидроударов, используются стабилизаторы давления. Эффект гашения в них достигается при диссипации энергии пульсаций на перфорационных отверстиях, равномерно распределенных по длине стабилизатора.
Недостатком предлагаемого способа является то, что использование стабилизаторов давления не устраняют причину возникновения гидродинамических воздействий.
Известен способ гашения гидроудара [пат. РФ №2031300, кл. F16L 55/04, 30.06.1993 г.] путем рассеивания энергии волн давления внутри трубопровода на перфорированных лепестках демпфирующих элементов (ДЭ), разнесенных относительно друг друга вдоль потока.
Недостатком предлагаемого способа гашения гидроудара в качестве средства гашения волновых процессов является появление дополнительного гидросопротивления от ДЭ, удорожание и усложнение трубопроводной системы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ снижения величины импульса давления при использовании запорной арматуры, когда открытие или закрытие затвора происходит медленно и равномерно [Штеренлихт Д.В. Гидравлика стр.269 / Д.В.Штеренлихт - М.: Энергоатомиздат.1984 г. 639 с.].
1
2
Например, в системах тактового налива используется наливной регулировочный клапан затворного типа, который в течение цикла налива одной вагон-цистерны регулирует производительность от минимальной Q до максимальной Q.
1
2
1
Регулирование осуществляется в четыре этапа, производительность налива на каждом из этапов принимается в соответствии с технологическим параметрами конкретной системы налива. На первом этапе переход запорного устройства из положения «Закрыто» в положение 1 с минимальной производительностью нефтепродукта Q, на 2-м этапе из положения 1 - в положение 2 с максимальной производительностью Q. По мере заполнения затвор на третьем этапе из положения 2 возвращается в положение 1 минимальной производительности Q, по окончании налива на четвертом этапе затвор переходит в положение «Закрыто».
1
2
Недостатком данного способа является возникновение импульсов скачков давления, в несколько раз превышающих рабочее давление, особенно на 2-м этапе налива при переходе от минимальной Q, к максимальной Q производительности налива. Величина скачка давления составляет 1,65 МПа при установившемся рабочем давлении налива 0,5 МПа, что объясняет возникновение явления гидроудара при быстрых переходах запорного устройства регулировочного наливного клапана в положения 1, 2.
Задача изобретения - снижение импульсов скачков давления, возникающих во время изменения производительности налива нефтепродукта.
Указанная задача достигается тем, что в известном способе предотвращения гидродинамических возмущений при работе наливной регулировочной арматуры, включающем изменение режима работы запорного устройства регулировочного наливного клапана, путем кратковременных остановок движения затвора наливного клапана при открывании и закрывании, согласно предлагаемому способу, частота остановок в начале открывания больше, чем в конце периода открывания, а частота остановок в начале периода закрывания меньше, чем в конце периода закрывания.
На фигуре 1 представлена схема способа работы наливного регулировочного клапана.
На фигуре 2 представлена схема проекции площади затвора клапана на плоскость, перпендикулярную продольной оси регулирующего клапана.
На фигуре 3 представлен график зависимости изменения проекции площади затвора от угла наклона затвора α.
На фигуре 4 представлен график интенсивности нарастания площади проекции затвора клапана в зависимости от угла α.
1
2
В схеме способа работы регулировочного клапана (фиг.1), представлены позициями: I - затвор, запорное устройство наливной регулировочной арматуры; II - корпус наливной регулировочной арматуры; З - положение закрыто; О - положение открыто; 1 - первое фиксированное положение, остановка затвора при минимальной производительности Q; 2 - второе фиксированное положение, остановка при максимальной производительности Q; 1a, 1б, 1в, 2а, 2б - промежуточные остановки затвора при переходах в основные положения 1, 2. Переходы затвора в положения 1, 2 будут включать ряд кратковременных промежуточных остановок 1а, 1б, 1в, 2а, 2б, то есть смена положения будет происходить ступенчато, причем число ступеней и время остановок определяются интенсивностью нарастания площади проходного сечения при открывании закрывании затвора.
При повороте затвора проекция площади затвора на плоскость, перпендикулярную продольной оси регулирующего клапана, представляет собой эллипс (фиг.2), площадь которого определяется по формуле:
а
где b - проекция радиуса затвора  на вертикаль (радиус затвора принимается равным внутреннему радиусу клапана),
а
Подставив значение b из формулы (2) в формулу (1), выразим площадь эллипса через радиус затвора  и угол наклона затвора α:
Площадь поперечного сечения внутренней полости клапана:
Тогда площадь проходного сечения клапана при открывании затвора на угол α может быть выражена по формуле (6):
α
α
a
2
при α=0, cos 0°=1, F=0; при α=90°, cos 90°=0, F=π∗.
Интенсивность нарастания площади сечения в зависимости от угла α выражается по формуле:
При постоянной скорости поворота затвора в процессе открывания, т.е. когда выполняется условие
,
интенсивность нарастания площади сечения  зависит от изменения угла α не равномерно (фиг.3, 4) а именно: интенсивность нарастания площади сечения в начале открывания затвора максимальная и снижается в конце процесса открывания (при α→90°).
Например, при введении промежуточных кратковременных остановок в положениях 1а, 1б, 1в, 2а, 2б, в дополнение к остановкам 1, 2 нарастание импульса давления происходит с более низкой интенсивностью без изменения производительности налива, в этом случае, как показывают расчеты, максимум импульса давления равен 0,878 МПа, то есть имеет меньшую величину, чем без промежуточных остановок (1,65 МПа).
Наличие равномерно распределенных промежуточных положений с остановками в них позволяет снизить интенсивность гидродинамической нестационарности и исключить возникновение гидроудара.
Итак, заявляемое изобретение позволяет снизить импульс давления при регулировании производительности налива нефтепродуктов за счет кратковременных промежуточных остановок запорного устройства наливной арматуры.