Комбинированный двухскоростной затвор трубопровода

In this paper we study the strength and stability of panels of conical shells, made from the modern orthotropic materials. A mathematical model of deformation of the structure is represented as a functional of fully energy of strain, taking into account the transverse shear and orthotropyof material. The model is applied Ritz method and the method of continuation of solution on the best option. The results of the calculations of conical panels shows the efficiency of the modern orthotropic materials compared to traditional materials.

Key words: shell,conicalpanel, strength, stability, orthotropy.

Ignat'ev Oleg Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor the, Vice-Rector, ignatyevovamgsu.ru, Russia, Moscow, Moscow State University of Civil Engineer-

Panin Aleksandr Nikolaevich, candidate of technical sciences, the dean, pa-nin. anamail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Semenov Alexey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, sw.semenovagmail. com, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

УДК 621.01

КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВУХСКОРОСТНОЙ ЗАТВОР

ТРУБОПРОВОДА

Н.Е. Проскуряков, И.В. Лопа

Предложена новая конструкция комбинированного затвора трубопровода (со шпинделем, совершающим винтовое движение), обеспечивающая двухскоростной режим опускания шпинделя «быстро - медленно». Показано, что двухскоростной режим обеспечивает меньшую нагрузку на элементы трубопроводной арматуры и, как следствие, наиболее эффективную, безопасную и надежную работу затвора.

Ключевые слова: арматура, затвор, шпиндель, гидравлический удар, перепад давлений.

Одним из важнейших классов трубопроводной арматуры является запорная арматура - устройства, применяемые для периодического или разового включения или отключения трубопровода или объекта. Основными видами промышленной запорной арматуры являются затворы, от которых требуется возможно быстрое перекрытие потока без разрушения самого трубопровода в результате так называемого гидравлического удара.

Арматура, установленная в трубопроводе, создает для движущейся в ней среды дополнительное сопротивление - местное сопротивление, на преодоление которого тратится энергия.

Затрата энергии выражается потерей скоростного напора, в связи с чем давление перед затвором будет больше, чем за ним. Это явление и носит название гидравлического удара. При закрытии заслонки площадь поперечного сечения трубопровода уменьшается, скорость течения жидкости за заслонкой возрастает и согласно уравнению Бернулли давление уменьшается.

Скорость движения запирающего элемента имеет большое значение. В работе [1] показано, что перепад давления АР связан с законом изменения площади поперечного сечения затвора во времени

АР = 8у^2 / \ )*,

о 5(г)3 Эг

где 8 - коэффициент, учитывающий сжимаемость среды; у - коэффициент, учитывающий влияние вязкости среды; Ха- коэффициент местного сопротивления затвора; 5 (г) - функция изменения площади поперечного сечения во времени, зависящая от V(г) - скорости опускания затвора; Q -поток среды (объем среды, проходящий через поперечное сечение за единицу времени).

При этом повышается продольная сжимающая нагрузка на шпинделе, что может привести к потере его продольной устойчивости и, следовательно, к невыполнению затвором заданных функций по перекрытию перемещаемого потока [2].

Для предотвращения этого применяются конструкции приводов затворов трубопроводов, позволяющие осуществить двухскоростное опускание запорного элемента. При этом существенно снижается перепад давления, что, в свою очередь, повышает безопасность трубопроводного транспорта.

Двухскоростное движение запорного элемента обеспечивается специальным приводом типа коробки передач, что делает задвижку с электроприводом весьма дорогостоящей и громоздкой.

С целью повышения безопасности трубопроводов и уменьшения габаритов арматуры предлагается новая конструкция комбинированной задвижки (со шпинделем, совершающим винтовое движение), которая обеспечивает двухскоростной режим опускания шпинделя «быстро - медленно» и соответственно меньшую нагрузку на элементы трубопроводной арматуры и, как следствие, наиболее эффективную, безопасную и надежную работу затвора.

На рис. 1 представлен затвор, содержащий верхний корпус 1, крышку 2 с отверстием, гайку 3 винтовой передачи приводного механизма, шпиндель 4 и запорный орган 5, расположенный в нижнем корпусе 6.

Шпиндель 4 имеет две резьбы:

- в верхней части, контактирующей с гайкой 3 винтовой передачи приводного механизма;

- в нижней части, которая контактирует с гайкой 7, заложенной в запорный орган.

В верхней части резьбы шпинделя расположена стопорная шайба 8.

При поступлении команды на закрытие задвижки начинает вращаться расположенная в верхнем корпусе 1 гайка 3 винтовой передачи приводного механизма.

Шпиндель 4, проходящий через отверстие в крышке 2, с запорным органом 5 движется поступательно, перекрывая поток перемещаемой среды. По мере перекрытия потока за задвижкой происходит потеря скоростного напора, которая, в свою очередь, приводит к повышению давления в части трубопровода до задвижки, то есть возникает перепад давлений.

Расчет арматуры [ 1 ] показал, что перепад давления зависит от скорости перекрытия потока, а давление более существенно возрастает при перекрытии второй половины потока.

Тогда, если при перекрытии первой половины потока стопорная шайба 8 упрется в гайку 3 винтовой передачи приводного механизма, не позволяя шпинделю 4 двигаться далее поступательно вниз, то шпиндель 4 перейдет во вращательное движение.

При этом за счет гайки 7, заложенной в запорный орган 5, поступательно вниз начинает двигаться запорный орган 5. Чтобы при этом понизить скорость перекрытия потока, необходимо нижнюю часть резьбы на шпинделе 4 выполнить с отличными от верхней резьбы характеристиками.

Например, верхняя резьба - однозаходная, а нижняя - двухзаход-ная. В результате скорость опускания запорного органа 5 при вращательном движении шпинделя 4 станет в 2 раза меньше первоначальной скорости перекрытия потока за счет поступательного движения шпинделя.

Этот вариант исполнения обеспечит существенное снижение нагрузки на шпиндель, а также уменьшение давления в части трубопровода, расположенной перед задвижкой.

На рис. 2 представлены зависимости перепада давления от времени закрытия задвижки, построенные при помощи формулы (1): кривая 1 - при двухскоростном режиме закрытия затвора; кривая 2 - при постоянной скорости затвора.

Р О) х МПа

0.15

0.1

0.05

°0 2 4 б 8

Рис. 2. Перепады давления в трубопроводе: кривая 1 - при двухскоростном режиме закрытия затвора; кривая 2 - при постоянной скорости затвора

Видно, что предложенная конструкция позволяет уменьшить давление примерно на 50 % по сравнению с классической односкоростной схемой закрытия затвора.

Таким образом, в результате использования достаточно простых технических приемов положительный эффект достигается без усложнения конструкции, например, за счет рационального выбора параметров существующей конструкции, а не путем ее усложнения.

Список литературы

1. Лопа И.В., Ефимова А.И., Жукаев А.И. Гидравлический расчет трубопроводной арматуры // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С.3-8.

2 , 1

2. Проскуряков Н.Е., Лопа И.В. Исследование влияния изгиба винтов на их момент инерции и продольную устойчивость // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2, 2014.С. 512-515.

Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., vippneamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лопа Игорь Васильевич, д-р техн. наук, проф., pmdmatsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMBINED TWO-SPEED THE PENSTOCK PIPELINE N. Y. Proskuryakov, I. V. Lope

A new design of a combined (there is the spindle who commits a screw motion) shutter duct, provide two-speed lowering mode of a spindl: "quick - slow " is proposed. It is shown that a two-speed mode provides a lower load on the elements of the valves and, as a consequence, the most efficient, safe and reliable operation of the shutter.

Key words: valve, gate, spindle, hydraulic shock, the pressure drop.

Proskuriakov Nikolai Evgenevich, doctor of technicale sciences, professor, vippnea mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lope Igor Vfsilevich, doctor of technicale sciences, professor, pmdmatsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University