К вопросу теоретического моделирования методом электрических аналогий гидравлических систем

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

К вопросу теоретического моделирования методом электрических аналогий гидравлических систем Волков О. Е.1, Корнев В. А.2, Кюннап Р. И.3, Колесников А. А.4

1 Волков Олег Евгеньевич / Volkov Oleg Evgen ’evich - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;

2Корнев Виталий Анатольевич / Kornev Vitaly Anatol ’evich - кандидат химических наук, доцент,

старший научный сотрудник;

3Кюннап Роман Игоревич /Kyunnap Roman Igorevich - младший научный сотрудник; 4Колесников Александр Алексеевич / Kolesnikov Aleksandr Alekseevich - инженер,

23 отдел ФАУ,

25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России, г. Москва

Аннотация: в статье рассмотрены актуальные вопросы теоретического моделирования гидравлических систем методом электрических аналогий, в рамках возможности широкого применения такого подхода в практике при

гидродинамических расчетах гидравлических схем технических средств и объектов нефтепродуктообеспечения.

Ключевые слова: технические средства нефтепродуктообеспечения, модель,

аналогии, гидравлическая система, метод электрических аналогий, гидродинамические расчеты.

В гидродинамике широкое применение находят электрические модели гидравлических систем в силу разработанности теории электрических цепей и возможности использовать решения, полученные для них, в гидродинамических расчетах [1, 2].

Для проведения оценочных расчетов гидравлических систем и подбора насосных агрегатов для объектов и технических средств нефтепродуктообеспечения [3] можно воспользоваться методом электрического моделирования гидравлических систем [4-6].

Применение электрогидравлической аналогии базируется на систематическом переносе теории электрических цепей в гидравлику [1, 2]. При этом основные электрические уравнения переходят в соответствующие гидравлические соотношения, которые всегда выполняются, и на основании которых можно составлять гидравлические схемы и анализировать их теми же хорошо развитыми методами, что и электрические цепи [7, 8].

Наибольшее распространение получили аналогии: давления Р и напряжения U, объемного расхода Q и тока I, электрического сопротивления R и гидравлического сопротивления Rr.

В соответствии с системой «СИ», напряжение U измеряется в вольтах (В), сила тока I в амперах (А), электрическое сопротивление R в омах (Ом).

В общем случае при гидравлических расчета в системе «СИ» принято: объемный расход Q измерять в м3/с, давление Р в Па,

При этом связь напора Н с давлением Р определяется по формуле

Н=Р/

где: g — ускорение свободного падения, м/с;

р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;

Н — напор в гидравлической линии, обусловленный местными сопротивлениями, м.

15

Для гидравлической линии, включающей в свой состав динамический насос, полный напор определяется по формуле

Ннас = 0,102 •

где Ннас - полный напор, м;

Р1, Р2 - показание приборов измерения давления жидкости соответственно на входе и выходе из насоса, Па;

Q - подача насоса, м3/с;

р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3,

zh z2 - величины высот расположения измерительных приборов от гидравлической плоскости сравнения, измеренных в процессе испытания, м.

dh d2 - величины внутренних диаметров соответственно входящего и выходящего трубопроводов, рукавов, патрубков насоса, м.

Давление объемного насоса, включенного в гидравлическую линию, определяют по формуле

Р = Р2 - Pl +

Типовые характеристики гидравлических линий различного вида приведены на рис. 1.

Совместная работа насоса на гидравлическую линию, включающую трубопровод и задвижку, приведена на рис. 2.

На рис. 2 показана типовая характеристика работы насоса в гидравлической линии с учетом потерь в насосе ЛРнас, задвижке ЛРзаде и магистрали ДРмаг. Для регулировки расхода в гидравлической линии обычно используется два метода: дросселирование с помощью задвижки или изменение скорости подачи насоса с помощью преобразователя частоты (ПЧ), применяется также и комбинированный метод регулировки.

16

Рис. 2. Характеристика работы насоса в гидравлической линии а — дросселирование; б — изменение скорости

Выбор того или иного метода обусловлен возможностью применения технологического оборудования конкретной гидравлической линии.

В соответствие с приведенными характеристиками работы насоса в гидравлической линии: Q} - расход жидкости с учетом потерь в насосе, гидравлической линии и на задвижке (при работе насоса с ПЧ, потери на задвижке практически отсутствуют при установившемся режиме при полностью открытой задвижке), а Qmax - расход жидкости с учетом потерь в насосе и гидравлической линии.

Режим работы насоса ограничивается максимально допустимой скоростью вращения вала насоса rnmax. Обычно насос эксплуатируется при номинальной частоте вращения (паспортной).

В настоящее время при моделировании гидравлических схем широко используется метод электрической аналогии. Электрические и гидравлические аналоги приведены в таблице 1.

Таблица 1. Электрические и гидравлические аналоги

Подсистема Фазовые переменные Параметры элементов

Электрическая Электрическое напряжение U, В Электричес кий ток I, А Электрическая емкость C, Ф Электрическая индуктивность L, Гн Электрическое сопротивление R, Ом

Г идравлическая Давление Р, Па Расход Q, м3/с Гидравлическая емкость Сг, м3/Па Гидравлическая индуктивность L г, с2-Па/м3 Гидравлическое сопротивление, Re, с-Па/м3

17

При расчете гидравлических схем пользуются реальными характеристиками насосов, в которых уже учтены потери в насосе ЛРнас.

Таким образом, при моделировании гидравлических процессов при применении электрических аналогий в качестве гидравлического аналога давления Р или напора насоса Н используется электрический аналог ЭДС - Е, измеряемое в В.

Согласно теоретическим представлениям: емкость является аналогом

податливости (жесткости) гидравлической магистрали, тем не менее, при использовании в качестве гидравлической магистрали всасывающих и напорных рукавов в первом приближении, с достаточной точностью при оценочных расчетах можно использовать только гидравлическое сопротивление данной линии.

Рассмотрим идеализированную схему, позволяющую смоделировать процесс перекачки (рис. 3). Приведенная схема работает «на кольцо».

Гидравлическая система (а) и эквивалентная электрическая схема (б) позволяют оценить параметры перекачки с учетом сопротивления запорного устройства Кт ън и сопротивления магистрали Лг.маг. При этом в гидравлической магистрали будет напор Нмаг, отличающийся от напора насоса Ннас на величину гидравлических потерь.

Рис. 3. Идеализированная схема стенда, работающего на «кольцо» а - гидравлическая; б - электрическая

В соответствии с электрической схемой выходные параметры будут определяться формулами (4) и (5).

I = E/

U = E • Rнагр /

Для гидравлической схемы выходные параметры будут определяться формулами (6) и (7).

Q = Ннас /Rrm +R ) 6)

Н =Ннас•

Согласно такому подходу можно производить расчет гидравлических схем не только любой сложности, но и моделировать процессы, происходящие внутри насоса и гидравлических линий.

Данная статья подготовлена в рамках обсуждения и возможности широкого применения такого подхода в рамках гидродинамических расчетов при проектировании различных гидравлических схем, включающих технологическое оборудование средств и объектов нефтепродуктообеспечения.

18

Литература

1. Костишин В. С. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии. - М.: Ивано-Франковск - ИФДТУНГ. -2000 - с. 115.

2. Аронзон Н. З., Козлов В. А., Козобков А. А. Применение электрического моделирования для расчета компрессорных станций. - М.: Недра, 1969 - 178 с.

3. Кузьмин С. А., Волков О. Е. Подбор насосов для инженерных объектов. Н.-т. инф. Сб. Ремонт, восстановление, модернизация № 11 - М.: «Металлургия», 2003, с. 3842, - 50 с.

4. Дружинин Н. И. Метод электрогидродинамических аналогий и его применение при исследовании фильтрации. - М.: ГЭИ, 1956 - 155 с.

5. Попов Д. Н. Нестационарные гидромеханические процессы. - М.:

Машиностроение, 1982 - 239 с.

6. Залманзон Л. А. Теория элементов пневмоники. - М.: Наука, 1969 - 177 с.

7. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1975 -749 с.

8. Гладких П. А., Хачатурян С. А. Предупреждение и устранение колебаний нагнетательных установок. М.: «Машиностроение», 1984.

Полимерное покрытие на основе хлорсульфированного полиэтилена системы IN CLAD Корнев В. А.1, Рыбаков Ю. Н.2, Волков О. Е.3, Асметков И. Д.4

1 Корнев Виталий Анатольевич / Kornev Vitaly Anatol ’evich - кандидат химических наук, доцент,

старший научный сотрудник;

2Рыбаков Юрий Николаевич /Rybakov Jurij Nikolaevich - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник 23 отдела;

3Волков Олег Евгеньевич / Volkov Oleg Evgen ’evich - кандидат технических наук, старший научный сотрудник;

4Асметков Иван Дмитриевич /Asmetkov Ivan Dmitrievich - инженер,

23 отдел ФАУ,

25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России, г. Москва

Аннотация: в статье рассмотрены особенности структуры и свойств полимерных покрытий на основе хлорсульфированного полиэтилена в рамках возможности их применения в технических средствах нефтепродуктообеспечения. Определена температура хрупкости полимерного покрытия IN CLAD расчетным и графическим методами. Дана оценка возможности использования полимерного покрытия IN CLAD в северных регионах России.

Ключевые слова: хлорсульфированный полиэтилен, полимерное покрытие,

изоляционная система, температура хрупкости, термопластичные эластомеры, технические средства нефтепродуктообеспечения.

Хлорсульфированный полиэтилен (основные торговые марки HYPALON, CSM, ХСПЭ) имеет следующую структурную формулу:

{[—

Такой полимер получают в форме гранул обработкой кристаллического полиэтилена высокого и низкого давления смесью газообразных хлора (CL2) и диоксида серы (SO2). Введение атомов хлора в макромолекулу нарушает регулярность строения цепей термопластичного полиэтилена и их способность кристаллизоваться,

19