10.14489/hb.2023.12.pp.018-032

2023, 12 декабрь (December)

DOI: 10.14489/hb.2023.12.pp.018-032

Труханов К. А., Челышев А. В., Апокин С. А.
УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ГИДРОПРИВОДА УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОССЕЛЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ НАГРУЗКЕ НА ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕМ ЭЛЕМЕНТЕ
(c. 18-32)

Аннотация. Регулируемый дроссель фонтанной арматуры (РДФА или дроссель) является важной частью системы регулирования подачи жидкости (добываемого газоконденсата) в каждой скважине, от которого зависит, в частности, работа скважины в течение срока эксплуатации, и в целом работоспособность всего месторождения. Гидропривод, управляющий положением запорно-регулирующего элемента (ЗРЭ) дросселя, должен обеспечить повышенные требования надежности и динамики, исходя из требований устойчивости ЗРЭ. Под устойчивостью подразумевается сохранение системой заданных равновесных состояний или обеспечение заданных видов движения. В случае исследования нелинейных систем особое внимание нужно уделить такому явлению как автоколебания. Возникновение автоколебаний и явления резонанса в системе могут стать причиной «начала катастроф». С развитием цифровых технологий стало возможным прогнозировать и определять многие негативные явления в технических системах без проведения физического дорогостоящего эксперимента при помощи создания математической модели объекта наблюдения, при условии квалификации и верификации разработанной модели. Результаты моделирования исключают чрезвычайные ситуации при эксплуатации разрабатываемого оборудования на производстве. Также моделирование позволяет проводить оптимизацию различных параметров разрабатываемой технической системы, что приводит к получению большей пользы от ее эксплуатации. В статье приведены результаты исследования и моделирования устойчивости работы РДФА в условиях нестационарной нагрузки, действующей на его ЗРЭ, и нестационарных гидродинамических процессов в технологической линии, процессами в которой управляет РДФА. Также приведены рекомендации по эксплуатации данного оборудования на основе полученных данных численных расчетов. Целью данной работы является разработка в электронном виде заданий и методов создания на основании этих заданий конструкторской документации (КД) для изделий различного назначения. Данная статья может быть полезна специалистам, чья работа связана с созданием КД, с конструированием и моделированием деталей, сборок, а также преподавателям технических вузов, занимающихся обучением студентов инженерных специальностей в удаленном режиме работы.

Ключевые слова: устойчивость; нагрузка нестационарная; регулируемый дроссель; линия длинная; модель трения нестационарная; коэффициент трения нестационарный; сила гидродинамическая; гидропривод; арматура фонтанная.

Trukhanov K. A., Chelyshev A. V., Apokin S. A.
STABILITY OF THE HYDRAULIC DRIVE FOR CONTROLLING THE ADJUSTABLE THROTTLE (CHOKE VALVE) OF X-MAS TREE UNDER NON-STATIONARY LOAD ON THE LOCKING AND REGULATING ELEMENT
(pp. 18-32)

Abstract. An adjustable Christmas tree throttle valve (RDFA or choke valve) is an important part of the fluid supply control system (produced gas condensate) in each well, which determines, in particular, the operation of the well during the life of the well and, in general, the performance of the entire field. The hydraulic drive that controls the position of the locking and regulating element (LRE) of the throttle must provide increased requirements for reliability and dynamics, based on the requirements for the stability of the LRE. By stability is meant the preservation of the given equilibrium states by the system or the provision of the given types of motion. In the case of studying nonlinear systems, special attention should be paid to such a phenomenon as self-oscillations. The occurrence of self-oscillations and the phenomenon of resonance in the system can cause the «beginning of catastrophes». With the development of digital technologies, it has become possible to predict and determine many negative phenomena in technical systems without conducting an expensive physical experiment by creating a mathematical model of the object of observation, subject to the qualification and verification of the developed model. The simulation results exclude emergencies during the operation of the developed equipment in production. In addition, modeling allows you to optimize various parameters of the developed technical system, which leads to greater benefits from its operation. The article presents the results of research and modeling of the stability of the RDFA operation under conditions of non-stationary load acting on its LRE, and non-stationary hydrodynamic processes in the production line, the processes in which are controlled by the RDFA. Recommendations for the operation of this equipment based on the obtained data of numerical calculations are also given.

Keywords: Stability; Non-stationary load; Throttle valve (choke valve); Long pipeline; Non-stationary friction model; Non-stationary friction coefficient; Hydrodynamic force; Hydraulic drive; X-mas tree (Christmas tree).

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

К. А. Труханов, А. В. Челышев, С. А. Апокин (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

K. A. Trukhanov, A. V. Chelyshev, S. A. Apokin (Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1987. 464 с.
2. Труханов К. А. Математическое моделирование гидропривода вентилятора для системы охлаждения автомобильного двигателя // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. Т. 1. №. 1. С. 84 – 95.
3. Борисов И. И., Колюбин С. А. Имитационное моделирование мехатронных систем. СПб: Университет ИТМО, 2020. 103 c.
4. Труханов К. А. Методы проектирования оптимальных следящих пневматических устройств для управления системами с жидкими рабочими средами: дис. … д-ра техн. наук. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет), Москва, 2019 г.
5. Труханов К. А., Нестеров А. С. Способы решения проблем, возникающих в гидросистемах оборудования при выполнении технологических работ в подводной добывающей промышленности // Газовая промышленность. 2020. Спецвыпуск № 2(802). Автоматизация. С. 48 – 56.
6. Труханов К. А. Синтез гидропривода с дискретно управляемым движением выходного звена: дис. … канд. техн. наук. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет), Москва, 2013 г.
7. Фомичев В. М. Проектирование гидравлических цилиндрических золотниковых распределителей следящих электрогидравлических приводов: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. 23 с.
8. Труханов К. А., Гонтарев А. В. Математическая модель и динамика регулируемого дросселя фонтанной арматуры // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2023. № 3. С. 8 – 20.
9. Челышев А. В., Бояренко А. Г., Труханов К. А. Влияние местного сопротивления на затухание сигнала при передаче информации по гидравлическому каналу связи // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2022. № 10. С. 34 – 43.
10. Implementation and Validation of a Free Open Source 1d Water Hammer Code / Kjerrumgaard Jensen R.,et al. // Fluids. 2018. V. 3. Is. 3. p. 64.
11. Попов Д. Н., Княжанский А. А. О неопределенности собственной частоты дроссельного гидропривода // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2011. № 7. 7 с.

Eng

1. Popov D. N. (1987). Dynamics and regulation of hydraulic and pneumatic systems: a textbook for universities. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
2. Trukhanov K. A. (2012). Mathematical modeling of a hydraulic fan drive for a car engine cooling system. Izvestiya Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta MAMI, 1(1), 84 – 95. [in Russian language]
3. Borisov I. I., Kolyubin S. A. (2020). Simulation modeling of mechatronic systems. Saint Petersburg: Universitet ITMO. [in Russian language]
4. Trukhanov K. A. (2019). Methods for designing optimal pneumatic servo devices for controlling systems with liquid working media. Moscow: Moskovskiy gosudarstvenniy tekhnicheskiy universitet im. N. E. Baumana (natsional'niy issledovatel'skiy universitet). [in Russian language]
5. Trukhanov K. A., Nesterov A. S. (2020). Methods for solving problems that arise in equipment hydraulic systems when performing technological work in the underwater mining industry. Gazovaya promyshlennost', 802(2), Avtomatizatsiya, 48 – 56. [in Russian language]
6. Trukhanov K. A. (2013). Synthesis of a hydraulic drive with discretely controlled movement of the output link. Moscow: Moskovskiy gosudarstvenniy tekhnicheskiy universitet im. N. E. Baumana (natsional'niy issledovatel'skiy universitet). [in Russian language]
7. Fomichev V. M. (2009). Design of hydraulic cylindrical spool valves for servo electrohydraulic drives: textbook. Moscow: Izdatel'stvo MGTU im. N.E. Baumana [in Russian language].
8. Trukhanov K. A., Gontarev A. V. (2023). Mathematical model and dynamics of a variable throttle (choke valve) for X-Mas trees. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem, (3), 8 – 20. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2023.03.pp.008-020
9. Chelyshev A. V., Boyarenko A. G., Trukhanov K. A. (2022). Attention of the transmitted signal via a hydraulig communication channel. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem, (10), 34 – 43. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2022.10.pp.034-043
10. Kjerrumgaard Jensen R. et al. (2018). Implementation and validation of a free open source 1d water hammer code. Fluids, 3(3).
11. Popov D. N., Knyazhanskiy A. A. (2011). On the uncertainty of the natural frequency of the throttle hydraulic drive. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N. E. Baumana, (7). [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2023.12.pp.018-032

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2023.12.pp.018-032

and fill out the form