10.14489/hb.2023.03.pp.008-020

2023, 03 март (March)

DOI: 10.14489/hb.2023.03.pp.008-020

Труханов К. А., Гонтарев А. В.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ДИНАМИКА РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОССЕЛЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ
(c. 8-20)

Аннотация. Одним из основных элементов системы подводного добычного комплекса (ПДК) является регулируемый дроссель, применяемый для регулирования подачи перемещаемой по стволу скважины среды (жидкости). Привод, управляющий положением запорно-регулирующего элемента (ЗРЭ) дросселя, должен обеспечить повышенные требования надежности и динамики исходя из требований устойчивости ЗРЭ, поскольку возникновение автоколебаний может быть причиной «начала катастроф». Современные методы разработки и анализа технических систем основаны на широком применении математических моделей, основанных на подробных знаниях о процессах и явлениях, протекающих в рассматриваемых системах. Применение математической модели имеет важное и актуальное значение – это позволяет не проводить дорогостоящие и затратные как по времени, так и средствам физические эксперименты. Полученные результаты в ходе компьютерного моделирования могут быть использованы для оптимизации систем, определения режимов эксплуатации и причин возможных отказов. В статье представлена разработанная математическая модель регулируемого дросселя фонтанной арматуры. Математическая модель, в отличие от существующих, учитывает нестационарный характер возникающей гидродинамической силы на ЗРЭ, а также нелинейности гидроаппаратуры – исполнительного механизма и распределителя управления. В статье приведены результаты численного эксперимента и выполнено сравнение предлагаемой математической модели с результатами численного эксперимента. Научная новизна работы заключается в создании объектно-ориентированной математической модели регулируемого дросселя фонтанной арматуры с учетом нестационарной нагрузки на исполнительном механизме, а также нелинейностей управляющей аппаратуры.

Ключевые слова: дроссель регулируемый арматуры фонтанной; модель математическая; динамика дросселя регулируемого; привод поворотный шаговый; механизм храповой; запорно-регулирующий элемент; сила гидро¬динамическая; эксперимент численный.

Trukhanov K. A., Gontarev A. V.
MATHEMATICAL MODEL AND DYNAMICS OF A VARIABLE THROTTLE (CHOKE VALVE) FOR X-MAS TREES
(pp. 8-20)

Abstract. One of the main elements of the subsea production system (SPS) is an adjustable throttle that regulates the supply of the medium (liquid) moved along the wellbore. The drive that controls the position of the shut-off-and-regulating element (SCE) of the throttle should provide increased requirements for reliability and dynamics, based on the requirements for the stability of the SCE, since the occurrence of self-oscillations can be the cause of the «start of disasters». Modern methods for the development and analysis of technical systems are based on the widespread use of mathematical models based on detailed knowledge of the processes and phenomena occurring in the systems under consideration. The use of a mathematical model is of great and urgent importance – it allows not to carry out expensive and costly physical experiments both in terms of time and money. The results obtained in the course of computer simulation can be used to optimize systems, determine operating modes and the causes of possible failures. The article presents the developed mathematical model of the adjustable choke of the X-mas tree. The mathematical model, unlike the existing ones, takes into account the non-stationary nature of the emerging hydrodynamic force on the SCE, as well as the nonlinearity of the hydraulic equipment – the actuator and control distributor. The paper presents the results of a numerical experiment and compares the proposed mathematical model with the results of a numerical experiment. The scientific novelty of the work lies in the creation of an object-oriented mathematical model of an adjustable choke of X-mas trees, taking into account the non-stationary load on the actuator, as well as the non-linearities of the control equipment.

Keywords: Variable throttle for Xmas tree fittings (Choke valve for Xmas tree); Mathematical model; Variable throttle dynamics; Rotary stepper drive; Ratchet mechanism; Shut-off-and-regulating element; Hydro-dynamic force; Numerical experiment.

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

Рус

К. А. Труханов, А. В. Гонтарев (Московский государственный технический университет имени 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. Gontarev (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. Труханов К. А. Методы проектирования оптимальных следящих пневматических устройств для управления системами с жидкими рабочими средами: дис. … д-ра техн. наук: 05.04.13 / ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. 303 с.
2. Гонтарев А. В., Менагаришвили Н. А., Труханов К. А. Метод расчета гидродинамической силы в регулируемом дросселе фонтанной арматуры // Справочник. Инженерный журнал с приложением, 2022. № 6. С. 8 – 19. DOI: 10.14489/hb.2022.06.pp.008-019
3. Попов Д. Н. Механика гидро-, пневмоприводов: учебник для вузов. 2-е изд. стереотип. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 320 с. (Сер. Механика в техническом университете; Т. 7).
4. Машиностроение. Энциклопедия / ред. совет: К. В. Фролов (пред.) и др. Т. IV-2. Электропривод. Гидро- и виброприводы. В 2-х кн. Кн. 2. Гидро- и виброприводы / Д. Н. Попов, В. К. Асташев, А. Н. Густомясов и др.; под общ. ред. Д. Н. Попова, В. К. Асташева. М.: Машиностроение, 2012. 304 с.
5. Труханов К. А. Динамика пневмопривода. Цикл лекций. «Математическая модель следящего пневмопривода» // Справочник. Инженерный журнал с приложением. Приложение. 2022. № 7. С. 1 – 19. DOI: 10.14489/hb.supp.2022.07.pp.001-019
6. Труханов К. А., Попов Д. Н., Адельшин Д. Р. Способ идентификации нагрузки на конце длинной гидролинии насосной установки. // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2016. № 9. С. 38 – 48.
7. Труханов К. А., Мармылев И. В., Николенко И. Н. Условия фазового перехода при течении газожидкостной смеси в регулируемых дросселях // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2021. № 7. С. 22 – 29. DOI: 10.14489/hb.2021.07.pp.022-029
8. Пат. № US9458941B2. Rotaty Stepping Actuator for Valve [Электронный ресурс] / Larry J. Bohaychuk; заявл. 04.10.2016.
9. Салман М. И., Попов Д. Н. Компьютерное исследование и расчет гидродинамических нагрузок на золотник // Наука и образование. DOI: 10.7463/1112.0491484, 2012
10. Данилов Ю. А., Кирилловский Ю. Л., Колпаков Ю. Г. Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.

Eng

1. Trukhanov K. A. (2019). Design methods for optimal pneumatic tracking devices for controlling systems with fluid media. FGBOU VPO MGTU im. N. E. Baumana. [in Russian language]
2. Gontarev A. V., Menagarishvili N. A., Trukhanov K. A. (2022). Method for calculating the hydrodynamic in an adjustable of Christmas tree. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem, (6), pp. 8 – 19. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2022.06.pp.008-019
3. Popov D. N. (2002). Mechanics of hydraulic and pneumatic actuators: a textbook for universities. 2nd ed. Moscow: Izdatel'stvo MGTU im. N. E. Baumana. (Seriya: Mekhanika v tekhnicheskom universitete; Vol. 7). [in Russian language]
4. Popov D. N., Astashev V. K., Frolov K. V. (Eds.), Gustomyasov A. N. et al. (2012). Engineering. Encyclopedia. Vol. IV-2. Electric drive. Hydro- and vibrodrives. In two books. Book 2. Hydraulic and vibration drives. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
5. Trukhanov K. A. (2022). Dynamics of pneumatic drive. Lecture cycle. Mathematical model of the servo pneumatic actuator. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem. Prilozhenie, (7), pp. 1 – 19. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.supp.2022.07.pp.001-019
6. Trukhanov K. A., Popov D. N., Adel'shin D. R. (2016). A method of identifying the load on the end of a long hydraulic line of pumping unit. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem. Prilozhenie, (9), pp. 38 – 48. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2016.09.pp.038-048
7. Trukhanov K. A., Marmylev I. V., Nikolenko I. N. (2021). Conditions of the phase transition during the flow of a gasliguid mixture in controlled chokes. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem. Prilozhenie, (7), pp. 22 – 29. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2021.07.pp.022-029
8. Larry J. Bohaychuk (2016). Rotaty Stepping Actuator for Valve. US Patent No. US9458941B2.
9. Salman M. I., Popov D. N. (2012). Computer study and calculation of hydrodynamic loads on the spool. Nauka i obrazovanie. [in Russian language] DOI: 10.7463/1112.0491484
10. Danilov Yu. A., Kirillovskiy Yu. L., Kolpakov Yu. G. (1990). Volumetric Hydraulic Drive Apparatus: Operating Processes and Characteristics. Moscow: Mashinostroenie. [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).

DOI: 10.14489/hb.2023.03.pp.008-020

Скопируйте DOI статьи и перейдите по ссылке https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-spravochnik-inzhenernyy-zhurnal

В комментарии к заказу обязательно укажите DOI статьи.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

DOI: 10.14489/hb.2023.03.pp.008-020

Copy the article DOI and follow the link https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-spravochnik-inzhenernyy-zhurnal

Please specify the article DOI in the order comments.