10.14489/hb.2026.02.pp.020-031

2026, 02 февраль (February)

DOI: 10.14489/hb.2026.02.pp.020-031

Труханов К. А., Протасов Д. И.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВЫХОДНОЕ ЗВЕНО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА С ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ТИПОМ ДВИЖЕНИЯ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА СБОРНОГО МАНИФОЛЬДА
(c.20-31)

Аннотация. Исполнительным элементом конструкции сборного манифольда (СМ) является запорно-регулирующая арматура (ЗРА), предназначенная для полного или частичного перекрытия газожидкостной смеси (ГЖС), поступающей из скважины в СМ через газосборный коллектор (ГСК). Запорно-регулирующая арматура – это механизм с вращательным типом движения выходного звена. Момент от действия гидродинамических сил, возникающий на запорном шаре ЗРА является одним из важнейших параметров для выбора привода и оценки его ресурса. Аналитические методы расчета момента, как правило, дают усредненное или максимальное значение. Такой подход не позволяет точно смоделировать реальные условия работы привода, особенно в промежуточных положениях, что может привести к возникновению «начала катастроф» в гидросистеме всего месторождения. В статье сформулирован метод определения момента, возникающего на запорном шаре ЗРА при действии на него гидродинамических сил от ГЖС при течении через проходное отверстие в запорном шаре. Приведена типовая принципиальная схема и конструкция привода СМ. Приводится методика численного определения момента от гидродинамической силы, действующей на запорный шар привода СМ. Получены его значения в зависимости от угла поворота запорного шара и плотности ГЖС. Также получены и приведены аппроксимированные зависимости изменения средней скорости потока газожидкостной смеси в сечении и изменения среднего уровня давления в сечении, перпендикулярном проточному каналу запорного шара, от угла поворота запорного шара привода СМ. К научной новизне работы следует отнести созданный метод определения момента, создаваемого гидродинамической силой, действующей на выходное звено привода сборного манифольда с вращательным типом движением выходного звена, поскольку в настоящее время в России отсутствует единая методика проектирования приводов СМ.

Ключевые слова: кран шаровой; сила гидродинамическая; момент от гидравлических сил; CFD-анализ; угол поворота; манифольд сборный; схема принципиальная привода.

Trukhanov K. A., Protasov D. I.
METHOD FOR DETERMINING THE HYDRODYNAMIC FORCES ACTING ON THE OUTPUT LINK OF AN ACTUATOR WITH A ROTARY TYPE OF MOVEMENT OF THE OUTPUT LINK OF A GAS-GATHERING MANIFOLD
(pp.20-31)

Abstract. Actuators of the construction of the gas-gathering manifold (GGM) are the shut-off and control valves (SCV) designed to completely or partially shut off the gas-liquid mixture (GLM) coming from the well to the GGM. SCV is a mechanism with a rotary type of movement of the output link. The torque from the action of hydrodynamic forces arising on the shut-off ball of the SCV is one of the most important parameters for selecting the drive and assessing its service life. Analytical methods for calculating the torque, as a rule, give an average or maximum value. This approach does not allow to accurately simulating the real operating conditions of the actuators, especially in intermediate positions, which can lead to the occurrence of “the onset of disasters” in the hydraulic system of the entire field. The article formulates a method for determining the torque arising on the shut-off ball of the SCV when hydrodynamic forces from the GGM act on it during flow through the through-hole in the shut-off ball. A typical schematic diagram and design of the GGM’s actuator are given. The paper presents a method for numerically determining the torque from the hydrodynamic force acting on the shut-off ball of the GGM actuator. Its values are obtained depending on the angle of rotation of the shut-off ball and the density of the GLM. Approximated dependencies of the change in the average flow velocity of the GLM in the section and the change in the average pressure level in the section perpendicular to the flow channel of the shut-off ball, on the angle of rotation of the shut-off ball of the GGM actuator, are also obtained and are presented. The scientific novelty of the work should include the created method for determining the torque created by the hydrodynamic force acting on the output link of the drive of the GGM with a rotary type of movement of the output link, since at present in Russia there is no unified methodology for designing GGM actuators.

Keywords: Ball valve; Hydrodynamic force; Torque from hydraulic forces; CFD-analysis; Angle of rotation; Gas-gathering manifold; Schematic diagram of the drive.

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

Рус

К. А. Труханов, Д. И. Протасов (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, D. I. Protasov (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. ГОСТ Р 71122–2023. Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и эксплуатация систем подводной добычи. Часть 15. Подводные конструкции и манифольды. М.: Российский институт стандартизации, 2023. 57 с.
2. Труханов К. А. Расчет основных элементов гидроавтоматики подводной фонтанной арматуры // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2025. № 6(339). С. 18 – 32. DOI 10.14489/hb.2023.12.pp.018-032
3. Труханов К. А. Метод определения усилий, действующих на выходное звено гидравлического привода с возвратно-поступательным движением выходного звена подводной фонтанной арматуры // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2025. № 12(345). С. 16 – 26.
4. SimulationX. 2024 Help Center. Режим доступа: doc.simulationx.com/4.6/1033/Content/ModulesAndLibraies.htm
5. Рязанов А. А. Краны шаровые для пневмогидравлических систем. Основы проектирования. М.: Машиностроение, 2011. 152 с. ISBN97-5-94275-561-4.
6. 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.
7. Труханов К. А. Методы проектирования оптимальных следящих пневматических устройств для управления системами с жидкими рабочими средами: дис. ... д-р техн. наук. М.: Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет), 2020.
8. Труханов К. А. Работоспособность пневмо-, гидросистем в условиях непредсказуемых возмущений // Справочник. Инженерный журнал. 2018. № 12. C. 36 – 46.
9. Малов Д. А., Чернышев А. В., Слободов Е. Б. Метод определения пропускной способности запорной арматуры // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 3. С. 66 – 75. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-3-66-75
10. API 6D: 2022 Specification for Pipeline Valves. 25th ed. API Publishing Services, 2022. 2 p.
11. ISO 5208:2015 Industrial valves – Pressure testing of metallic valves. British Standards Institution, 2015. 9 p.

Eng

1. GOST R 71122–2023. (2023). Oil and gas industry. Design and operation of subsea production systems. Part 15. Subsea structures and manifolds [in Russian language]. Russian Institute of Standardization.
2. Trukhanov, K. A. (2025). Calculation of the main elements of the hydro-automatics of subsea wellhead equipment. Spravochnik. Inzhenernyi Zhurnal s Prilozheniem, (6), 18–32. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/hb.2023.12.pp.018-032
3. Trukhanov, K. A. (2025). Method for determining forces acting on the output link of a hydraulic actuator with reciprocating motion of the output link of subsea wellhead equipment. Spravochnik. Inzhenernyi Zhurnal s Prilozheniem, (12), 16–26. [in Russian language].
4. SimulationX. (2024). Help center. Retrieved from https://doc.simulationx.com/4.6/1033/Content/ModulesAndLibraies.htm
5. Ryazanov, A. A. (2011). Ball valves for pneumatic and hydraulic systems. Fundamentals of design. Mashinostroenie. [in Russian language].
6. Trukhanov, K. A., & Nesterov, A. S. (2020). Methods for solving problems arising in hydraulic systems of equipment during technological work in the subsea production industry. Gazovaya Promyshlennost', (Special Issue No. 2, "Automation"), 48–56. [in Russian language].
7. Trukhanov, K. A. (2020). Methods for designing optimal pneumatic servo devices for controlling systems with liquid working media [Doctoral dissertation, Moscow State Technical University named after N. E. Bauman (National Research University)] [in Russian language].
8. Trukhanov, K. A. (2018). Performance of pneumatic and hydraulic systems under unpredictable disturbances. Spravochnik. Inzhenernyi Zhurnal, (12), 36–46. [in Russian language].
9. Malov, D. A., Chernyshev, A. V., & Slobodov, E. B. (2022). Method for determining the flow capacity of shut-off valves. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Mashinostroenie, (3), 66–75. [in Russian language]. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2022-3-66-75
10. American Petroleum Institute. (2022). API 6D:2022 Specification for pipeline valves (25th ed.).
11. International Organization for Standardization. (2015). ISO 5208:2015 Industrial valves – Pressure testing of metallic valves.

+ - 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 700 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.2026.02.pp.020-031

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 700 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.2026.02.pp.020-031

and fill out the form