DOI: 10.14489/hb.2025.06.pp.067-078

Труханов К. А.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОАВТОМАТИКИ ПОДВОДНОЙ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ
(с. 67-78)

Аннотация.  Проектируя гидросистему подводной фонтанной арматуры (ПФА), необходимо определить параметры всех исполнительных и управляющих устройств (элементов гидроавтоматики) гидросистемы, а также подтвердить, что спроектированные элементы гидроавтоматики и гидросистема в целом надежны и безопасны, отвечают эксплуатационным требованиям на всех режимах работы гидравлических приводов и при их взаимном влиянии друг на друга в совместной работе. В статье рассматриваются вопросы создания математической модели приводов ПФА, расчета и выбора параметров элементов гидроавтоматики, отвечающих за управление приводами ПФА, методика расчета диаметров дросселей, отвечающих за скорость выдвижения/втягивания штока привода ПФА. Приведена принципиальная схема типовой конструкция привода ПФА, типовая конструкция привода ПФА, типовая принципиальная гидравлическая схема управления приводом ПФА с подробным описанием. Даны основные зависимости математической модели привода ПФА, включая силовые характеристики типового привода ПФА: характеристику силы трения, возникающей в приводе ПФА, и характеристику, показывающую изменение величины давления (движущей силы), необходимого для перемещения поршня под действием силы со стороны пружины и силы трения. Приведены результаты определения коэффициента сопротивления запорного элемента привода ζ_s в зависимости от перемещения поршня привода. Сформулированы критерии, позволяющие определить допустимую величину времени открытия и закрытия запорного элемента приводом ПФА. Разработана и приведена методика выбора допустимого времени открытия и закрытия запорного элемента приводом ПФА. Разработана и приведена методика выбора величины площади проходного сечения дросселей, необходимых для регулирования и обеспечения допустимого времени открытия и закрытия запорного элемента приводом ПФА. К научной новизне работы следует отнести созданную методику расчета параметров основных элементов гидроавтоматики ПФА, основанную на созданной математической модели, поскольку в настоящее время в России отсутствует единая методика синтеза гидросистемы ПФА.

Ключевые слова: элемент гидроавтоматики; привод арматуры подводной фонтанной; сила трения; дроссель; диаметр дросселя; модель математическая; удар гидравлический; коэффициент сопротивления; схема принципиальная привода; схема принципиальная арматуры подводной фонтанной.

Trukhanov K. A.
CALCULATION OF THE MAIN ELEMENTS OF HYDRAULIC AUTOMATION OF SUBSEA X-TREE
(pp. 67-78)

Abstract. At the designing a hydraulic system of Subsea X-Tree (Subsea XT), it is necessary to determine the parameters of all actuators and control devices (elements of hydraulic automation) of the hydraulic system, and also to confirm that the designed elements of hydraulic automation and the hydraulic system as a whole are reliable and safe and meet operational requirements in all modes of operation of hydraulic drives and in their mutual influence on each other during their joint operation. The article considers the issues of creating a mathematical model of Subsea XT drives, calculating and selecting the parameters of hydraulic automation elements responsible for controlling Subsea XT drives, a method for calculating the diameters of throttles responsible for the speed of extension/retraction of the Subsea XT drive rod. The article provides a schematic diagram of a typical Subsea XT drive design, a typical Subsea XT drive design, a typical basic hydraulic diagram of Subsea XT drive control with a detailed description. The main dependencies of the mathematical model of the Subsea XT drive are given, including the power characteristics of a typical Subsea XT drive: the characteristic of the friction force arising in the Subsea XT drive and the characteristic showing the change in the pressure value (driving force) required to move the piston under the action of the force from the spring and the friction force. The results of determining the resistance coefficient of the drive shut-off element ζ_s depending on the movement of the drive piston are presented. Criteria are formulated that allow determining the permissible value of the opening and closing time of the shut-off element by the Subsea XT drive. A method for selecting the permissible opening and closing time of the shut-off element by the Subsea XT drive is developed and presented. A method for selecting the value of the flow cross-sectional area of the throttles required to regulate and ensure the permissible opening and closing time of the shut-off element by the Subsea XT drive is developed and presented. The scientific novelty of the work includes the created method for calculating the parameters of the main elements of the Subsea XT hydraulic automation, based on the created mathematical model, since at present in Russia there is no unified method for synthesizing the Subsea XT hydraulic system.

Keywords: The element of hydraulic automation; Subsea X-Tree actuator; Friction force; Throttle; Throttle diameter; Mathematical model; Water hammer effect; Resistance coefficient; Schematic diagram of the drive; Schematic diagram of subsea X-Tree.