DOI: 10.14489/hb.2025.12.pp.016-026

Труханов К. А.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВЫХОДНОЕ ЗВЕНО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА ПОДВОДНОЙ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ
(c. 16-26)

Аннотация. При проектировании приводов подводной фонтанной арматуры (ПФА) необходимо знать параметры и нагрузки, действующие на приводы ПФА. Главным вопросом при проектировании приводов ПФА является вопрос определения нагрузок. Проведение натурных испытаний не представляется возможным ввиду значительных материальных и временных затрат на создание самого привода ПФА и его испытательного оборудования. Целесообразней иметь математическую модель, позволяющую сократить время разработки или подбор привода ПФА под конкретные условия его эксплуатации. В статье сформулирован метод определения сил, действующих на выходное звено привода ПФА с возвратно-поступательным движением выходного звена. Приведена типовая принципиальная схема и конструкция привода ПФА. Составлен баланс сил, действующих на подвижные элементы конструкции привода. Приводится методика численного определения гидродинамической силы, действующей на запорный элемент привода ПФА. Получены ее значения в зависимости от хода запорного элемента. Дается описание модели силы вязкого трения, действующей на подвижные части конструкции запорного элемента привода ПФА. Модель учитывает изменение коэффициента кинематической вязкости гидравлической жидкости в приводе в зависимости от температуры жидкости и величины давления в гидравлической линии управления. Отражены результаты математического моделирования работы привода ПФА с учетом найденной зависимости гидродинамической силы. Получены зависимости изменения величины давления pп в полости управления привода ПФА от перемещения шибера; значения гидродинамической силы Fpгаз, действующей на шибер во время его движения, и перепады величины давления – найденные и полученные от производителя; значения усилия, развиваемого приводом в зависимости от смещения шибера во время его движения. Произведена оценка точности предлагаемого метода определения усилий, действующих на выходное звено привода ПФА с возвратно-поступательным движением выходного звена. Даны рекомендации по увеличению точности расчетов и улучшению качества математического моделирования.К научной новизне работы следует отнести созданный метод определения сил, действующих на выходное звено привода подводной фонтанной арматуры с возвратно-поступательным движением выходного звена, поскольку в настоящее время в России отсутствует единая методика проектирования приводов ПФА.

Ключевые слова: привод арматуры подводной фонтанной; сила трения; сила гидродинамическая; баланс сил; модель вязкого трения с переменными коэффициентами; модель математическая; схема принципиальная привода; задвижка.

Trukhanov K. A.
METHOD FOR DETERMINING THE FORCES ACTING ON THE OUTPUT LINK OF A HYDRAULIC ACTUATOR WITH RECIPROCATING MOTION THE OUTPUT LINK OF A SUBSEA X-TREE
(pp. 16-26)

Abstract. At designing subsea X-tree (XT) actuators, it is necessary to know the parameters and loads acting on XT actuators. The main issue at designing XT actuators is the issue of loads determining. Carrying out of full-scale tests is not possible due to the significant material and time costs of creating the XT actuator itself and its testing equipment. It is more expedient to have a mathematical model that allows reducing the development time or selecting XT actuator for specific operating conditions. The article formulates a method for determining the forces acting on the output link of the XT actuator with reciprocating motion of the output link. A typical schematic diagram and design of the XT actuator are given. A balance of forces acting on the moving elements of the drive design is compiled. A method for numerically determining the hydrodynamic force acting on the shut-off element of the XT actuator is given. Its values are obtained depending on the stroke of the shut-off element. The article describes the model of the viscous friction force acting on the moving parts of the structure of the shut-off element of the XT actuator. The model takes into account the change in the kinematic viscosity coefficient of the hydraulic fluid in the drive depending on the temperature of the fluid and the pressure in the hydraulic control line. The results of mathematical modeling of the XT actuator operation are reflected, taking into account the found dependence of the hydrodynamic force. The dependences of the change in the pressure value pп in the control cavity of the XT actuator on the movement of the gate valve are obtained; the values of the hydrodynamic force Fpгаз, acting on the gate valve during its movement, and the pressure drops – found and received from the manufacturer; the values of the force developed by the drive depending on the displacement of the gate valve during its movement. The accuracy of the proposed method for determining the forces acting on the output link of the XT actuator with reciprocating movement of the output link is assessed. Recommendations are given for increasing the accuracy of calculations and improving the quality of mathematical modeling. The scientific novelty of the work includes the created method for determining the forces acting on the output link of the XT actuators with reciprocating movement of the output link, since at present in Russia there is no unified methodology for designing XT actuators.

Keywords: Subsea X-Tree actuator; Friction force; Hydrodynamic force; Balance of forces; Viscous friction model with variable coefficients; Mathematical model; Schematic diagram of the drive; Gate valve.