ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ШИБЕРНОЙ ЗАДВИЖКИ МА11303-13ХЛ1

На линейной части трубопровода каждые 10-15 километров используется запорная арматура. Запорная арматура – это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия потока среды [6].

Согласно требованиям, к подрядным организациям в системе ОАО "АК "Транснефть" РД 03.120.10-КТН-038-07, а именно СТТ-08.00-60.30.00-КТН-021-1-05 на магистральных нефтепроводах используются шиберная задвижка МА11303-13ХЛ1 [7]. Схема данной задвижки взята с сайта компании ОАО «Тяжпромарматура», где была приведена общая таблица габаритных размеров [4]. С помощью схемы создана геометрическая модель задвижки. Условный диаметр задвижки 1000 мм. В качестве материала была использована легированная сталь. В ходе работы было смоделировано движения потока в задвижке при условиях, что скорость потока 7 м/c, плотность перекачиваемой нефти ρ=840 кг/м³ и температура потока t=15⁰ [1,2,3,5].

                      а)                                                               б)

                 в)                                                       г)

Рисунок 1. Изменение давления в потоке нефти: а) шибер поднят на 1/5; б) шибер поднят на 2/5; в) шибер поднят на 3/5; г) шибер поднят на 4/5.

Продемонстрированы гидродинамические изменения давления в потоке (Рис.1).  Показано, что при поднятии шибера на 3/5 значимая часть потока входит в корпус через проходную часть шибера.

             а)                                                           б)

       в)                                                                г)

Рисунок 2. Изменение скорости в потоке нефти: а) шибер поднят на 1/5; б) шибер поднят на 2/5; в) шибер поднят на 3/5; г) шибер поднят на 4/5.

Далее наблюдается изменение скорости в потоке нефти (Рис.2). При поднятии шибера на 4/5 скорость после шибера увеличивается на с 7 м/c на 12 м/c.

Экспортировав данные, исследуем напряжено-деформационное состояние шиберной задвижки.

   а)                                                            б)

     в)                                                                  г)

Рисунок 3. Диаграммы эквивалентных напряжений: а) шибер поднят на 1/5; б) шибер поднят на 2/5; в) шибер поднят на 3/5; г) шибер поднят на 4/5.

На рисунке 3 показаны диаграммы эквивалентных напряжений, полученные методом конечных элементов. Видно, как распределяется напряжение в шиберной задвижке. Максимальное напряжение возникает на шибере, а именно на нижней образующей проходного отверстия шибера. А также при поднятии шибера уже на 3/5 видно снижение напряжения на корпусе задвижке.

                       а)                                                         б)

                          в)                                                         г)

Рисунок 4. Диаграммы перемещений: а) шибер поднят на 1/5; б) шибер поднят на 2/5; в) шибер поднят на 3/5; г) шибер поднят на 4/5.

На диаграмме перемещений (рис. 4) видно где будет приходится возможное перемещение а в следствии и деформация , а также следует заметить, что нижняя образующая проходного отверстия шибера а будет максимально перемещаться относительно начального положения.

Рисунок 5. Диаграммы полных деформация

При разных положениях шибера относительно небольшая деформация создается на уплотнительных кольцах, находящихся в корпусе шиберной задвижке.

Проводя инженерный анализ с помощью метода конечных элементов в вычислительном комплексе Solidworks, можно сделать следующие выводы:

• для промывки запорной арматуры более приемлемо открытие шибера на 3/5, так как это позволит создавать поток, перекачиваемый среды который позволяет более эффективного очищать от скопившихся внутри корпуса АСПО;
• максимальная деформация приходится на шибер. Таким образом, для уменьшения деформации можно изготавливать данные части арматуры из более прочных сплавов или изменять саму конструкцию задвижки;
• для уменьшения напряжения в корпусе задвижки необходимо сгладить переход между поверхностями в местах концентраторов напряжений, то есть сделать переход более округлым, для более равномерного распределения напряжения, а также увеличить сечение или толщину стенок в местах соединения стенок корпуса.

Получение результаты позволяют сделать вывод о целесообразности дальнейших исследований в данном направлении с целью внедрения изменений в конструкции, что позволит существенно повысить ресурс запорной арматуры.

Список литературы:

1. ГОСТ 9544-93. Арматура трубопроводная, запорная. Нормы герметичности затворов. [Электронный ресурс]. – Режим доступа. -  URL:http://docs.cntd.ru/document (дата обращения 15.04.2017 г.).
2. ГОСТ 5762-74. Задвижки на условное давление Р_у ≤ 25 МПа. Общие технические условия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа. -  URL:http://docs.cntd.ru/document (дата обращения 15.04.2017 г.).
3. Гуревич Д. Ф. Справочник по арматуре для газо- и нефтепроводов / Д. Ф. Гуревич, О. Н. Заринский, Ю. К. Кузьмин. - Л. : Недра, 1988. - 462 с.
4. Каталог ОАО «Тяжпромарматура» : Трубопроводная арматура. [Электронный ресурс]. – Режим доступа. -  URL: http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/n/NIKULCHIKOV/Teaching/Armatura/catalogue_armatura.pdf (дата обращения 24.01.2017 г.).
5. Котелевский Ю.М., Мамонтов Г.В. и др. Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа. Изд. 2-е и доп.,— М: Недра, 1976.— 496с.
6. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. [Электронный ресурс]. – Режим доступа. -  URL:http://docs.cntd.ru/document (дата обращения 15.04.2017 г.).
7. Требования к подрядным организациям в системе ОАО АК Транснефть: РД-03.120.10-КТН-038-07: утв. ОАО "АК "Транснефть" 01.03.07: ввод в действие с 01.03.07. – Челябинск: Центр безопасности труда, 2007 – 181 с.