ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ВО ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ЗАПОРНЫХ ЗАДВИЖЕК

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ВО ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ЗАПОРНЫХ ЗАДВИЖЕК

Научная статья

Асланов Д.Н.^1, *, Гусейнли З.С.²

¹ ORCID: 0000-0001-8008-9532;

² ORCID:0000-0002-7167-2512;

^{1, 2} Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности, Баку, Азербайджан

* Корреспондирующий автор (tribo72[at]mail.ru)

Аннотация

В статье изучается напряженно-деформационная состояния уплотнителя фонтанной арматуры. Невозможность получения точных значений расчета напряжений в фланцевых соединениях в конечном итоге отрицательно влияет на работу уплотнения и снижает его срок службы.

С этой целью использован вариационный метод исчисления Канторовича. Полученные формулы для определения нормальных напряжений сравнивалась с принципами Лагранжа.

Принимая во внимание выше изложенного в данном статье используя метода Канторовича определяется точные значения напряжения в прокладках уплотнения фланцевого соединения.

Установлено, что используя метода Канторовича получаем более точное значения нормальных напряжений, чем использование метода Ритца.

Ключевые слова: композитные материалы, нормальное напряжения, вариационный принцип Лагранжа, гипотез плоского сечения, не сжимаемость.

MAINTAINING TIGHTNESS IN FLANGE CONNECTIONS OF GATE VALVES

Research article

Aslanov J.N.^1, *, Huseynli Z.S.²

¹ ORCID: 0000-0001-8008-9532;

² ORCID: 0000-0002-7167-2512;

^{1, 2} Azerbaijan State Oil and Industry University, Baku, Azerbaijan

* Corresponding author (tribo72[at]mail.ru)

Abstract

The work examines the stress-strain state of wellhead equipment seals. The inability to obtain accurate values for calculating the stress in flange connections extremely negatively affects the operation of a seal and reduces its service life.

Due to this, the variation method of Kantorovich calculation is used. The resulting formulas for determining normal stresses are compared with the Lagrange principles.

Taking into account things mentioned above in this article and using the Kantorovich method the exact strain values in the gaskets seals of flange connection are determined.

It is established that using the Kantorovich method; we get a more accurate value of normal stresses than with the use of the Ritz method.

Keywords: composite materials, normal stresses, Lagrange variational principle, flat section hypotheses, non-compressibility.

Затворные устройства являясь одним из основных узлов фонтанной арматуры с ним соединяется фланцевыми соединениями. Уплотнения на фланцевых соединениях получается с использованием композитных колец и различных марок стали с прочностью 100-120 НВ. Не равномерное посадка  этих элементов и подвергание их напряженной деформации в гнезде снижает их долговечность [7, С. 44212-44216], [8, C. 78-81], [9, C.42-54], [10, C. 95-102].

Для обеспечения герметичности в узлах обеспечивающих герметизации и соединения различного назначения частей фонтанной арматуры широко используются уплотнители.На частях являющихся основными узлами фонтанной арматуры, на пробковых кранов, на прямоточных задвижках, на регулируемых дросселей и между металлических поверхностей фланцевого соединения, уплотнения осуществляется с использованием уплотнителя, поэтому работоспособность уплотнителя тоже входит в критерий работоспособности.

Долговечность и эффективный работоспособность применяемых в фланцевых соединениях, в частях и узлах уплотнительных элементов впрямую зависит от правильной посадки его в гнезде. Т.е., геометрические размеры гнездо уплотнителя должно сконструировано соответственно с его геометрическими размерами. Здесь соответственно требованиям предъявляемых уплотнителю в зоне герметичности никаких «утечек», надежность эксплуатации, обеспечение долговечности является важной проблемой.

При соответственном выборе посадочному гнезду конструкций, эксплуатационных параметров, требуемых свойств уплотнителя его работоспособность повыситься в несколько раз. Для выбора конструкционных параметров уплотнителя в соответствии требуемых свойств нужен исследования деформированного положения и обобщения полученных результатов в рамках критерий требуемых свойств. В системах уплотнения определения критериев является основной задачей, эти критерии являются выбором параметров выполняющих требуемых технических функций уплотнительных деталей.

Для обеспечения герметичности соединения на двух и больших уплотненных эластическим материалом (уплотнителем) контактных зон оборудования нужно создавать такой контактной напряжении или деформации, чтобы герметичность сохранялось.

Для создания требуемой герметичности для требуемых характеристик (давление, температура и т.д.) в этой контактной зоне в эластическом уплотнителе нужно создавать такой уровень деформации, что контактное напряжения в этот момент и во времени рабочего процесса сохранялась в требуемом пределе.

Здесь первая задача является ведения эластического расчета, вторая исследование процесса напряжения релаксации. С этой целью основная направления  является исследование функционала структурных потенциалов уплотнителя обеспечивающий требований, определения точных значений образуемых напряжений на играющей роль прокладке уплотнителя.

Эти функционалы являются деформационными потенциальными энергиями, определяющие структуру материала дополнительные энергии и зависшие от граничных конструкционных условий в герметизации узлов при стыковке (записывающие этих условий) «смешанными» функционалами.

Практика показывает, что использование композитных колец с целью уплотнения фланцевых соединений не отвечает требованиям условия работы. Также при посадки стальных прокладок в гнезде принимая во внимание его подвергаемой напряжения деформации выбирание соответствующих геометрических размеров для посадки повысится их долговечность. На фоне решений такого типа задач использовалось метод Ритца [2, 156-267], [5, С.31-34]. Невозможность получения точных значений расчета напряжений в фланцевых соединениях в конечном итоге отрицательно влияет на работу уплотнения и снижает его срок службы.

Принимая во внимание выше изложенного в данном статье используя метода Канторовича определяется точные значения напряжения в прокладках уплотнения фланцевого соединения.

Известно, что в кольцевом теле нормальное напряжения   в любом сечении z получаем, [4, С 86-89], [6, С. 26-29], [1, С 244-260]:

 

где: G –модуль сдвига уплотнения;

σ₀ - начальное напряжения в уплотнение;

 -искомые функции перемещений;

φ₁₁ - варьирующая величина функций перемещений.

Таким образом, сила в произвольном сечении z определяемая произведением σ_z на площадь сечения :

где    (2)

В отличие от метода Ритца точность равна нагрузке Р. В этом варианте нормальное напряжения  от радиуса.Это очевидно, результат используемой при расчете гипотезы плоских сечений[5, С. 156-189], [6, С.110-293].

Рассмотрим решение этой задачи методом Канторовича без учета гипотезы плоских сечений [3, С. 200-293; 4, С. 86-89].Используя разложение в степенной гипотезы сечений, используя разложение в степенной ряд по r принимаем

При таком задании перемещений U₁, U₂ условия несжимаемости может быть выполнено. Напишем функционал

В этом выражении учтено, что осевое перемещение на торцах уплотнителя не зависит от радиуса (жесткое крепление к металлическим упорам), т.е.

Под интегральная функция F определяется по формуле:      (8) Из условия  получим систему четырех дифференциальных уравнений. или    (9) уравнения связана      (10) и естественные граничные условия    (11) учитывая уравнения связи (10) преобразуем систему уравнений (9) к виду    (12) решение этой системы представим в следующей форме анализ результатов     (13) где K=15,97  χ=-3,20;  χ=2,72 β=1,75; γ₁=-1,43; γ₂=0,342

При этом используем то обстоятельство, что осевое перемещение U₁ -кососимметричные функции в данной системе координат, а следовательно, , также кососимметричные функции. Постоянные интегрирования C₁,C₂,C₃,C₄ определяем из необходимых для того, чтобы . На рис.1 показано распределение отношений напряжения  на торце (сплошная кривая -1), и в середине (прерывистая линия -2) для различных отношений высоты уплотнителя к его радиусу H/R=0,25.

 

Рис. 1 – Распределение отношений напряжения : на торце (сплошная кривая 1); в середине (прерывистая линия 2)

Зависимость распределение отношений напряжения  для различных отношений высоты уплотнителя к его радиусу H/R=0,25 (рис. 1).

Принимая во виду формулу(13) можно прийти такому выводу, что создавая деформационные напряжения мы создаем распределения напряжений по радиусу уплотнителя в соотношение H/R.По отмеченному распределению в зависимости  от радиуса уплотнителя определяются точные показатели образуемых напряжений в прокладках и гнездах.Предварительное определение параметров гнездо, его геометрических размеров, и создание его конструкции в зависимо от место посадки в гнезде, повышает в несколько раз его долговечность в процессе эксплуатации.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Корн Г. И. Справочник по математике / Г. И. Корн, Т.-М. Наука, 1974. – 632 с.
2. Данко П. Э. Высшая математика в упражнениях и задачах. / П. Э. Данко, А. Г. Попов // Часть I . М., Машиностроение, 1974. – 464 с.
3. Грин А. Большие упругие деформации и нелинейная механика сплошной среды./ А. Грин, Дж. Адкинс – М, Мир. 1965. – 455 с.
4. Гурбанов Р. С, Исследование эффекты самоуплотнения в пакерах с упругим элементом с аксиальными отверстиями / Р. С. Гурбанов, В. Т. Мамедов, С. Р. Гурбанов // Известия высших учебных заведений, «Нефть и газ».- 1991-№5, С.86-89.
5. Aslanov J. N. Best calculation for stress held of sealinsargange ment from rubber-composition materials of wellheard equipment / J. N Aslanov // Materials of the XII İnternational research and practicl conference-Germany.:Vela Verlag Waodkcaiburg-Munich, 2015- P 31-34.
6. Mammadov V. T. Models of sealing elements of improved cranes with required properties / T Mammadov, J.N Aslanov, Z. S Huseynli // Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences. - 2016-№ 5(7) P. 26-29.
7. Mammadov V. T. Investigation of stress-deformed state of coated hydrocylinders, exposed topressure and temperature changes / T. Mammadov, A. S. Ahmedov, J. N. Aslanov // İnternational journal of current research-2016 -№ 08 (12), P .44212-44216.
8. Məmmədov V. T. Calculation of stress-strain state of sealing arrangement from rubber –composition materials using in oilfield equipment / T Məmmədov, J. N. Aslanov // International Conference on European Science and Technology. Munich, Germany. 2015. – P. 78-81
9. Babanlı M. İmpact of thermoelastık deformatıon on work of rotatıng preventers sealıng / M. B Babanlı, G.A. Mamedov, V. T, Mammadov and others // Science and Education: Materıals of the xıı international research and practice conference. 2016. S.,- Munich, Germany 2016 – P. 42-54.
10. Mammadov V. Calculatıon method of hermetıc seal assembly parameters of the packer used durıng repaırıng wells / V. T. Mammadov, J. N. Aslanov, L. S. Gajieva and others // Science and Education: Materıals of the xıı international research and practice conference. 2016. S., - Munich, Germany 2016 – P. 95-102.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Korn G. Vysshaja matematika v uprazhnenijah i zadachah [Handbook in Mathematics] / G Korn, T. Korn. - M. Nauka [M. The science], P. 1974- 632. [in Russian]
2. Danko P. E. Vysshaja matematika v uprazhnenijah i zadachah. [Higher mathematics in exercises and tasks] / P. E. Danko, A. G. Popov.-M., Mashinostroenie [M, Mechanical Engineering], Chast' I [Part I]. – 1974, 464 p.[in Russian]
3. Greene A. Bol'shie uprugie deformacii i nelinejnaja mehanika sploshnoj sredy [Large elastic deformations and nonlinear mechanics of a continuous medium]. / A. Greene -M, Mir [M, World ] -1965 . 455 [in Russian]
4. Gurbanov R. S, Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij [The research the effects of self-packing in packers with an elastic element with axial apertures], / R. S. Gurbanov, V. T. Mamedov, S. R. Gurbanov // Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij, «Neft' i gaz» [News of the universities, "Oil and Gas"] - 1991-№5, p.p86-89
5. Aslanov J. N. Best calculation for stress held of sealinsargange ment from rubber-composition materials of wellheard equipment / J. N Aslanov // Materials of the XII İnternational research and practicl conference-Germany.:Vela Verlag Waodkcaiburg-Munich, 2015- P 31-34.
6. Mammadov V. T. Models of sealing elements of improved cranes with required properties / T Mammadov, NAslanov, Z. S Huseynli // Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences. - 2016-№ 5(7) P. 26-29.
7. Mammadov V. T. Investigation of stress-deformed state of coated hydrocylinders, exposed topressure and temperature changes / V. T. Mammadov, A. S. Ahmedov, J. N. Aslanov // İnternational journal of current research-2016 -№ 08 (12), P .44212-44216.
8. Memmedov V. T. Calculation of stress-strain state of sealing arrangement from rubber –composition materials using in oilfield equipment / T Memmedov, J. N. Aslanov // International Conference on European Science and Technology. Munich, Germany. 2015. – P. 78-81
9. Babanlı M. İmpact of thermoelastık deformatıon on work of rotatıng preventers sealıng / M. B Babanlı, G.A. Mamedov, V. T, Mammadov and others // Science and Education: Materıals of the xıı international research and practice conference. 2016. S.,- Munich, Germany 2016 – P. 42-54.
10. Mammadov V. Calculatıon method of hermetıc seal assembly parameters of the packer used durıng repaırıng wells / V. T. Mammadov, J. N. Aslanov, L. S. Gajieva and others // Science and Education: Materıals of the xıı international research and practice conference. 2016. S.,- Munich, Germany 2016 – P. 95-102.