Потери давления в клапанах
В журнале «Сфера Нефтегаз» No1 за 2011г. была опубликована статья «Оценка потерь давления в термозапорных клапанах типа КТЗ 001» за авторством к.т.н. Романенко Т.С. и еще нескольких человек, которые согласны с расчетами и выводами данной статьи, иначе, зачем было бы позиционировать себя соавторами. Как наверное положено в солидных журналах, вероятно, было проведено совещание у главного редактора, работали редакторы, корректоры и другие специалисты... Только результат на выходе получился очень сомнительный.
Кто хочет, тот может попробовать разобраться вместе с нами!
Статья начинается умными и неоспоримыми словами о необходимости применения термозапорных клапанов КТЗ, упоминаются документы, требующие и регламентирующие установку клапанов КТЗ. И обязательно красочные иллюстрации своей продукции (надо же себя прорекламировать; не продукцию же конкурентов размещать на заглавной странице).
Цитата: «Задача анализа гидравлического сопротивления клапанов решалась с помощью ANSYS CFX – комплекса вычислительной гидродинамики общего назначения, который позволяет решать широкий спектр задач вычислительной газо- и гидродинамики.»
Широкий спектр это хорошо! Но расчет это не 100% уверенность! Такую уверенность гарантировали бы натурные испытания, а в статье не приведены даже намёки на возможную погрешность моделирования.
Цитата: «Для решения задачи были построены геометрические модели проточных частей клапанов…»
Понимаем, когда разработчик берет свой чертеж и строит геометрическую модель. А как построить модель клапана другого производителя? Чертежи нигде не возьмешь, следовательно, надо купить клапан у кого-то, снять размеры и построить, а правильно ли сняты размеры или нет, кто же их проверит, да и надо ли кому? Подготовительная часть расчетов закончена, построена «неструктурированная тэтраэдрическая сетка конечных элементов», которая действительно больше подходит для разового моделирования геометрически сложного объекта (меньше трудозатраты).
Цитата: «В качестве рабочего тела выступал метан, подчиняющийся законам идеального газа.»
Метан это хорошо! Идеальный газ! Но как же ГОСТ? Там написано «…расход воздуха...». Да и плотность у них разная, а в расчетах(!) это ОЧЕНЬ ВАЖНО.
Порадуемся за проделанную авторами работу по сравнению потерь давления в резьбовых клапанах различных производителей и посмотрим результаты на рис.11. Возьмём на себя смелость опубликовать его, а то вдруг что-то случится с сайтами, где этот рисунок сейчас расположен, и мы потеряем это творение. А к рисунку прилагается еще таблица, ну мы и её тоже вставим, правда, не полностью, а только первую половину...
Что же это получается? Только клапаны КТЗ «Армгаз-НТ» удовлетворяют требованиям ГОСТа по потерям давления и другой альтернативы нет?
Есть! Для этого сделаем маленький фокус! Добавим в номограмму точки отсчета для расхода, определенные ГОСТом; а именно 3,1 куб.м/час, 7,1 куб.м/час, а также 11,3 куб.м/час. Плюнем на цифры потерь давления указанные в таблице и самостоятельно определим их!
И что же мы получаем? Очень странные результаты! Давайте рассмотрим данные по отдельным типоразмерам КТЗ:
КТЗ-15: ГОСТу соответствуют почти все клапаны, кроме клапана «Монтек-М».
КТЗ-20: клапаны Барс-7 и Монтэк-М, практически одинаковы и имеют гораздо меньшие потери давления, чем заявляют «экспериментаторы».
И еще один очень интересный нюанс: геометрические размеры клапанов КТЗ у «Армгаз-НТ» гораздо меньше, чем у других производителей, и при примерно равной толщине стенок клапана, соответственно проходное сечение должно быть меньше, а результаты расчетов говорят совершенно другое. Так и хочется спросить: «Ребята, а вы правильно данные вводили?»
А вот фейерверк: для КТЗ-25 по потерям давления соответствуют ГОСТу клапаны ВСЕХ производителей.
Если кто не видел наши (Барс-7) номограммы потерь давления в КТЗ, то мы сообщаем для любопытных: для КТЗ-15 данные по потерям совпадают с теми, что промоделированы в статье (здесь графики Барс-7 и Армгаз-НТ практически сливаются); КТЗ-20 – потери чуть больше, чем указанные здесь для КТЗ-20 производства Армгаз-НТ, но никак не то, что нарисовано для Барс-7; а КТЗ-25 производства Барс-7 близки с клапанами Монтек-М по потерям давления.
Ну что ж, «информацию» о резьбовых КТЗ мы рассмотрели, перейдем к фланцевым. Соответственно рис.12 и таблица к нему. Только внесем маленькое уточнение: потери давления для КТЗ-50 по ГОСТу должны быть определены при расходе 46 куб.м./час, а не 36 куб.м./час, как написано в таблице и соответственно предельно допустимые потери давления при таком расходе, должны быть не более 20Па. Следовательно, согласно построенной авторами статьи номограмме, ни один клапан КТЗ-50 не соответствует ГОСТу!
А потери КТЗ-100ф производства «Барс-7» меньше 20Па при расходе 92 куб.м./час и соответствуют ГОСТу. Кстати, что-то непонятно, откуда взялась 4-кратная разница по потерям давления в КТЗ-100ф? На графике максимум 2-кратная! Или есть большое желание авторов статьи выдать желаемое за действительное?
Мы не можем сказать, что подвигло авторов на данное исследование, но один побудительный мотив известен: реклама. Реклама любыми средствами.
Да и журнал авторы выбрали подходящий, позиционирующий себя как: всероссийское отраслевое р е к л а м н о - и н ф о р м а ц и о н н о е издание. Реклама есть, информация есть, а выводы авторов, судя по всему, проверять необязательно...
Полагаем, что аудитория сделает правильные выводы самостоятельно…
Возвращаясь к напечатанному.
Многие люди помнят те времена, когда новости узнавали только через газеты или по телевизору (программа «Время»). Тогда в газетах были рубрики «Возвращаясь к напечатанному», «По следам наших публикаций» и др. Попробуем воспользоваться этим приемом и посмотреть на изменения, которые произошли на других сайтах после опубликования предыдущего материала.
На сайте журнала «Сфера Нефтегаз» изменений нет. А на сайте авторов кое-что появилось.
Чудесным образом в статье появилась дополнительная страница о конкуренции, что тяжело живется проектировщикам, об использованных программах. Немного о них, то есть программах: кто-нибудь слышал о программе fs design, которая упоминается на данной странице? Мы - нет! Зато мы знаем о программах: CFdesign и Autodesk Simulation CFD. Так какую программу все-таки надо использовать?
Пришлось даже провести перенумерацию рисунков. Рисунок на заглавной странице остался без номера, зато этот номер (рис. No1) появился на добавленной. Он много чего показывает...
Например, что ЗАО «Армгаз-НТ» (а появилось оно где-то в 2010 году, после определенных событий) успело, как бы провести ДВА расчета. Ведь есть расчеты ANSYS / FLOTRAN (на которых в принципе базируется эта статья «...с помощью ANSYS CFX – комплекса вычислительной гидродинамики общего назначения...») и есть расчеты еще какой-то FS... Ну и черт с ними: результатами расчетов FS! Не упоминаются нигде в статье, ну и не надо! Значит, не подошли... Все на совести авторов.
Нас больше всего интересует другой вопрос, а формулируется он следующим образом.
Если судить по данному рисунку и подписи к нему, то расчет потерь давления в термозапорном клапане проводился с использованием двух газов: метана (идеального газа, на котором построен весь расчет и статья) и воздуха (правда, ни рисунков, кроме этого, ни других данных нет). С чем это связано? Не с тем ли, что при расчетах, использование в качестве «рабочего тела» воздуха, существенно возрастут расчетные потери давления в термозапорном клапане? Ведь если сравнивать новый рис. No1 с рисунком No12, то можно заметить разницу в 50-60%.
И в качестве постскриптума: как полезно иногда возвращаться и перечитывать, открываются дополнительные нюансы. Вернемся к статье, а точнее к таблице, расположенной после рисунка 13. Вглядимся... Для КТЗ-50мф конкурентов указана другая скорость потока. Вероятно, что клапаны изначально ставились в неравные условия. А как Вы думаете?