Control system for electromechanical linear actuator

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: Improving the reliability of mainline pipelines.

Aim: To develop and implement, within the SimInTech environment, a block diagram of an electromechanical linear actuator with an integrated control system, and to determine the resulting torque developed by the drive and its ability to match the operating loads encountered during gate travel.

Methods: An integrated approach to control system synthesis for a direct-drive electromechanical linear actuator of a mainline pipeline gate valve is considered. Analytical expressions for the components of load torque, incorporated into the plant mathematical model, are derived both analytically and through simulation. Using the Ansys engineering analysis suite, and accounting for the varying hydraulic circuit parameters and the drive's external hydraulic characteristics, the loads exerted on the actuator by the working fluid during valve closure are established and approximated by an exponential function. The key parameters governing the selection of drive mechanism power are justified based on motor design specifics and the liquid transport process. The control law ensuring a prescribed gate traversal speed is substantiated. Control performance indices are determined based on the correlation coefficient of the approximated load characteristic.

Results: A block diagram of an electromechanical linear actuator with an integrated control system was developed and implemented in SimInTech. The resulting torque characteristic of the drive is presented, and its agreement with the actual loads during gate movement is demonstrated.

Conclusion: Simulation results confirm that the developed control system delivers the required dynamic performance for the electromechanical linear actuator of the gate valve.

Full Text

Введение

Одним из видов доставки жидких и газовых сред от мест добычи к предприятиям их переработки является использование магистральных трубопроводов, в процессе эксплуатации которых периодически возникают нарушения, в основном связанные с повреждением различных структурных элементов [1, 2]. Применяемая в настоящее время запорная арматура, являющаяся неотъемлемой частью трубопроводной системы, позволяет дистанционно регулировать параметры технологического процесса транспортирования перекачиваемых сред, а также обеспечивает оперативную готовность к автоматической ликвидации аварий трубопровода. Однако в режиме регулирования надежность некоторых типов задвижек (например, шиберных) недостаточно высока, в частности, вследствие абразивного износа затвора. С другой стороны, использование таких задвижек непосредственно в качестве защитных устройств особенно в удаленных и труднодоступных местах технологически эффективно. При этом обоснованный выбор привода и системы управления предполагает не только учет эксплуатационных параметров (производительность, напор, потери давления и т.п.), но и требований экологичности особенно при транспортировке нефтепродуктов. Относительно редкий характер срабатывания защитной трубопроводной арматуры позволяет не только существенно упростить и соответственно повысить технико-экономические показатели конструкции, но и снизить требования к энергетическим характеристикам. Примером практической реализации такого устройства является шиберная задвижка, на стандартном основании которой смонтирован непосредственный электромеханический привод, обеспечивающий линейное перемещение затвора без использования дополнительного редуктора [3]. Разработка и исследование системы управления таким приводом рассматривается ниже.

Постановка задачи исследования

Задвижка с электроприводом предусматривает возможность питания от автономных источников, систему управления и измерительный блок (датчик давления, конечного положения заслонки). Приводной асинхронный двигатель подключается через частотный преобразователь к системе электроснабжения. В роторе электродвигателя выполнено резьбовое сопряжение, преобразующее вращательное движение ротора в поступательное движение тяги заслонки. Применительно к задаче автоматического регулирования положения заслонки выбор типа приводного механизма, являющегося объектом управления, обусловлен следующими факторами:

  • возможность обеспечения необходимых кратностей минимального, пускового, номинального и максимального (критического) моментов привода запорной арматуры;
  • соответствие тяговой характеристики привода нагрузочной характеристике исполнительного механизма;
  • обеспечение возможности контроля положения заслонки и управления усилием, приложенным к запорному элементу, соответствующему этому положению;
  • возможность полной автоматизации процесса управления;
  • высокая надежность и помехоустойчивость;
  • низкая стоимость.

Задача синтеза системы управления электроприводом – автоматизация процесса закрытия задвижки с учетом особенностей технологического процесса на основе мониторинга технического состояния трубопроводной магистрали. Критерием эффективности (целевой функцией) является степень соответствия мощности приводного устройства действующим на запорный элемент задвижки усилиям при ее перемещении. Обеспечением этого критерия является минимизация расхождения между требуемым и обеспечиваемым усилиями в задвижке, что позволяет согласовать электромагнитный момент электродвигателя и результирующий момент сопротивления закрытию заслонки, зависящий от внешних (давление перекачиваемой среды) и внутренних факторов. Полученное на этой основе расчетное значение мощности привода позволяет минимизировать весогабаритные и стоимостные показатели устройства.

Следует отметить, что особенности технологического процесса транспортирования рабочей среды накладывают ряд дополнительных требований к системе управления:

  • обеспечение заданных динамических показателей (тяговое усилие, линейная скорость), соответствующих рассматриваемому технологическому процессу закрытия задвижки на основе информации о комплексном состоянии транспортной системы;
  • автоматический мониторинг, сбор и обработка данных для контроля технологических параметров и управления электроприводом заслонки;
  • распознавание аварийной ситуации, контроль и поддержание оперативной готовности силового оборудования и средств сбора информации [4–7].

Функциональной особенностью рассматриваемого привода является необходимость управления тяговым усилием с поддержанием линейной скорости перемещения шибера, которые зависят не только от величины электромагнитного момента и скорости вращения двигателя, но и параметров резьбового сопряжения. Регулирование тягового усилия необходимо как с позиций ограничения момента и тока двигателя при значительной перегрузке при полном закрытии задвижки, так и непрерывного регулирования момента двигателя при перемещении заслонки для согласования усилия с действующей нагрузкой.

Для обеспечения перечисленных требований и с учетом действующих рекомендаций для эксплуатируемых установок, приведенных в ВРД 39-1.10-052-2001, очевидным выбором является частотное регулирование асинхронного электропривода, при котором применимы как векторное, так и скалярное управление.

Векторное управление реализуется в виде бездатчиковых систем (при небольшом диапазоне регулирования и невысокой точности поддержания скорости) или систем с обратной связью для регулирования момента при низких частотах вращения. Система управления использует математическую модель двигателя, которая позволяет рассчитывать момент и скорость вращения вала, а также обеспечивает плавное и точное регулирование скорости, поддержание номинального момента при нулевой скорости (с датчиком скорости), раздельное регулирование момента и скорости, высокие энергетические характеристики.

Скалярное управление обеспечивает изменение частоты (независимый управляющий параметр) и амплитуды питающего напряжения по нелинейному закону, вид которого определяется характером нагрузки. Для изменения скорости или момента двигателя, которые не могут регулироваться одновременно, необходимы соответствующие датчики. Устойчивый режим работы привода при изменении частоты ограничен не только диапазоном регулирования, но и нижним значением частоты.

Скалярное управление при ступенчатом изменении напряжения и частоты применительно к запорной арматуре является более целесообразным, поскольку позволяет подстраиваться под изменение вращающего момента и, как следствие, обеспечить требуемый электромагнитный момент и уменьшить время переходного процесса без усложнения и удорожания оборудования.

Математическая модель объекта управления

Выше было отмечено, что объектом управления является приводной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Его отличительной особенностью является наличие в вале резьбового сопряжения, обеспечивающего линейное перемещение заслонки. Математическая модель объекта управления известна [9–12] и во вращающейся с частотой поля статора системе координат x, y описывается системой дифференциальных уравнений:

i1x=1/R'1T'1p+1u1x+σL1w1i1y+K2T'2ψ2x,i1y=1R'1T'1p+1u1yσL1w1i1xK2wэл.р.ψ2x,ψ2x=LmT'2p+1i1x,Mэм=32ZpK2ψ2xi1y,wэл.р.=Zpw2w2=1JдвpMэмMс. (1)

Описание обозначений в уравнениях приведены в [8].

Субмодель механической части привода

Учет конструкционных особенностей двигателя (наличие резьбового сопряжения в роторе) и влияния технологического процесса осуществляется с помощью субмодели результирующего момента сопротивления Mc.

Для обеспечения соответствия тяговой характеристики привода (требуемого осевого усилия Fт) нагрузочной характеристике исполнительного механизма определяется результирующий момент нагрузки Mc:

Mс=Mмех.ш+Mторц+2Mрад+Mдоб+Mин. р.+Mин. и., (2)

где Mмех.ш – момент, определяемый механическими потерями в винтовом сопряжении тяги; Mторц – момент, определяемый трением между торцом ротора и подшипником; Mрад – момент, определяемый силой трения между бортиком подшипникового щита и ротором; Mдоб – добавочные потери; Mин.р. – момент, возникающий при изменении угловой скорости вращения ротора и определяемый величиной его момента инерции; Mин. и. – момент, возникающий при изменении скорости поступательного движения исполнительного элемента.

Момент трения Mмех.ш в винтовом сопряжении находится по формуле [13]:

Mмех.ш=Fтd21032pшагπd2+μcosarctgpшагπd221pшагπd2μcosarctgpшагπd22, (3)

где Fт – требуемое осевое усилие, Н; pшаг – шаг резьбы винта, мм; d2 – средний диаметр резьбы, мм; μ – коэффициент трения в винтовом сопряжении, о.е.

Момент трения в торцевой части ротора при условии постоянства давления:

Mторц=13μторцFтr13r23r12r22, (4)

где μторц – коэффициент трения между торцом ротора и подшипником, о.е.; r1, r2 – наружный, внутренний радиусы торцевой поверхности, м.

Момент трения между бортиком подшипникового щита и ротором:

Mрад=μрадFрадd2 (5)

где μрад – коэффициент трения между бортиком подшипникового щита и ротором, о.е.; Fрад – результирующая сила, действующая на ротор в радиальном направлении, Н; d – диаметр бортика, м.

Момент , возникающий при изменении угловой скорости вращения ротора и определяемый величиной его момента инерции:

Mин. р.=Jдвε (6)

где Jдв =mр2r12+r22 – момент инерции ротора, кг·м2; r1, r2 – наружный и внутренний радиусы ротора, м; ε=dw2dt – угловое ускорение ротора, рад/с2.

Сила сопротивления, возникающая при изменении скорости поступательного движения исполнительного элемента массой mи:

Fин.и.=mиdvdt, (7)

где mи – масса исполнительного элемента (тяги и шибера), кг; v=w2pшаг2π – линейная скорость перемещения шибера, м/с.

Момент Mин. и., возникающий при изменении скорости поступательного движения исполнительного элемента (тяги и шибера) массой mи, с учетом механических потерь в винтовом сопряжении:

Mин. и.=Fин.и.Mмех.шFт. (8)

Добавочные потери привода  принимаются равными [14]:

Mдоб0,01Mмех.ш+Mторц. (9)

Нахождение требуемого осевого усилия Fт, обусловленного давлением рабочей среды на заслонку при перемещении, представляет связанную задачу, поскольку для ее решения необходимо знать действующие со стороны транспортируемой среды на шибер усилия. Количественные значения усилий могут быть получены как в результате аналитических расчетов, так и на основе имитационного моделирования.

При использовании аналитического метода [15, 16] расчет усилий выполняется с учетом ряда существенных допущений: транспортируемая жидкость несжимаемая и невязкая; процесс течения жидкости установившийся и изотермический; расчетная область ограничена средними значениями по поперечному сечению канала; постоянный массовый расход жидкости; гидравлические потери в трубопроводе не учитываются; скорость перемещения заслонки постоянна; давление потока жидкости в области сужения под заслонкой и в сечении трубопровода после заслонки одинаково; давление потока жидкости действует на часть поверхности заслонки, находящейся внутри трубопровода.

На Рис. 1 приведена зависимость величины требуемого осевого усилия Fт от степени закрытия задвижки γ, полученная аналитическим методом.

 

Рис. 1. Расчетная зависимость тягового усилия при закрытии задвижки

Fig. 1. Calculated thrust force during valve closure

 

При использовании методов имитационного моделирования для нахождения зависимости усилий от степени закрытия задвижки, действующих на шибер, ротор электродвигателя и другие элементы конструкции привода, последовательно решаются следующие задачи:

  • создание параметризуемой 3D-модели задвижки с приводом;
  • преобразование 3D-модели для симуляции процесса транспортирования жидкости через задвижку при перемещении шибера;
  • нахождение результирующих тяговых усилий при закрытии и открытии задвижки по результатам моделирования.

Определение нагрузки, действующей на шибер электромеханической системы привода герметичной задвижки, в пакете Ansys CFX c учетом изменяющихся параметров гидравлического тракта и внешней гидравлической характеристики привода в системе инженерного анализа, сводится к установлению зависимости нагрузки со стороны рабочей жидкости (газа), действующей на исполнительный элемент, при его перемещении [17]. Это необходимо для получения проектных параметров электропривода, обеспечивающих соответствие механической характеристики привода изменяющемуся нагрузочному моменту, приложенному к шиберу.

В качестве примера на Рис. 2, 3 приведены результаты моделирования полей распределения скорости течения и напора жидкости в задвижке Ду-300 при рабочем напоре pp=10 МПа и расходе Qр=212,058 м3/с для дискретных значений степени закрытия γ.

 

Рис. 2. Поля скоростей течения жидкости в плоскости сечения задвижки

Fig. 2. Fluid velocity fields in the valve cross-section

 

Рис. 3. Поля напора в плоскости сечения задвижки

Fig. 3. Pressure fields in the valve cross-section

 

В процессе моделирования с помощью встроенной в пакет Ansys CFX функции «Function Calculator» получены зависимости результирующего осевого усилия при изменении степени закрытия задвижки (Рис. 4).

 

Рис. 4. Зависимость результирующего осевого усилия Fт=fγ от степени закрытия задвижки

Fig. 4. Resulting axial force Fт=fγ as a function of valve closure degree

 

Аппроксимация нагрузочного момента

Зависимость, представленная на Рис. 5, получена с учетом всех потерь в задвижке, в том числе, обусловленных трением шибера в основании задвижки, и отражает характер изменения нагрузки, действующий на шибер при его перемещении, поэтому в дальнейшем используется при синтезе системы управления приводом.

 

Рис. 5. Зависимость момента Mмех.ш от степени закрытия задвижки. 1 – экспериментальная зависимость; 2 – аппроксимированная зависимость

Fig. 5. Torque Mмех.ш as a function of valve closure degree. 1 – experimental; 2 – approximated

 

Для импортирования полученной графической зависимости в пакет инженерного анализа ее удобнее привести к аналитическому виду и затем ввести в выражение (2), записанное для полного момента сопротивления (нагрузки) Mc.

Момент Mмех.ш, входящий в (2), аппроксимируется экспоненциальной функцией:

Mмех.ш exp γ=9108e2,322103γ. (10)

На Рис. 5 приведены зависимости момента нагрузки Mмех.ш=fγ, рассчитанные на основе данных, полученных в пакете Ansys Mмех.ш Ans (кривая 1), и его аппроксимация показательной функцией Mмех.ш exp (кривая 2).

Значение коэффициента корреляции аппроксимированной кривой 2  подтверждает соответствие экспериментальной зависимости 1.

Момент Mторц в (2) аппроксимируется экспоненциальной функцией:

Mторц Ans γ=6107e1,481103γ. (11)

На Рис. 6 приведены зависимости момента нагрузки Mторц=fγ, рассчитанные на основе данных, полученных в пакете Ansys Mторц Ans (кривая 1), и его аппроксимация показательной функцией Mторц exp (кривая 2).

 

Рис. 6. Зависимость момента Mторц от степени закрытия задвижки. 1 – экспериментальная зависимость; 2 – аппроксимированная зависимость

Fig. 6. Torque Mtorc as a function of valve closure degree. 1 – experimental; 2 – approximated

 

Значение коэффициента корреляции аппроксимированной кривой 2 R2=0,9321 подтверждает соответствие экспериментальной зависимости 1.

С учетом уравнений (5), (8–11) выражение для расчета результирующего момента нагрузки Mc можно записать:

Mс=9108e2,322103γ+6107e1,481103γ+

+0,019108e2,322103γ+6107e1,481103γ+2μрадFрадd2+

+mр2r12+r22dw2dt+mиFтdvdt9108e2,322103γ, (12)

При условии отсутствия эксцентриситета связанной механической группы: «подшипниковые щиты – ротор – тяга – шибер» результирующая сила смещения ротора в радиальном направлении Fрад  стремится к нулю. Соответственно, выражение для Mc принимает вид:

Mс=1,01+mиFтdvdt9108e2,322103γ+

+1,016107e1,481103γ+mр2r12+r22dw2dt, (13)

Полученное значение результирующего момента нагрузки является основой для выбора параметров приводного двигателя и передается в пакет имитационного моделирования.

Структурная схема

На Рис. 7 представлена структурная схема управляемого электромеханического привода перемещения шибера задвижки, включающая интегрирующее звено, связывающее скорость двигателя и перемещение заслонки. На ней использованы следующие обозначения: Uдейст – действующее значение напряжения, В; f – частота напряжения, Гц; Δt – величина шага интегрирования, с; i – порядковый номер шага интегрирования; n – количество шагов интегрирования; l=i=1nviΔti – перемещение шибера, мм; lmax – максимальное расстояние перемещения шибера, мм; γ=l/lmax100 – степень закрытия задвижки, %.

 

Рис. 7. Структурная схема управляемого электромеханического привода перемещения шибера задвижки

Fig. 7. Block diagram of the controlled electromechanical gate actuator

 

Определение закона управления

В соответствии с ГОСТ 33852-2016 время открытия или закрытия задвижки должно находиться в заданном диапазоне для выбранного номинального диаметра трубопровода. В качестве требуемой скорости поступательного движения принято vтр=2 мм/с. Значения действующего фазного напряжения Uдейст и частоты f, обеспечивающие поддержание требуемой скорости в диапазоне нагрузок от 0 до Mmax, определены эмпирически и приведены на Рис. 8.

 

1 - Uдейст=fMс; 2 - f=fMс

Рис. 8. Соотношение действующего значения трехфазного напряжения и частоты при изменении момента сопротивления и постоянной скорости vтр

Fig. 8. RMS line voltage vs. frequency relationship under varying load torque at constant velocity vtr

 

Моделирование работы привода

Для моделирования процесса перемещения шибера задвижки использован пакет SimInTech. Динамика изменения скорости поступательного движения шибера v=ft при vтр=2 мм/с показана на Рис. 9 [18–20].

 

Рис. 9. Изменение скорости поступательного движения при перемещении шибера

Fig. 9. Gate translational velocity profile during travel

 

Стоит отметить, что абсолютная ошибка регулирования скорости поступательного движения на Рис. 9 не превышает 0,015 мм/с.

При практической реализации с учетом возможностей современных частотных преобразователей требуемые показатели могут быть обеспечены применением дискретного регулирования напряжения и частоты питания электродвигателя привода задвижки.

В Табл. приведены параметры напряжения и частоты в соответствующие временные интервалы, обеспечивающие поддержание требуемых вращающего момента и скорости поступательного движения шибера [21-23].

 

Таблица. Задание напряжения и частоты питания электродвигателя

Table. Motor supply voltage and frequency setpoints

t, с

Uдейст, В

f, Гц

0–70

20,0

3,9

70–86

40,0

4,1

86–103

66,0

4,6

 

Зависимость скорости поступательного движения шибера при ступенчатом регулировании приведена на Рис. 10. Из него видно, что наиболее значительные отклонения скорости от требуемого значения 2 мм/с соответствуют интервалам времени наиболее быстрого изменения нагрузочного момента (Рис. 5), но не превышают 0,4 мм/с, что соответствует необходимым параметрам регулирования в заданных условиях.

 

Рис. 10. Зависимость скорости перемещения шибера при ступенчатом регулировании

Fig. 10. Gate travel speed under stepwise control

 

На Рис. 11 приведена зависимость результирующего электромагнитного момента, развиваемого электроприводом. Выделяются три ступени регулирования, при которых обеспечиваются требуемые показатели скоростных характеристик.

 

Рис. 11. Динамика изменения электромагнитного момента двигателя

Fig. 11. Motor electromagnetic torque dynamics

 

Заключение

Синтезированная система управления непосредственным приводом линейного перемещения шибера задвижки магистрального трубопровода обеспечивает возможность учета особенностей конструкции электромеханического преобразователя и динамических характеристик технологического процесса транспортирования рабочей среды. Построенная модель объекта управления позволяет исследовать работу электромеханической системы, адаптированную к изменению определяющих параметров как самого привода, так и внешней нагрузки. Результаты имитационного моделирования разработанной системы управления, основанные на полученной аналитической зависимости суммарного момента сопротивления, действующего на тягу электродвигателя, подтвердили соответствие скорости поступательного движения шибера задвижки нормативным требованиям. Полученное максимальное отклонение скорости не превысило 0,4 мм/с от заданного, что показывает практическую достаточность применения дискретного регулирования напряжения и частоты питания привода задвижки.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант Российского научного фонда № 24-29-00089).

Авторы заявляют что:

  1. У них нет конфликта интересов;
  2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.

The authors declare that:

  1. They have no conflict of interest;
  2. This article does not contain any studies involving human participants.
×

About the authors

Konstantin K. Kim

Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university

Email: kolmax2001@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7282-4429
SPIN-code: 3278-4938

Dr. Sci. (Engineering), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

Sergey N. Ivanov

Komsomolsk-na-Amur State University

Email: snivanov57@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9964-9111
SPIN-code: 6503-7849

Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor

Russian Federation, Komsomolsk-on-Amur

Maksim B. Kolesnik

Komsomolsk-na-Amur State University

Author for correspondence.
Email: kolmax2001@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9086-8166
SPIN-code: 3987-1537

post-graduate student

Russian Federation, Komsomolsk-on-Amur

References

  1. Shestakov RA, Makulov DR, Matveeva IuS. Algorithm for detecting petroleum product leaks during pipeline transport with intermediate sampling. Neftegazovoe Delo. 2024;22(1):150–159. (In Russ.) doi: 10.17122/ngdelo-2024-1-150-159 EDN: GYIEPJ
  2. Dulchenko AA, Shestakov RA, Matveeva IuS. Method for determining the location of leaks and unauthorized taps on oil pipelines. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2024;335(6):26–36. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2024/6/4325 EDN: BLITGT
  3. Kim KK, Ivanov SN, Gorbunov AV. Electromechanical system of shut-off valves. Russian Patent 2736387. 2020. (In Russ.) EDN: HFXFYG
  4. Garganeev AG, Ibragim IA, Ulianov DI. Electromechanical processes in an electric power steering based on a permanent magnet synchronous motor. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2024;335(9):128–136. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2024/9/4724 EDN: UTRONM
  5. Martirosian AG, Bolshenko IA, Kosarev AS. Electromagnetic drives of axial flow valves. Review and analysis of technical solutions. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Elektromekhanika. 2023;66(2):14-24. (In Russ.) doi: 10.17213/0136-3360-2023-1-14-24 EDN: RTEJSP
  6. Kolpakhchian PG, Kravchenko OA, Mikitinskii AP. Switched reluctance motor for an electrotechnical system for controlling the tension of composite materials. Voprosy Elektromekhaniki. Trudy VNIIEM. 2024;202(5):3–9. (In Russ.) EDN: GDAYBC
  7. Rukin MV, Molchanova VA, Urazakov KR. Method for determining the mean time between failures of an electric submersible pump unit. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2022;333(11):219–229. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2022/12/3792 EDN: TXBFSO
  8. Mikitinskii AP. Development of the theory and practice of electrotechnical systems for controlling the tension of composite materials [dissertation]. Novocherkassk; 2024. (In Russ.)
  9. Glazyrin AS, Popov SS, Nabunskii IA. Mathematical model of an induction motor in a polar coordinate system. In: Sovremennye Problemy Mashinostroeniia: Sbornik Statei XVI Mezhdunarodnoi Nauchno-Tekhnicheskoi Konferentsii [Modern Problems of Mechanical Engineering: Collection of Articles of the XVI International Scientific and Technical Conference]; November 27 – December 1, 2023; Tomsk. Tomsk: Natsional’nyi issledovatel’skii Tomskii politekhnicheskii universitet; 2024:159–160. (In Russ.) EDN: JYSGMD
  10. Glazyrin AS, Polishchuk VI, Timoshkin VV. Mathematical model of an induction motor in a multiphase coordinate system under asymmetry of rotor circuits. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2021;332(10):213–227. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2021/10/3404 EDN: SOILSV
  11. Urazakov KR, Vakhitova RI, Saracheva DA, Gorbunov DD. Study of the efficiency of a jet pump with an automatic flow control system when pumping gas from the annulus of producing wells. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2025;336(10):7–16. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2025/10/4912 EDN: CZEKVP
  12. White D, Woodson G. Electromechanical Energy Conversion. Moscow: Energiia; 1964. (In Russ.)
  13. Kim KK, Ivanov SN, Kolesnik MB. Design features of direct electromechanical converters with linear movement of the actuator. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Elektromekhanika. 2025;68(2):21–28. (In Russ.) doi: 10.17213/0136-3360-2025-2-21-28 EDN: VOHKJF
  14. Shuiskii VP. Calculation of Electrical Machines. Moscow: Energiia; 1968. (In Russ.)
  15. Andrianov IK, Ivanov SN, Kolesnik MB. Mathematical model of gate loading during opening-closing of a pipeline gate valve. Neftegazovoe Delo. 2025;23(1):121–130. (In Russ.) doi: 10.17122/ngdelo-2025-1-121-130 EDN: ZATJKK
  16. Cherkasov MA, Nizhegorodov AM. Numerical method for determining the resistance coefficient of shut-off valves. Territoriia Neftegaz. 2025;(7-8):82–89. (In Russ.) EDN: SQJUHF
  17. Sabanov SL, Salimov AA. Prospects for using a high-flow gate valve to ensure well integrity. Alleia Nauki. 2022;1(11):262–271. (In Russ.) EDN: KIEPAO
  18. Glazyrin AS, Popov SS, Popov EI. Development of an observer with operational monitoring of rotor angular velocity and load torque on the shaft of a submersible induction motor. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2024;335(9):203–219. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2024/9/4826 EDN: XEMXQK
  19. Mikitinskii AP, Lobov BN. Robust tension control system for winding spars from “dry” composite tape. In: Kibernetika Energeticheskikh Sistem: Sb. Materialov XLIV Mezhdunar. Nauch.-Tekhn. Konf. [Cybernetics of Energy Systems: Proceedings of the XLIV International Scientific and Technical Conference]; November 8-10, 2022; Novocherkassk. Novocherkassk: IuRGPU (NPI); 2023:463–475. (In Russ.) EDN: CGJADJ
  20. Zakharova NA, Zirnit DV, Tatevosyan AA, Tatevosyan AS. Problem Statement Parameters Optimization of the Magnetic System of a Permanent Magnet Synchronous Machine. In: Proceedings of the 2025 Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics); November 11-13, 2025; Omsk, Russia. Piscataway, NJ: IEEE; 2025:11302189. doi: 10.1109/Dynamics68764.2025.11302189 EDN: POQVKR
  21. Golovenko EA, Kinev ES, Pavlov EA. Calculation and optimization of operating modes of an electric drive for a gas gate valve. Zhurnal Sibirskogo Federal’nogo Universiteta. Seriia: Tekhnika i Tekhnologii. 2025;18(6):845–856. (In Russ.) EDN: UWTYJU
  22. Urazakov KR, Gorbunov DD. Study of traction force under various operating modes of a three-plunger unit with linear electric motors. Nauka i Biznes: Puti Razvitiia. 2025;5(167):73–75. (In Russ.) EDN: QHKDWF
  23. Kim KK, Ivanov SN, Kolesnik MB, Polonsky VA. Current State and Directions for Improving Electromechanical Linear Actuators. Scholarly Notes of Komsomolsk-na-Amure State University. 2025;VII(87):4–14. (In Russ.) EDN: MPKPQY

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Calculated thrust force during valve closure

Download (71KB)
3. Fig. 2. Fluid velocity fields in the valve cross-section

Download (111KB)
4. Fig. 3. Pressure fields in the valve cross-section

Download (98KB)
5. Fig. 4. Resulting axial force as a function of valve closure degree

Download (64KB)
6. Fig. 5. Torque as a function of valve closure degree. 1 – experimental; 2 – approximated

Download (73KB)
7. Fig. 6. Torque as a function of valve closure degree. 1 – experimental; 2 – approximated

Download (65KB)
8. Fig. 7. Block diagram of the controlled electromechanical gate actuator 1 – ; 2 –

Download (150KB)
9. Fig. 8. RMS line voltage vs. frequency relationship under varying load torque at constant velocity

Download (65KB)
10. Fig. 9. Gate translational velocity profile during travel

Download (65KB)
11. Fig. 10. Gate travel speed under stepwise control

Download (63KB)
12. Fig. 11. Motor electromagnetic torque dynamics

Download (75KB)

Copyright (c) 2026 Kim K.K., Ivanov S.N., Kolesnik M.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title