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.
Обоснование. Повышение надежности магистральных трубопроводов.
Цель. Разработка и реализация в пакете SimInTech структурной схемы электромеханического привода линейного перемещения с интегрированной системой управления. Определение зависимости результирующего момента, развиваемого электроприводом, и его соответствия действующим нагрузкам при перемещении затвора.
Материалы и методы. Рассмотрение комплексного подхода к синтезу системы управления непосредственным электромеханическим приводом линейного перемещения затвора шиберной задвижки магистрального трубопровода. Определение как аналитически, так и с использованием метода имитационного моделирования расчетных выражений для нахождения составляющих момента сопротивления, входящих в математическую модель объекта управления. В системе инженерного анализа Ansys c учетом изменяющихся параметров гидравлического тракта и внешней гидравлической характеристики привода установление зависимости действующих на исполнительный элемент нагрузок со стороны рабочей жидкости при закрытии затвора задвижки, аппроксимируемых экспоненциальной функцией. Обоснование определяющих параметров для выбора мощности приводного механизма с учетом особенностей конструкции двигателя и технологического процесса транспортирования жидкой среды. Обоснование закона управления, обеспечивающего нормативно детерминированную величину скорости поступательного движения затвора. Определение показателей качества регулирования на основе коэффициента корреляции аппроксимированной нагрузочной характеристики.
Результаты. В пакете SimInTech Разработана и реализована структурная схема электромеханического привода линейного перемещения с интегрированной системой управления. Приведена зависимость результирующего момента, развиваемого электроприводом, и показано его соответствие действующим нагрузкам при перемещении затвора.
Заключение. Результаты имитационного моделирования разработанной системы управления показали, что она обеспечивает нормативно требуемые динамические характеристики электромеханического привода линейного перемещения шибера задвижки.