Файл: Совершенствование тарельчатых клапанов буровых поршневых насосов.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.10.2023

Просмотров: 96

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

8 выбуренной породы и утяжелителя различной формы и размеров (от микрон до миллиметров), а в ряде случаев также нефть, кислоты, щелочи, различные химические реагенты, растворенный газ. Ранее выполненными исследованиями установлено, что с увеличением плотности и вязкости перекачиваемой жидкости ухудшается всасывающая способность и снижается объемная подача насосов, а при повышенном газосодержании увеличивается неравномерность подачи. Наличие абразивных частиц в рабочей жидкости отрицательно сказывается на долговечности узлов и деталей насосов, для которых также характерны циклические нагрузки от давления перекачиваемой среды. Работа буровых насосов характеризуется изменением условий в широком диапазоне.Для буровых насосов определяющим является тот факт, что условия их работы зависят от принятой технологии бурения и, как правило, не могут быть изменены с целью увеличения долговечности узлов и деталей.Опыт эксплуатации буровых установок показывает, что на буровые насосы приходится существенная доля отказов и затрат времени на ремонтные работы, составляющие до 50% срока их службы. При этом наибольшее количество отказов приходится на детали гидравлической части.Исследованию работы, конструированию и расчету буровых насосов посвящены труды Аббасова Г.Г., Айрапетова Л.С, Бабаева С.Г., Валитова М.З., Верзилина О.И., Газарова Р.Е., Гороновича Л.Н., Даутова Т.М., Ильского А.Л., Иткиса М.Я., Караева М.А., Литвинова В.М., Ловчева СВ., Мкртычана Я.С., Николича А.С, Пындака В.И., Шаяхметова В.З. и др. По результатам исследований выполнены усовершенствования узлов и деталей гидравлической части насосов. Несмотря на улучшение конструктивно-технических параметров, их надежность продолжает оставаться низкой.В таблице 1 приведены результаты статистической обработки информации о наработке деталей гидравлической части буровых насосов, полученной в ранее выполненных работах по исследованию буровых поршневых насосов.9Таблица 1 - Результаты статистической обработки информации о наработке деталей буровых насосов

12 Величина максимальных усилий, передаваемых на корпус насоса, колеблется в пределах от 3 до 30 кН. Естественно, действие таких усилий с частотой от 30 до 90 кГц вызывает преждевременное усталостное разрушение элементов насоса.Для уменьшения величины усилий, передаваемых на корпус насоса при посадке тарели на седло, предлагается установить между седлом и корпусом насоса специальный упругий элемент из эластичного материала. Данный элемент с одной стороны должен работать как пружина, уменьшая величину передаваемых на корпус насоса усилий, и выполнять роль виброизолятора, а в нем будет происходить демпфирование колебаний. Схема моделирования работы клапана при наличии упругого элемента между седлом и корпусом насоса представлена на рисунке 3. 1 - тарель; 2 - седло; 3 - эластичный элемент Рисунок 3 - Расчетная схема для моделирования работы клапанас эластичным элементом12 Величина максимальных усилий, передаваемых на корпус насоса, колеблется в пределах от 3 до 30 кН. Естественно, действие таких усилий с частотой от 30 до 90 кГц вызывает преждевременное усталостное разрушение элементов насоса.Для уменьшения величины усилий, передаваемых на корпус насоса при посадке тарели на седло, предлагается установить между седлом и корпусом насоса специальный упругий элемент из эластичного материала. Данный элемент с одной стороны должен работать как пружина, уменьшая величину передаваемых на корпус насоса усилий, и выполнять роль виброизолятора, а в нем будет происходить демпфирование колебаний. Схема моделирования работы клапана при наличии упругого элемента между седлом и корпусом насоса представлена на рисунке 3. 1 - тарель; 2 - седло; 3 - эластичный элемент Рисунок 3 - Расчетная схема для моделирования работы клапанас эластичным элементом13 Дифференциальные уравнения движения для данного случая следующие:/», • х[« -с,«(*, - х2) -// • (*; - л-;)(л-/», fw,) ^2 -"(с./п)-(х2 -xJ+Ci-fa-xJ-juix^-xd+M'ixl-x'j) (2)(/?2 • w, /(р, / р.,) + п • т]) • я? = -(с, /(и2 • (£, / £3))) • х3 + (с[ і п) • (х2 - х3) - м, ■ *5 + // • (х2 - *;), где рл ръплотности материалов тарели и эластичного элемента соответственно;/7 = с2/с,; и2 =/3 /А .На рисунке 4 приведены зависимости усилий, передаваемых на корпус насоса при ударной посадке тарели клапана, от времени при различныхзначениях отношения Е, / £3 (рх I р3 -10; ^о =1 Л'с; /Ь " W ■ к# ■с' л ),полученные численным решением системы дифференциальных уравнений (2). Cs-X, l»:-E,'£:>.H2000 t rtІ/, 11500 \!I f I GOO500-500 ад^оЛ! 0.0005 mi 0.0015 0.00201, сA/ft-io; (w,£,£j).H10O0» ,, . * 600 400 200|| soo£;/£, = so> .200C#>5ШЇ0 0,0015" 0,0020 (, С ЛЛ; (МгЕ: Я;) H6О0І -•СГЛ; (»,£, 'f;! H 500 \ '4001 •' 300 j 200 100$/E,= 10Q0.005' (,0015 0,0020 !'cT400300 200J00A^/£3=150Ot0005 O.OfclO "0.0015 0,01)101, С Рисунок 4 - Зависимости усилий, передаваемых на корпус насоса,от временипри различных значениях отношения Ех I Е} max s 14 На рисунке 5 приведены значения максимальных усилий Ft передаваемых на корпус насоса, и их частот /' в зависимости от свойств материалов клапана и виброизолятора (Е] I Ег).') г_н «) А Гц 4000 -, 3S0D •300Э2000 \ гш і 2000 V; \ 1SO0: V ш; V 100С \ 1000 ' ч » ч. ••——* 100 3500 ЗООО 4» 2S00 о 1O0 20C 300 400 500 R» J^/£3 ° » » l50 20° 2W зсо зьс £J/£3p,/>, = 10; /л = 10000 ff-c/jif, K, = I л-г/с; /?2=4 Рисунок 5 - Зависимость максимальных усилий fj1Klx, передаваемых на корпус насоса, и их частот колебаний /' от свойств материалов клапана ивиброизолятора (ех/ £3 )Решение системы дифференциальных уравнений (2) показшто, что наличие упругого элемента между седлом клапана и корпусом насоса позволяет на порядок уменьшить величину передаваемых усилий и частоту колебаний. Как видно из рисунка 5, что при отношении £,/£3>100 максимальные усилия i'max, передаваемые на корпус насоса, достаточно резкоуменьшаются.В третьей главе приводятся технические решения посовершенствованию конструкции клапанов буровых поршневых насосов. В процессе разработки новых конструкций при расчете геометрических и рабочих параметров клапанов использовались методики, приведенные в ранее выполненных работах Л.С. Айрапетова, М.А. Караева, Я.С. Мкртычан и других авторов. В качестве исходного показателя для расчета размеров клапанов принималось максимальное значение средней скорости рабочей жидкости в щели. Данный параметр позволяет объективно оценить15 количество жидкости, протекающей через клапан за рабочий цикл. Исходя из этой величины, рассчитывалась площадь проходного сечения клапана, высота подъема тарели, диаметр гидравлической коробки бурового насоса. Далее рассчитывали давление в клапане, определяли нагрузку на терель и выбирали пружину.Согласно полученным теоретическим данным для обеспечения герметичности при посадке тарели клапана на седло разработана конструкция клапана (пат. РФ № 41825 на полезную модель), схема и отдельные элементы которой показаны на рисунках 6 и 7.Клапан содержит седло 1, тарель 2, уплотнительиое кольцо 3. прижимную втулку 4. упорную гайку 5 и крестовину 6. При этом тарель клапана снабжена хвостовиком 7 и ограничителем подъема 8. Рисунок 6 - Схема конструкции клапана бурового насоса (Патент РФ №41825) 1   2   3   4   5

21Продолжение таблицы 2


19

a)

A, MKM

Амплитудно-частотная характеристика



-* .H.vi . • • • , •

» •• ■:


• < ■■


t


, ...fljIW:.. -A -n

■ „.., /, Гц


«*> У адл/ІЛ - - і - - - ;■ •••


" br««. **»-»«M*i !■«•«. • '— .»..»■ ^*-„«ч,

д мкм *.*► «ю" Vsr't?*и*>ШШ9' яоллс>" **ЖШ& ' "V»o

Амплтуды колебании в вертикальной к горизонтальной плоскостях

а * ,-**»с»*і

(Ч( "9 • Г — -• ж- - - • .- — — —V — — •• -X — — "• • - « .,— -... ,-_.._,..

Щ

о

•г»


I • ' ] I ■ • • - » - « ■ 'I

a. • V . . «....


; w

А, мкм «


o; t


<»..'»» *»••.*» •*> «Л.ЧЛ <*.< « О.ЗЄ ' d(tt t. с


-»*« iAja«)











• *!.■« ГА

xj.^a'je r»,»xv v>.o*v «©.о**


о-аї' t, с


*>.*


e" <> Л#» шь.+ п"" ol* *£' " **e',»

Л, мкм

б)

Амплитудно-частотная характеристика



хт: -. il

.■U.fktJI.. ... «М^МмЧМЪМ -.»-!■«.'-w.-JIM..^ «Г,... . . - v • -• ' •■ --■ V"- у-'' * • и ш ill' " і^ ТГ-Гм'Ь •- . ЩІК т%-_<,и|аіЛі, и|,

• -І * «—


o.

A. MKM




О «*i> -«^feO lOO »АО 3O0 3«0 -4 SCO 4ЙО

•«uo -»u-o sad 3O0 a«o -^seo -чв<>

Амплтуды колебании в вертикальной и горизонтальной плоскостях




■ - --г"---
















о


.-.<-.> rv --. « о ол

А. мкм




. і і u

• t о

О О? О.О* ..-» г=Л /-»


Й* аіГ^ЗГ"" 5. їй»"" " eTi w ' о. Ї и "в- » o'.b^fi'

/. Гц

I. С

t.c


А, мкм

в)

Амплитз'дно-частотная характеристика






ТО^НІ-І


А , мкм

1.317

вО аt20 180 240 ЗОО ЗвО 420 ^80 S-t6

Амплтуды колебании в вертикальной и горизонтальной плоскостях

]. Гц





0.12 0.14 0.16 015 02 0.22

t.c

A, мкм

20




1,.



I

-9П h •27.748,. 0

0.02 0,04 0.06, 0.08 0.1 0.12 0.14 0,16 0.18 OJ2 0.22

t. с

а) серийный вариант; б) опытный вариант (Пат. РФ № 41825); в) опытный вариант (Пат. РФ № 110158)

Рисунок 10 - Результаты замеров работы клапанов бурового насоса Для оценки вибрации клапанов исходными данными являлись амплитудно-частотные характеристики и амплитуды колебаний в вертикальных и горизонтальных плоскостях. Установлено, что для серийных образцов среднее значение диапазона частот находится в пределах от 0 до 110 Гц. Для опытного образца (Пат. РФ № 41825) среднее значение диапазона частоты увеличивается и составляет от 450 до 500 Гц, то есть обеспечивается увеличение частоты колебаний в 3-4 раза, что подтверждает улучшенную герметичность, способствующую увеличению подачи насоса. Амплитуда и частота колебаний корпуса насоса для вышеперечисленных конструкций клапанов приведены в таблице 2,

Таблица 2 - Амплитуда колебаний и частота колебаний корпуса насоса

Диапазон
Клапан серийный
Опытные образцы

частот
max J max
наиб, частоты в диап-не
Патент РФ Хо 41825
Патент РФ Ш 110158

колебаний по спектру
ампл. в верт.пл.
ампл. в гор.пл.
max амлл. в

верт.пл
max ампл. в

гор.пл
наиб.част оты в диап-не
max

ампл.

в верт.

ПЛ
max ампл.

в

гор,п

л
наиб.част оты в диап-не

Га
мкм
мкм
Гц
мкм
Гц
мкм ! Гц
мкм
Гц
мкм
Гц
МКМ

-

і
2
3 |4 | 5
6
т I
8
9
10
11
12 13

0-30

1
7,92
2,60
15
1,8 J


















■ і

• 30-60
7,92 : 2,60
35
2,5












: 1
•

і 60-90
7,92 2,60
14
1,7
























90-120
7,92
2,60 110

•
2,46












1









60-120



і

і

1
10,24
7,35 100 1,2

і . 1 і 1
і

•


21

Продолжение таблицы 2


1
2
3 ,4 5
Г6
7
8
9
10
и
12
13

280-350












10,24
7,35
198
1,65












500-600












10,24
7,35
546
U70 1









780-999












10,24
7,35
820
1,31












60-120
























6,2
4,8
118
1,9

180-360





















6,2
4,8
200
0,8

540-600
























6,2
4,8
500
0,6

720-900
























6,2
4,8
550
0,4

Смотрите также файлы