автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Динамические процессы в машинных агрегатах и несущих конструкциях буровых установок

гг3 ОД

- з 1М7

Державшій університет "Львівська політехніка"

На правах рукопису

Харченко Євген Валентинович ДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ В МАШИННИХ АГРЕГАТАХ І НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦІЯХ БУРОВИХ УСТАНОВОК

05.02.09 — Динаміка, міцність машин, приладів та апаратури

Автореферат дисертації ка здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Львів - 1997

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному університеті "Львівська політехніка"

Науковий квнеультоз-м — доктор технічних нлух, професор '

Калініи Сергій Григорович

Офіційні опонента: доктор финко-матештїгших наук, професор

Горошко Олег Олександрович

дохтор техштанх наук, професор Кузьменко Анатолій Григорович

доктор технічних наук, професор Мочерїоок Дмитро Юрійович

Провідна організація — Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Щдстригача НАН України, м. Львів

. Захист відбудетеся * 1 ^ 1997 р. на засідаїші

спеціалізованої вченої ради Д 04.06.04 в Державному університеті "Львівська ползхехніха" за адресою: 290646, м. Львів-13, вул. С. Бан-дери, 12 . -

3 дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету 'Львівська цфшехніка’ (м. Львів, вул. Професорська, 1)

Автореферат розісланий "\Ь " ХУСкУЪСЮ 1997 р.

Вчений секретар . спеціалізованоі вченої ради

В. Т. Павлшце

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Ахтуальїияпь проблема. Розв'язання широкомасштабних народногосподарських завдань забезпечення України сировинними і паливно-енергетичними ресурсами пов’язане. з неперервним розширенням обсягів бурових робіт, особливо на нафту і газ, шо зумовлює необхідність подальшого вдосконалення- технології буріння, покращення тгхні'шого оснащення ^ологсрозтдусадьиих і нафто газ о-вндобушгих підприємств, підвищення технічного рівня бурових усганогох, збільшення їх Продуїспятс-с-гі, надійності, довговічності.

Сучасна бурова установка — цс складний комплекс нафго-прошіслового обладнання і споруд, що включає групу потужних двигунів, розгалужену систему механізмів змінної структури, колону бурильтіх труб значної дегохиші, висотну нссучу мет^оконструкшга. Елементи бурового комплексу нерідко пергбувагать під дією ез;гіре-мальннх навантажень. 'Робота маїшпіши агрегатів супроводжується інтенсивними -механічними коливаннями, вюинкаїптми частими пусками і зупинками прнвідгпк систем, зміною сил корисного навантаження інструмента, пульсаціями промивальної рідини та іншими чинниками. Суттєву роль у збуренні коливальних процесів відіграють явища, пов’язані з прихопленням бурильної колони у свердловині та її вивільненням. Отже, всесгороннє вивчення динаміки бурових установок є необхідною умовою їх раціонального проектування та ефективної експлуатації.

Забезпечиш достатню точність розрахунків на міцність і залрог-нозувати ресурс відповідальних елементів’ установки можна лише на основі докладного аналізу перехідних і усталених резхимів роботи машинних агрегатів з урзхуішшям динамічних властивостей привідних івнгунів та їх взаємодії з псредавальшіші механізмами, вихоназчими грганамн і кесучнми хонструзсцшхш. Одночасно треба приймати до

уваги, що бурова установку як коливна система, має ланки з яскраво вираженими розподіленими параметрами (колона бурильних труб, несучі елементи висотних споруд, потік промивальної рідини тощо).

Загальна методологія розрахунку динамічних процесів в машинах з урахуванням нелінійних характеристик приводу і механічних хвильових явищ ще не набула належного розпитку і не задовільняє практичних вимог.. На окреслених засадах не розроблено і спеціальних методів розрахунку експлуатаційних режимів бурових установок з урахуванням особливостей конструктивного виконання і функціонування елементів

• буровше комплексів. Тому теоретичні й експериментальні дослідження, направлені н? розв’язання даної наукової проблеми, е актуальними і перспективними. "

Мета роботи >— розробка ефективних і стодів аналізу динамічних процесів у машинних агрегатах і несучих конструкціях бурових установок на основі використання раціональних коютінуально-дискретішх розрахункових моделей і врахування взаємозв’язку механічних коливань обладнання і споруд та електромагнітних процесів у привідних двигунах і інших елементах електромашинної системи, тобто методів, що дають можливість суттєво підвищити .точність визначення динамічних навантажень і прогнозувати ресурс відповідальних деталей і вузлів.

Основт задачі роботи. 1. Опрацювання теоретичних засад аналізу нестаціонарних процесів у малшшшх агрегатах як континуально-дискретних динамічних системах з ^урахуванням взаємозв’язку механічних коливань і електромагнітних явищ в привідних двигунах та інших елементах електромашинної системи. .

2. Дослідження перехідних режимів роботи машинного агрегата ротора бурових установок. Оцінка взаємовпливу хвильових явній в колоні бурильних труб і електромагнітних коливань в привідних двигунах.

3. Побудова узагальнених математичних моделей вільних і вимушених гармонічних коливань колони бурильних труб. Дослідження характеристик частотного спектру механічної системи і резонансних явищ, то тоткають під час роторного буріння.

4. Аналіз нестаціонарній режимів роботи підіймальної системи бурових установок. Вивчення впливу хвильових процесів у бурильній колоні, механі-іких характеристик оперативних фріпіційніїх пристроїв та інших факторів на динамічну гчгантазкешсгь елементів системи.

5. Дослідження хвильових процесів з колоні бурильних труб і

динамічної навантаженості талевого механізму і бурової вишки при роботі імпульсно-хвильового пристрою для вивільнення прихопленої колоші труб. Обгрунтування шляхів вдосконалення конструкції і підвищення ефективності роботи пристрою. .

6. Розробха методології аналізу режимів роботи насосного агрегата з урахуванням взаємодії насоса з потоком крамшіальної рідини, а також взаємовпливу коливальних процесів у потоці і в колоні буршшшх труб. Побудова ефективного методу розрахунку усталених режимів роботі насосного аірггата.

7. Обгрунтування і побудова міпемахкчних моделей та проведення досліджень поперечних, поздовж гіх і крутильних коливань бурових вишок. Оцінка впливу несталості поперечного перерізу споруди, податливості стерхагезої решітки, жорсткості відзжяок та оперних вузлів основи, осьового навантаження, маси гстановлених на підсвічнику бурильних труб тощо на характеристики коливальних процесів.

8. Експериментальна перевірка основних результатів теоретичних досліджень.

9. Розробка практичних рекомендацій щодо ' розрахунку, конструювання і вибору експлуатаційних резззшів елементів бурового комплексу, а також технічних рішень віброззхкених пристроїв і

пристроїв для вхіЕІльиснда прихопленої колоші труб, які дали б мохсливість зменшити динамічні наваптакссшш і рівні вібрацій бурового обладшишя, тдвіпідші сфсюгішність бурових робіт.

Об’аая і методи дослід.жйй. У дисертації розглядаються основні г елементи бурового кошілехсу, такі як машинний агрегат ротора, підіймальна система, насосний агрегат, несучі споруди. Оскільки теоретичні розробки, стосуються не лише нафтопромислового обладнання, а й мають більш загальний характер, їх застосовано у дослідженнях віброакіизіюсгі привідних двигунів, динаміхи валопроводів, турбоагрегатів, обертових. печей та млинів, телескопічних стріл та інших несучих конструкцій транспортних засобів, стержневих систем.

Методи анатазу динамічних процесів грунтуються на наукових засадах теорії механічних коливань та теорії поширення хвиль в однопншрііих твердих тілах. Реальні механічні системи подані_ у вигляді розрахунковій моделей, шо мають як зосереджені, так і розподілені параметри. .Математичні моделі дам дослідасеїшя коливань бурових вишок по&удовгагі із застосуванням засобів континуалізаїш стерашевкх конезрукцій. Рушійні сіиш визначаються з урахуванням . елеіпромагнітннх явищ у пріпздних дилуиах.

Для дослідассіпія нестаціонарних ігроцгсів у машинних агрегатах використовуються чисельні методи інтегрування звичайних дкфе-рениіалькнх рівнянь і рівнянь з частковими похідними (метод скінченних елементів та метод скінченних різниць). Розв’язки рівнянь вільних та вимушених гармонічних коливань механічних систем подано в аналітичній формі, а обчислювальні алгоритми побудовано з використанням методу початкових параметрів. ,

Обгрунтованість наукових положень, висновків і рекомендаций, сформульованих у дисертаційній роботі, забезпечується докладним урахуванням структури і властивостей елементів фізичних систем..

використанням фундамеїггальних законів механіки, широко апробованих і добре висвітлених у літературі математичних моделей електромагніти процесів в електричних машинах та досконалого математичного апарату. Для розв’язування поставлених задач побудовано достатньо ефективні обчислювальні алгоритми. Якість отрушуваних результатів контролювалася шляхом їх порівняння з експериментальними даними, а також шляхом аналізу їх відповідності загальним властивостям коливальних процесів у динамічних системах.

Вірогідність теоретичних і практичних результатів, викладених у дисертації, підтверджена результатами експериментальних досліджень: нестаціонарних режимів роботи підіймальної системи діючої бурової установки Уралмаш 4Э-76; хвильових явищ, збурюваних в колоні бурильних труб імпульсіами Намлітаженнями, в умовах полігону; динамічних процесів, що мешкають під час вивільнення колони насосно-компресорних труб, на експлуатаційній свердловині; поперечних коливань баштової бурової вишки ВБ 53 х 300 на фізичній моделі. - •

Иауїсоеа попаяю. 1. Запропоновано новіш підхід до проведення аналізу перехідних режимів роботи ' маппшних агрегатів, який грунтується на використанні континуально-дискретних математичних моделей та сумісному інтегруванні звичайних диференціальних рівнянь і рівнянь з частковими похідними, зцо описують рух мехаїгічнрї системи, і нелінійних диференціальних рівнянь електромагнітного стану привідних дпшунів та інших елементів електромашинної системи. ■

. 2. Розроблено і проілюстровано на прикладі машинного агрегата

ротора бурових установок метод розрахунку нестаціонарних процесів в електромеханічних системах машин із застосуванням скінченно-елементної дискретизації рівнянь з частковими похідними, якими описується рух одновимірних пружних тіл значної довжини.

3. На прикладі ігідіймальної системи , бурових установок розроблено метод розрахунку перехідних процесів у машинних агрегатах з використашвш скшченно-різіпщсвої дискретизації рівнянь руху елементів, що розглядаються як лапки з розподіленими ' параметрами.

4. Побудовано узагальнені математичні моделі вільних і

вимушених гармонічних коливань ступінчастої колони бурильних труб і розроблено алгоритми їх чисельної реалізації із застосуванням методу початкових параметрів.

5. Розроблено математичну модель динамічних процесів в

електромеханічній системі, утвореній буровою установкою і пристроєм

для вивільнення прихопленої у свердловині колони труб імпульсно-хвильової дії, та здійснено її чисельну реалізацію.

6. Опрацьовано методологію аналізу динамічних процесів у

машинному агрегаті циркуляційної системи бурозих установок з урахуванням взаємовпливу колнватаних явищ у привідній системі, бурозому насосі, потоці промивальної рідини і колоні бурильних труб. Розроблено алгоритм визначення зусиль взаємодії патоку з бурильними трубами і сгінхами ’ свердловини з урахуванням реологічних властивостей рідини, резашу її руху, а також взаємного розташування перерізів свердловини і колони. .

7. У застосуванні до канонічних рівнянь руху нехонсервашвної

механічної системи і рівнянь електромагнітного стану елементів електромашинної системи розроблено метод прискореного пошуку стаціонарних режимів машішиих агрегатів, що грунтується на ітераційному знаходженні таких. початкових умов, які дають можливість увійти безпосередньо в усталений режим, обминаючи перехідний. •

,8. З використанням засобів континуалізації стержневих систем розроблено математичні моделі для дослідження поперечних,

поздовжніх і крутильних коливань складених висотних конструкцій з урахуванням несталості поперечного перерізу, осьового навантаження, жзрсгкісіпіх властивостей основних несучих елементів (колон), з’єднувальній решіток та опорних вузлів. ,

Прсгсхгичт цінність. Запропоновані методи аналізу динамічних процесів забезпечують суттєве підвищення точності визначення навантажень і внутрішніх сил в елементах машинних агрегатів та рівнів вібрацій нафтопромислового обладнання і споруд і дають можливість виявляти автоколивальні явища, зумовлені взаємодією електромашинної і механічної підсистем, усувати резонансні коливання бурильних колон і нссупгх конструкцій, прогнозувати ресурс відповідальних деталей і вузлів. Розроблені математичні мрделі, алгоритмі і програм;!! забезпечення для розрахунку динамічних процесів у машинному агрегаті ротора, підіймальній системі, насосному аїрегаті і висотних спорудах можуть бути використані в системах автоматизованого проектування бурових комплексів.

Одержані в дисертації результати дають можливість рекомендувати раціональні режими пуску і усталеного руху привідних систем бурових установок під час поглиблення свердаішши та виконання спуско-Підіймальннх операцій, визначати раціональні жорсткіскі харах-геристики та діагностувати стан елементів кріплення бурових вишок. На основі проведених досліджень запропоновано. технічні рішення засобів зниження віброакпгвності привідних систем і пристроїв імпульсно-хвильової дії для вивільнення прихопленої у свердловині салони труб, захищені п’ятьма авторськими свідоцтвами на винаходи і гоома патентами. Розроблені методики визначення параметрів іксхілуатащшшх режимів зазначених пристроїв увійшли до норма-’ивно-технічних документів "Руководство по эксплуатации имлульсно-юднового устройства типа ЭЛПУ-140М для лихвкдашта прихватов в іуреніш" (Харків, 1986 р.) та "Руководство по технолопсі работ при

ликвндации прихвагов колошш насосно-кошгрессорннх труб ишіульсно-волновой установкою тппа ЗЛПУ-140М" • (Л&вів, 1990 p.). Обгрунтовано технічні характеристики лінійного імпульсного двигуна і підвіски реактора базової конструкції пристрою.

Практичні рекомендації і технічні розробки, що грунтуються на наукових результатах дисертаційної роботи, впроваджені у виробничих об’єднаннях "Нафтогеофізика" (м. Харків), "Ташафта", "Полтавнафто-газогеологія", "Югансьиіафтогаз”, "Нижньоваргівськнафтогаз", "Сургут-нафтогаз". Підрахований економічний ефект від їх використанім становив 809,9 тис. крб. (в цінах 1988 — 1991 p.p.). Елементи теорії нестаціонарних процесів у машинних агрегатах використовувалися у навчальному процесі при підготовці студентів механіко-машино-будівного профілю, а також: у науково-дослідній роботі студентів та аспірантів. .

Лхро&ація рообтпи. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на: Третій Всесоюзній науково-технічній конференції "Питання проектування, експлуатації бурового . обладнання і підвищення його надійності" (Свсрдловськ, 1981 p.); Третій Всесоюзнії! конференції з динаміки, міцності і' надійності нафтопромислового обладнання (Баку, 1983 p.); Всесоюзнії! конференції зі статики : динаміки просторових конструкцій (Київ, 1985 p.); XI Всесоюзнії конференції з аеропруяагості турбомашин (Київ, 1987 p.); Другії Всесоюзній науково-технічній конференції "Розкриття нафтогазовш пластів і освоєння свердловин” ^(Москва, 1988 p.); Всесоюзнії конференції "Механіка гірських порід при бурінні" (Грозний, 1988 р.) V Всесоюзній науково-технічній конференції "Динамічні режимі роботи електричних малини і електроприводів" (Каунас, 1988 р.) Всесоюзній конференції "Хвильові і вібраційні процеси машинобудуванні" (Горький, 1989 p.); Другій Всесоюзній конференц Проолеми віброізоляції машин і приладів" (Іркутськ — Москвг

1989 p.); II Всесоюзній конференції "Комплексне освоєння нафтогазових ресурсів континентального шельфу СРСР" (Москва,

1990 p.); II Всесоюзній конференції "Нелінійні коливання механічних

систем" (Горький, 1990 p.); Всесоюзній науково-практичній нараді "Теоретичні і технологічні аспекти створення і застосування силових імпульсних систем", (Караганда, 1990 p.); Всесоюзній конференції "Механізми змінної структури в техніці" (Бішкек, 1991 p.); 1-му та ІІ-му Міжнародних симпозіумах українських іязсснсрів-механіків у Львові (Львів; 1993, 1995 p.p.); IX Міжнародній конференції

"Проблеми механіки залізничного транспорту" (Дніпропетровськ, 1996 p.); VII Симпозіумі з динаміки конструкцій (Жешув (Польща), 1989 p.); XTV і XV Симпозіумах. "Вібрації у фізичних системах" (Познань (Польща); J 990, 1992 p.p.); IX Симпозіумі з вібраційної техніки і віброакустики (Краків (Польща), 1990 p.); Югославській конференції з нелінійних детермінованих і стохастичних процесів у динамічних системах та їх застосування (Ніш (Югославія), 1991 p.); XIII Польській конференції з теорії машин і механізмів (Кошалін-Мєлно (Польща), 1992 p.); XIII, XV, XVI Симпозіумах з основ проектування машин (Свиноустя (Польща), 1987 p.; Жешув (Польща),

1991 p.; Варшава (Польща), 1993 . p.); Міжнародній конференції

"Прикладне моделювання і симулювання" (Львів, 1993 p.);

1-й Міжнародній школі моделювання (Алушта, 1996 р-);

II Міжнародному симпозіумі "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій" (Львів, 1996 p.);

27-му Міжнародному симпозіумі з індустріальних роботів (Мілан (Італія), 1996 p.); XV Всепольській науково-дидактичній конференції "Теорія машин і механізмів" (Бялисток-Бяловєжа (Польща), 1996 p.); науково-технічних конференціях Державного університету "Львівська полі-гехніка" (Львів, 1980 ... 19% P P-)-

■ У повному обсязі дисертація доповідалася на розширеному засіданні кафедри деталей машин Державного університету "Львівська політехніка" та на науковому семінарі в Інституті прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригана НАІІ України.

Особистий внесок автора тая пу&йкації. Результати теоретичних і експериментальних досліджень, що подаються до захисту, отримали автором особисто. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 82 наукові прані, серед них 2 монографії, 46 статей, 5 авторських свідоцтв на винаходи, 2 патенти. Основні результати викладені у працях, опублікованих самостійно [1, 3'17, 35]. У спільних розробках автору належать обгрунтування методології досліджень, формування розрахункових і математичних моделей, знаходження розв’язків або дискретне представлення, рівнянь руху, побудова обчислювальних алгоритмів [2, 20, 23, 24, 26, 27, 34, 36]. В працях [29, 31, 32] складено рівняння механічних коливань елементів електромеханічних, систем і виконано чисельну реалізацію' повних математичних моделей, ідо вкзіачакггь. рівдяння руху та рівняння електромагнітного стану. Аналіз отриманих результатів здебільшого здійснювався сумісно. З участю співавторів розв’язано низку теоретичних і прикладних задач, шо не увійшли безпосередньо в дисертаційну роботу, але суттєво розширюють область застосування запропоновашос підходів, методів і розрахункових алгоритмів [18, 19, 21, 22, 25, 28, ЗО, 33, 34, 37, 38].

Пощукувач брав безпосередню' участь в експериментальних дослідженнях, розробці нормативно-технічних документів і промисловому впровадженні результатів роботи.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, списку літератури і додатку. Основний текст викладено на 469 сторінках і включає 45 таблиць та 87 рисунків. Список літератури налічує 335 найменувань. Загальний обсяг роботи з додатком становить 483 сторінки.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертації, подасться загальна характеристика роботи. .

У першому розділі аналізується сучасний стан проблеми динаміки бурових установок, здійснюється постановка задач дослідження.

Наукові розробки з динаміки та міцності мангин є теоретичною базою оптимального проектування, тому дослідженням у даній галузі приділяється багато уваги. Розв’язанню широкого кола теоретичних і прикладних задач присвячені праці Л. Д. Акуленка, В. Є. Бербюка,

A. П. Бессонова, В. Л. Вейца, Д. П. Волкова, Й. І. Вульфсона, О. М. Голубенцева, О. О. Горошка, Ф. К. Іванченка, С. А. Казака,

B. І. Ключева, А: Є. Кобрннського, С. М. Кожевиікова, О. Є. Кочури,

М. 3. Колсвського, М. С. Комарова, В. О. Кононенка, С. О. Пан-

кратова, О. М. Полюдова, В. П. Терских, К. В.' Фролова, Л. І. Цсх-ловича та багатьох інших авторів. Важливим напрямком динаміки машинних агрегатів є розробка ефективних методів аналізу перехідних режимів роботи, оскільки саме в цих режимах виникають най-інтснсивніші механічні коливання. Істотне значення в дослідженнях нестаціонарних процесів має визначення динамічних характеристик приводу та врахування взаємодії механічної системи машин з привідними двигунами. ,

. Несучі машинобудівельні споруди часто виконують у вигляді просторових стержневих систем. Питання статичного і динамічного розрахунку одновимірних пружних тіл і стержневих конструкцій з достатньою повнотою висвітлені у працях А. В. Александрова,

В. Л. Бідермана, В. В. Болотіна, А. І. Весніцького, Р- Галлагера,

Є. Г. Голоскокова, О. О. Горошка, А. Ф. Гурова, В. К. Дон-

дошанського, О. Зенкевича, Б. Я. Лаіценікова, Я. _.Г. Пановка, Г. С. Писаренка, К. К. Поношрьова, Б. Прасада, ІО. М. Работнова,

О. Р. Ржанівдіна, Л. О. Розіна, А. П. Сишцина, А. П. Смірнова, М. К. Сштка, С. П. Тнмошенка, А. П. Філїпова, Т. Ханга,

B. Г. Чудновського, М. М. Шапошнікова. Практичне значення має подальше вдосконалення _ методів математичного моделювання стержневих систем з використанням засобів континуалізації, що сприяє побудові раціональних розрахункових алгоритмів, підвищенню ефективності досдідасиь напружено-деформованого стану і динамічних процесів.

Вагомий внесок у розв’язання задач динаміки і міцності бурових установок та керування динамічшшн процесами, що виникають під час буріння свердловин, внесли відомі спеціалісти М. М. Александров, А. А. Антонов, В. Л. Архангельський, К. І. Архипов, О. М. Ашав-ський, П. В. Баліцький, Г. М. Бержець, К. Вебер, В. І. Векерик, А. А. Гадягіев, В. Г. Гриіулецький, С. І. Єфімченко, О. Л. Ільський,

C. Г. Калінін, 3. Г. Керімов, К. Н. Кулізаде, В. О. Мадащенко, А. X. Мірзадханзадс, Д. Ю. Мочсрнюк, П. І. Огородніков, С. А. Рад-жабов, В. І. Рощупкін, А. А. СаЗдов, Р..Х. Сашгіков, Ю. Е. Ссницький,

О. А. Сотніков, В. І. Тарасевич, В. Г. Юртаєв та ін. Значна увага в їхніх працях приділена аналізу динамічних явищ у привідних механізмах, колоні бурильних труб,. бурових вишках. Результати теоретичних і експериментальних досліджень свідчать, що зусилля у відповідальних деталях і вузлах, а такок ефективність експлуатаційних рехаїмів бурових установок значною мірою залежать від характеристик динамічних процесів, які відбуваються у механічних системах. Вібрації несучих металоконструкція суттєво відбиваються на умовах роботи обслуговуючого персоналу. У зв’язку з екстремальним характером наватггаженосп елементів бурових комплексів намітилися тенденції до уточнення їх розрахункових моделей, комплексного аналізу функ-ціоігування привідних двигунів, передавальних механізмів, виконавчих органів та несучих конструкцій як цілісних механічних систем.

Однак, теорія динамічного розрахунку бурових установок розроблена недостатньо і не задовільняє практичних вимог, пов’язаних з необхідністю вдосконаленім бурової техніки та інтенсифікації бурових робіт в умовах неперервного зростання глибини добування нафти і газу.

' На даний час дце не розроблено достатньо ефективних методів

аналізу нестаціонарних режимів роботи машинних агрегатів з

урахуванням взаємовпливу коливальних і хвильових явиш, у механічних

системах та електромагнітних процесів у електричних машинах і інших

елементах електромашинних систем. У зазначеній постановці не

проводилося досліджень динаміки підіймальної системи і машинного

агрегата ротора бурових установок. Не у повному обсязі вивчено . » ' експлуатаційні та автірійні ре:хими вказаних елементів бурового

комплексу.

Не проводилося математичне моделювання підіймальної системи бурових установок, обладнаної імпульсно-хвильовим пристроєм для вивільнення прихопленої у свердловині колони труб. Не досліджені динамічні процеси, якими супроводжується робота даного пристрою.

До маловивчених явищ відноситься динамічні процеси = у машинному аїре гаті циркуляційної системи. Теоретично не обгрунтована загальна методологія аналізу коливань колони бурильних труб з урахуванням її взаємодії зі стінками свердловини та потоком промивальної рідини. Не розроблено достатньо ефективних методів і алгоритмів прискореного пошуку періодичних режимів машинних агрегатів з урахуванням взаємовпливу механічних і електромагнітних коливань.

Не обгрунтовано раціональних підходів до математичного моделювання динаміки несучих конструкцій бурових установок. В обмеженому обсязі досліджено коливанім бурових вишок і основ для встановлення бурового обладнання.

Виходячи із сучасного стану проблеми, сформульовано мсту і задачі дисертаційної роботи, результати розв’язування яких викладено у наступних розділах. .

У другому роздій на прикладі машинного аїре гага ротора бурових установок розробляється метод розрахунку динамічних процесів з урахуванням взаємовпливу коливань і хвильових явищ у механічній системі і електромагнітних процесів у привідних двигунах. Оскільки механічні передачі, що з’єднують двигуни з колоною бурильних труб, мають велику жорсткість, у пружному елементі, який розглядається як ланка з розподіленими параметрами (колоні), можуть виникати хвилі деформацій із крутим фронтом. Тому для чисельного інтегрування рівнянь з частковими похідними використано метод скінченних елементів, що дає можливість забезпечити необхідну точність апроксимації розв’язків за допомогою системи базисних функцій.

Побудовано узагальнену математичну модель поздовжніх і . крутильних коливань колони бурильних труб, що складається з п ділянок сталого поперечного перерізу. Рівняння руху колоші подано у вигляді (і = 1,2....п) : ' . ’

, // ^ 1 1 ді дг1 .

її 1 1 а зг2 . • ( )

де а,, <р, — поступальні і обертальні переміщення поперечних перерізів колони; /, — довжини ділянок стержня; £, = хі/1І — відносні поздовжні координати (аг( — абсолютні координати); а„ сі — швидкості поширення хвиль поздовжніх і крутильних деформацій; ц(, \\ — коефіцієнти, що характеризують розсіяння енергії в матеріалі згідно з гіпотезою Фойхта; Ьіг її, — коефіцієнти лінійного опору рухові колони

у свердловині; gl, g<pi — функпд, за допомогою яких враховуємо розподілене навантаження; / — час.

Значення gl і gф визначаються за формулами

де Д., р( — площа поперечного перерізу і густина матеріалу бурильних труб; г1( — зовнішній радіус поперечного перерізу труби; р — густина бурового розчину; / — коефіцієнт сухого тертя колони по стінці свердловини; р0, а0 — усереднені радіус кривизни свердловини, і кут

5 t _

нахилу ЇЇ осі до вертикалі; g — прискорення вільного падіння.

Крайові умови, яким повинні задовйьнятп розв’язки рівнянь (1), ’ для верхнього кінця колони записуємо з урахуванням пружно-інфційких і дисипативних шіастивостей зв’язаних з колоною частин бурової установки. Проміжні крайові умови використовуємо у формі рівнянь динамічної рівноваги межових перерізів, та рівнянь спряження сусідніх ділянок. Для нижнього кінця колони крайові умови подаємо у вигляді рівнянь руху обважненої частини колони з інструментом.

Осьову силу Р і момент корисного опору Т визначено з урахуванням геометричних харакієрігстк шарошкового долозз і пружної податливості системи долото-забій:

де сь — жорсткість механічної системи долото-забій; А — відстань між

Т = Г0 + £ - яптяєфДи),

я *г=іт

(2)

нижнім кінцем колони і забоєм при відсутності деформацій пружних

елементів системи; Т0 — постійна складова момсігга корисного опору; 5[, 52, є — коефіцієнта, які залежать від геометричних характеристик долота.

Залежності (2) зумовлюють взаємозв’язок поздовжніх і кру- ' тильних коливань колони. Якщо припустити, що швидкість обертання інструмента і осьове навантаження на долото сталі, то математична модель колони розпадається на дві незалежні, що описують поздовжні і крутильні коливання відповідно. '

З використанням, методу початкових параметрів побудовано алгоритми розрахунку вільних і вимушених гармонічних коливань ступінчастої колони труб. Як свідчать результати досліджень, власні частоти механічної системи утворюють досить щільний спектр. Із зростанням довжини колони значення частот істотно змінюються, що вказує на можливість виникнення резонансних явищ під час буріння свердловини. Пружне опирання нижнього кінця суттєво впливає на декілька нижчих частот та на амплітудні функції переміщень і внутрішніх сил. Резонансні явища в бурильній колоні суттєво проявляються як на нижчих, так і на достатньо високих власних частотах. Динамічне зусилля на верхньому кінці колони ’ може у декілька разів перевищувати амплітуду навантажень на долото. Значні навантаження передаються на талеву систему і бурову вишку.

Рушійним силовим фактором, що діє на механічну систему машинного агрегата і визначає характер нестаціонарних процесів, є електромагнітний момент двигуна. -Визначення його з достатньою точністю протягом усього перехідного режиму можливе лише на основі аналізу електромагнітних явищ в електричній машині. Тому розрахунок процесів пуску машинних агрегатів виконуємо шляхом сумісного інтегрування рівнянь електромагнітного стану двигуна, рівнянь руху привідного механізму та рівнянь руху колони бурильних труб.

Використані рівняння електромагнітного стану враховують насичення нагаітопроводу і записуються безпосередньо в нормальній формі Коші.

Для ілюстрації взаємовпливу електромагнітних і механічних коливальних • явищ розглянуто динамічні процеси в асинхронному івигуні в період пуску. Як показали результати розрахунків, привідні ївигунй, іцо широко використовуються в технологічних машинах, можуть проявляти значну віброактивність у зв’язку з інтенсивними коливаннями електромагнітного момента у початковий період пуску та в періоди комутацій.

Проведено аналіз нестаціонарних режимів роботи машинного агрегата ротора. У зв’язку з нелінійним характером зміни рушійних сил та сил корисного навантаження, нестабільністю параметрів і структури

* '

механічної системи, а також наявністю жорсткого зв’язку двигуна з ротором чисельне інтегрування рівнянь (1) виконується методом скінченних елементів. Особливості розв’язуванії? задачі ілюструються наприклад! крутильних коливань колони. .

Залежності ф(.(£(,ґ), що зддовільняють вказаним рівнянням, апроксимуємо з деякою похибкою виразами'

<рД$,,*)2Ф,в)т,(*) (і =1, 2, (3)

де Ф/(ь;) і *,(*) — одновимірні матриці,

ф.(^)=ыи<Ми->ФЛс,)); Т,.(?)-С0І(тл(Г); Тй(/), ....хл(ф, причому базисні функції Фу(4*) (' = Ь 2,к) задаємо у вигляді

Ф^ = 8ш(/-1)^, (/ = 2, 3,..., А'-і), Ф(4)

З урахуванням другого рівняння (1), співвідношень (3), (4) та відповідних крайових умов визначено матриці-стовпці зважених нев’язок для областей зміни шуканих функцій, а також нсв язки для меж сусідніх ділянок і кінців колони. Згідно з методом Бубнова-

Гальоркіна, вагові функції прийнято рівними базисним. Сформовано сукупність пк-п +1 звичайних диференціальних рівнянь, руху колони бурильних труб. Здійснено чисельну реалізацію математичної моделі.

Динамічні процеси, пов’язані з крутильними коливаннями колони, розглянуто на прикладі бурового станка УКБ-4П. Виконано розрахунки пускових режимів для випадків, коли нижній кінець колони вільний, загальмований сталим моментом корисного навантаження і прихоплений зв’язком, що руйнується, коли навантаження ш долото досягає певного значення. Виявлено авіоколи-

А>м

вальні явища квазірсзонансного характеру, зумовлені взаємодією електромагнітних і хвильових механічних процесів. Для їх ілюстрації на рис. 1' подано залежності максимальних крутких моментів, що виникають під час пуску машинного аїрегата у верхньому (1) та нижньому (2) крайніх перерізах колони, від довжини колони.

Третій розділ присвячено розробці методу аналізу перехідних процесів у машинному агрегаті з використанням скінченно-різницевої дискретизації рівнянь з частковими похідними, що описують рух ланок значної довжини. Метод ілюструється на прикладі підіймальної системи бурової установки Уралмаш 43-76.

Розрахункову схему механічної системи зображено на рис. 2, де •Лі— зведені до підіймального вала моменти інерції роторів двигунів; J\, Jг та J■i — зведені моменти інерції коробки передач,

редуктора і МО-мсігг інерції барабана лебідки;

— зведена маса вишки, визначена з урахуванням маси кронблока; т?, т} — маси хрю-хоблока з підвіс-шім обладнанням і обважненої нижньої, чя-стшпі бурильної колоші; т0 — ■

маса ротора, що обчислюється з урахуванням прилеглих елементів основи; J — момент інерції шківа талевого механізму. Вітки каната позначено числами 1, 2, к +2, причому к — кратність поліспаста; 7ц. У ги У и 72. Уз. Ч'и Ч1:, -> Ч>к+і,УиУ2 ~ координати руху твердих тіл системи; сп, с21 — . зведені жорсткості муфт

2ШПМ-500, що зв'язують ротори цангутв з палаті коробки передач; с, і с: — зведені жорсткості карданного вала, яким передасться обертання від коробки передач до редуктора, і оперативної муфти 2ШПМ-1070, за допомогою якої вмикається підіймальна система; сг ; с0 — жорсткості вишки і елементів основи, шо утримують ротор; у}і, у,,, V,, у7 , \'ь, V,, — коефіцієнти, які характеризують розсіяння, енергії у відповідних ланках. Для ділянок колони бурильних труб використано прийняті раніше позначення Параметрів поздовжніх координат і переміщень поперечних перерізів. __

Рівняння руху ланок із зосередженими параметрами складено за схемою рівнянь Лагралжа другого роду з урахуванням таких нелінійних факторів як несталість передавальних відношень шарнірів Гука, зміна довжин і, відповідно, жорсгкостсй віток талевого каната, залежність моменпа інерції барабана лебідки від довжини намотаної частини ханата.

Рівняння руху ділянок колони в поздовжньому напрямі записано у вигляді ■ .

2 В2и, .. ди, д2и, , , „ ч

“'V ......") <5)

Відповідно до наведеної розрахункової схеми складено крайові умовк інтегрування рівнянь (5). Початкові умови, яким повинні задовільняти розв’язки рівнянь руху, знайдено шляхом аналізу деформованого стану механічної системи, що перебуває у статичній рівновазі. Проаналізовано особливості визначення момента, що передасться оперативною ітіно-ішевматичкою муфтою _в умовах пробуксовування та прк його відсутності. -

Елсктромаліиїша система сучасного бурового комплексу складається здебільшого із кількох двигунів (синхронних та асинхронних), загальні шщш яких живляться за допомогою повітряної лінії електропередачі від трансформатора обмеженої потужності. Для зручності формування системи рівнянь електромагаітного стану електромашинної системи використано узагальнену математичну модель електричної машини (трансформатора або електродвигуна). Розглянуто особливості врахування взаємодії елементів системи, а також властивостей лінії електропередачі.

Скінченно-різницеву схему рівнянь (5) подано у вигляді

. щ{Хі, і + х)^сии,{х„і-х) + с2іиі{Хі-к, і) + с3іиі(Х„ г) +

+с«и,{хі+к, г) + с0,&, .(/ = 1,2....л), (6)

де А і т — значення кроків інтегрування за просторовою та часовою координатами відповідно; с0і, си, с4, — коефіцієнти апроксимації,

' _ I2 _Ь^-\

• “ + Сь' *Л + Г С2'" ¥(Ь,х + ір

_2{а,2т2+Л2) _ -с2(а/ - ^2/Л)

% й2(6,т + 1) й2(Ь,т+1) ^

Яь, #2, ~ ФУіпагії, що характеризують навантаження.

За формулою (6) виконується чисельне інтегрування рівнянь (5) з використанням значень невідомих функцій на двох попередніх шарах. Для виконання першого кроку інтегрування гллеіїність (6) перетворено з урахуванням початкових умов. Формули для обчислення переміщень крайніх перерізів ділянок отримано з урахуванням скінчсішо-різтшевих схем крайових умов та днекретязованих рівнянь руху калоші. , • .

Детальне відображення пруяаю-інершйішх властивостей елементів бурової установки на розрахунковій схемі і уточнене врахуванда динамічних характеристик привідних двигунів забезпечують достатню адекватність результатів . математичного моделювання реальним фізичним-процесам, що відкриває можливості вивчення екстремальних режимів роботи технологічного обладнання і споруд. Викладену методологію використовуємо при формуванні математичних моделей бурових установок різних типів з урахуванням особливостей конструкцій та експлуатаційній режимів.

Перехідні процеси, що виникають під час підніманіся колоші бурильних труб, досліджено на прикладах бурових установок УКБ-4П та Уралмаш 4Э-76. Розглянуто динамічні явища, що виникають при вмиканні фрикційного пристрою після розгону двіпуиа з приєднаними

до нього привідними механізмами та при пуску підіймальної системи а нерозривним кінематичним ланцюгом. Для найбільш характерних режимів роботи бурових установок визначено навантаження і коефіцієнти динамічності зусиль в слсмешгіх машинних агрегатів.

На рис. З ншзедено приклад розрахунку стопорного режиму тдіймальної системи бурової установки Уралмаш 4Э-76 з прихопленою на глибша 288,1 м бурильною колоною умовним діаметром 114 мм і товщиною стінки 10 мм. Кривими відображено часові залеаашеті кутових швидкостей ланок з моментами інгріш ^ ..(1) та J■i (2), усередненого зусилля в канаті і7^ (3), тшовгаїіх сил у Верхньому (при ЛГ[ =0) перерізі колони Л'( (4) і в козіструїадї вишки Рь (5). Максимальні навантаження на канат, колону і бурову вінику перевишую-гь їх допустимі значенім, що свідчить про необхідність врахуваіїня розглянутих екстремальних режимів під час проектування бурових установок з мсто» запобігання аварійним ситуаціям.

Рис. 3.

. ‘ , • • • .О

Для .перевірки точносп запропонованого методу розрахунку перехідних процесів проведено порівняльний аналіз теоретичних і

■ експериментальних досладзкень динаміки підіймальної системи бурової установки Уралмалі 4Э-76. Оскільки максимальні хоефіїгієнти динамічності зусиль в пружних ланках притаманні вищим дшідкостям піднімання колоіпі, розглянуто лускові режими, шо відбуваються на третій та четвертій передачах. Розрахунковим шляхом визначалися НЕЕаита.'кстшя в елементах установки при її айі і с спр: іятлз їеіших режимах пуску. Для тих самих режимів методом тензометрування визначено зусилля в нижніх перерізах ніг баштової вишки і в нерухомій г.іпгі талевого іошата ка діючій буровій установці.

Найбільші відхилення максимальних розрахугасогих навантажень від їх максимальних значень становлять: для талевого каната — 9,82%, для конструкції вшгосн — 14,4%. Б груп: до угати труднощі аналізу перехідішх процесів, точність розрахунків можна елзжатл достатньою. Одерлгані результати ігідтаердяуготь прлдггшісп. запропонованого методу розрахунку перехідних продесів для практичного використання.

Експлуатаційні решти бурових установок хярэктгризуюгься широким діапазоном технологічній иавангаахнь. Для демпфутааія вібрацій у. привідних системах таїся машин запропоновано конструкцію пружної ).{уфпі з ргіузЕьсвакого навантажувальною характеристикою (патент РФ №2011052). З метою змсишашг динамічних зусиль, що передаються елементами маїшпшях агрегатів на основу, розроблено пристрій для гасіння обертальних коливань (а. с. №1626019).

У чсяіь?рягпму роздій досліднуються динамічні процеси в механічній системі бурової установки, що виникають під час роботи імпульсно-хвильового пристрою для вивільнення прихопленої у свердловині колоші труб. Принцип дії пристрою полягає в прикладанні до верхнього кінця колони осьових імпульних навантажень за допомогою лілійного електродипуна. Поширення хвилі пружщи деформацій на глибину призвод;ш> до поступового ки-вільнсщія прихопленої ділянки колони. Даний технояогічшій процес

супроводжується інтснсикшми механічними коливаннями, що спричиняють виникнення значних динамічних зусиль в елементах системи.

Розрахункова модель бурової установки з пристроєм для вивільнення ' прихопленої колони труб зображена на рис. 4, де тк,та,тг — маси корпуса, якоря і реактора пристрою (значення тк знаходимо з урахуванням маси крюкоблока установки);

Сг\• Сг1

жорсткості пружин, що

утримують реактор в корпусі; саі, са2 - жорсткості упорів, які обмежують переміщення якоря відносно корпуса;

коефіцієнти лі-

ніиного опору відповідних ланок; інші позначення параметрів системи такі самі, як і в попередніх розділах роботи.

Відповідно до наведеної розрахункової схеми побудовано математичну модель динамічних процесів з урахуванням електромагнітних явищ у лінійному імпульсному двигуні,

. хвильових явищ в колоні бурильних

труб, можливого розкриття та вибирання зазорів у механічній системі. Рівняння руху ділянок колони використано у вигляді (1). Оскільки сила, що розвивається лінійним імпульсним двигуном, діє протягом малого проміжку часу (близько 0,02 с), у практичних розрахунках її полаємо як

Рис. 4.

Far = For0sin2CDf, якщо.юї^тг; = 0, якщо <nt>n.

Амплітудне значення сили ^ro і циклічна частота <0 визначаються і процесі чисельної реалізації повної математичної моделі, або іксперігментальним шляхом. .

Характер хвильових процесів, збурених імпульсними наванта-кеннями, зумовлює підвищені вимоги до точності інтегрування >івнянь з частковими похідними. У зв’язку з цим виконано скінченно-ілементну дискретизацію згаданих рівнянь методом зважених нев’язох, >працьованим у другому. розділі стосовно крутильних коливань :олони.

Особливості динамічних процесів розглянуто на прикладі буро-юї установки Уралмаш ЗД-76 з імпульсно-хвильовим пристроєм ЭЛПУ-140М та прихопленою колоною буршшпгх труб. Виявлено вильовий характер динамічних явищ, що впшгкають у бурильній :олоні. Зусилля в талевому канаті досягає значної величини як у гочатковіш період коливального процесу, так І внаслідок дії зворотної вилі деформацій. Отже, динамічні процеси визначають не лише фективність роботи пристрою, а й навантаженість елементів бурових становок. . ■

Досліджено вплив параметрів механічної системи, амплітуди авантаження, а також статичного натяту колони на динамічні явища в истемі. Показано, що з посиленням статичного натяту колони сумарні усилля в пружних ланках зростають, а інтенсивність хвильових роцссів зменшується. Глибина розташування • зони прихвату е айістотнішим з факторів, що визначають умови передачі енергії ружних деформацій, і мало впливає на змінні складові навантажень лементів установки та імпульсно-хвильового пристрою. Пружно-исипативні та інерційні властивості елементів підіймальної системи уттсво впливають на змінні складові зусиль у висотній споруді і

талевому канаті, особливо при натяпіутій бурильній калані, і майже не впливають на зусилля в бурильних трубах..

К.

За рахунок використання енергії зворотної хвилі деформацій можна підвищити ефективність роботи пристрою. На рис. 5 наведено приклад розрахунку динамічного процесу, що. виникає внаслідок передачі прихопленій колоні довжиною 500 м серії імпульсних навантажень, де 1 — зусилля, що розвивається лінійним імпульсним двигуном; 2, 3 — зусилля у поперечних перерізах колони з

координатами — 0 і = 1 відповідно; 4 — сила взаємодії корпуса пристрою з реактором; 5 — усереднене зусилля в металоконструкції бурової вишки. Для того, щоб у механічній системі наступив близький до резонансного режим, достатньо трьох імпульсних навантажень. При цьому динамічні складові зусиль у перерізі колони, розташованому безпосередньо біля зони прихоплення, зростають на 40% і більше.

Рис. 5.

-. Вивчено вплив жорсткості опорного вузла якоря на характер динамічних процесів. Показано, шо за рахунок оснащення пристрою системою стабілізації натягу колони можна суттєво зменшити

нераціональні витрата енергії ліішшого імпульсного двигуна на подолання сил статичного натягу колони. Цс дає змогу підвищити змінну складову зусилля в колоні безпосередньо біля зоїш пріношіешт вдвічі і більше. Стабілізація натягу колоші прискорює входження механічної системи в квазірезонансішй режим під ‘дією повторних імпульсних навантажень.

З метою перевірки результатів математичного моделювання і вивчення особливостей хвильовій процесів в колоні бурильних труб проведено експериментальні дослідження динамічних явищ, збурених пристроєм, в умовах полігону. Експериментальна установка включає підвішену в горизонтальному поло'кешіі бурильну колону довясннсю 276 м. Одзш із її кінців приєднання до яхерл ліішшого імпульсного двіпуна, а друпій — до закріпленого на фундаменті механізму для створення статзгшого натягу. Зусилля п катані при роботі пристрою вимірювалися методом тензомеїггрування.

Ехсперимсіпалько дсслздлгсно вплив ■ основні сі факторів на харахтер дингіш'гшіх процесів' і зусилля в бурильних трубах при проходженні прямої та зворотної хвиль деформацій. Визначено коефіцієнт, за допомогою- якого враховується розсіяння енергії в . хологгі згідно з штотезога Фойхта. Редцшя роботи пристрою, що були реалізовані в умовах полігону, відтворені шляхом математичного моделювання. Порівняльний аналіз теоретичних і експерзшеїгіальпих результатів свідчить про їх достатню збЬтсність. Відхилення значень зусиль, знайдених в процесі розрахунків, від їх експерішеїггальїшх значень не перевищують 753. Похибки обчислень пояснюються впливом тертя між елементами імпульсно-хвильового пристрою і податливості опорного вузла із вмонтованим пристроєм для створення статичного натягу колони. •

Оскільки імпульсно-хвильові пристрої використовують не лише при бурінні, а й при капітальному ремонті свердловин, у роботі

досліджено динамічні процеси, що виникають під час вивільнення колони насосно-компресорних труб. Результати розрахунків показали, що зусилля в халаті і щоглі підіймального агрегата, а також в колоні можуть перевищувати допустимі значення. Якщо труби мають малий діаметр, або виготовлені із сталі низької міцності, найелабшозо ланкою системи є колона. Із збільшенням діаметра та підвищенням міцності матеріалу труб найбільш слабким елементом стає щогла.

Експериментальна перевірка результатів математичного моделювання здійснювалась під час вивільнення колони насосно-компресорних труб діаметром 73 мм і довжиною 1812 м. Методом тензомструвашія визначили зусилля у верхньому кінііі колони, у ■■ нерухомій Біла каната, в несучих трубах щогли та у домкратах підіймального агрегата. Підтверджено основні закономірності перебігу динамічних явищ, виявлені розрахунковим шляхом. З’ясовано, що при великих статичних натягах колони сили тертя труб по стінці свердловиїш можуть перешкоджати проходженню хвиль пружних деформацій на глибину. Відхилення розрахункових значень параметрів динамічних процесів від експериментальних здебільшого не перевищує 10%. • - ' ’ .

На основі -результатів аналізу динамічних процесів побудовано номограми для визначення допустимого статичного зусилля на крюку у залежності від амплітуди імпульсного навантаження. З використанням зазначених графічних залежностей розроблено . методики вибору раціональних режимів експлуатації імпульсно-хвильового пристрою при бурішіі та при капітальному ремонті свердловин, що увійшли до нормативно-технічних документів.

Відмічені напрямки вдосконалення імпульсно-хвильового пристрою для вивільнення прихопленої колони труб реалізовані у

- .вигляді технічних рішень (авторські свідоцтва на винаходи № 1506073, № 1640358, № 1645453, № 1671839), що дають можливість значно

ЗО .

.зменшити непродуктивні витрати, пов’язані з усуненням аварій, і за рахунок цього підвищити, ефективність технологічних процесів у нафтогазовидобувній промисловості. .

П'ятий роздіі присвячено розробці методології розрахунку динамічних процесів у насосному агрегаті бурових установок, що < •

базується на сумісному- розгляді коливань механічної системи, електромагнітних явищ у двигуні та гідродинамічних процесів у потоці промивальної рідини.

Проаналізовано / взаємодію потоку промивальної рідини з бурильною колоною і стінками свердловини з урахуванням реологічних властивостей рідини і режиму її руху. На внутрішній поверхні труби круглого поперечного перерізу дотичне напруження визначається за допомогою відомих залежностей. Для визначення напружень на зовнішній поверхні груби і на стінці свердловини побудовано ітерашйні алгоритми знаходження розподілу швидкостей по поперечному перерізі потоку з урахуванням зміщення осі колони відносно осі свердловини. '

. Для опису гідродинамічних процесів колону зі свердловиною розбито на п ділянок, у межах хожної з яких геометричні параметри . поперечних перерізів свердловини і колони є сталими. Відповідно, весь потік рідини складається із 2 и ділянок.

У загальному випадку розподілену силу, шо протидіє потокові, подано у вигляді

% = Чщ +Чі +Й2 я&іЩ,

де — середнє значення швидкості у поперс'шому перерізі патоку; Яйці Я\і)> Ягц ~ коефіцієнти апроксимації; значення індекса Ї=1 . відповідає потоку всередині бурильної колонн, а значення і =2 — потоку в затрубному просторі; / = 1, 2, ..., п. ' ■ ,

Рівняння руху промивальної рідини записано як

с1- «5і 1*' ои- РИ- Э2-и. . .

---------= 0 (/= 1, 2; 7 = 1, 2, ..., и), (7)

і- а** * а. ь' а гг

де /, — довжина ділянки свердловини з колоною; — відносна поздовжня координата; с = щгі(К'/р^ — швидкість поширення звуку в рідині (А' і р — модуль об’ємного стиску і густина рідини); су, Ь(і — коефіцієнти, за допомогою яких враховується взаємодія потоку з колоною і стінками свердловини.

Кранову умову на вході в бурильну колону записано на основі балансу витрат рідини в пневмокомпенсаторі. Подача поршневого насоса визначається в процесі сумісного інтегрування рівнянь руху насосного агрегата та рівнянь електромагнітного стану привідного двигуна. Для місць переходу від однієї ділянки до іншої крайовими умовами враховуються рівність відповідних витрат та місцеві втрати тиску', а на виході із свердловини — рівність тиску нулю.

Інтегрування нелінійних рівнянь з частковими похідними (7) виконується методом скінченних елементів. З використанням, методу Бубнова-Гальоркіна визначено матриці-стовпці зважених нев’язок і побудовано сукупність диференціальних рівнянь, якими описуються гідродинамічні явища. Зазначені рівняння мають змінні коефіцієнти!

Розглянуто особливості аналізу поздовжніх коливань бурильної колони в потоці промивальної рідини. Рух ступінчастого. стержня традиційно описується з використанням супутніх, а рух рідини — з використанням нерухомих координат, що утруднює сумісний розгляд динамічних явищ. У зв’язку з цим у рівняннях руху промивальної рідини та у відповідних крайових умовах виконано перетворення нерухомих координат на супутні. Побудовано математичну модель, що дає можливість досліджувати достатньо складні динамічні процеси, котрі супроводжуються інтенсивною взаємодією бурильної колоїш і потоку промивальної рідини.

Практичне значення має всебічне вивчення стаціонарних коливальних процесів у машинних агрегатах, оскільки в усталених режимах використовується суттєва , частка ресурсу їх елементів. Труднощі розрахунку періодичних коливань у системах, що мають нелінійні характеристики, . вимагають спеціальних підходів до розв’язування задач. Типовим прикладом технічних систем циклічної дії є насосний агрегат бурових установок.

У роботі запропоновано .метод прискореного пошуку періодігшнх режимів електромеханічних систем машинних агрегатів, який грунтується на ітерашйному знаходженні таких початкових умов інтегрування рівнянь динамічного стану, котрі дають можливість увійти безпосередньо в усталсшпі режим. Математична модель процесу подається у вигляді задачі Коші і включає канонічні рівняння руху неконсервативної механічної системи та рівняння електромагнітного стану двигуна.

Умову періодичності процесу записано у вигляді

узагальнених імпульсів і струмів електричних кіл двигуна; т — період коливань, що входить до числа невідомих; Г — матриця, що

Для внзначсіпія початкових умов на кожній наступній ітерації за формулою (9) необхідно мати значення невідомих функцій на початку

/*’(7) = Х(т)-Х(0)-х = 0,

(3)

причому А'(т) — матрнш-стовпсць узагальнегаїх координат,

отримується із матриці-стовпця X(0) шляхом заміни першого елемента на т; ж — матриня-стовпець констант.

Із застосуванням методу Ньютона, отримано ітерацішгу формулу для розв'язування /5П'

та наприкінці періоду, а також квадратну матрицю похідних 8Хк(х)/8їк, яка визначається інтегруванням додаткової системи рівнянь.

Наводяться розрахункові приклади, які ілюструють динамічні процеси в машинному агрегаті циркуляційної системи та ефективність запропонованих методів аналізу.

У шостому розділі проводяться дослідження динамічних явиш у бурових вишках. Розглядаються вільні коливання висотних споруд, а також вимушені коливання,, збурені гармонічними навантаженнями, що діють на кронблок або на ротор.

Основну увагу приділено розробці раціональних розрахункових моделей бурових вишок. Реальні висотні споруди включають значну кількість стержневих елементів та їх вузлів, через що детальне врахування структури механічної системи складає великі трудноші. Тому металоконструкції щогол, башт та пілонів розглядаються як суцільні -тержні, пружно-інерційні параметри котрих змінюються за ступінчастим або неперервним законом. Податливість стержневої решітки враховано згідно з теорією балок С. Л. Тимошенка або шляхом еквівалентної заміни - дискретних стержневих зв’язків неперервним пружним шаром. Оскільки .металоконструкції бурових вишок не мають повної симетрії, їх поздовжні і поперечні коливання в загальному випадку взаємозв’язані. Якщо припустити, що споруда симетрична, деякі математичні моделі розпадаються на незалежні, що описуюкш. окремі види деформаційних коливань.

Для дослідження динаміки баштових бурових вишок, а також коливань щоглових А-лодібних вишок у головній площині, перпендикулярній до площини розташування осей щогол, розрахункову схему подано у вигляді вертикального стержня, пружно закріпленого на нерухомій основі (рис. 6). Ділянки споруди довжинами /1? /2. —» 4-і розмежовані опорними вузлами (відтяжками або скісними -підпорами)

1,2,..., я; що характеризуються жорсткоегями у вертикальному, горизонтальному та обертальному напрямках, а також взаємними квазіпружними коефіцієнтами. На межах ділянок з металоконструкцією вишки зв’язані елементи, шо розглядаються як тверді тіла масами тх,тг,...,т„ (жорстка платформа основи, площадки для обслуговування бурової установки, кропблок тощо), закріплені з ексцентриситетами відносно осі споруди. Пакет свічок бурильних труб розглядається як ступінчастий стержень, шарнірно зв’язаний із основою і прикріплений до металоконструкції вишки за допомогою пружного елемента жорсткістю с0. Для складання рівнянь руху вишки використано декартові координати хі, уі (і =1, 2, л), а для опису

поперечних коливань пакету свічок — поздовжні координати ZJ (і = 1, 2, ..., А:-і). Поздовжні переміщення поперечних перерізів і прогини вишки позначено як щ і (і = 1, 2, ..., л-1); прогини пакету свічок — як (і = 1, 2, ..., &-1).

Побудовано математичні моделі поздовжньо-поперечних коливань вишки на основі технічної теорії згину та з використанням теорії балок С. П. Тимошенка. У загальному випадку в межах окремої ділянки площа і осьовий момент інерції поперечного перерізу вишки А, та /(, коефіцієнт, за допомогою якого враховуються деформації зсуву к,, ■ усереднена густина матеріалу рі та вертикальна стискаюча сила Р1 апроксимуюгься неперервними функціями відносної поздовжньої координати с,. Поздовжні та поперечні коливання споруди зі змінними параметрами описано

£

■*(.4 щ,

п ■ л-1 Мп-І

*г. 4-І

Угі-\і "л-1

т 2 < >—*1^—

«2 '

1

V,

У У і, 'V,

У,

.6.

рівняннями з частковими похідними, що містять змінні косфіцієїгги (* = 1, 2....и-1): .

= дЬ}> = /п а 52и'

дЦ, ЕА, ’ <%, ,Рі ' дг2

(10)

д»’/ ... 1, 0. дср,-_ І, д/.

Э&, к,-СД-Р/' к,СД -Рл ЕІ, "

ац_ Ж 0 1 І^щр , д\ _ да_1оАд^

а§, К,сн-Р,й К,сн-Чф' ,Р" а’ • г?,"Рі4 »!

де Л',, (?,, А/, — поздовжня і поперечна сили та згинальний момент у поперечному перерізі стержня; ф; — кут повороту поперечного перерізу від дії згинального момента; Еіь Є — модулі пружності матеріалу.

Рівняння (10) інтегрується чисельним методом. Опрацьовано методику аналізу динамічних процесів у спорудах з кусково-сталими характеристиками, яка ірунтуєгься на використанні аналітичних розв’язілв рівнянь руху.

Побудовано алгоритм розрахунку вільних і вимушених коливань системи із застосуванням методу початкових параметрів. Досліджено вплив жорсткісних властивостей основи, ■ розтяжок і стержневої решітки, а також осьового навантаження, маси бурильних труб, встановлених на підсвічнику, а також несталості параметрів поперечного перерізу вишки на частоти і форми вільних коливань. Наводяться приклади розрахунку вимушених гармонічних коливань, збурених горизонтальними періодичними навантаженнями на ротор. Виявлено, що в процесі буріння свердловини можуть виникати резонансні коливання висотних споруд, яких можна уникнути за рахунок раціонального вибору режимів роботи машинних агрегатів і параметрів кріпильних вузлів.

Розроблено математичні моделі для дослідження коливань щоглової А-подібної вишки в площині осей основних несучих елементів, а також бурової вишки пілоиної конструкції. Щогли та пітони розглядаються як стержні, що мають кусково-сталі пружно-інерційні параметри, і зв’язані між собою дискретними пружними елементами. Стержнева решітка пілонної бурової вишки подається на розрахунковій моделі як пружний шар. Розглянуто особливості взаємодії колон з пакетами свічок колони бурильних труб.

Під час експлуатації бурових установок виникають не лише поздовжні та поперечні, а й крутильні коливання висотних споруд. їх спричиняють обертаючі динамічні навантаження, що передаються з боку ротора на основу під час поглиблення свердловини, а також скручуючі моменти сил інерції, що вшіикають в процесі поперечних коливань металоконструкції.

колони, яка утворює кут (3 з

віссю г. Кут повороту поперечного перерізу колоші навколо осі хр і

Тъ ссйР т

здовжньої осі; — поздовжня вісь окремої

, Рис. 7.

прогин колони позначаємо як і и1; крупний і згинальний моменти та поперечну силу — як 7^,Л/, (2 відповідно; сили зсуву стержневої решітки — як і7. Розглядаючи решітку як розосереджений пружний шар, описано рух конструкції за допомогою рівнянь з частковими похідними, що мають змінні коефіцієнти. Сформульовано крайові умови і побудовано алгоритм чисельної реалізації математичної моделі. На розрахункових прикладах аналізується вплив жорсткісних властивостей колон, стержневої решітки і відтяжок на власні частоти крутильних коливань споруди.

Для оцінки правомірності припущень, пов’язаних з контину-алізацією механічних систем бурових вишок, проведено порівняльний аналіз теоретичних результатів з експериментальними, отриманими за допомогою фізичного моделювання бурової вишки ВБ 53-300. Геометричні та пружноінерційні параметри експериментальної установки визначено з урахуванням критеріїв подібності, отриманих на основі теореми : озмірностей. Експериментально визначено дві нижчі власні частоти споруди, що відповідають різним значенням горизонтальної і кутової жорсткостей основи, а також податливості стержневої решітки на зсув. Порівняння теоретичних і експериментальних результатів показало, ща максимальна похибка обчислення першої частоти становить 4,8%, другої — 8,8%. Це свідчить про достатню точність запропонованих -методів динамічного розрахунку бурових вишок для інженерної практики.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

. 1. У дисертаційній роботі проведено теоретичні і експериментальні

дослідження, спрямовані на створення основ комплексного аналізу динамічних процесів у машинних агрегатах і несучих конструкціях бурових установок з використанням раціональних континуально-дискретних розрахункових моделей та з докладним урахуванням пружно-інерційних і дисипативних властивостей елементів машин і споруд, динамічних властивостей електроприводу і особливостей експлуатаційних режимів нафтопромислового обладнання.

2. Розроблено методи розрахунку нестаціонарних процесів в машинних агрегатах бурового комплексу, які грунтуються на сумісному інтегруванні звичайних диференціальних рівнянь та рівнянь з частковими похідними, що описують рух Механічної системи, і нелінійних диференціальних рівнянь електромагнітного стану двигунів та інших елементів електромашинної системи. Методи побудовано з використанням скінченноелементної або скінченнорізницевої дискретизації математичних моделей. Вони дають можливість суттєво підвищити точність визначення динамічних навантажень, виявляти автоколивальні явища квазірезонансного ■ характеру .і прогнозувати ресурс відповідальних деталей та вузлів.

3. Проведено досліджешія. перехідних режимів роботи машинного агрегата ротора бурових установок, які підтвердили наявність тісного взаємозв’язку електромагнітних і хвильових механічних коливальних явищ, що необхідно враховувати при виконанні розрахунків на міцність та довговічність бурового обладнання. Коливаїпія момента двигуна, зумовлені електромагнітними перехідними процесами, суттєво -впливають на віброактивність машинного агрегата. В режимі

електромагнітного резонансу навантаження на елементи агрегата можуть перевищувати номінальні значення у 10 — 15 разів і більше.

.4. Досліджено нсусталені режими роботи підіймальної системи бурових установок, які показали, що динамічні зусилля в елементах конструкцій значною мірою залежать від максимального значення і характеру зростання момента тертя в оперативному фрикційному пристрої. Більші коефіцієнти динамічності відповідають лапкам привідних механізмів, менші — талевому канатові, вишці і бурильній колоні. Забезпечення раціональних характеристик оперативного фрикційного пристрою дає можливість досягти зниження динамічних навантажень в елементах установки на 20 — 30%.

5. Здійснено математичне моделювання і досліджено усталені

режими роботи машинного агрегата ротора бурових установок. Показано, що в процесі поглиблення свердловини можуть виникати резонансні поздовжні і крутильні коливання колони бурильних труб, які супроводжуються інтенсивними вібраціями її верхнього кінця та передачею суттєвих динамічних навантажень на талевий канат. Розроблено узагальнені алгоритми визначення частот вільних коливань ступінчг.стої бурильної колони та проведено дослідження характеристик частотного спектру, що дає можливість усувати резонансні явища за рахунок раціонального вибору режиму буріння. •

6. Досліджено хвильові процеси в бурильній колоні і динамічну навантаженість підіймальної системи бурових установок при роботі імпульсно-хвильового пристрою для вивільнення прихопленої колони труб. З’ясовано, що для ефективної роботи пристрою доцільно поєднувати режими передачі хвиль деформацій по розслабленій та по розтягнутій колоні. Теоретично обірунтовано застосування системи стабілізації натягу колони і режимів роботи пристрою, при яких колоні передається серія, імпульсних навантажень. Завдяки цьому суттєво зростає корисна робота лінійного імпульсного двигуна, а також використовується енергія зворотних хвиль деформацій, що дає можливість збільшити динамічне зусилля в колоні безпосередньо біля

зогаї прихоплегаи у щонайменше вдвічі, підвищити ефективність роботи пристрою. '

1.. Розроблено методологію аналізу динамічних процесів у машинному агрегаті циркуляційної системи бурової установки з урахуванням взаємодії механічної системи насоса, привідного двигуна, пневмокомпенсатора і потоку промивальної рідини. Побудована нелінійна континуально-дискретна математична модель процесу може бути використана для проведення параметричного аналізу експлуатаційних режимів насосних агрегатів, що дає можливість підвищити якість промивання свердловим, збільшити ефективність роботи забійних двигунів, а також знизити віброактивність обладнання.

8. На основі узагальненої математичної моделі, побудованої з використанням канонічних, рівнянь руху механічної системи і рівнянь електромагнітного стану елементів електромашинної системи розроблено метод прискореного пошуку стаціонарних режимів машинних агрегатів, який гругаується на ітераційному знаходженні таких початкових умов, які дають можливість увійти безпосередньо в усталений режим, обминаючи перехідний. Проведено дослідження навантаженості елементів насосного агрегата в усталених режимах. Як показують результати розрахунків, визначення параметрів періодичного режиму досягається за 3 — 5 ітерацій.

9. Із застосуванням засобів континуалізації побудовано математичні моделі для дослідження поперечних, поздовжніх і крутильних коливань бурових вишок. Деформації зсуву складених мсталоконструкцій ураховано згідно з теорією балок С. П. Тимошенка та шляхом еквівалентної заміни стержневої решітки пружним шаром, що дає можливість підвищити точність аналізу динамічних процесів, зберігаючи його простоту. Виявлено суттєвий вплив податливості стержневої решітки на характеристики коливальних процесів, а також встановлено якісну відмінність характеристик частотного спектру

бурової вишки з пакетом свічок бурильних труб у порівнянні зі спорудою без пакету свічок.

10. Експериментальні дослідження, проведені в лабораторних і промислових умовах, підтверджують правомірність прийнятих допущень і достатню для практики точність запропонованих методів аналізу. Розроблені рекомендації щодо вибору раціональних режимів роботи привідних систем, визначення максимальних навантажень і прогнозування ресурсу елементів бурових установок, усунення резонансних явищ в бурильних колонах та висотних спорудах, складені методики і нормативні документи для вибору раціональних режимів роботи імпульсно-хвильових пристроїв, а також запропоновані технічні засоби зниження віброактивності привідних систем і пристрої для вивільнення прихоплених колон труб дають можливість збільшити надійність бурових установок, суттєво підвищити ефективність бурових робіт.-

11. Опрацьований підхід до аналізу динамічних процесів у машинних агрегатах- з урахуванням взаємовпливу механічних і електромагнітних коливальних явищ придатний не лише для аналізу режимів роботи бурових установок. Цей підхід може використовуватися у дослідженнях динаміки енергетичних, технологічних та інших машин як нелінійних континуально-дискретних систем, хцо мають ланки у вигляді одновиміршіх пружних тіл.

1. Харченко Е. В. Динамические процессы буровых установок. Львов: Свгг, 1991. 176 с.

2. Калинин С. Г., Харч&осо Е. В. Динамика несущих конструкций

буровых установох. Львов’: Виша школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1938. 144 с. '

3. Xaptewco Е. В. Динамика нагружения опорных и тяговых

элементов буровых установок при подъеме колонии бурильных труб// Вестник Львов, политехи, ин-та №156. Технология машиностроения и динамическая прочность машин. Львов: Вшца школа. Изд-co при Львов, ун-те, 1931. С. 101—103. .

4. Харченхо Е. В. Исследование дошамихи врашатсльноз! системы буровых устано2ок//Весткик Львов: политехи, ин-та №162. Технология машиностроения и динамическая прочность машин. Львов: Взпца школа. Изд-во при Льеов. ун-те, 1982. С. 150—152.

5. Харченко Е. В. Расчет нестационарных процессов в приводных

системах с карданными передачами/Деория машин металлург!гческого и горного оборудования. Межзуз. Сб. Вып. 10. Свердловск: УПИ, 1986. С. 91-96. '

6. Харча 1хо Е. В. Анализ стационарных режимов машинных агрегатов с учетом демпфирования механических колебаннн//Дина-мика и прочность тяжелых машин. Моделирование и эксперимент.

. Межвуз. темат. сб. научн. тр. Днепропетровск: ДГУ, 1987. С. 53—58.

7. Харченко Е. В. Расчет динамических процессов при ликвидации

прихватов в бурешш//Изз. вузов. Нефть и газ. 1987. №5. С. 19—24. .

8. Харченко Е. В. Анализ переходных процессов в приводной

системе ротора буровых установок/Деория машин металлургического и горного оборудования. Межвуз. сб. Вып. 11. Свердловск: УПИ, 1987. С. 44—49. .

• 9. Харченко Е. В. Моделирование движений подьемно-танспортеых устройств автоматизированных складов//Автоматизацтш производственных процессов в машиностроении и приборостроении. Республикан. межвед. научи.-техн. сб. Вып. 27. Львов: Виша школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1988. С. 79-83.

10. Харченко Е. В. Алгоритм автоматизированного расчета переходных и установившихся режимов машинных агрегатов//Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении. Республикан. межвед. науч.-техн. сб. Вып. 29. Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1990. С. 110—115.

11. Харченко Е. В. Уравнения продельно-поперечных колебаний составных высотных сооружений//Вестник Львов политехи, ин-та №240. Динамика, прочность и проектирование машин и приборов. Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1990. С. 114—118.

12. Харченко Е. В. Вибродиагностика башенных вышек буровых установо?.//IX Бутродшп ІесЬпікі \vibracyincj і \Yibioalcustyki. Кгакоъ’: АвН, 1990. 8. 233—236.

13: Харченко Е. В. Динамика подъемно-транспортных устройств автоматизированных складов//2л$гуіу паико'Л'е роїііескгикі Кгевго’л'зкіеі. №. 97/Мес1іапіка, г. 33. Ча&ъжж. РНг, 1992. 5. 119—123.

14. Харченко Е. В. Определение динамических нагрузок в эле-

ментах машин на основе решения краевых задач с подвижными границами// ХУІ вутрогдоп Ро&иііУ Копзітсіі Маягуп. \Уавгау/а: Р№, 1993. Б. 60-63. • ■

15. Харченко Е. В. Математическая модель нестационарных процессов із электромеханической системе насосного агрсгата/ДУ Овоіпорокка КопГсіепда Маїгуп ’УУІокіепшсгусЬ і Ог^о\уус1і. Віеізко-

Віа1а, .1993, 8. 27—31. .

16. Харченко Є. В. Розрахунок хвильових процесів у зануреній в свердловину ступінчатій колоні труб//Розвідка і розробка нафтових і

газових родовищ. Український міжвідом. наук.-техн. зб. Вип. 31. [аапо-Франківськ, 1994. С_ 8—13.

17. Харченко Є. Б. Математичне моделювання стопорних режимів їурових установок при автоматизованому проектуванні//Автоматизація шребничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні, /країпський міжвідом. наух.-тсхн. зб. Вип. 32'. Львів, 1995. С. 91—97.

18. Калини» С. Г., Кычма А. А., Харченко Е. В. Динамические троцессы в приводном механизме вращающейся печи при устано-швшемся режиме работы//Дннамика и прочность тяжелых машин. •1е:кзуз. темат. сб. научн. тр. Днепропетровск: ДГУ, 1985. С. 10—15.

19. Калинин С. Г., Кьнма А А, Харченко Е. В. О взаимодействии убчатых колес открытой переда'пі привода вращающжея печей// Тетали машин. Республіпсш. межвед. научн.-техн. сб. Вып. 44. К.: Техніка, 1987. С. 3—6.

20. Ка/штт С. Г., Харченко Е. 3. Исследование дшізмшси нарушения подъемного механизма буровых устаковок//Теория машин істаллургического и горного оборудования. Прокатные, буровые и ралепортные маїишш/Меїхвуа. сб. Вып. 6. Свердловск: УПИ, 1982. :. 7-12.

21. Павлище В. Т., Харченко Є. В., Квашг:хо О. І. Динаміка

ідіймальної системи автомобільного крапа з віброагшвшім вантажем /Праці Західного наукового цеіггру. Проектування, виробництво та ксплуатація автотранспортних засобів і поїздіз. Т. 2. Львів: НОП Мета”, 1995. С. 83—87. .

22. Харченко Е. В., Бохсснко М. В. Применение метода начальних араметров к анализу колебаний мноюопорных балок при кинс-аигческом возбуждешпг//Вестник Львов, политехи, ин-та №220. лнамнчсская прочность машин и приборов. Львов, 1988, С. 103—107.

23. Харченка Е. В., Гаршнев Ю. Г. Влияние нагрузочных харак-"ристик фрикционных муфт на усилия в элементах буровых уста-

новок//2с£гуІу паиксше роШеЬшкі Лге&гхпл’зкіеі. №. 79/МесЬашка, г. 27, сх. 1. Кге5го\у: РЕг, 1991. 8. 83—92.

24. Харченко Е. В., Гаршнев Ю. Т., Боженко М. В. Гармонические колсбакия миогоопорных балок Тимошенко при кинематическом возбухздснии//Вестник Львов, политехи, ин-та №259. Динамика, прочность и проектирование машин и приборов. Львов, 1991.

С. 101-105.

25. Харченко Є. В., Гудз С. Г. Визначення нижчих власних Частот

зшнно-зеувних коливань кузова автомобіля із застосуванням кон-тинуалізованих розрахункових моделсй/ДІраці Західного наукового центру. Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. Т. 3. Львів: НВП "Мета”, 1996. С.129—131. в

26. Харченко Е. В., Кычма А. А. Расчет нестационарных процессов электромеханических приводных систем//Изв. вузов. Машиностроение. 1986. №8. С. 62-67.

27. Уірченко Е. В., Лошак Д. В. Анализ свободных колебаний

механической система буровой установки при ликвидации прнхва-тов//Весшик Львов, политехи, нн-та №200. Динамическая прочность машин и приборов. Львов, 1986. С.; 116—118. ■

28. Харченко Є. В., Нойман К.-Х., Гертнер П., Гудз С. Г. Аналіз напружено-деформованого стану і деформативних коливань несучих конструкцій транспортних засобів//Матеріали II Міжнародного симпозіуму "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій". Львів: Слово і комерція, 1996. С. 411—414.

29. Харченко Е. В., Чабан В. И., Черник С. И. К исследованию динамики электромеханических систем, содержащих звенья с распределенными параметрами//Техішческая электродинамика. 1982. №1.

С. 66-71.

30. Чабан В. И., . Селетша Р. А., Харченко Е. В. К расчету динамической устойчивости электроэнергетического узла ншрузки//

Электрические сети и системы. Рсспубликаи. межведом. научн!-техн. сб. Вып. 20. К.: Вища школа. Головное изд-во, 1984. С. 61—65.

31. Чабан В. И., Харченко Е. В. Электромеханическая математи-

ческая модель буровых усгановок/ДІзв. вузов. Нефть и газ. 1934. №5.

С. 16-22. , .

32. Чабан В. И., Харченко Е. В. К расчету виброакшвности

элементов конструкции асинхронных двигателе!!//Электричество. 1984. №8. С. 52-54. , ' '

33. Чабан В. И., Харченко Е. В. Матемапгческая модель крутильных

колебаний турбоатрегатов/Дехническая электродинамика. 1990. №4. С. 71—75. . •

34. Чабан В. И, Харченко Е. В., Козубам В. М. Алгоритм расчета виброактивности ротора асинхронного двигателя//Электричество. 1990. №1. С. 71-75.

35. Charczenko Е. W. Analiza proceso-.v dynamicznych w ukladach

napedowych na bazie modeii nieliniowych ciag!o-dyskretnych//Zeszyty naukowe pclitechniki Rzeszowsldej. Nr. 59. Mechanika, z. 18. Rzeszow, 1989. S. 267-270. ‘

36. Kharchenko Ye., Der.dyuk T. Analysis of vibrcacoustics activity of :lectro-mechanical drive systems//Ogolnopolska konferencja naukowo-iydaktychna "Teona maszyn і mechanizmcvv". Bialystok-Bialowieza. 1996.

S. 133-138.

37. Kharchenko Ye., Kvashenko O., Noiman K.-H. Calculation of lynamic processes of lifting-transfer equipments with carrier elements of shareable lengtli//27-th International symposium on industrial robots. Vlilan. 1996.

38. Tdiaban V., Kharchenko Ye., Kovivchak Y., Labiak N. Mathematical noddling of rotary oscillations of turbogenerators//Proceedings Intern. *iMSE conference "Applied modelling & simulation". Lviv (Ukraine): AMSE ’ress, 1993. P. 249—256.

Харчешо Е. В. Динамические процессы в машинных агрегатах и несущих конструкциях буровых установок. • ,

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.09 — Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры. Государственный университет "Львовская политехника", Львов, 1997. .

Защищается рукопись диссертации, в которой разработанны методы анализа динамических процессов в буровых установках с учетом взаимосвязи механических колебаний оборудования, высотных металлоконструкций и колонны бурильных труб, электромагнитных колебаний в приводных двигателях, гидродинамических явлений в потоке промывочной жидкости. Рассмотрены режимы работы буровых установок при спускоподьемных операциях, углублении и промывке скважины, освобождении прихваченной бурильной колонны. Обоснованы практические рекомендации по расчету, конструированию и эксплуатации элементов бурового комплекса.

. Ye. V. Kharchenko. Dynamic processes in machine assemblies and framework of drilling rigs.

Doctor of Technical Sciences thesis in specialty 05.02.09 — Dynamics and strength of machines, devices and equipment. Lviv State Polytechnical University, Lviv, 1997. • . '

' The manuscript of dissertation is defended. The methods of the analysis of dynamic processes in drilling rigs have been developed taking into consideration interconnection between mechanical vibrations of the equipment, • high metal structures and drilling tubes’ colounm, electromagnetic vibration in drive motors, and hydrodynamic phenomena in flushing fluid stream. Operation modes of drilling rigs have been considered in down-and-up operations, deepening and flushing of the drill hole, and releasing of the. fixed drill colomn. Practical recommendations to calculatc, dcsing and exploatation of the drilling set’s elements have been substanciated.

KjvcHoei слова: динамка, нелшншегь, машинний агрегат, щяпадна система, машиноборпвельна споруда, бурова установка, елехгроме-хашчш кодивання;-- чисельш метода анал1зу.