автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.07, диссертация на тему:Исследование трехпоршневых буровых насосов и усовершенствование конструкций клапанных групп



1вапсМГ>ранк1вський державний техтчний ушверситет нафтн ï газу

На правах рукопнсу

JIIBAK IBAH ДМИТРОВИЧ

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТРИПОРШНЕВИХ БУРОБИХ HACOCIB ТА ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦИЙ КЛАПАННИХ ГРУП

Спсщадынсть: 05.15.07 - мааагаи та агрегата нафговоТ i газовсн промисловосп

Автореферат диеертаци на здобутгя наукового ступени кандидата техшчних наук

1вано-Франмвськ-1996

Дисертац1ею е рукопис.

Робота виконана в 1вано-Франк1вському державному техн1чному ун!верситет! нафти 1 газу (1ФДТУНГ) 1 в ЩЦважмаш Уралмашзавода

Науковий кер1вник:

кандидат техн1чних наук Горонович Лев Миколайович

Науковий консультант:

кандидат техн!чних наук, доцент Малько Богдан Дмитрович Оф1ц1йн1 опоненти:

1. Доктор техн1чних наук, професор Вольченко Олександр 1ванович

2. Кандидат техн1чних наук Мойсеенко Валер1й Михайлович

Пров!дна орган!зац1я:

Надв1рнянське управЛ1ння бурових роб1т АТ "Укрнафта" (м. Надв1рна, Iвано-Франк1вськоI обл.)

Захист в1дбудеться " 6 " грудня 1996 р., о 10 год. на зас1данн1 спец1ал1зовано! вчено1 Ради Д.09.02.01 в 1вано-Франк1вськовд державному техн1чному ун1верситет! нафти 1 газу за адресою: 284018, Укра1на, м. 1вано-Франк1вськ, вул. Карпатська, 15.

3 дисертаЩею можна ознайомитися в науково-техн1чн!й б!бл!отец1 ун1верситету (284018, м. Iвано-Франк1вськ, вул. Карпатська, 15)

Автореферат розЮланий " 31 " жовтня 1996 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! вчено! Ради кандидат техн!чних наук, доцент

Шлапак Л.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АктуальнЮть 1 ступ!нь досл!дженост! тематики дисертапП.

Розвиток нафтово! 1 газово! промисдовост! поставило нов1 задач! по вдосконаленню машин та обладнання нафтових 1 газових прошел 1в. В останн! роки в практику бур1ння глибоких розв1дувальних свердловин впроваджуються трипоршнев1 насоси односторонньо1 д11. Трипоршнев! буров1 насоси в!дносяться до числа швидкох1дних ви-соконап1рних г!дравл!чних машин з частотою ход!в поршня, що б1ль-ше н1ж в два рази перевшцуе частоту ход!в р1вних 1м за потужн!-стю двопоршневих насос1в. 3 одн1е1 сторони це дозволило значно зменшити масу 1 габарити насоса, з 1ншо! - поПршило умови робота клапанних труп - найб1лыд в 1дпов1 дальних вузл!в пдравлшно1 ча-стини.

Незважаючи на наявн1 теоретичн1 1 експериментальн! досл!д-ження самод1ючих клапан1в, в даний час немае достатньо1 !нфор-мацП про умови 1х роботи, характеристики перех!дних процес1в, не достатньо вивчен1 фактори, що впливають на траекторш руху, за-Шзнювання посадки 1 в1дкриття. Також не вир!шена проблема безударно! посадки клапана. Тому досл!дження роботи клапан!в трипорш-невих бурових насос!в односторонньо1 д11 представляв науковий ! практичний 1нтерес.

Мета роботи полягае в комплексному досл!дженн1 бурових три-поршневих насос1в та вдосконаленн! конструкц!й клапанних груп.

Основн! завдання наукового досл!дження.

1. Проведения к!нематичного та динам!чного анал!зу трипорш-невих бурових насос!в.

2. Складання ! р!шення р1вняння руху клапана без врахування 1 з врахуванням пружност! р!дини, визначення характеру руху кла-

пана, кут!в зап1знення в!дкриття 1 посадки.

3. Виконання експериментальних досл1джень трипоршневих насос1в 1 1х клапанних груп в лабораторних, стендових 1 промисло-вих умовах.

4. Досл1дження сп!лъно1 роботи трипортневого бурового насоса 1 компенсатора.

5. Розробка вдосконалено1 конструкцН клапана з демпферного камерою.

Теоретична 1 практична ц!нн1сть. Отримано формули для эна-ходження максимально! висоти п!дйому, висоти зависания клапана 1 кута зсуву максимально! висоти в1пносно середини ходу поршня. Розроблено методики для визначення г1дравл1чних характеристик клапана - г1дродинам1чно1 сили, коеф1ц1ента витрати, зведеного коеф!ц1©нта стиекання р1дини та зведено1 до клапана маси р1дини. Практична ц!нн1сть полягае в роэробц1 ефективних конструкц1й клапан^ з демпферного камерою для безударно! посадки. Створена установка для комплексних досл1джень клапан!в. Проведено р1зноплано-в1 експериментальн! досл1дження, результата яких можуть широко використовуватись при проектуванн1 1 розрахунку трипоршневих бу-рових насос1в 1 1х клапанних груп.

Наукова новизна. На основ! анал1зу техн!чних характеристик сучасних бурових трипоршневих насос2в показано, що зб!лыиення ча-стоти ход!в поршня дозволяе зменшити масу насоса 1 енергоспожи-вання. Записан! ! розв'язан! р1вняння руху кривошипного вала длг двопоршневого ! трипоршневого насос1в з врахуванням зведено! мам р1дини. Коеф1ц!ент нер1вном!рност1 руху трипоршневих насос!в ш перевищуе 8 < 0,04, що дозволяе в розрахунках приймати кутов; швидк!сть його кривошипного вала пост!йною. Запиеан1 1 розв'язан р!вняння руху клапана без врахування та з врахуванням пружност

р1дини. Виведено формули для визначення максимально! висоти п!д-йому клапана, висоти зависания, кут1в зашзнення п!дйому 1 посадки з врахуванням зм1нно! швидкост! р!дини в щ!лин1. Виявлено, що пружн1сть р!дини впливае на початкову стад1ю руху клапана 1 кут эап1знення п1дйому. Зведений коеф1ц1ент стискання для бурового розчину значно б1льший н!ж для води, що необх1дно враховувати при розрахунках клапан1в. Встановлено, що нестатичн! сили, як! д!ють на клапан, сп1вроэм!рн1 э величиною етатичних сил - ваги рухомих частин клапана 1 сили в1д тиску пружини. Визначен! умови безударно! посадки клапана з демпферною камерою.

Р!вень реал!зац1! 1 впровадження наукових розробок. Клапан з демпферною камерою впроваджений на п1дприемств! закритого типу (п/с Р-6449). Результата теоретичних ! експериментальних.досл!д-жень використовувались в НД1важмаш1 Уралмашзавода при модерн!за-ц11 клапанних вузл1в трипоршневих бурових насос1в. Установка для комплексних досл1джень клапаШв використовуеться в учбовому про-цес! ун!верситету для проведения лабораторних роб1т з студентами.

Апробац!я та публ!кац1! результат!в наукових досл!джень. Найб1лып суттев1 результата допов1дались 1 обговорювались на Все-союзн!й науково-техн!чн!й конференцП на Уралмашзавод1 "Вопрось проектирования, эксплуатации бурового оборудования и повышени? его надежности" (Свердловськ, 1981); на Всесоюзному сем1нар! "Новые достижения в гидравлике промывочных растворов и тампонажныз систем" (Москва,1982); на трет1й Всесоюзн1й конференцП по дина-м!Щ м1цност1 ! над!йност! нафтопромиелового обладнання (Баку 1983); на науково-техн1чн!й конференцП професорсько-викладацько-го складу 1вано-Франк1вського державного техн1чного ун1верситет; (1вано-Франк1вськ, 1996); на наукових сем1нарах кафедри нафтовог< обладнання 1вано-Франк1вського державного техн!чного ун!верситет;

-б-

нафти 1 газу (Гвано-Франк1вськ, 1986 - 1996 рр.). За результатами досл1джень, як1 викладен1 в дисертацП, опубл!ковано 15 роб1т, з них 4 авторських св1доцтва.

Структура та обсяг дисертац1йно1 роботи. Дисертац!йна робота складаеться 1з вступу, п'яти роздШв, висновк1в, б1бл!ограф1чно-го списку лиератури з 91 найменування та додатк1в. Викладена на 224 стор1нках машинописного тексту, включаючи 65 рисунк!в, 11 таблиць.

Особистий внесок дисертанта у розробку наукових результата. Основн! положения та результата дисертац!йно! роботи отриман1 автором самост!йно. Зокрема проведено статистичний анал!э конструктивно -к 1нематичних параметра трипоршневих насос!в методом найменших квадрат1в 1 отримано апроксимуюч1 вирази для опису за-лежностей м1ж ними Ш. Отримано залежнЮть кутово! швидкост1 кривошипа в1д його кута повороту [3]. Складен! диференц!йн1 р!в-няння руху клапана без врахування 1 з врахуванням пружност1 р!ди-ни 1 отримано формули для визначення максимально! висоти п1дйому, висоти зависания, клапана 1 зсуву максимально! висоти в!дносно середини ходу поршня [2,10-13,15]. Проведено досл1дження перех!д-них продес1в в цил1ндр1 [5]. Розроблена принципова схема та виго-товлена установка для досл1дження клапан1в [14]. Проведен1 експе-рименти в лабораторних та промислових умовах 1 оброблен1 1х результата [4,13]. Створен1 нов1 конструкцП клапан1в [6-9]. Досто-в!рн1сть отриманих результат1в забезпечуетьоя використанням ви-пробованих методик досл!джень, з дотриманням стандарт!в, над1йн1-стю отриманих результат^ 1 1х несуперечлив1стю в1домим даним.

Характеристика методолог!I, метод!в досл!джень 1 об'ект!в. Комплекс метод1в досл!джень включав теоретичн1 досл1дження, ана-л!з отриманих результат!в та експериментальн! доел!дження.

-7-

ОСНОВНИЙ 8MICT РОБОТИ

У вступ! обгрунтовано актуальн1сть роботи.

В першому розд!л1 даеться коротка 1сторична дов!дка розвитку конетрукц1й бурових насос1в. Впровадження г1дромон1торного бур1н-ня в к1нц1 40-х рок1в дало поштовх зростанню потужност1 бурових насос1в до 1000 кВт. До недавнього часу св!това практика вироб-ництва 1 експлуатацП бурових насос1в ор1ентувалася на насоси го-ризонтальн1 двопоршнев1 двосторонньо1 д11. Насоси такого типу до-сягли потужност! 1300 кВт. Проте виеока питома металом1стк!сть 1 пор1вняно велик! габарити цих насос!в стали негативно позначатися на техн1ко-експлуатад!йних показниках бурових роб!т. В зв'язку з цим виникли вимоги зменшення ваги насос!в для скорочення вартост1 перевезень, монтажу, демонтажу 1 експлуатацП.

В 50-х роках робилися спроби створення трипоршневих насос!в двосторонньо! д11, здатних генерувати приблизно в два рази менш! ампл1туди коливання подач1 1 тиску, н!ж двопоршнев1 насоси.

В 1967 роц1 появляеться перша 1нформац1я техн1ко-економ1чно-го характеру, яка п!дбивае п!дсумки промислових випробувань три-поршневого насоса односторонньо! д11 PZ-9, а в 1967 - 1970 роках починаеться 1нтенеивне впровадження трипоршневих насос1в в практику бур1ння США, ФРН, Япон!!, СРСР на установках як наземного так ! морського виконання.

Великий вклад в теор1ю 1 практику насособудування внесли прац! Бабаева С. Г., ВерзШна O.I., Дан!еляна A.A., Ееьмана 1.Г., 1батулова К.А., 1льського О.Л., 1тк!саМ.Я., Карапетяна Г.Б., Касьянова В.М., Коломацького В.Н., Концура 1.Ф. Куколевського I.I., Л!тв!нова В.М., Мкртичана Я.С., Н1кол1ча A.C., Рощупк1на B.I., Чарного I.A. ! багатьох !нших.

Дуже суттевими являються публ!кац!1 сп!вроб1тник1в НД1важма-

шу Уралмашзавода, ВЩЦнафтомашу, завод!в "Баррикады", "Красный молот" та 1нших п!дприемств, забезпечуючих промислов!сть сучасни-ми потужними установками.

На Укра!н! передбачаетьоя розробка 1 виробництво бурово1 техн!ки, в тому числ1 1 бурових поршневих насое1в на власних ма-шинобуд!вних п!дприемствах.

Уеп1шне створення 1 впровадження бурових трипоршневих насо-с!в у в!тчизняну нафтову 1 газову промислов1сть у великШ м1р! залежить в1д вир!шення проблем, пов'язаних в розробкою, досл1д-женням 1 п!двищенням довгов1чноет! клапанно1 групи - найважлив!-шо! ланки Пдравл1чно! частини насоса.

На вс!х етапах розробки 1 створення бурових насос!в пара-лельно велись експериментальн1 1 теоретичн! роботи по досл!дженню клапан1в. Клапани поршневих насос1в служать для одностороннього пропуску р!дини шляхом поперем1нного роз'еднування порожнини ци-л!ндра з вх!дним 1 вих1дним колекторами.

В бурових насосах використовують так зван1 самод!юч! тар1ль-чат! клапани з пружинним навантаженням. Яезважаючи на чисельн!сть конструктивного виконання, теор1я руху самод!ючого клапана по су-т! сво!й залишаеться прийнятною для б1льшоет! 1снуючих конструк-ц1й. Тут важливим являеться експериментальне визначення тих чи 1нших коеф1ц1ент1в, враховуючих особливост! кожно1 конкретно! конструкд!I.

Достатньо повний огляд 1 критичний анал!з першоджерел по тер!! руху клапана, статичним 1 динам!чним досл!дженням, присвя-чених, головним чином, пошуку критерИв безударно! посадки, можна зустр!ти в роботах В.1. Зайцева, е.В. В!ноградова, В.А. Крес!на, С.М. Нехая, В.М. С!н1цького та !нших досл!дник1в. Приведен! в цих роботах результата часто в!др!зняються м!ж собою ! дають р!зн!

числов1 значения. Роб1т по експершентальному доел1дженню кла-пан!в трипоршневих насосав одноеторонньо! дП i рекомендация по покращенню 1х характеристик в техн!чн!й л!тератур! недостатньо.

У в!дпов!дност! до проведеного анал!зу в першому роздШ обгрунтована мета роботи i постановка задач досл1джень.

В другому роздШ зд!йснено доел!дження енергетичних i к!не-матичних параметрiв бурових трипоршневих насос!в. Для цього вико-нано анал!з техн!чних характеристик трипоршневих насос!в ведучих ф!рм св!ту. Показана тенденЩя до зб!лыдення частота оберт1в кривошипа, ш,о призводить до зменшення маси i споживання енерг11 (рис.-l). Btím, вб!лыпення частота оберт!в кривошипа I ход!в поршня впливае на динам!ку насоса i ускладнюе роботу клапан!в.

ПшА^хб"1 210

ш

1?0

150

130

110

300 500 700 900 Í1QQ 1300 Ш

N,kBT

Рис. 1. Графiк залежноет! максимально! частота ход!в поршня в1д потужност1 насоса

Для досл!дження динам!ки бурового насоса записано р1вняння руху кривошипа л

¿ ¿o

ги=Щ 7-0,036-N rw< 162

д é « • • I в

• 0 •

a

Зпр ,Ор - зведен1 до валу моменти !нерц!1 приводу 1 маси р!дини у вих!дн!й л!н!!; МЗ.Ма- зведен! моменти двигуна 1 сил опору; (л) , (5 - поточн! значения кутово! швидкост! 1 прискорення вала (л)о - початкове значения кутово! швидкост! вала. Зведений момент !нерц!1 приводу являетьея пост!йною величиною.

Зведена маса р1дини визначаеться залежн!стю

-у^-(Ат«+д А^б'ш Ы)2; к =2,3.

де £ площа внутр1шнього поперечного перер!зу вих1дно! л!н1I. Зведений момент двигуна р!вний

Мз=Ма! -ипр,

де Ма; - поточний момент двигуна; Цп'р - передаточне число в1д двигуна до кривошипного вала насоса Зведений момент сил опору:

Мо = Р(Ат-1п-1-лА!$'тк4

Тут /4тт , Ащак - функцП, як! визначають подачу насоса

0.тт =Агл«и*(л)= Атлх—Дтт,

[ - номер д!лянки подач!. Розв'язок р!вняння (1) для дизельного приводу мае вигляд

(2

Р1вняння (2) показуе залежн!сть кутово! швидкост1 кривоши па (л) в!д його кута повороту^ .

Як бачимо, на нер!вном!рн1сть руху кривошипного вала насоса кр1м тиску, суттево впливае маса р!дини. Загальноприйнято оц!ню вати коливання швидкост! коеф!ц!ентом нер!вном!рност! руху &

За результатами розрахунк!в побудован! граф!ки ЗМ1НИ 5в!д довжи-ни в_их!дно! л!н!1 (рис. 2).

8 о ,is 0,16 0,44 0,12 0,10 0,08 0,06 D,Dij 0,02

0 ¿ООО 2000 300Q £р,М

Гие. 2. Залежн!сть коеф!ц1ента нер!вном!рност! руху кривошипного вала насоса в1д довжини вих!дно! лШГ.

1 - двопоршнев! насоси двоеторонньоI д1I;

2 - трипоршнев! насоси односторонньо! дП

Анал!зуючи отриман! результати можно еробити висновок. що двопоршнев! буров! насоси двоеторонньо! дП значно перевищують по нер!вном 1рност! руху вала трипоршнев! насоси односторонньо! д11.

Отже, при розрахунку трипоршневих насос!в можно приймати (л) --= const. Для двопоршневих нас-ос!в так] припущення можуть дати суттеву похибку в нлнцевих результатах.

В третьому розд!л! виконан! теоретичн! досл1дження руху клапан is. Розрахункова схема клапана ! насоса показана на рис. 3.

3 умови нерозривност! потоку без врахування пружност! р!дини отримано р!вняння руху клапана

± Д- + UfLHh Since C0Scc)t сз)

де dot

f/ = iBSinA/* TKiFc _ Z v^tit. . IW l(Di+J)')Sf> T'

i

2

рс - навантаження, що складаеться з ваги рухомих чаетин клапана 1 сшш початкового Шдтиску пружини; К^_ коеф!ц!ент впливу неста-тичних сил р!вний в!дношенню суми вс!х зовншних сил до суми ста-тичних сил и __ Р

ЕЕ

тутЕЕь- я + Р(Ь); Р(Ь)= К Ь ; К =Кп + Кг ;Кп- коеф1щент

жорсткост! пружини; Кг - коеф1ц!ент г!дродинам1чно! жорсткост1; Ь- К/Рс •

4

:н-5- - _

-|Г[-1

Рис. 3. Розрахункова схема клапана

Р1вняння (3) - диференд1йне, нелШйне, з нероэд!льними зм1нними. Йога р1шення отримано за допомогою ЕОМ. При тар1л-ка беэ1нерц!йна, рухаеться в р!дин1 п!д д!ею перепаду таску без зовнИпнього опору, динам 1чн1 еили 1 зведена маса р1дини р1вн1 ну, К

лю. Використовуючи для максимальноI висоти Пм умову -т— =0,

/ и ^

знайдено кути ос м , як1 в]дп0в1дають Лм вх!дного клапана 1 вих1дного клапана

, (и

Отже, 1з зб1льшенням ЬмЗб1льшуеться змИцення положения максимально! висоти клапана в1д середини ходу поршня.

Отримано формули для визначення максимальноI висоти

)2 |/Л

(6)

1 виеоти зависания клапана

л2|/2 2

У формулах (6), (7)Я>л=£3,51>К2-1 ; Кл- % #

Для досл1дження руху клапана необх!дно враховувати д1ю пото ку р1дини. Ця д1я проявляемся г1дродинам1чною силою значенн:

яко1 дор1внюе »1 ч

С-Ж -А__Рк^Ро С{д в) (&)

3 метою визначення загального закону руху клапана виконана л!неар1зад1я р!вняння (3) шляхом л!н1йно1 апроксимацП функц11

Отримане л!н!йне р1вняння мае розв'язок

Аг*Ы'^ ^ (10)

Для досл!дження впливу пружност! р!дини на закон руху клапана записан! р!вняння для пружно1 модел!

Оя-ОгОс-О^Кс-Р* ;

Тут 0 ц - подача насоса; Цу - подача р!дини, яка визначаеться ходом клапана; С^ , витрати р!дини в!дпов!дно вих!дного !

вх!дного клапана; Кс - коеф!ц!ент стискання р1дини; Р1 - тиск в дил!ндр1; П?1 - маса клапана 1 зведена маса р!дини; - площа клапана; Кц - жорстк1сть пружини клапана; Ку - коеф!ц!ент опору рухов1 клапана в р1дин!;Рс - сила попереднього п1дтиску пружини.

Систему (11) зводимо до одного р1вняння

аЛ + сцй + а^+сцЬ«^).

Це л!н1йне диференЩйне р1вняння третього порядку. Для визначення ступен1 впливу характеристик р!дини на рух клапана вико-нано анал1з характеристичного р1вняння

а00 а10 Р2+ аго Р + а3й = о . С13)

Тут

Знайдено область Юнування д!йсного кореняР*., а також облает! значень коеф!ц1ент!в С1ю.й^0 »Аза • Показано, що коеф1ц!енти йю . дек!лька порядк1в б!льш1 в1д 0.оа Естаяов-

лено, що етиекання р1дини суттево впливае на початковий стан руху клапана.

Загальний розв'язок р!вняння (12) мае вигляд

+ + (14)

А^созаН + Вг 5)п 2 и)к.

Для гадьмування клапана при посадц! на с!дло 1 усунення уда-р!в запропонован! схеми клапан!в з демпферного камерою А, (рис. 41. зэхмщен! авторськими ев1доцтвами NN 541044,687253,709332,709838.

Рис. 4. Клапан насоса з демпферною камерою

Користуючись умовою нерозривност! потоку 1 р!внянням сил, як! д!ють на клапан, отримано загальне р1вняння його руху при по-садц. тБ, ,

360 #=-<цт. т

Розв'язок цього р1вняння мае вигляд

де Уо - швидк!сть клапана на вход1 в демпферну камеру;/3 - коеф1-ц1ент, який враховуе конструктивн1 розм1ри клапана 1 сили, що д1ють на нього.

Зупинка клапана можлива, якщо прискорення (15) мае в!д'емне значения, тобто . о

к- аЛ/ < 0.

Зв1дси знаходимо значения шющ1 щ!лини

I < Р'-У •

Якщо прийняти л1н!йний закон зм!ни швидкост1 то площа щ!лини також зм!нюеться за л!н1йним законом

(17)

i (I) -1 ** - :Ь)т/(£ - Р '(Уо -ею

(18)

На рис. 5 показан! граф!км зм!ни швидкост! клапана: а) при J^ = const; б) приДля повно! зупинки клапана не-обх!дно повн!стю закрити дросельну шДлину.

В четвертому розд!л! обгрунтована необх!дн!сть застосування пневмокомпенсатора у вих!дн!й л1нИ трипоршневого насоса. Як по-казують досл1дження, нер!вном!рн!сть подач!, викликана к!нематич-ною схемою трипоршневих насос!в, за рахунок в!дставання при по-садц! ! п!дйом! клапан!в, додатково зростае. Це посжоеться зво-ротн!ми перетоками р!дини з вих1дно! л!н!1 в цил!ндр та з цил!нд-ра у вх!дну л!н!ю. При цьому зменшуеться коеф!ц!ент подач! насоса

V, V.

Ук^

ч

5

а

б

Рис. 5. Зм!на швидкоет! клапана при гальмуванн!

1 зростае надлишковий об'ем, який повинен прийняти компенсатор. Показано, що зменшення коеф!ц!ента подач1 зоСу = 1 дооС^ 0,9 веде до зб1льшення надлишкового об'ему в 2,8 рази. При цьому зростае нер1вном!рн1сть тиску на виход! насоса. Приводиться анал!з впливу високочастотних коливань клапана на його роботу.

В п'ятому роздШ Еикладен 1 методика 1 результат експери-ментальних досл!джень.

Основними задачами експериментальних досл!джень були: - визначення статичних характеристик клапан!в лР=* ■$■(($) 1

! г1дродинам!чна сила В- ;

- визначення зведено! до клапана маси р1дини;

- визначення зведеного коеф!Щента стискання р!дини;

- визначення параметр^ траекгорн руху клапана. Визначення статичних ! динам!чних характеристик клапан1в

проводились на спеЩально розроблен!й установи!, а також на бав1 д!ючих трипоршневих бурових насос1в УНВТ-800 1 УНБТ-950, як на спещальному стенд!, так 1 в умовах бурово! установки.

на основ! яких визначались коеф!ц!ент витрати клапана

За результатами математично! обробки даних експериментальних доел1джень отриман! апроксимуюч! вирази для коеф!ц!ента витрати

■> А- ВЬ+Б из)

Де

к .В - коеф!ц!енти апроксимац!I. Для г!дродинам!чно! сили апроксимуючий вираз мае вигляд

Рг-АгЦЬг, ^

де

Аг .Вг - коеф!ц1енти апроксимац!I; - витрата р1дини через клапан.

На рис. 6 показано граф1к залежност!уц в1д параметра БК , побудований за р1внянням (19) а на рис. 7 - граф1к залежност1 П-дродинам!чно1 силиВ-в!д подач!Ц .побудований за р!внянням (20).

Результата по визначенню зведеного коеф!ц!ента етискання р1дини показан! на рис. 8. Тут крив! 1-4 належать вод! для насос! в УНБТ-800, УНБТ-950, У8-7. Крива 5 в!дпов!дае робот1 насоса УНБТ-800 на глинистому розчин!.

Отриман! результати використан! при теоретичних досИдженнях насос!в 1 IX клапанних груп.

ОСНОВЫI ВИСНОВКИ

1. На основ! анал1зу техн1чних характеристик сучасних буро-вих трипоршневих насос!в отриман! емп1ричн1 залежност! м!ж конст-руктивними, к!нематичними та енергетичними параметрами.

2. Результати р!шення р!вняння руху кривошипного вала насоса показали, що коеф!ц!ент нер!вном!рност! руху трипоршневих насос1в

< 0,04, двопоршневих - & < 0,18. Це дозволяе приймати в розра-хунках трипоршневих насос!в швидк1сть кривошипного валао) =сопб1.

3. Складено диференц!йн! р!вняння руху клапана без врахуван-

У 1,0

0,9

0,3

ОД 0,6 0,5

о о,г о,ч 0,6 о,8 401,2 ц 1,6 ц г,о г/ гн и П В/г

Рис. 6. Залежшсть коеф1ц1ента витрати^I В1д параметра ЬН

М ¿щ

1

✓ Г- ■

/ — Я- ьь

А ЬЬ-5

1 1 1 1 <

(¿10,

0 2 4 б 8 10 1216 13 го 22 2к 26 283о а.10

Рис. 7. ЗалежнЛсть Пдродинам1чно1 сили Рг в1д поцач1$

"V б

' С

Н

5 к 3

г

о

---------- X

Л— * £

а ^ » 3 V

4 "—>—

/ У ■ »X * . ? " •' 1 [--

ю

15 20 25

ЗВ 35 Ра,МЛа

Рис. 8. 5алежн1сть зведеного коеф!ц!ента сти-скання Кс в!д тиску на виход! насоса

-гоня 1 3 врахуванням стиекування р!дини. Визначен! координата ха~ рактерних точок траекторП руху клапана, як1 в!дпов!дають макси-малънШ висот! п!дйому клапана, висот1 зависания i кутам зап!з-нення в!дкриття i посадки.

4. Анал!з диференц!йного р!вняння третьего порядку, яке описуе рух клапана, показав, що стискуван!еть р!дини в щшндр! впливае на рух клапана в початков 1й стад!!.

5. За результатами експериментальних досл!джень визначен! введений коеф!ц!ент стиекування р!дини, коефЩ1ент витрати клапана, г!дродинам!чна сила, введена до клапана маса piдани. Експери-ментальн! досл!дження показали, що введений коеф]ц1енг стиекування бурового розчину i води суттево в!др!зняються.

6. Зб1льшення кут1в заШзнення в!дкриття 1 посадки кла-пан1в, обумовлюе зменшення коеф!ц!ента подач1 насоса 1 веде до зростання HepiBHOMipHocTi подач!.

7. Розроблена констругаця клапана з демпферной камерою, яка дозволяе гасити швидк!сть посадки. Визначенi умови безударно! посадки клапана.

0CH0BHI ПУЕД1КАЦП ПО Р0Б0Т1

1. Горонович Л.Н., Ливак И.Д. Современные буровые трехпоршневьк насосы. -М.: ВНИИОЭНГ,1979. - 52 с. - (Обзорная информ. Сер. Машины и нефтяное оборудование).

2. Ливак И.Д. О задаче оптимизации конструкции клапанных узло: поршневых насосов// Разведка и разработка нефтяных и газовых ме сторождений. - Львов: Выща ж., 1975. - N 12. -с.121-124.

3. Малько Б.Д., Л!вак 1.Д., Лях М.М. Р!вняння руху поршневого бу рового насоса// Методи i засоби техн!чно! д!агностики. Чвано

Франк1вськ, 1995.-с.23-28.

4. Горонович Л.Н., Ливак И.Д. Особенности работы и износа клапанов буровых трехлоршневых насосов// Реф. научн. техн. сб. "Машины и нефтяное оборудование". ВНИИОЭНГ.Ы 2, 1979.-с.3-5.

5. Ливак И.Д. О характере переходных процессов в цилиндре бурового трехпоршневого насоса. Изв. вузов, "Нефть и газ", N 7, 1981. -с.65-68.

6. A.c. 541044 СССР, МКИ F 04В 21/02, F 16К 15/10.Клапан насоса/ Ливак И.Д. Опубл. 30.12.76, Вол. N 48.

7. A.c. 687253 СССР, МКИ F 04В 21/02, F 16К 15/10. Клапан насоса/ Ливак И.Д. Опубл. 25.09.79, Бюл. N 35.

8. A.c. 709832 СССР, МКИ F 04В 21/02, F16K 15/10. Клапан насоса/ Ливак И.Д. Опубл. 15.01.80, Бюл. N 2.

9. A.c. 709833 СССР, МКИ F 04В 21/02, F 16К 15/10. Клапан насоса/ Ливак И.Д. Опубл. 15.01.80, Бюл. N 2.

10. Горонович Л.Н.,Ливак И.Д. Исследование работы клапанной группы бурового поршневого насоса// Тезисы доклада на Всесоюзной научно-технической конференции на Уралмашзаводе. Вопросы проектирования, эксплуатации бурового оборудования и повышения его надежности. Свердловск, 13-15 октября, 1981.-с.88-95.

11. Ливак И.Д., Курников Ю.А., Концур И.Ф.,. Палица Я.И., Горонович Л.Н. К вопросу определения скорости жидкости в щели клапана бурового трехпоршневого насоса// Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Новые достижения в гидравлике промывочных растворов и тампонажных систем".-М., 1982.-с.58.

12. Концур И.Ф., Курников Ю.А., Ливак И.Д. О допустимой угловой скорости буровых насосов// Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Новые достижения в гидравлике промывочных растворов и тампонажных систем". -М. , 1982.-с.57.

-2213. Горонович Л.Н., Ливак И.Д., КонцурИ.Ф., СенькивВ.В., Медвидь Ю.Н. Действие гидродинамической силы на клапан бурового поршневого насоса// Тезисы докладов третьей Всесоюзной конференции по динамике, прочности и надежности нефтепромыслового оборудования. 16-18 ноября, Баку, 1983.-с.11.

14. Ливак И.Д., Курников Ю. А., КонцурИ.Ф., Медвидь Ю.Н., Сенькив Б.В. Установка для исследования клапанов поршневых насосов// Тезисы докладов третьей Всесоюзной конференции по динамике, прочности и надежности нефтепромыслового оборудования. 16-18 ноября, Баку, 1983.-с.29-30.

15. Б.Д. Малько, 1.Д. Л1вак. Досл1дження роботы клапан1в бурових насос!в//Тези науково-техн1чно! конференцп професорсько-виклада-цького складу 1вано-Франк1вського державного техн1чного ун1верси-тету. Частина 2. 1вано-Франк1вськ, 1996.-с.4.

Ливак И.Д. Исследование трехпоршневых буровых насосов и усовершенствование конструкций клапанных групп.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.07 - машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности (рукопись).

Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск, 1996.

В диссертации определена зависимость между частотой ходов поршня и мощностью. Показано, что угловая скорость кривошипного вала величина переменная. Составлены и решены уравнения движения клапана. Разработана и изготовлена установка для исследования клапанов. Получены необходимые экспериментальные зависимости. Созданы новые конструкции клапанов с демпферной камерой на посадочной поверхности. Одна из конструкций внедрена в производство.

Livak I.D. Investigation of triplex mud pumps and making improvements to designs of valve's group.

Scientific degree thesis of technical scienses candidate speciality 05.15.07 -"Machines and Units of Oil and Sas industry" Ivano-Frankivsk State Technical Universiti of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, 1996.

The thesis are dependence between frequency of pumps motion and capacity which is connected with the reduction of power expends is determined. Is demonstreted that anguler speed of lop-bearding of derrick pump is a variable quantity. The equations of the valve's motion are composed. Instablation for researching of valves is worked out and created. New designs of valves with chamber on boardind surface. One of the designs is introdused in production on the factory.

Ключов! слова: трипоршневий буровий насос, клапан, кривошип, вал, клапан, параметр, р!вняння, коеф!Щент, висота, демпфер, рух.

Пщшсано до друкуе^-р > А . /р Формат- паперу __, Друк. аркупнв Тяр&ж Зам.

Видруковано на р!зограф1.

ДОП 1вано-Фравк1вського державного техк1чного уншерситету'нафти 1 газу 284018, м. 1вано-Франк1вськ, вул. Карпатська, 15