автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.07, диссертация на тему:Рациональное конструирование и рекомендации к условиям эксплуатации клапанов поршневых буровых насосов

‘і’Г'Уз

" ' ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

На правах рукопису

БУЧИНСЬКИИ МИРОСЛАВ ЯРЕМОВИЧ

РАЦІОНАЛЬНЕ КОНСТРУЮВАННЯ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ КЛАПАНІВ ПОРШНЕВИХ БУРОВИХ НАСОСІВ

05.15.07 - Машини та агрегати нафтової і газової промисловост

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Івано-Франківськ - 1996

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Копей Богдан Володимирович

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних наук, професор Білик Сергій Федорович

2. Кандидат технічних наук, доцент Концур Іван Федорович

Провідна організація

ВАТ "Карпатнафтомаш" ( м.Калуш )

Захист відбудеться “17” жовтня 1996р. о- /0- годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 09.02.01 в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу за адресою: 284018, м.Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу.

Автореферат розісланий “ /6 ” вересня 1996р.

Вчений секретар спеціалізованої

0

вченої Ради , ШлапакЛ.С.

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність і ступінь дослідженості тематики дисертації.

Однією з основних задач поршневого насосного машинобудуванн що потребує першочергового вирішення, є підвищення довговічності ■ покращення робочих параметрів клапана. Являючись одним з основні вузлів бурових насосів, клапани функціонують безпосередньо в абрази ному середовищі, піддаються інтенсивному спрацюванню. Разом з ™ техніко-економічні показники буріння багато в чому залежать від надійне ті і якості функціонування поршневих бурових насосів. Тому клапанг поршневих поршневих бурових насосів пред’являються жорсткі вимо щодо довговічності та робочих параметрів: зносостійкість, об’ємні втра рідини, втрати тиску і т.ін.

Найбільш суттєвими причинами технічного характеру, які стримую підвищення технічного рівня клапана є:

• розробка нових зразків клапанів здійснюється конструкторами “еволі ційним” шляхом, частково модернізуючи серійні вироби без широко аналізу науково-технічної інформації;

• складність і недостатнє вивчення робочих процесів не дозволяють повній мірі вирішити задачу раціонального узгодження робочих і коні руктивних параметрів клапана.

Тому задачі розробки інформаційного фонду за предметною облг тю, методів пошуку нових технічних рішень і оцінки їх раціональності, м тематичної моделі робочого процесу та рекомендації щодо умов експг атації клапанів є актуальними. ,

Мета роботи. Розробка інформаційного та математичного забезп чення раціонального конструювання та рекомендацій щодо умов екс луатації клапанів поршневих бурових насосів.

Основні завдання наукового дослідження.

1. Розробка інформаційного масиву за предметною областю та алгоритму генерації нових технічних рішень.

2. Експериментальні дослідження перепаду тиску на клапанах різних конструкцій з метою забезпечення цілісності математичної моделі роботи клапана. Визначення залежностей для перерахунку експериментальних даних для різних типорозмірів клапанів.

3. Створення математичної моделі роботи клапана.

4. Розробка рекомендацій щодо умов експлуатації клапанів.

Наукова новизна. Розроблено автоматизований банк інженерних знань для забезпечення підтримки розробок нових конструкцій клапанів поршневих бурових насосів та методи пошуку нових технічних рішень і оцінки їх раціональності. Проведено експертну оцінку відомих технічних рішень клапанів, що дозволило визначити пріоритетні шляхи їх розвитку.

Розроблено методику проведення експерименту з визначення перепаду тиску на клапанах різних конструкцій та отримані емпіричні залежності для його визначення. Використовуючи теорію подібності отримано формули для перерахунку зазначеної вище експериментальної величини для різних типорозмірів клапанів (з моделі на натурний об’єкт).

Створено математичну модель роботи клапана поршневого бурового насоса, яка найбільш повно враховує діючі фактори і містить мінімальну кількість експериментальних величин.

Розроблено рекомендації щодо обсягів та періодичності постачання клапанів на буровому підприємстві та методики теоретичного визначення оптимального зусилля підтискування пружини клапана при різних режимах роботи бурових насосів.

Вирішення вказаних задач в відповідності з поставленою метою дає можливість:

• розробити перспективні конструкції клапанів поршневих бурових ні сосів;

• скоротити час і зменшити витрати на розробку клапанів за рахунок аі томатизації пошуку технічної інформації та розрахунку роботи клапанІЕ

• покращити умови експлуатації клапанів на буровому підприємстві.

Теоретична і практична цінність дослідження. Використання розро< лених методів пошуку нових технічних рішень, математичних моделе алгоритмів і програм при проектуванні та експлуатації клапанів дозволяє

• суттєво скоротити тривалість конструкторської роботи, підняти її якісно новий рівень;

• досягнути оптимального узгодження параметрів та показників робо-клапана між собою та з параметрами роботи насосів;

• створити більш сприятливі умови для експлуатації клапанів;

• розробити нову конструкцію клапана.

Рівень реалізації і впровадження наукових розробок. Науково с грунтовані рекомендації щодо конструювання та експлуатації клапан поршневих бурових насосів впроваджені на підприємствах України: вик нано оптимізацію зусилля підтискування пружин клапанів бурових н сосів, що експлуатуються калуською нафтогазорозвідувальною експе^ цією глибокого буріння, м.Калуш; відділами постачання та головного ьі ханіка калуської нафтогазорозвідувальної експедиції глибокого бурін використовується розроблена методика для визначення оптимальне періоду постачання та обсягу клапанів бурових насосів, м.Калуш; проЕ дено оптимізацію умов роботи клапанів поршневих насосів “РЕЯС РОМРЕ”, що експлуатуються концерном “ОРІАНА”, м.Калуш; розроблен автоматизований банк інженерних знань використовується констр; торським відділом ВАТ “Карпатнафтомаш”, м.Калуш.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на: п« шій міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми і шляхи єі ргозабезпечення України” (Івано-Франківськ, 1993р.); першій міжнароді

конференції “Міцність і надійність конструкцій нафтогазового обладнання:” (Івано-Франківськ, 1994р.); науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу ІФДТУНГ (Івано-Франківськ, 1995р., 1996р.); конференції “Механіка і нові технології” (Севастополь, 1995); науково-технічній конференції “Проблеми та перспективи науково-технічного прогресу АТ “Укрнафта” в умовах ринку” (Івано-Франківська обл., с.С. Гута, 1995р).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 наукових робіт.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків і рекомендацій, списку літератури і додатків; містить 160 сторінок машинописного тексту, в тому числі 11 таблиць, 43 рисунки, 90 найменувань літератури, 5 додатків.

Особистий внесок автора в розробку наукових результатів.

1.Автором розроблено математичні моделі роботи клапанів поршневих бурових насосів [1,4].

2.Автором розроблено автоматизований банк інженерних знань підтримки проектних розробок клапанів поршневих бурових насосів [2,8].

3.Автором виконано експериментальні дослідження клапанів, визначено умови подібності явищ при моделюванні експерименту з визначення перепаду тиску на клапанах [3].

4.Автором розроблено рекомендації щодо умов експлуатації клапанів поршневих бурових насосів [5, 6].

Характеристика методології, методу дослідження, предмету і об’єкта. Використано комплекс методів, що містять теоретичний аналіз, аналітичні та експериментальні дослідження.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі показано актуальність роботи, обгрунтовано напрямок дослідження, подана характеристика його задач та мети.

В першому розділі проведено аналіз існуючих конструкцій поршне вих бурових насосів та їх клапанів, методів досліджень, проектування оцінки технічного рівня і автоматизації етапів проектування, умов експлу атації.

В роботі приводиться огляд досліджень робочих процесів і конструк цій об’ємних насосів. Дослідженню об’ємних насосів та їх клапанів, зок рема, присвячені праці Авакова В.А, Адольфа У., Айрапетова Л.С., Алєк сєєва А А, Брітвіна Л.Н., Гержа С.П., Валітова М.З., Верзіліна О.Н., Вина градова Е.В., Вишнякова В.А, Гороновича Л.Н., Гуляева АБ., Косенкс Бєлінського Ю.А, Колье С.Л., Концура І.Ф., Крєсіна В.А, Кугєльова B.C. Лівака І.Д., Літвінова В.М., Матвеева І.Б., Мкртичана Я.С., Нікітіна В.І, Ніколіча АС., Рожнова Б.В., Рощупкіна В.1., Суліги В.І., Толстова Ю.С Штельмаха АА, Ellis Williams, Colliek S.L., BertherT. та ін. Питанням коне труювання, пошукового конструювання, оптимального проектування т оцінки технічних рішень присвячені праці Альтшуллера Г.С., Буша Г.Я Валітова М.З., Воїнова Б.С., Гмошенського В.Г., Діксона Д., Камаєва В.А Ковальова АП., Нікітіна С.В., Мелещенко Ю.С., Мюллера І., Половінкін АІ., Ханзена Ф., Zhang Xiaoqing та ін.

Аналіз досліджень умов роботи та конструкцій клапанів поршневи бурових насосів виявив взаємопов’язані між собою невирішені проблем підвищення якості конструкторських робіт та умов експлуатації клапанів.

В результаті вирішення поставлених задач:

• створюються умови раціонального проектування клапана, що прив< дить до зменшення витрат часу та підвищення технічного рівня об'єкт»

• зменшиться обсяг експериментальних робіт, в результаті чого скороч} ються витрати та час на проектування клапана;

• збільшиться точність визначення параметрів та режимів роботи клапі на;

• покращаться умови експлуатації клапана поршневого бурового насоса

В кінці розділу формулюється мета досліджень.

В другому розділі викладені питання розробки бази даних за предметною областю, пошуку, оцінки технічних рішень на основі структурного аналізу клапана - автоматизований банк інженерних знань (АБІЗ).

В результаті аналізу взаємозв’язку параметрів і показників складено узагальнену схему параметрів і показників, яка має шестирівневу ієрархічну структуру, похідних від основних параметрів, конструктивних параметрів та технічних характеристик. При цьому показники структуровані.

АБІЗ містить інформаційні фонди (ІФ) науково-технічної літератури, технічних рішень, евристичних прийомів, переліку вимог, які пред’являються до технічних рішень. Інформація представлена в структурованому вигляді. ІФ технічних рішень представлений в вигляді морфологічної таблиці з структуризацією по країнах та технічних задачах, що вирішуються. Решта ІФ побудовані за алфавітно-предметною схемою з структуризацією за вирішеними задачами.

З метою обгрунтування і вибору найкращого варіанту з великої кількості технічних рішень проведено критеріальну оцінку технічних рішень, наведених в АБІЗ. А також з метою автоматизації експертної оцінки раціональності запропонованих технічних рішень розроблено програму, яка вказує на доцільність використання вузла в цілому та його окремі незадовільні характеристики. Програма працює в діалоговому режимі “експерт - ЕОМ”. Коефіцієнт раціональності технічного рішення та його характеристик обчислюється за формулою

Т"!“#їтг- • (1>

О 2>І-Вт,*

де я - сума оцінок, які виставлені певній конструкції; В; - оцінка даної конструкції за і-тою характеристикою; О - можливий максимум суми оцінок (для “ідеальної” конструкції); щ - значення нормуючої функції, яка виражає

відносну важливість 1-ї характеристики; Втах - можливий максимум оцінки за і-тою характеристикою.

АВІЗ дозволяє зберігати довільні види знань за предметною областю; проводити експертизу на новизну знань з даної області; оцінку технічного рівня рішень і перспективності напрямку, шляху, методу; виявити тенденції, закономірності розвитку конструкції виробу; виявити нові методи вирішення технічних задач.

В третьому розділі розроблено методику експериментального дослідження клапана поршневого насоса, отримано емпіричні формули для визначення перепаду тиску на клапані різних конструкцій та залежності для перерахунку цієї величини з моделі на натурний об’єкт.

На сьогоднішній день під час експериментальних досліджень перепаду тиску на клапані не враховувався період роботи клапана при зворотніх перетоках рідини, який становить 5% - 10% від часу його робочогс циклу. Крім того не піддавався широкому системному вивченню перепад тиску на клапанах різних конструкцій та при різних режимах його роботи Значення величин перепаду тиску переносились без будь-яких перерахунків чи поправок з однієї конструкції клапана на іншу (схожу), чи при одних режимах роботи клапана на інші.

З метою усунення згаданих вище недоліків розроблено експериментальну установку, яка дає можливість двосторонньої проливки клапанг (кафедра нафтового обладнання, ІФДТУНГ). Експериментальна клапаннг коробка виконана повнорозмірною і складається з окремих елементів кожен з яких відповідає певній частині цільного натурного об’єкта (рис.1) Кожен з елементів виконаний в декількох екземплярах різних конструкцій взаємозамінних між собою. Експериментальна установка дає змогу виз начати перепад тиску на клапані в цілому та в довільному його перерізі.

Завдяки запропонованій конструкції можливе дослідження роботі клапанів з системним охопленням широкого діапазону їх конструкції шляхом заміни тільки певної кількості елементів однієї конструкції іншоїс

Схема експериментальної клапанної коробки

- аш .

т .

кі \\ \Х 4 д Я \|

1 А-М и р-ч

' ч

ж

сггт- V - VI

\І " к

Рис. І

Тарілка клапана під час експерименту жорстко закріплена або в звичайному підпружиненому стані, що спрощує моделювання різних режимів роботи клапана (це було не можливо на базовій установці УДК-1, кафедра нафтового обладнання, ІФДТУНГ). Це значно здешевлює та розширює можливості експериментальних досліджень, зменшує витрати часу та коштів на Тх проведення.

В результаті обробки результатів проведених експериментальних досліджень величини перепаду тиску на клапані отримано наступну емпіричну залежність для визначення перепаду тиску на клапані:

АР = 2,07 • О2 • (Кь • Ка • Кп • Кт • Ьт + Кх ■ Кпоа • Кд • К,). (2)

де АР - перепад тиску на клапані, кПа; О - миттєва подача рідини, м3/хв; К - коефіцієнти, що враховують вплив різних факторів на величину перепаду тиску на клапані.

Коефіцієнти, що входять в перший доданок, є визначальними для перепаду тиску в щілині клапана; коефіцієнти в другому доданку - для перепаду тиску в хрестовині сідла кпапана.Кь, Кх - враховують вплив висоти підйому тарілки клапана; Ка - кут нахилу тарілки клапана; Кт - висоту посадочного пояска запірного елемента клапана Ит; Кпо8- заповненість циліндричної частини сідла клапана хрестови-ною; Кд - діаметр циліндричної частини сідла клапана; Кр - профіль ребер хрестовини; Ит -висота посадочного пояска запірного елемента клапана.

Емпіричні залежності для визначення цих коефіцієнтів маюті вигляд:

1)Кк =213,303 -ІГ1*1604 ;

2) Ка = (йшсг + ОД34)0,63;

3) Кп=1 - прямий напрямок потоку,

Кп = 1,23 • соб0,2» - зворотні перетоки рідини;

4) Кт=0,0239/зіпа ;

5) Кх=1086 Ь'1’76 при 0 < О < Оп1 ,

Кх = 1086 • ІГ1-” • ^ при О^СКО^,

О2 (О-Опг)0’23

К* = 1086 • Ь1™ • ^ - (1016,49 +1,206 ■ Ь) • 10-3-^----- при 0>0п2.

де О,,! і Оп2 - значення подач, при яких змінюється закон зміни перепаду тиску,

=0,0469 И0,93, 0^=1,08 0^;

7) Кд = 0,018 / <і’ ;

8) Кр=0,971 - хрестовина відсутня,

Кр=1,000 - хрестовина з ромбовидними ребрами,

Кр=1,091 - хрестовина з ребрами з заокругленим торцем,

Кр=1,139 - хрестовина з ребрами прямокутної форми. (3)

В запропонованих формулах:

И - висота підйому тарілки клапана, мм; а- кут нахилу твірної конічної посадочної поверхні тарілки клапана, грд.; О - миттєва подача рідини, м3/хв; Оп!, Оп2-характерні значення миттєвої подачі рідини, при яких змінюється закон зміни перепаду тиску на клапані, м3/хв; Рхр - площа поперечного січення хрестовини, м2; Рпр - площа прохідного отвору циліндричної частини сідла клапана, м2; сі0- діаметр циліндричної частини сідла клапана, м.

В якості прикладу на рис. 2, 3 наведено графічні залежності перепаду тиску АР на одній з конструкцій клапана та його хрестовині від висоти підйому тарілки клапана та витрати рідини.

З метою зменшення кількості експериментів по визначенню перепадів тиску розглянуто умови їх проведення для певного типорозміру клапана (моделі) та переносу результатів на інші типорозміри (з моделі на натурний об’єкт). При моделюванні явища результати дослідів з моделлю можна переносити на натурний об’єкт при однакових кутах атаки - а і числі Рейнольдса Ке.

Залежності перепаду тиску на клапані миттєвої подачі рідини 0. при різних нях висоти підйому тарілки клапана П

!>Р від

значек-

Залежності перепаду тиску в циліндричній частині сідла клапана аР від миттєвої подачі рідини 0. при різних значеннях висоти підйому тарілки клапана ь

І-Ь-Імм, 2~Ь=5мм, 3—Ь=ІО?.:м, 4-Ь=20мм, 5-Ь=30нм, б-Ь=№мм

"Огхп 'З

Отримані умови, що забезпечують рівність перепаду тиску на моделі та натурному клапані мають вигляд

де 0„, 0( - витрата рідини через щілину моделі та натурного клапана; Кгі, Кр, К^і - коефіцієнти подібності, що визначаються з натурно-експериментальних умов,

гіом і ^оі " Д|аметр циліндричної частини моделі та натурного сідла клапана; рм, рі - густина рідини при експериментальних дослідженнях та в натурних умовах відповідно; /4,, ц- в’язкість рідини при експерименталь-них дослідженнях та в натурних умовах відповідно; Ьм, - поточна висота підйому тарілки моделі та натурного клапана; Нтм, Иті - висота конічного посадочного пояска тарілки моделі та натурного клапана.

Спід відмітити, що перерахунок величини перепаду тиску потрібно проводити для хрестовини моделі, яка однотипна з хрестовиною натурного зразка. А саме: хрестовини мають однаковий профіль ребер; відношення площі хрестовини до площі прохідного січення циліндричної частини сідла моделі і натурного клапана рівні.

В результаті порівняння величин перепаду тиску на клапані отриманих експериментальним та теоретичних шляхами перерахунків підтверджено достатню точність результатів (в межах 10%) цих теоретичних перерахунків.

В четвертому розділі розроблено математичну модель роботи клапана поршневого бурового насоса та залежності ряду показників клапана насоса від режиму його роботи

Ом=Оі -КГ| -Кц. /Кр| Им =Ь|К

М МІ

(4)

(5)

h" +

(■

m. + — • m.

+

1

mT + - • m.

D2 • w • r • (sinta • t + 0,5 • Я ■ sin2 -со- t).

+

— • p ■ coz ■ r2 • (sin&> • t 4- 0,5 • Я • sin2 ■ со ■ t)2 —~~ 4 _______________________________________________________

1

де h”- прискорення руху тарілки клапана; mT і mnp - маса тарілки та пру жини клапана відповідно; g - прискорення вільного падіння тіла; р і рм • густина робочої рідини та матеріалу тарілки клапана відповідно; k - коеф іцієнт жорсткості пружини; 10 - величина попереднього підтискування пру жини клапана; h - висота підйому тарілки клапана; АР - величина пере паду тиску на клапані, підлягає експериментальному визначенню і являї собою певну функцію AP=f(q,h,r), де Г - параметр, який залежить від кон струкції клапана; d1 і d2- діаметри перерізів 1-1 і 2-2 відповідно (рис.4); DK Dn - діаметри тарілки клапана та поршня насоса відповідно; h’ - швидкісті руху тарілки клапана; со - частота подвійних ходів поршня; г - радіус кри вошипа насоса; t - момент часу; Я - відношення довжини кривошипа д« довжини шатуна насоса.

Більшість відомих на сьогоднішній день математичних моделей рс боти клапана містять велику кількість коефіцієнтів, які визначаються екс периментальним шляхом або з допомогою емпіричних формул.

Запропоноване рівняння якомога повніше аналітично враховує дік> на клапан фактори та містить тільки одну експериментальну величину. .

Для чисельного моделювання рішень рівняння використано спеціг льний пакет програм МАТНЕМАТІСА 2.1 for WINDOWS, що дозволило bv користовувати різні методи пошуку рішень на вказаному відрізку в зале»

Розрахункова схема клапана І*

І-сіцло, 2-тарілка, 3-пружина Рис. 4

ності від швидкості сходження пробних функцій до шуканого рішення. Крім того, після представлення отриманого рішення в чисельному вигляді будується інтерполяційна функція, яка потім компілюється, що дозволяє отримати графік функції по всьому шуканому інтервалі. Для перевірки адекватності математичної моделі та методу її розв’язку виконано обчислення та їх порівняння з експериментальними даними. За результатами експерименту можна стверджувати про повну відповідність математичної моделі реальним параметрам роботи клапана.

Основні з показників клапана насоса, які найбільш суттєво впливають на роботу насоса є: кут запізнення посадки тарілки клапана; швидкість посадки тарілки клапана. На етапі проектування поршневих насосів необхідно попередньо оцінити величину цих показників. Для цього було обчислено їх значення для насосів потужністю 600 кВт. При цьому змінювали чисельні значення: діаметр циліндрової втулки (120мм-200мм); типорозмір клапана (№7, №9); тиск, що створює пружина на тарілку клапана (14кПа - 20кПа), частота подвійних ходів поршня (1с1- 14с"1).

В результаті обчислень побудовано графічні залежності діапазону величин: кута запізнення посадки тарілки клапана від частоти подвійних ходів поршня насоса потужністю 600кВт; швидкості посадки тарілки клапана від частоти подвійних ходів поршня насоса потужністю 600кВт.

Наведені графічні залежності та методику визначення зазначених величин слід використовувати при проектуванні клапанів з метою оцінки прийнятливості показників їх роботи.

В п’ятому розділі розроблено рекомендації щодо умов експлуатації клапанів поршневих бурових насосів. '

На підприємстві надзвичайно важливо мати необхідні запаси деталей, щоб забезпечити стабільне функціонування машин. Величина обсягів поставок деталей визначається за формулою Вільсона

яка дає оптимальну економічно обгрунтовану кількість одного замовлення. Ця кількість одного замовлення О дає N замовлень в рік з оптимальною періодичністю часу Т„ між замовленнями:

Т = — = — (8)

° N К'

В наведених вище формулах: К- річне споживання деталей; Са -вартість придбання запасних частин; Р0 - ціна одиниці виробу; і - розцінки складських накладних витрат.

Проте вузли швидкого спрацювання (яким є клапан поршневого бурового насоса) можуть витрачатись в різні періоди часу по різному і ця різниця характеризується середньоквадратичним відхиленням. Щоб компенсувати цю різницю на підприємстві тримають попереджувальний обсяг запасних частин 8а, досягнення величини якого викликає необхідність замовляти необхідну кількість запчастин. Величина цього попереджувального обсягу запасних частин

Э; =С-а + Н“-<тсп-л/5, (9)

де С - середнє місячне споживання деталей на підприємстві; сі - термін поставки деталей; Н“ - квантиль закону нормального розподілу.

Керуючись встановленими місячними нормами витрати клапанів, визначено приведене для однієї бурової установки (в складі якої є два бурових насоси) середньоквадратичне відхилення витрати клапанів за день для експлуатаційного та розвідувального буріння. Для експлуатаційного буріння: 0^=0,081, для глибокого розвідувального буріння: <тсп=0,103.

Зусилля підтискування пружини клапана бурового насоса є одним з найважливіших факторів, які впливають на його роботу. Поруч з цим регулювання зусилля підтискування пружини є простим і доступним.

В роботі розроблено методику аналітичного визначення та проведено вибір раціонального зусилля підтискування пружини клапана, виходячи

з наступного: досягнення мінімальних швидкостей потоку рідини в щілині клапана; дотримання умови безударної посадки тарілки клапана; обме-

ження кута запізнення посадки тарілки клапана; обмеження максимальної висоти підйому тарілки клапана. Однак ці умови суперечливі і для досягнення їх оптимального узгодження проведено математичні розрахунки. Обчислення проводились на ПЕОМ з використанням пакетів програм MATHEMATICAL та PHISICA for WINDOWS. .

В результаті обчислень отримано графічну залежність діапазону зусилля підтискування пружини клапана в залежності від частоти подвійних ходів поршня насосів потужністю 600кВт. Раціональне зусилля підтискування пружини клапана становить орієнтовно 14-20кПа.

Дослідження умов роботи клапана поршневого бурового насоса дозволили накопичити необхідний обсяг інформації про ті складні явища і процеси, які виникають при його роботі і виробити практичні рекомендації для їх подальшого вдосконалення, а також, в результаті цього, розробити нову конструкцію клапана.

Метою запропонованого технічного рішення є підвищення довговічності клапана та обв'язки насоса шляхом забезпечення демпфування високочастотних пульсацій тиску та коливань клапана.

Поставлена задача вирішується тим, що клапан оснащується демп-фуючим пристроєм механічного принципу дії, який містить пару тертя-опору, що взаємодіє з нижнім напрямним штоком запірного елементу та напрямною втулкою сідла клапана.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Проектування та експлуатація технічних об’єктів, яким є клапан, включає виконання інформаційних, науково-технічних та методичних процедур. В цій роботі розроблено процедури виконання вказаних етапів проектування, які разом складають алгоритм початкового етапу проектування клапана, рекомендації щодо умов його експлуатації.

Розроблений алгоритм проектування містить етапи передпроектних досліджень, обробки інформації, математичного моделювання та методику раціональних експериментальних досліджень.

Інформаційну підтримку проектних розробок здійснює автоматизований банк інженерних знань, який включає в себе близько 600 одиниць технічної літератури, технічних рішень, нормативно-технічної документації та евристичних прийомів по даному напрямку проектування. Розроблено методику і проведено експертну оцінку повноти технічного рішення запропонованих конструкцій клапана (авторські свідоцтва, патенти), що дозволило визначити пріоритетні шляхи їх розвитку.

Розроблено методику експериментального визначення перепаду тиску на клапані, отримано емпіричні формули для визначення цієї величини в залежності від конструктивного виконання клапана, його висоти підйому та витрати рідини. Використовуючи теорію подібності отримано формули для перерахунку величини перепаду тиску з моделі клапана на натурний об’єкт.

Математична модель роботи клапана аналітично враховує на сьогодні максимальну кількість діючих факторів; що дозволило швидко і з високою точністю проводити розрахунки режимів роботи клапана.

Рекомендації щодо умов експлуатації клапана включають в себе методику та величини для визначення періодичності постачання та обсягу складських запасів клапанів на буровому підприємстві з врахуванням їх нерівномірності витрати; методику теоретичного визначення та значення раціонального зусилля підтискування пружини тарілки клапана при різних режимах роботи насоса; нове технічне рішення клапана поршневих бурових насосів.

На основі результатів досліджень можна зробити наступні висновки:

1. За предметно-вузловим принципом і задачами, що підлягають вирішенню розроблено автоматизований банк інженерних знань в галузі конструювання клапанів поршневих бурових насосів, який зв’язує всю інформаційну систему в єдину динамічну структуру.

2. 3 використанням інформаційного фонду технічних рішень розроблено методику оцінки повноти технічного рішення, яка вказує пріоритетні

шляхи вирішення технічних задач, які постають перед конструкторап клапанів поршневих бурових насосів.

3. Методика експериментальних досліджень перепаду тиску на клапа дозволяє досліджувати роботу різноманітних конструкцій клапанів б< значних витрат матеріалів та часу. Емпіричні залежності, отримані в р зультаті обробки експериментальних даних, дозволяють досліджува-вплив конструктивних факторів клапана на величину перепаду тиску

4. Залежності для перерахунку результатів експерименту з моделі на н турний об’єкт (для різних типорозмірів клапанів) дозволяють спрости експериментальні дослідження клапана та з достатньою для інжен рних розрахунків точністю визначають закон зміни перепаду тиску і натурному клапані.

5. Математична модель, алгоритм і програма розрахунку робочого прои су клапана дозволяють дослідити особливості функціонування клапаь в залежності від їх конструкцій та робочих параметрів насоса.

6. Розроблена методика визначення періодичності постачання та обе? складських запасів клапанів на буровому підприємстві дозволяє : побігти замороження оборотних засобів та перервності виробництЕ що підвищує ефективність виробничих процесів.

7. Розроблено методику та аналітично визначено раціональну величи зусилля підтискування пружини клапана бурового насоса, що створі більш сприятливі умови для їх експлуатації.

8. Розроблена нова конструкція клапана, яка дозволяє підвищити дові вічність, зменшити втрати тиску та об’ємні втрати рідини.

9. Результати роботи впроваджено в ВАТ “Карпатйафтомаш”, м. Калу нафтогазорозвідувальній експедиції глибокого буріння, м. Калуш; кс церні “Оріана”, м. Калуш.

Основні положення дисертації висвітлені в роботах:

ІБучинський М.Я., Копей Б.В. Рівняння руху тарілки клапана поршневих бурових насосів. - Івано-Франк. держ. техн. ун-т нафти і газу, Івано-Франківськ. 1995. -17 с.- Деп. в ДНТБ України, №865-Ук 95.

2.Бучинский М.Я., Копей Б.В. Оптимизация конструкторских разработок поршневых насосов с использованием компьютерных технологий. //Сборник докладов международной научно-технической конференции “Механика и новые технологии” Севастопольського государственного технического университета,-1995, с. 53-55.

3.Бучинський М.Я., Копей Б.В. Умови подібності явищ при моделюванні експерименту з визначення перепаду тиску на клапані поршневого бурового насоса.- Івано-Франк. держ. техн. ун-т нафти і газу. Івано-Франківськ.

1995. - 15 с. - Деп. в ДНТБ України, № 1100-Ук 95.

4.Бучинський М.Я. Математична модель роботи клапанного вузла поршневого бурового насоса УНБ-600. //Тези доповіді на конференції професорсько-викладацького складу ІФДТУНГ. - 1995, с. 36.

5.Бучинський М.Я. Теоретичне визначення раціонального зусилля підтискування пружини клапана бурового насоса. //Тези доповіді на конференції професорсько-викладацького складу ІФДТУНГ. - 1996, с. 34.

6.Копей Б.В., Лівак І.Д., Бучинський М.Я. Оптимізація обсягу запасних частин та періодичнисті їх постачання. //Нафтова і газова промисловість. -

1996, N3, с. 30-31.

7.Лівак І.Д., Копей Б.В., Бучинский М.Я. Підвищення ефективності роботи поршневих бурових насосів.//Збірник статей міжнародної науково-практичної конференції "Проблеми і шляхи енергозабезпечення України" 7-10 грудня 1993 р. Ц.2. -1995, с. 96-103.

в.Бучинський М.Я., Копей Б.В. Автоматизований банк інженерних знань підтримки проектних розробок клапанів поршневих бурових насосів.// Матеріали науково-практичної конференції “Проблеми та перспективи науково-технічного прогресу АТ “Укрнафта” в умовах ринку”.-1995, с. 26.

Бучинский М.Я. Рациональное конструирование и рекомендации к условиям эксплуатации клапанов поршневых буровых насосов.

Диссертация на соискание ученого степеня кандидата техническ наук по специальности 05.15.07. - машины и агрегаты нефтяной и газов промышленности (рукопись).

Ивано-Франковский государственный технический университет н© ти и газа, Ивано-Франковск, 1996.

Защищается 8 научных работ, в которых разработано информаь онные, научно-технические и методические процедуры, составляющ алгоритм начального этапа проектирования и рекомендации к услови; эксплуатации клапанов поршневых буровых насосов. Выполнено пр мышпенное внедрение основных результатов работы.

Buchinsky M.Y. Rational Constructing and Recommendation Concemii Condition of Exploitation of Mud Piston Pumps’ Valves.

Thesis for a degree of Candidate of Technical Sciences by special 05.15.07. - “Machines and Units of Oil and Gas Industry” Ivano-Frankiv State Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, 1996.

These are 8 scientific publications which have been defended. Differ* informational, scientific-technical and methodological procedures, which ma an algorhythm of the initial stage of projecting were worked out. The public tions also include recommendations concerning condition of exploitation mud piston pumps’ valves. The major results of the thesis are carried into life

Ключов1 слова: алгоритм початкового этапу проектування, клал; поршневий буровий насос.

Підписано до друку ^3,09- Формат паперу

Друк, аркушів "?і У Тираж 4С С Зам. 2.40

Віддруковано на різографі.

ДОП Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу 284018, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15