Стендовые испытания гидросъемника высокого давления

  • Вид работы:
    Статья
  • Предмет:
    Геология
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    958,96 Кб
  • Опубликовано:
    2012-05-21
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Стендовые испытания гидросъемника высокого давления

СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОСЪЕМНИКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Леонтьев Н.С., аспирант, (920) 753-44-04, kalyanl@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Пушкарев А.Е., профессор, д.т.н., (4872) 33-69-46, pushkarev-agn@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

Чеботарев А.В., (4872) 33-69-49 (Россия, Тула, ООО "БЕЛРА-Центр")

Кузьмичев В.А., (4872) 33-69-49 (Россия, Тула, ООО "БЕЛРА-Центр")

 

Представлен стенд и описаны испытания по определению зависимостей, характеризующих режимы работы и позволяющие обосновать рациональные параметры гидросъемника высокого давления. Проанализированы результаты стендовых испытаний гидросъемника и установлены зависимости потери мощности на трение от возрастающего давления.

Ключевые слова: гидроструйная технология, стендовые испытания, гидросъемник, потери мощности, давление.

В настоящее время в горной промышленности большое внимание уделяется развитию технических средств и технологий разрушения породного массива, повышающих эффективность и безопасность производства горных работ.

К числу таких технологий относятся: гидроструйное и гидромеханическое бурение, гидроструйная цементация неустойчивых пород.

Гидроструйные технологии основаны на использовании энергии высокоскоростных водяных струй, которые, вырываясь из струеформирующих устройств под большим давлением (до 300 МПа, и выше), взаимодействуют с материалом и, создавая при этом в нем нагрузки, соизмеримые и даже превышающие пределы прочности. Струи осуществляют работу по разрушению самостоятельно или в комбинации с другими воздействиями (например, с механическими). Высокоскоростные струи являются универсальным инструментом и могут применяться для разрушения практически любого материала [1].

На практике резание водяными струями используется уже несколько десятилетий. В настоящее время высокоскоростные (более 500 м/с) водяные струи стали стандартными режущими инструментами во многих отраслях промышленности.

Отсутствие непосредственного контакта струи воды с разрушаемым массивом, обеспечение практически полного пылеподавления и искрогашения, возможность снижения металлоемкости забойного оборудования при одновременном увеличении его энерговооруженности за счет дистанционного расположения гидравлического оборудования, а также повышение производительности и расширение области применения породоразрушающих машин являются основными преимуществами гидроструйных технологий [2].

Одной из перспективных на сегодняшний день технологий является технология, использующая в качестве породоразрушающего инструмента высокоскоростные струи воды совместно с механическим инструментом. При этом задача подачи воды под высоким давлением в буровую колонну осуществляется с помощью гидросъемника (рис.1.).













Рис. 1. Конструктивная схема гидросъемника:

- манжетное уплотнение; 2 - механизм предварительного поджатия; 3 - штуцер подвода суспензии; 4 - буровой вал; 5 - корпус гидросъемника; 6 - шпиндель вращателя.

гидросъемник давление испытание трение

Гидросъемник предназначен для передачи высоконапорной воды от питающего трубопровода внутрь вращающейся буровой колонны при бурении горных пород [2, 3, 4].

На сегодняшний день известны и применяются следующие конструкции гидросъемников: вертлюг и гидросъемник для подачи высокого давления.

Одним из недостатков гидросъемника, является относительно невысокий ресурс работы, узла передающего высокоабразивный материал - водоцементную суспензию под значительным давлением во вращающуюся буровую колонну. Возникающее трение внутри гидросъемника, является определяющим фактором теплообразования и, следовательно нагрев уплотняющих элементов гидросъемника высокого давления, что приводит к значительному износу комплекта оборудования.

Для определения зависимостей характеризующих режимы работы и оптимальных параметров работы гидросъемника высокого давления, был разработан стенд и произведены динамические испытания.

Стенд для испытаний гидросъемника представляет собой конструкцию, размещенную на массивной сварной раме и состоящую из электродвигателя, соединенного посредством кулачковой муфты с трехступенчатым редуктором, выходной вал которого через цепную муфту и промежуточный вал соединен с входным фланцем гидросъемника (рис. 2).

Рис. 2. Конструктивная схема стенда

В качестве объекта испытаний был выбран гидросъемник ГИС, изготовленный ООО «БЕЛРА-Центр» по заказу фирмы Geo&Sea (рис. 3). Гидросъемник работает в макроклиматических районах с морским климатом на открытом воздухе при температуре рабочей жидкости и окружающей среды от +5 о С до +45 о С.

Гидросъемник установлен на опоре, при этом его корпус жестко зафиксирован относительно рамы стенда. На выходном фланце гидросъемника закреплено стальное кольцо, на внешней поверхности которого навариваются профилированные кулачки. Кольцо опирается на подшипниковую опору, установленную на кронштейне, закрепленном на фундаменте.

Рис.3. Гидросъемник ГИС

 

В процессе работы стенда обеспечивается вращение выходного вала гидросъемника с частотой 15 об/мин, что соответствует рабочей частоте при бурении. Для имитации динамической нагрузки рама стенда помещается на шарнирную опору, размещенную в непосредственной близости от центра масс стенда таким образом, чтобы выходной фланец гидросъемника с кольцом опирался на подшипниковые опоры с возможностью вертикального перемещения вокруг оси шарнира (см. рис. 2). При вращении поверхность кольца взаимодействует с подшипниковой опорой и при прохождении кулачка происходит моделирование боковых колебаний оси гидросъемника под действием радиальной нагрузки. Роль радиальной нагрузки выполняет вес стенда относительно шарнира. Изменение количества кулачков на поверхности кольца позволяет задавать частоту боковых динамических нагружений (1 кулачек - частота 0,25 с-1; 2 - 0,5 с-1, 3 - 0,75 с-1 и т.д.), а их высота соответствует амплитуде колебаний.

Вода к гидросъемнику под давлением по гибкому рукаву подается на его вход и обеспечивает передачу потока жидкости на выходной вращающийся вал. Привод вращения вала осуществляется от редуктора привода буровой колонны.

В ходе испытаний был произведен контроль тока в цепи электродвигателя (с помощью амперметра) и температуры рабочей жидкости в гидросъемнике с помощью электрического термометра (рис.4).

Рис.4. Схема замеров

В таблице 1 и на рис. 5 представлены результаты замеров силы тока от возрастающего давления в гидросъемнике.

Таблица 1.

Давление Р, МПа

Сила тока I, А

Потери мощности Nr, кВт

0

5

0,0

2

7

0,8

4

8

1,1

6

10

1,9

8

11

2,3

10

12

2,7

12

13

3,0

14

15

3,8

16

16

4,2

18

18

4,9

20

5,7

22

22

6,5

24

23

6,8

26

24

7,2

28

24

7,2

30

24

7,2

32

24,5

7,4

34

25

7,6

36

25

7,6


Рис.5. График зависимости силы тока от давления

Значение потери мощности, расходуемое на преодоление возникающих нагрузок определяется по формуле:

Nr = U(Iр -I0), (1)

где U - напряжение, равное 380 В

I0 - сила тока при холостом ходе, А

Iр - сила тока при максимальном рабочем давлении, А

При аппроксимации результатов замеров, с помощью прикладной программы Microsoft Office Excel, была получена расчетная формула для определения потери мощности от повышающегося давления внутри гидросъемника:

Nr = 3,1ln(Р) - 1,775, (2)

где Р - давление.

Индекс корреляции для данного выражения составил R = 0,91, что подтверждает адекватность аппроксимации данных.

Анализ результатов экспериментальных исследований позволяют охарактеризовать возникающие потери мощности на трение от давления, что в свою очередь позволяет рекомендовать режимы работы и определить рациональные параметры уплотняющих элементов гидросъемника высокого давления.

Список литературы

1. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидроабразивное резание горных пород // М.:, Издательство Московского государственного горного университета, 2003 г., 279 с.: ил.

. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидромеханическое разрушение горных пород // М.: Изд - во АГН, 2000. - 343 с.

. Головин К.А., Жабин А.Б., Поляков А.В. Разрушение горных пород импульсными высокоскоростными струями воды // Ж.-л. «Горные машины и автоматика

» №4, 2006 г., с. 43 -45.

4. Бреннер В.А., Пушкарев А.Е., Головин К.А. Исследование гидроабразивного разрушения горных пород // Известия Тульского гос. ун-та. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности.- Вып. 3. - Тула, 1997. - С. 342 - 345

Похожие работы на - Стендовые испытания гидросъемника высокого давления

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!