ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗД



ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Кинематическое отношение i.При заданных расходе жид­кости и контурном диаметре кинематическое отношение оказыва­ет определяющее влияние на характеристики ВЗД (см. § 5.2-5.3). В качестве примера на рис. 6.2 представлены характери­стики многозаходного двигателя и ВЗД с однозаходным рото­ром, выполненных в одинаковом габарите и с подобной формой винтовых поверхностей (сT = idem). Из графика видно, что многозаходные ВЗД имеют повышенный крутящий момент при низкой частоте вращения, т.е. обладают высоким значением критерия эффективности М/п, определяющего показатели про­цесса бурения (см. § 6.10). Хотя по своему к.п.д. многозаходные ВЗД немного уступают двигателям с однозаходным ротором, в целом к.п.д. гидродвигателей с различными i остается на одном уровне.

Особенно заметно преимущества многозаходных ВЗД прояв­ляются при использовании их многошаговых конструкций, ко­гда резко увеличивается число камер, отделяющих вход от вы­хода, и тем самым возрастает нагрузочная способность гидродви­гателя.

Контурный диаметр DK. При заданном кинематическом отно­шении увеличение контурного диаметра РО приводит к возраста­нию рабочего объема ВЗД и соответственному изменению его ха­рактеристик. Вместе с тем возможность варьирования DK на ста­дии проектирования ограничена, поскольку исходным парамет­ром является диаметр скважины.

В качестве примера на рис. 6.3 приведены стендовые характе­ристики двигателей диаметрами 120 и 240 мм с идентичным ки­нематическим отношением (i = 7 : 8) при расходах жидкости, соответствующих равным частотам вращения в режиме макси­мальной мощности.

Шага РО Т, t. При заданных i, DK, Q характеристики ВЗД можно изменять путем изменения шагов винтовых поверхностей статора и ротора. С увеличением шагов возрастают рабочий объ­ем и критерий эффективности М/п гидродвигателя. При выборе шагов РО необходимо учитывать следующее:

увеличение Т приводит к увеличению длины РО и общей дли­ны гидродвигателя, что усложняет технологию изготовления РО и снижает эффективность использования ВЗД в наклонно на­правленном и горизонтальном бурении;

Рис. 6.2. Сравнение характеристик ВЗД различного кинематического отно­шения при расходе жидкости Q= 22 л/с:I - i = 9:10; II-i= 1:2; 1, 2 - кривые n = f(М); 3, 4 - кривые N = f(М)

снижение Т может привести к выходу из оптимального диапа­зона коэффициента формы поверхности сT (см. § 7.2) и ухудше­нию пусковых свойств двигателя (возможность незапуска).

Число шагов РО k. Влияние числа шагов (длины) РО на ха­рактеристики ВЗД в первую очередь связано с изменением числа контактных линий , отделяющих вход и выход гидромашины (5.43).

Исследования общих закономерностей влияния числа шагов на характеристики ВЗД проводились в ходе испытаний двига­телей различных типоразмеров путем последовательного укора­чивания ротора [66, 94]. Результаты исследований показали, что с уменьшением длины ротора существенно снижаются такие

 

Рис. 6.3. Влияние контурного диаметра DK на характеристики ВЗД:

I - D = 120; = 240; 1, 3-п = f(М); 2, 4 - N = f(М)

Рис. 6.4. Влияние длины РО на характеристики ВЗД диаметром 195 мм:

 = 2; 2- k = 2,8; 3 - k = 3,5

показатели экстремального режима, как крутящий момент, мощ­ность и перепад давления, а также тормозной момент (рис. 6.4). Частота вращения и к.п.д. в режиме максимальной мощности при этом изменяются незначительно.

Данные эксперименты подтверждают целесообразность при­менения многошаговых конструкций РО с целью повышения крутящего момента и мощности ВЗД. Опыт эксплуатации двига­телей показывает, что применение многошаговых пар также обеспечивает существенное увеличение их стойкости [51].

Натяг в паре . Натяг в РО влияет на объемные и механиче­ские потери ВЗД. С увеличением  объемные потери снижают-

Рис. 6.5. Влияние натяга в паре на характеристики ВЗД диаметром 195 мм:

1 -  = -0,6 мм; 2 -  = -0,3 мм; 3 -  = 0; 4 -  = 0,3 мм

ся, а механические возрастают. Строго говоря, натяг влияет и на рабочий объем ВЗД.

Многочисленные исследования влияния натяга в паре на ха­рактеристики ВЗД (например, при испытаниях двигателя Д1-195 [64] при изменении  в интервале от зазора 0,9 мм до натяга 0,6 мм) продемонстрировали, что с уменьшением натяга характе­ристика п - М становится более "мягкой" (рис. 6.5): снижаются тормозной момент и перепад давления, крутящий момент в экс­тремальном режиме. Вследствие возрастания утечек при умень­шении натяга (увеличении зазора) снижаются частота вращения и перепад давления в холостом режиме. При уменьшении  час­тота вращения в номинальном режиме (для двигателя Д1-195 но­минальный крутящий момент принят [64] равным 4 кНм) суще­ственно снижается (в 2-3 раза при зазоре 0,6 мм по сравнению с натягом 0,3-0,6 мм). Перепад давления в номинальном режиме мало зависит от натяга. При уменьшении натяга снижаются ам­плитуда поперечных колебаний корпуса двигателя и динамиче­ские нагрузки в РО и опорах шпинделя.

По мере износа РО, что равносильно снижению натяга или появлению зазора в паре (§ 6.2.5), рекомендуется в процессе бу­рения увеличивать расход жидкости.

На практике значение натяга в паре ротор - статор, обеспе­чивающее оптимальные характеристики, выбирается в зависи­мости от твердости резины, диаметра и длины РО. Для двига­телей ДЗ-172, Д5-172, Д2-195 согласно существующим ТУ натяг составляет 0,2-0,4 мм. В этом диапазоне разброс (полоса рас­сеивания) характеристик п - М весьма незначителен (см. рис. 6.5).

ВЛИЯНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Расход жидкости Q является одним из параметров режима бурения. Чаще всего возможный диапазон изменения Q опреде­ляется исходя из технологии бурения скважины и задается кон­структору ВЗД вместе с другими исходными данными.

Стендовые испытания ВЗД различных типоразмеров [35, 64] показывают, что с увеличением расхода повышаются как тормоз­ной момент и перепад давления, так и мощность, крутящий мо­мент, частота вращения и перепад давления в экстремальном ре­жиме (рис 6.6). К.п.д. гидродвигателя при увеличении Q в до­пустимом диапазоне изменяется незначительно.

Нижний предел расхода жидкости ограничивается нагрузоч­ной способностью или устойчивостью работы двигателя, а верх­ний предел допустимого расхода [2] - тремя факторами:

Рис.6.6. Влияние расхода жидкости на характеристики ВЗД:

а-оптимальный режим; б-тормозной режим

высокими инерционными нагрузками при увеличении частоты вращения;

к.п.д. двигателя: при заданном натяге с определенного расхо­да жидкости происходит снижение . Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения и перепада давления на длине линии контакта образуется односторонний зазор, приводящий к разгерметизации РО и росту утечек. Кроме того, с увеличением расхода растут и гидравлические потери в двигателе;

износом РО вследствие повышенных контактных напряжений и скоростей скольжения в рабочей паре, а также скоростей тече­ния жидкости в каналах РО.

В случае если ограничения по расходу не удовлетворяют тре­бованиям гидравлической программы бурения, переходят к схе­ме ВЗД с разделением потока жидкости с использованием поло­го ротора и регулятора расхода (см. § 2.5).

При выборе оптимального расхода жидкости необходимо учитывать возможности насосного оборудования. Более целесо­образен технологический режим бурения с одним постоянно ра­ботающим насосом. Это, как показывает опыт эксплуатации, снижает ремонтные простои и упрощает процесс бурения сква­жины.

В табл. 6.1, 6.2 представлены подачи наиболее распростра­ненных поршневых буровых и нефтепромысловых насосов при различных диаметрах цилиндровых втулок и частотах ходов . Коэффициент подачи принят равным 0,9.

Таблица 6.1


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2663; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!