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! |
Мы поможем в написании ваших работ!