Введение к работе
Актуальность работы. Одними из осное;шх проблей, требующих скорейыего разрешения, являются г.овышениэ производительности и надежности насосной части буровых установок. Являясь одним из основных агрегатов современной буровой ус v. -ловки, буровой насос совместно с подпорным насосом функционирует непосредственно в среде аб-разивосодеркащеЯ промывочной жидкости, подвергаясь интенсивному износу. В связи с этим насосному комплексу предъявляются достаточно жестк,-.? требования по производительности и надежности.
Технико-экономические показатели бурения во многом зависят от эффективности и качества функционирования насосно-цкркуляпионной системы (ЩС), включащсй, как правило, две буровые насосные установки, расположенные в насосно- блоке и циркуляционную систему.Эффективность работы бурового насоса во многом определяется схемой компоновки циркуляционной системы, а именно, полнотой очистки бурового раствора от шлама и газа, высотой расположения емкостей, наличия подпора и т.д. Поэтому исследования работы насоса, совершенствование его конструкции следует проводить с учетом влияния всей НДС, т.е. на основе системного анализа.
Большинство исследований посвящены насосам с тарельчатыми клапанами, в них недостаточно полно отражены взаимосвязи между основными и конструктивными параметрами с условиями эксплуатации с одной стороны, и техническими характеристиками и показателями - с другой.
Поэтому адачи разработки информационного фонда по предметной области, методов поиска новых технических решений и оценки технического уровня, математической модели рабочего процесса и конструкций, рационального проектирования узлов насосной части буровых ус-
тычовок являются актуальными.
Цель работы. Оценка уровня и поиск новых технических решений расчет, и or. .'имизация существующих конструкций насостэс комплексов буровых установок на основе эврис. гческого алгоритма начального этапа проектирования.
Заддчи исследования.
-
Разработка информационного фонда по предметной области.
-
Разработка специапизиров^.гного алгоритма поиска новых, технических решений по объемным насосам.
-
Экспериментальные и теоретические исследования рабочих процессов объемных насосов.
-
Разработка алгоритмов и программ по оценке технического уровня насосных комплексов и их узлов.
-
Создание методик ~ алгоритмов рационального проектирова-'вания объемных насосов и их функциональных узлов.
-
Разработка перспективных конструкций насосов для буровых установок.
Научная новизна. Разработаны функциональная структура насос-но-циркуляционной системы и структура показателей ее узлов в иерархическом виде, специализированный алгоритм поиска и оценки новых технических решений в виде дерева целей.
Впервые разработан алгоритм оценки технического уровня изделий по количеству и весомости решаемых проблем и получено еоотно-пение для оценки уровня.
Разработата математическая модель рабочего процесса насоса с
учетом неоднородных линий всасывания и нагнетания, динамики клапа
нов, текущего газосодеря&ния гидкости в цилиндре; конструкции объ
емных насосов, связыващая основные и конст7",ктивные параметры и
динамические характеристики. .
Получены уточненные соотношения для определения неравномерности подачи, углов запаздывания клапанов, предложены критерии всасывающей способности к быстроходности насосов, коэффициента подачи и гидравлического КПД.
Разработан ряд технических решений (ТР) на уровне изобретений, позЕОляюя^ие реаить проблемы поеышьп.я наработки на отказ ци-лкндропоршневой пары путем кратного снижения контактного давления в паре,углов запаздывания клапанов путем полупринудительного их открытия и закрытия, регулирования подачи насоса от 0 до максимума путем „^держки закрытия всасывающего клапана.
Практическая ценность. На основе математического модел:;рова-' ния разработаны алгоритмы и программа рационального проектирования поршневых буровых насосів. С использованием специализированного алгоритма разработано 24 изобретения. Алгоритмы и программы использованы при проектировании буровых насосов КБТ-600-І, КБТ-475. Некоторые алгоритмы и программа накли применение в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании в Волгоградском политехническом институте.
Внедрение разработанных методов, математических моделей, алгоритмов и программ в практику проектирования позволило оптимально согласовать осноЕкке параметры насос3 и условия эксплуатации с конструктивными параметрами цилиндра, клапанов, пневмоксліенсато-ров, выбрать быстроходность насоса из условий ограничения массы, объемных потерь и обеспечения требуемого уровня надежности.
Апробация гп.боты. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах по автоматизации проектирования ВолгПИ (Волгоград, 1989, 1990 гг); на III Всесоюзной конференции по динамике, прочности и надежности нефтепромыслового оборудования (Баку, 1933 г); ня областной научно-технической конференции молодых спе-
ціїалистов "Проблемы качества и совершенствования оборудования тяжелого, энергетического, транспортного и химического машиностроения" (Свердловск, 1986 г); на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированное проектирование машин, оборудования, прибсрэи и технологических процессов в машиностроении" (Устинов, 1966 г); на заседании кафедры "Гидравлические машины и гидравлика Зороміловградского машиностроительного института (Ворошиловград, І936 г); на семинаре "Проблемы сформирования систем машин и техники новых поколений" (МоскЕа, 1990 г); на ІУ Всесоюзной научной конфе-ре;ш:;и "Автоматизация поискового конструирования и подготовка инженерных кадров" (Волгоград, 1987 .г); на научно-технической конференции "Надежность и эксплуатация технических систем и комплектующих изделий" (Севастополь, 1990 г); на научно-техническом совете ОКБ-3 Волгоградского завода буровой техники (Волгоград, '1990 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, в т.ч. 24 изобретения.
Основные вопросы изложены в 2-х томах научно-технического отчета по теме НИР НГІ-406-83 "Оптимизация конструкции буровых насосов с помощью математического моделирования, определение путей снижения металлоемкости, увеличение срока службы поршней, цилиндровых втулок и клапанов в два раза" (ответственный исполнитель -аЕтор). По разработанным методам изданы в синекопиях расчеты бурового насоса НБТ-600-І.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения; со
держит 154 страниц машинописного текста, 16 таблиц, 56 рисункої
126 наименований литературы и 7 приложє ий.
