УДК.622.242
Кан. техн. наук., Н.Х. Юнусов , магистрант Б.Е Жубанов
Каспийский государственный университет технологий и
инжиниринга
им. Ш.Есенова
Возможное выравнивание
пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.
Пневмокомпенсаторы служат для
выравнивания пульсаций давления, вызываемых колебаниями подачи жидкости из-за
неравномерной скорости поршней в насосах. Пневмокомпенсатор представляет собой
закрытый сосуд, заполняемый сжатым воздухом либо азотом. При подаче жидкости
объем газа в нем уменьшается и в результате этого начальное давление газа
возрастает до рабочего давления насоса. При работе насоса объем газа в
пневмокомпенсаторе периодически изменяется в пределах изменения подачи насоса
за один двойной ход.
Колебание давления газа характеризуется
коэффициентом неравномерности давления, значения которого при изотермическом
изменении состояния газа
определяются из выражения
(1)
где
- изменение объема газа вследствие неравномерной подачи
насоса за один двойной ход; pcp -
среднее давление газа при работе насоса; V0 - объем газа при начальном давлении; p0 - давление
предварительно закачиваемого газа, принимаемое за начальное.
При
работе насоса начальный объем газа в пневмокомпенсаторе изменяется обратно
пропорционально давлению:
V0 p0 = Vmin pmax =Vmax pmin =Vcppcp
где
Vmin и Vmax
- объемы газа при периодическом изменении рабочего давления от pmax до pmin; Vcp -
средний объем газа при работе насоса; рcp -
среднее рабочее давление
насоса. Изменение объема газа в пневмокомпенсаторе
где
- изменение подачи
насоса за один двойной ход.
Отношение
V/V0 в процессе работы насоса в заданном режиме
остается постоянной величиной. Из этого следует, что, согласно , формуле ( 1),
неравномерность давления
пневмокомпенсатора можно регулировать давлением
закачиваемого газа,
определяющим энергоемкость пневмокомпенсатора:
u
= V0p0 .
В зависимости от предельных давлений,
определяемых мощностью и подачей насоса, начальное давление в пневмокомпенсаторе
устанавливается в диапазоне: 0,25р'<p0<0,8р"
где р' и р"—предельное давление соответственно при минимальной (наименьшем
диаметре сменных втулок) и максимальной (наибольшем диаметре сменных втулок)
подаче.
Давление
в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления
газа к рабочему давлению насоса. При этом достигается максимально возможное выравнивание
пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.
Для
предохранения газа от утечек и растворения в прокачиваемой жидкости
пневмокомпенсаторы снабжаются разделителем диафрагменного либо поршневого типа.
Диафрагменный компенсатор (рис.1),
широко используемый в отечественной и зарубежной практике бурения, состоит из
толстостенного сферического корпуса 9, крышки 5, штуцера 2 и эластичной
диафрагмы 7. Корпус изготовляется из стального литья и после механической
обработки имеет гладкую внутреннюю поверхность. Для такелажирования при
монтаже и ремонте корпус снабжается
проушинами. При одинаковой энергоемкости сферическая форма его по сравнению с
цилиндрической придает пневмокомпенсатору
компактность, при этом масса
его меньше.
Диафрагма 7, отделяющая верхнюю газовую
полость от жидкости, поступающей через штуцер, имеет сферическую форму с
горловиной, уплотняемой в проточках корпуса и крышки 5. Крышка затягивается
шпильками, ввернутыми в корпус. Диафрагма изготовляется из прорезиненной ткани
и при полной разрядке пневмокомпенсатора плавно прилегает к внутренней его
поверхности. Образование складок и деформирование диафрагмы при этом
нежелательны вследствие возможной потери эластичности, особенно в условиях
низкой температуры.
Отверстие Б пневмокомпенсатора
перекрывается конусным утолщением диафрагмы. Металлическая шайба 8 и диск 6 из
прорезиненной ткани устраняют возможность выдавливания диафрагмы в отверстие
штуцера 2 и способствуют плотному прилеганию конуса диафрагмы к штуцеру при
вытеснении жидкости из пневмокомпенсатора во время остановок насоса. На крышке
установлен угловой вентиль 3 для зарядки пневмокомпенсатора сжатым газом.
Пневмокомпенсаторы заряжаются воздухом, нагнетаемым компрессором высокого
давления либо азотом, доставляемым в баллонах.
Давление газа контролируется манометром
4, снабженным вентилем. Манометр включается с помощью вентиля перед пуском
насоса для контроля начального давления в пневмокамере. При работе насоса
вентиль закрывается, поэтому манометр предохраняется от преждевременных
поломок, вызываемых пульсацией давления
в пневмокамере. Из насоса жидкость поступает в пневмокомпенсатор через штуцер
2, затягиваемый шпильками 10, которые одновременно служат для крепления
пневмокомпен-сатора к фланцу 1
нагнетательного коллектора
насоса.
Долговечность диафрагмы зависит от
объемов газа и жидкости при работе насоса, определяемых отношением начального
и рабочего давлений в пневмокомпенсаторе. При сравнительно небольших начальных
давлениях плоскость перегиба под действием рабочих давлений смещается к верхним
сечениям корпуса, имеющим по сравнению со средним сечением меньшую площадь. В
результате этого увеличивается изгиб и амплитуда напряжений в деформированные
сечениях диафрагмы, вызывающие снижение срока ее службы.
|
Рисунок 1.
Сферический компенсатор
При
больших начальных давлениях плоскость перегиба смещается вниз и
возникает опасность повреждения диафрагмы от соударений с
днищем корпуса. Для устранения этого требуется своевременное регулирование
начального давления
В буровых насосах используются
диафрагменные пневмокомпенсаторы ПК-70-250 и ПК-70-320, геометрические объемы
которых равны 70 дм3, а предельные давления соответственно 25 и 32 МПа.
Давление
в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления
газа к рабочему давлению насоса. При этом достигается максимально возможное выравнивание
пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.
Использованная литература
1.Ильский А.
Л. Расчет и
конструирование бурового оборудования. М., Недра, 1980. 636 с. с ил.
2. Д а н и е л я н А.
А. Буровые машины
и механизмы. М.,
Недра, 3 966. 440 с.
3 Аваков В. А. Расчеты бурового оборудования, М„ «Недра», 1984. 397 с.