Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Струей называют поток жидкости (газа), движущийся в жидкой или газовой среде.

Геометрическим насадком (насадкой) называют короткую трубку, присоединенную к отверстию с целью изменения скорости, расхода и траектории струи жидкости (газа).

Сотом называют насадок, служащий для разгона потока. На выходе из сопла скорость потока выше, чем на входе в него. Сопло для жидкости (и для дозвукового истечения газа) является сходящимся насадком и называют его конфузором.

Для сверхзвукового газового потока соплом является расходящий­ся геометрический насадок. Если на выходе из насадки скорость потока меньше, чем на входе в него, т. е. в насадке происходит тор­можение потока, насадок называют диффузором. Диффузор для жид­кости (для дозвукового потока газа) является расходящимся насад­ком, для сверхзвукового газового потока — сходящимся.

Наиболее совершенное сопло для жидкости — коноидалъный на­садок, выполненный по форме струи жидкости, вытекающей из от­верстия в тонкой стенке. В нем потеря давления на трение мини­мальна.

Используя уравнение импульса (5.60) к случаю силового воздей­ствия струи жидкости, вытекающей из насадка, на симметричную, жесткую, нормальную струе поверхность, получим

/^АфР/о, (5-97)

где — сила давления струи, Н; Кф — коэффициент, определямый влиянием неучтенных факторов, Кф = 0,92 — 0,96; р — плотность жид­кости, кг/м3; /—площадь поперечного сечения струи (выходного от­верстия сопла), м2; V — средняя скорость струи, м/с.

Уравнение (5.97) применяют для расчета силы давления струи, вытекающей из гидромониторного насадка (сопла) шарошечного до­лота, на забой скважины.

Кинетическая энергия струи может способствовать более эф­фективному разрушению горных пород, очистке поверхности до­лота и забоя скважины от разрушенной породы. Обычно средняя ее скорость равна и = 50 + 100 м/с. У современных гидромонито­ров, применяемых на горных работах, максимальное значение скорости истечения стационарной струи 1000 м/с. Нестационарные (импульсные) струи импульсных водометов могут достигать скоро­сти 7000 м/с.

На устройство, реализующее истечение жидкости в направлении, противоположном истечению, действует сила реакции струи, величину которой можно определить, используя закон сохранения импульса. Импульс, вытекающий за время / жидкости (5.60), равен импульсу устройства, реализующего истечение за то же время:

О2

= А/а’и = а’рОи = а’р/и2 = а’р? у-, (5.98)

где Рр — сила реакции струи, Н; М— массовый расход, кг/с; а’ — коэффициент Буссинеска; и — средняя скорость струи, м/с; /— пло­щадь поперечного сечения струи, м2; 0 — объемный расход жидко­сти, м3/с.

Гидропневмоприводом называют совокупность устройств, предна­значенных для передачи энергии посредством жидкости (воздуха) от приводящего двигателя (магистрали, аккумулятора) потребителю (на­грузке) (рис. 5.7).

По типу гидропневмопередачи различают гидропневмопривод объем­ный, динамический и комплексный (комбинированный, смешанный). Гидропневмопривод, в который входят объемный насос (компрессор) и объемный двигатель, называют объемным гидропневмоприводом. В дина­мический гидропневмопривод входят динамический насос (компрессор) и динамический гидропневмодвигатель. Комплексный гидропневмопривод состоит из объемного насоса (компрессора) и динамического двига­теля или динамического насоса (компрессора) и объемного двигателя (рис. 5.8).

Насосы служат для перекачивания жидкостей, компрессоры — для сжатия и подачи газов (воздуха). Для нагнетания аэрированных жид-

костей в бурении применяют насосы, оборудованные специальными (бустерными) механизмами, для откачек скважинных аэрированных жидкостей (нефти, попутной воДы и нефтяного газа) — центробежные насосы, а также насосы специальных конструкций — роторно-вих — ревые.

Объемные гидропневмопередачи. В объемном насосе (компрессоре) механическая энергия приводящего двигателя преобразуется в по­тенциальную энергию давления жидкости. На входе и на выходе из объемного насоса (компрессора) часто имеются клапаны.

В объемном гидродвигателе (гидромоторе) и пневмодвигателе (пнев­момоторе) потенциальная энергия давления преобразуется в механи­ческую энергию движения выходного звена. К объемным гидродвига­телям относят винтовой забойный двигатель, поршневые гидродвигатели (гидроцилиндры) механизма подачи и перемещения бурового станка, шестеренные и аксиально-поршневые двигатели привода вращателя и ряд других.

Объемные поршневые и плунжерные (плунжер — это поршень, длина тела которого больше, чем диаметр) буровые насосы применя­ют для промывки и цементирования скважин. В гидросистемах бу­ровых установок наиболее часто используют пластинчатые, аксиаль — но-поршневые, шестеренные и плунжерные объемные насосы.

Среди объемных компрессоров, применяемых при продувке сква­жин и бурении с пенами, наиболее распространены поршневые, вин­товые и ротационные (это аналог пластинчатой машины) компрес­соры.

Объемными гидропередачами являются системы «пластинчатый маслонасос — гидроцилиндр механизма подачи», «поршневой буровой насос — винтовой забойный двигатель» и др. Объемный гидропривод применяют в буровых станках колонкового бурения, механизмах подъе­ма мачты. Объемные пневмопередачи в буровых работах имеют огра­ниченное применение.

Динамические гидропневмопередачи. Среди динамических машин следует различать лопастные и машины иных конструкций. В дина­мическом лопастном насосе (компрессоре) механическая энергия при­водящего двигателя преобразуется в основном в кинетическую энергию потока, в динамическом двигателе — наоборот. К лопастным маши­нам относят центробежные и роторно-вихревые погружные скважин­ные насосы, центробежные компрессоры и турбобуры. К динамиче­ским — электромагнитные насосы (в бурении не используют), гидрав­лические тараны (в бурении не применяют), а также динамические насосы трения: вихревые (в бурении не применяют), струйные (для опытных откачек воды из скважин, эжекторы — для создания обрат­ной призабойной циркуляции жидкости) и шнуровые (для эксплуа­тационных откачек воды из скважин, колодцев). В число динамиче­ских нелопастных гидропневмодвигателей входят гидро — и пневмо­ударные машины. К динамическим компрессорам трения относят струйные компрессоры (в бурении не применяют).

Примером динамической гидропередачи служит система «центро­бежный лопастной насос — гидроударник» (в бурении отсутствует). Система «центробежный компрессор — пневмоударник» является ди­намической пневмопередачей (в бурении отсутствует).

К динамическим лопастным гидропередачам, собранным в еди­ный корпус и широко применяемым в технике, относят гидромуфты и гидротрансформаторы.

Гидромуфта (турбомуфта) служит для сглаживания нагрузок на валу приводимой машины (плавное трогание с места) и предохране­ния приводящего двигателя от перегрузок. Основная особенность гид­ромуфты — передача крутящего момента от насосного колеса турбин­ному без изменения. Возможно применение гидромуфты в бурении в качестве гидродинамического тормоза буровой лебедки.

Гидротрансформатор (турботрансформатор) является динамической гидропередачей, в которой наряду с изменением передаточного отно­шения возможно изменение (трансформация) крутящего момента. Гид­ротрансформатор обычно работает в системе «двигатель — гидротранс­форматор — коробка перемены передач» и отличается от гидромуфты наличием третьего колеса — реактора. Комплексный гидротрансформа­тор имеет реактор, установленный на муфте свободного хода, и мо­жет работать в режиме гидромуфты. Гидротрансформатор можно при­менять в приводе буровых лебедок, так как при уменьшении нагрузки скорость подъема инструмента из скважины увеличится и сократится время выполнения спуско-подьемных операций.

Комплексные гвдропневмопередачи. К комплексным буровым гид — ро — и пневмопередачам относят широко применяемые в бурении сис­темы «плунжерный буровой насос — гидроударник», «поршневой буро­вой насос — турбобур», «поршневой компрессор — пневмоударник» и др.

Комментарии запрещены.