Моделювання роботи клапанів трипоршневих бурових насосів для підвищення ефективності їх проектування та експлуатації

Abstract

Захищаються результати досліджень, спрямовані на підвищення ефективності і точності розрахунків при проектуванні та експлуатації трипоршневого бурового насоса односторонньої дії та його складових, зокрема клапанних вузлів. Вдосконалено математичну модель роботи клапанного вузла за рахунок врахування: стискання бурового розчину та наявності в ньому домішок газу; дії підпірного відцентрового насоса; змінної величини гідродинамічної сили від висоти підйому тарілки над сідлом; нелінійності коефіцієнта витрати клапана (нелінійної залежності μ від висоти підйому тарілки h). Розроблена математична модель сумісної роботи вхідного та вихідного клапанів поршневого бурового насоса, яка більш повно враховує фактори, які впливають на показники його роботи. Змодельована сумісна робота вхідного та вихідного клапанів поршневого бурового насоса та розроблено алгоритм моделювання, що дозволяє проектувати нові та досліджувати існуючі конструкції бурового насоса без проведення складних, високозатратних натурних експериментів.

Защищаются результаты исследований, направленные на повышение эффективности и точности расчётов при проектировании и эксплуатации трёхпоршневого бурового насоса одностороннего действия и его составляющих, в частности клапанных узлов. Усовершенствовано математическую модель работы клапанного узла поршневого бурового насоса за счёт учёта: сжатия бурового раствора и наличия в нём примесей газа (воздуха); действия подпорного центробежного насоса; переменного значения гидродинамической силы в зависимости от высоты подъёма тарелки над седлом; нелинейности коэффициента расхода клапана (нелинейной зависимости коэффициента расхода μ от высоты подъёма тарелки h). На основании результатов исследований с использованием компьютерного моделирования намечены пути оптимизации режимов работы бурового насоса для достижения максимального значения коэффициента подачи при соблюдении условий нормальной работы как клапанных узлов, так и насоса в целом. Исследовано влияние нелинейности коэффициента расхода клапана на характеристики его работы. В результате установлено, что его значение существенно влияет на точность определения максимальной высоты подъема и скорости посадки тарелки.

Results of researches directed on the increase of efficiency and exactness of calculation at planning of mud pump of one-sided action and his component, in particular valve knots are being defended. The mathematical model of work of valve knot is improved due to an account: clench of drilling solution and presence of gas admixtures in it; actions of centrifugal pump; variable quantity of hydrodynamic force from the height of rising the plate above a saddle; non-linearity of coefficient of expense of valve (nonlinear dependence μ from heights of rising the plate above a saddle h). Mathematical model of compatible work of entrance and output valves of piston mud pump, which takes into account most complete factors, which affect the indexes of work of mud pump is developed. Compatible work of entrance and output valves of piston mud pump is modeled and the algorithm of design is developed, that allows to design new and explore existent constructions of mud pump without conducting of difficult, high-expense model experiments.