Выбор и обоснование конструктивных параметров и режимов работы гидросъемника гидроструйной бурильной машины

• Автор: Леонтьев, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

ККГидроструйные технологии в бурении. Практика их применения

1.1.1. Гидроструйное бурение

1.1.2. Гидромеханическое бурение

1.1.3. Гидроструйная цементация грунтов

1.2. Элементы буровой колонны

1.2.1. Устройство и работа гидросъемника

1.2.2. Устройство буровой штанги

1.2.3. Устройство и работа бурового инструмента
1.3. Классификация и конструкция вертлюгов
1.4. Анализ существующих конструкций уплотнений высокого давления
1.5. Методы оценки тепловых режимов гидросистем
1.6. Цель и идея работы. Постановка задач
2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Общие положения методики
2.2. Стендовая база
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ
РАБОТЫ ГИДРОСЪЕМНИКА
3.1. Оценка эффективности влияния параметров процесса на
количество выделяемой теплоты
3.1.1. Зависимость потери мощности от давления рабочей жидкости
3.1.2. Зависимость потери мощности от коэффициента трения
3.1.3. Зависимость потери мощности от линейной скорости перемещения поверхности вала в зоне уплотнения

3.1.4. Зависимость потери мощности от диаметра струеформирующей насадки
3.1.5. Расчетное определение зависимости гидравлических параметров на потери мощности
3.2. Влияние параметров процесса на расход рабочей жидкости
3.2.1. Зависимость расхода от давления рабочей жидкости в гидросъемнике
3.2.2. Зависимость расхода рабочей жидкости от коэффициента трения уплотнения
3.2.3. Зависимость расхода рабочей жидкости от линейной скорости перемещения поверхности вала в зоне уплотнений
3.2.4. Зависимость расхода рабочей жидкости от начальной температуры рабочей жидкости
3.2.5. Зависимость расхода рабочей жидкости от конечной температуры рабочей жидкости
3.2.6. Расчетное определение зависимости гидравлических параметров на расход рабочей жидкости
Выводы
4. РАЗРАБОТКА ГИДРОСЪЕМНИКОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ
ГИДРОТЕХНОЛОГИИ
4.1. Разработка параметрического и типоразмерного рядов гидросъемников
4.2.Методика расчетов геометрических параметров и режимов работы гидросъемников
4.3. Пример расчета методики
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Повышение объёмов строительства и освоения подземного пространства осуществляется в настоящее время за счет интенсификации труда и внедрения современной техники и технологии. В этой связи поиск новых высокоэффективных способов разрушения горных пород, в частности при бурении, является весьма важным направлением. К числу наиболее перспективных и, с учетом известных достоинств, весьма привлекательным является способ бурения, основанный па использовании энергии высоконапорных жидкостных струй. В настоящее время нашли своё применение гидроструйное и гидромеханическое бурение, а также, гидроструйная цементация неустойчивых горных пород. Однако расширение области применения такой техники затруднено необходимостью решения проблемы эффективной подачи рабочей жидкости под высоким давлением во вращающуюся буровую колонну. Одним из путей решения этой проблемы является оснащение бурильных машин гидросъемниками (вертлюгами), в которых подача высоконапорной рабочей жидкости осуществляется во вращающийся вал привода буровой колонны через корпус с уплотнительными элементами различной конструкции. К главным недостаткам такой схемы является значительный нагрев уплотнительных узлов во время работы, что приводит к их износу и выходу из строя. При этом отсутствуют научно обоснованные методу оценки тепловых процессов функционирования гидросъемников, при которых обеспечивается их эффективная работа. Кроме того, отсутствуют методы определения конструктивных параметров гидросъемников и их рабочих характеристик, обеспечивающих заданные рациональные режимы работы бурильной машины в целом, что и определяет актуальность работы.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ТулГУ и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, НИОКР Тульского регионального отделения Межрегиональной общест-

ции. В последнее время, с появлением новых типов рабочих жидкостей и общей тенденции к увеличению рабочих давлений и температур, требования к рабочим характеристикам уплотнений стали еще более жесткими.
Опыт показывает, что если уплотнения в гидроцилиндрах состоят только из эластичных материалов, их применение в тяжелых условиях сильно ограничено. При высоких давлениях, в особенности с динамическими нагрузками, такие уплотнения подвержены внезапным повреждениям, вызванным выдавливанием в зазор.
Выдавливание можно ограничить путем уменьшения зазора между металлическими подвижными частями, но это часто противоречит экономическим и функциональным требованиям. Также для средних и высоких давлений производятся уплотнения с армированием из специальных тканых материалов, которые предотвращают выдавливание и износ (рис. 1.17).
Рис. 1.17. Распределение сил при использовании уплотнений из армированного каучука.
Давно доказано, что профиль уплотнения оказывает решающее влияние на упругую деформацию его уплотняющих кромок, прилагаемое прижимное усилие в месте контакта с металлическими поверхностями и, следовательно, на поведение рабочей жидкости. При недостаточном прижимном усилии масляная пленка между уплотняющей кромкой и металлической поверхностью достигает чрезмерной толщины, вызывая недопустимые утечки рабочей
жидкости, приводящие порой к каплеобразованию. Чрезмерное прижимное