Способ накопления энергии в гидродинамическом аккумуляторе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИЛЛИСТИНЕСкИХРЕСПУБЛИК 8540 А 1 9) П ) В 1/05 5)5 О 83 Ш,БРЕТ щщ.щц с ОП 8,ДДТ:Я 1 с), с,т.ЕХНЮКСМЯТ АНИ К АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВ йю РЕ но в: ин. тиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Сибирский. научно-исследовательскинститут нефтяной промышленности и Тменский индустриальный институт им. Лнинского комсомола(54) СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ АККУМУЛЯТО(57) Изобретение может быть применетидросистемах, например, горных машЦель изобретения - расширение облас применения и повышение эффективности. Прокачивают жидкость через магистраль 6. гидрокамеру (ГК) 3, полый плунжер (П) 2, дроссельное устройство 9 и линию 8 слива, Устанавливают в аккумуляторе начальный уровень давления жидкости. Включают вибратор 5, создают осевые перемещения П 2 и, воздействуя им на поток жидкости в ГК 3, создают гидроимпульсы давления в потоке прокачиваемой жидкости. Гидроимпульсы давления суммируют на участке от П 2 до сужения 7, образуя в аккумуляторе гидроимпульсное давление, которое суммируется с начальным давлением жидкости. В аккумуляторе накапливают некоторый уровень энергии и мощности. 1 ил.Изобретение относится к машиностроению и может применяться в горном деле, например при бурении скважин с гидравлическими забойными двигателями.Известен способ накопления энергии, при котором после перекрытия трубопровода в гидросистеме ауммируется несколько импульсов давления в жидкости, заключенной в трубопроводе. Недостатком такого способа является то, что для достижения высокого уровня накапливаемой энергии (А) необходимо поддержать высокую скорость потока жидкости и периодически полностью перекрывать трубопровод, который может разрушаться при больших гидроударах, хотя средневременная величина накопленной энергии в трубопроводе значительно меньше получаемой в конце цикла гидроудара, Кроме того, отбирать мощность из такой системы для совершения полезной работы экономически не выгодно, поэтому такой способ накопления энергии в машиностроении практически не применяется,Известны также способы накопления энергии в гидродинамическом аккумуляторе (авт.св. Ит 1191622, кл. Р 15 В 1/053; М 1208175, кл, Е 21 В 21/00; М 14 б 9215, кл, Р 15 В 1/053), Однако их эффективная реализация невозможна без длительных экспериментальных исследований в связи с тем, что при накоплении энергии в гидродинамическом аккумуляторе возможно достаточно большое число сочетаний одновременно или раздельно управляемых параметров.Наиболее близким к изобретению является способ накопления энергии в грузовом гидроаккумуляторе при создании усилия 6, направленного на корпус гидроаккумулятора, и периодической подаче жидкости в его гидравлическую камеру.Недостаток такого способа заключается в том, что энергия в этом случае накапливается периодически при значительном разрыве во времени от начала накопления энергии до момента окончания передачи мощности К от аккумулятора, При этом средние величины А и М за один цикл работы аккумулятора малы, В результате эффективность работы аккумулятора и коэффициент использования (К) необходимого энергетического оборудования остаются на низком уровне, Повышение Ки при таком способе накопления энергии связано с увеличением усилия 6, площади поперечного сечения Г плунжера аккумулятора или высоты Н поднятия груза, но при этом размеры аккумулятора и мощность для его привода увеличиваются, Замена усилия 6 усилием от пружин усложняет конструкцию гидроаккумулятора и ведет к снижению надежности в работе асей установки, предназначенной для накопления энергии ипередачи мощности от аккумулятора. Чем5 больше высота Н, тем больше время опускания груза и время передачи й от аккумулятора, в связи с чем темп роста М ниже темпаприроста А. Кроме того, значительные потери энергии обусловлены силами трения в10 гидроаккумуляторе, в связи с чем резко снижается его КПД, особенно при малогабаритном исполнении, поэтому такиегидроаккумуляторы не применяются в технике,15 Отмеченные недостатки ограничиваютобласть применения известного способа,чему способствует и ограниченное количество параметров, с помощью которых формируют давление в гидроаккумуляторе .Р20 согласно соотношению6Р= -ЕЦелью изобретения является расширение области применения гидродинамиче 25 ского аккумулятора и повышениеэффективности его работы.Поставленная цель достигается тем, чтов способе накопления энергии в гидродинамическом аккумуляторе, включающем со 30 здание осевого усилия на элемент егоплунжерной пары, формирование статического давления в аккумуляторе путем подачи жидкости в гидрокамеру и сливжидкости из аккумулятора, непрерывно35 прокачивают жидкость через магистраль нагнетания и гидрокамеру аккумулятора иформируют гидроимпульсное давление созданием вибратором осевых, например гармонических, колебаний плунжерной пары40 гидроаккумулятора при одновременном илираздельном изменении амплитуды, частотыи фазы осевых колебаний, причем формируют гидроимпульсное давление согласно соотношению45 .Рк=0,5 рс чв -- сов (вт+р,Чигде Ря - величина гидроимпульсного давления в гидроаккумуляторе;р - плотность жидкости;50 с - скорость распространения малыхвозмущений в жидкости;ч, - максимальная величина скоростиосевого перемещения плунжера аккумулятора при вибрации;55 ч - скорость потока при входе жидкости в аккумулятор;в- частота вибраций плунжера аккумулятора;р - фаза вибраций плунжера аккумулятора;т - время.Нэ чертеже показан гидродинамический аккумулятор, разрез, для накопленияэнергии по предлагаемому способу. 5Аккумулятор имеет корпус 1, в которомсоосно размещен полый плунжер 2, гидрокамеру 3, расположенную между плунжером 2 и корпусом 1, направляющуютраверсу 4, вибратор 5 осевых вибраций 10плунжера 2, магистраль б нагнетания.жидкости с суженинием 7, например с вентилем, линию 9 слива жидкости, дроссельноеустройство 8, ограничитель 10 осевых перемещений корпуса 1 относительно плунжера 152, уплотнения 11,. амортизирующую прокладку 12, пружину 13 для подвески магистрали б.Имеется также виброграф 14 для измерения осевых вибраций корпуса 1 и плунжера 2 относительно неподвижной траверсы 4,виброграф 15 для измерения осевых вибраций корпуса 1 относительно плунжера 2,манометры 16, 17 для измерения статического давления в аккумуляторе (в магистрали нагнетания жидкости) и под плунжером2, прибор 18 для измерения и записи в динамике гидроимпульсного давления в гидроаккумуляторе,Гидродинамический аккумулятор работает следующим образом, Непрерывно прокачивают жидкость через магистраль бнагнетания, гидрокамеру 3, полый плунжер2, дроссельное устройство 9 и линию 8 сливажидкости и устанавливают в аккумуляторе 35начальный уровень давления жидкости Рн.Затем включают вибратор 5, создают осевые перемещения плунжерэ 2, воздействуют плунжером 2 на поток жидкости вгидрокамере 3 и создают гидроимпульсы 40давления в потоке прокачиваемой жидкости, Гидроимпульсы давления суммируютсяна участке от плунжера 2 до сужения 7 иобразуют в гидроаккумуляторе гидроимпульсное давление Ря, которое накладывается на давление Рн и регистрируетсяманометром 16 как статическое, а прибором18 - в виде виброграмм. В результате повышения давления в гидродинамическом аккумуляторе накапливается определенный 50уровень энергии и мощности Йв.Предлагаемый способ может быть осуществлен в нескольких вариантах,Первый вариант. Дано: уровень Мв, конструкция гидроаккумулятора с вибратором 55и соответственно площадь поперечного сечения канала в плунжере аккумулятора йеред дроссельным устройством 9 Ек,площадь поперечного сечения Рр плунжера/2 Р И)р сОпределяют величину осевого усилия на корпус гидродинамического аккумулятора:(5) де Ер =0,785 бй:дн- наружный диаметр плунжера (внутри корпуса аккумулятора).Рассчитывают амплитуду осевых вибраций плунжера аккумулятора по формуле 1 й= -а6) После расчета Ь осуществляют подачу 0 (в расчетном объеме) жидкости через магистраль б нагнетания и через аккумулятор. включают вибратор 5, устанавливают минимально возможный уровень функций соз(в 1+ р )= в 1 п, создают расчетное значение давления Ря и обеспечивают заданную величину мощности Ня.Второй вариант. Заданы параметры: Мй, О, Рк, Гр, Р, с, й, у, К Рассчитывают величины параметров:Ий, О, Ря РтРв = - ; чл ., 6 я -0 3 к .к/2-РВ .-дп Чр с Рлр 0 2 в корпусе 1 аккумулятооа. плотность про. качиваемой жидкост р и скорость звука с в жидкости (в магистрали ее нагнетания). частота соосевых вибраций вибратора, величина максимального Рп 1 ах и начального Р давлений в магистрали б и аккумуляторе, а также коэффициент К обусловленный силами трения в плунжерной паре аккумулятора и величиной его КПД.Определяют уровень гидроимпульсного давления, который можно обеспечить при заданных Рвах и Рн.Ря = Ртах - Рн (1) а также величины подачи жидкости 0 в магистраль нагнетания (через аккумулятор) и скорости потока жидкости Чп в магистрали б перед аккумулятором из соотношенийа= - ; р 1йв,Ячп = тг - .03)КУстанавливают площадь сечения отвер стия в дроссельном устройстве 9 при Глр =- =0,25 Рк. Затем рассчитывают скорость осевых вибраций плунжера гидродинамического аккумулятора согласно соотношению51015 50 55 Загем нагружают осевым усилием гидроэккуллуляторпрокэчивэют через него жидкость, включают вибратор, устэнэвливэют фазу вибрэцийл лд"и обеспечивэют заданные значения РР и ИР,П р и м е р (по второму варианту), Дано;з/ . 2 0 / з, с=1350 м/с;1=0,8;Ь=610 м;Гр= =0,012 м; Вс = 1 10 м; о = 90.Рассчитывают.- 0 02 - 2 МПэ; чп = 0,02/1 1040 10 -г2 106, 12, 10-г(э, 1 О - 31 10 .зРдр= -- =2,510 м,После запуска аккумулятора в работупри указанных пэрэметрэх и сов(в 1 + р).-.0обеспечивают РРпах=-,КР=РР О,т,е,ОСЧа2 чп1200 1350 2,2РРтах 2 МПэи ЙРгпах = 2100,03 = 40 кВт.6,Степень эффективности предлагаемого способа нэкопления энергии зависит от нэзначения гидроэккумуляторэ и его конструктивных особенностей,Эффективность предлагаемого способа накопления энергии в гидродинэмическом аккумуляторе проверенэ нэ специально разработанном стенде и в условиях сквэжины при бурении с гидрэвлическими забойными двигателями. При исследовэниях параметры, укэзэнные в алгоритме в соотношениях) для определения РР, изменялись в следующих пределэх; р = 0,81,3 г/смЗ; с = 60.1350 м/с; Ь = 0,16,0 мм; щ = 50500 1/с; р= 090 О.Тэк, для сквэжинных условий при р= =1,2 г/см; с = 1350 м/с; Ь = 6 мм; а= =5001/с; р =80 О; 0 =35 л/с и 6 Р =50 кН получают РР = 3,3 МПэ и ИР = 115 кВт, А = =135 кДж.При таких же величинах А и 6 по способу-прототипу груз будет приподнят нэ высоту 0,27 м при возможной реализации мощности й всего в 27 кВт,Повышение коэффициента эффективности работы гидроэккумуляторэ при предлэ 20 25 30 35 40 гэемом способе нэкопления энергии можно оценить по формулеЦКа=где КР=7 у, РР 0; й =(7 р Р Г Н):1;гу 1, г - коэффициенты, учитывающие влияние сил трения в плунжерной паре гидроэккумуляторов;Р - давление в аккумуляторе;Е - площадь плунжерэ аккумулятора; Н - высотэ поднятия груза, действующего нэ корпус аккумулятора;1 - текущее время.Расчеты покэзэ.и, что даже при условии РР = Р величинэ к, в среднем может возрэстать в 2.5 рэз. Тэк кэк при вибрациях коэффициент трения между взаимодействующими поверхностями снижается нэ порядок, г/1 может состэвлять около 1, тогда кэк р для эккумуляторов, накапЛивающих энергию по спосо-. бу, принятому зэ прототип, изменяется от 0,80 до 0.92. Следовательно, реализация предлагаемого способа накопления энергии позволяет увеличить КПД гидроэккумуляторов от 8 до 200.Изобретение позволяет повысить эффективность и расширить область применения гидродинэмического аккумулятора, э также укрепить надежность обеспечения требуемого уровня накапливаемой энергии; повысить КПД эккумуляторэ в связи со снижением коэффициента трения в плунжерной паре при вибрациях; повысить коэффициент использования необходимого энергетического оборудовэния, тэк кэк нэкопление в аккумуляторе и передэчэ мощности от него могут осуществляться практически непрерывно. Формула изобретения Способ накопления энергии в гидродинэмическом аккумуляторе, включающий создание осевого усилия нэ элемент плунжерной пары, формирование стэтического давления в аккумуляторе путем подэчи жидкости в гидрокэмеру и слив жидкости из аккумулятора, о т л и ч э ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения эффективности его работы, непрерывно прокэчивэют жидкость через магистраль нагнетания и гидрокэмеру аккумулятора и формируют гидроимпульсное давление созданием вибратором осевых, например гэрмонических, колебаний плунжерной пары гидроэккумулятора при одновременном или рэздельном изменении амплитуды, частоты1728540 10 и фазы осевых колебаний, причем формируют гидроимпульсное давление согласно соотношениюРв,5 р С чв - -созв 1+ф,чвчп Составитель Г; КулябинТехред М.Моргентал Корректор С. Шевкун Редактор Г. Бельская, Заказ 1393 Тираж Подписное,ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул;Гагарина, 101 где Рв - величина гидроимпульсного давления в гидроаккумуляторе;р- плотность жидкости;с - скорость распространения малых возмущений в жидкости; чв - максимальная величина скоростиосевого перемещения плунжера аккумулятора при вибрации;чп - скорость потоке при входе жидко сти в аккумулятор;а- частота вибраций плунжера аккумулятора;р- фаза вибраций плунжера аккумулятора;10 1 - время,