Способ управления насосной установкой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИРЕСПУБЛИК 19) ( 1) 78 А 1 В 21/08, Р 04 В САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТ,К С К АВТОРС ефт во СС 8, 19 ной устан им образо ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(71) Московский институт нгаза им. И.М.Губкина(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОУСТАНОВКОЙ Изобретение относится к областигидроавтоматики и может. быть использовано в циркуляционных системах буровых установок.Целью изобретения является расширение диапазона применения, повышение КПД и стабилизация характеристик исполнительного органа за счетуменьшения амплитуды колебаний давле"ния и расхода.На фиг.1 изображена схема насосной установки; на Фиг.2 - график пульсации подачи насоса; на фиг.3 - линейные расходные характеристики; нафиг.4 - квадратичная расходная характеристика; на Фиг.5 - предельные контуры колебаний расходов; на Фиг.б -предельные контуры колебаний относительных давлений.Насосная установка содержит объемный насос 1, исполнительный орган2 и трубопровод 3,Способ управления насос овкой осуществляется следующ м,(57) Использование: в циркуляционныхсистемах буровых установок. Сущность изобретения: нагнетают объемным насосом с пульсирующей подачейрабочую жидкость в трубопровод к исполнительному органу, Формируют оптимальные эксплуатационные режимы работы установки за счет выбора частотпульсации подачи насоса в зависимости от свойств рабочей жидкости,трубопровода и исполнительного органа. Предварительно определяют без-размерный коэффициент, 6 ил. Включением насоса 1 осуществляется нагнетание рабочей жидкости в трубопровод 3 к исполнительному органу2. При этом режим работы установки(давление-расход) в произвольном промежуточном сечении трубопровода 3 в некоторый момент времени обусловленвстречЕЙ в этом сечении прямой и отраженной ударных волн, перемещающихся в рабочей жидкости со скоростью С.Характеристическая кривая трубопровода 3 есть прямая, угловой коэфФициент которой4 Ср/ий, а знак зависит от направления движения волны (фиг.3), где р - плотность рабочей жидкости, д - внутренний диаметр трубопровода 3.Граничные условия в начале трубопровода 3 определяются мгновенной подачей насоса 1, мгновенная подача непостоянна, периодически изменяется (пульсирует) в некотором диапазоне от 0 ; до 0 пд (Фиг.2).= КЯ (Фиг.4), где Р - давление,Я - средняя подача насоса 1, потребляемая исполнительным органом 2.В результате многократных отражений прямых и обратных волн от граничных устройств (насос 1, орган 2)неустановившийся (вследствие изменения мгновенной подачи насоса) режимблокируется в некотором контуре, размер которого определяет уровень колебаний давлений-расходов в граничныхсечениях установки,При наличии отраженных волн существуют два крайних (предельных)случая (Фиг.5), обуславливающих максимальный, либо минимальный размерконтура колебаний давлений- расходов.В первом крайнем случае (фиг.5) волна, возникшая вследствие изменениямгновенной подачи насоса 1 в некоторой Фазе, дойдя до исполнительногооргана (х=1) и отразившись от него,возвращается в начальное сечение(х=0) в момент, когда текущая фазаподачи идентична исходной. Это соб Олюдается при условииС21где д - целое число1 - длина трубопровода 3.В результате частный для данной фазы волны (Я;) блокирующий контур вырождается в точку (пересечениехарактеристики исполнительного орга на 2 с линией Я(АВ - фиг.5), аполный размах колебаний (ЬР, ЬЯ)определяется пересечением характеристики органа 2 с линиями минимальной и максимальной подачи насоса 1 45 (фиг.5).Во втором крайнем случае (фиг.б)волна, возникшая при минимальном(максимальном) значении мгновенной:подачи, возвращается в начальное сечение в момент, когда текущая подача переходит в максимум минимум). Данное условие выполняется при: а =(21-1)С/41, Получаемый в результате блокирующий контур В, АВА). (фиг.б) обуславливает размах колеба- ний давления Д Р и расхода Для выбора конкретного значения частоты пульсации определяется безразмерный коэффициент соотношения:где К - постоянная;щ - показатель степени характеристики исполнительного органаВ зависимости от величины безразмерного критерия Н один из двух крайних случаев характеризуется минимальным уровнем колебаний давления-расхода в концевых сечениях. При Н ) 1минимальный. размер контура обеспечивается для первого крайнего случая,при Н ( 1 - для второго,Поэтому при реализации способав каждом случае необходимо для данного Н обеспечить оптимальную взаимосвязь между частотой вращения приводного вала насоса 1 длиною и диаметромтрубопровода 3, параметрами рабочейжидкости и характеристикой исполнительного органа 2, что может бытьдостигнуто, например:- применением регулируемого двига"теля в приводе насоса 1;- подбором длины трубопровода 3(для установки с насосом нерегулируемой подачи).Ниже приведен пример конкретнойреализации способа. При турбинномбурении скважины на глубине Ь =1000 м при подаче промывочной жидкости поршневым насосом У 8-6 МА 2,исходя из требуемого для эффективнойработы турбобура и очистки забоязначения расхода жидкости Я = 2535 л/с, частота двойных ходов насоса при коэФФициенте подачи М = 0,9и диаметра цилиндровых втулок 0 == 170 мм, определяющем рабочий объем насоса с = 32,3 л, может изменяться в интервале:в= -- = 0,86-1,20 (Гц).Применяются бурильные трубы ТБПВ 127 х 10 (й = 107 мм), плотность промывочной жидкости= 1150 кг/мз, скорость ударной волны звука в ней С = 1250 м/с, турбобур ЗТСШТЛ имеет квадратичную характеристику (ш=2) К = 1,9 10 кг/и . Длина наземного манифольда 1 О = 30 м,(гц) 5 177Таким образом, возможный диапазон изменения безразмерного коэффициента Н Н ==20 - 1 68 ) 1. 2 СР С 1 гцф Поскольку Н ) 1, антирезонансные частоты иц пульсаций подачи обусловливают максимальный уровень колебаний давления: п =(21-1)- =(21-1) ю 0 303Сц = 471.+1,) Ряд дискретных антирезонансныхчастот (Гц) бным насосом с пульсирующей подачейрабочей жидкости в трубопровод к исполнительному органу и Формирование 5оптимальных эксплуатационных режимовработы установки за счет выбора цастот пульсации подачи насоса в зависимости от свойств рабочей жидкости,трубопровода и исполнительного орга на, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения диапазона применения, повышения КПД и стабилизации характеристйк исполнительногооргана за счет уменьшения амплитудыколебаний давления и расхода, предварительно определяют безразмерныйкоэффициент из соотношенияп = 0,303 ф 0909 ю 1 ю 515, 2,121,2,727, 3,333Минимальный уровень колебаний давления обеспечивается резонансными частотами и пульсаций:Си = 1 ---- = 0,606 1 (Гц)2(+1 о)Ряд дискретных резонансных частот(гц)и р = О, 606, 1) 212, 1,818, 2, Ц 2 й,3,030, 3,636Поскольку для данного типа поршневого насоса частота пульсаций подачи в 1 раза превосходит частоту двойных ходов насоса (п=4 п), то ряд дискретных резонансных частот двойных ходов насоса имеет вид: пн = 0,1515, 0,3030, О,Й 545, 0,6060,0,7575, 0,9090, 1,0605, 1,2120,1,З 6 З 5 (гц).Следовательно, для осуществления наиболее эффективного процесса бурения на данной глубине с данным бурильным инструментом частота двойных ходов насоса должна принять одно из двух значений: 0,9090 или 1,0605 Гц,формула изобретенияСпособ управления насосной установкой, включающий нагнетание объем 2 СР 20 2г30 35 и=1 -- приН ) 1С21У 45 и = (21-) -- при Н ( 1С41У где 1 - целое число;50 1 - длина трубопровода. где р - плотность рабоцей жидкости;с - внутренний диаметр трубо 25 провода;- скорость распространенияударной волны в рабочейжидкости;О - средняя подача насоса, потребляемая исполнительныморганом;в - показатель степени характеристики исполнительного органа;К - постоянная характеристикаисполнительного органа,определяемая из соотношенияК = Р/Я , где 0 - давление,а частоту п пульсации подачи насоса40 выбирают из дискретных значений числового ряда, определяемого соотно- шениями1778266 р Фу Составитель С.Рождественский Техред И.Иоргентал Корректор И,Иуска акт Заказ 169 Тирак Подписно ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Иосква, Ж - 35, Раушская наб., д, 45 ГКНТ ССС Производственно-иэдательскш комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,