Способ форсированных ресурсных испытаний бурового насоса объемного типа Советский патент 1992 года по МПК F04D15/00 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике, а именно к ресурсным испытаниям гидравлических машин объемного типа, в частности буровых насосных агрегатов (БНА) большой мощности от 400 и выше кВт на стендах заводов-изготовителей, а также в условиях эксплуатирующих организаций.

Известен способ ускоренных испытаний насосных агрегатов, основанный на увеличении приводного перепада давления, в диапазоне, обеспечивающем требуемый вид трения и механизм износа, а продолжительность испытаний устанавливают согласно зависимости:

ДРиН

АРи

V

АРту

авторское свидетельство № 827844, кл. F 04 В 51/00, 1979).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что для увеличения перепада давления и соответственно частоты вращения требуются дополнительные энергетические затраты, так повышение частоты вызывает повышение сопротивления прокачиванию жидкости в k f(n2) раз и соответственно требует увеличения мощности привода насоса в гл f(n3) раз. Кроме того, при испытаниях по этому методу снижается коэффициент полезного действия за предельно допустимую величину.

Известен также способ ускоренных ресурсных испытаний гидромашины, заключающийся в том, что для повышения эффективности испытаний увеличивают скорость движения выходного звена путем повышения давления всасывания до велиVI XI

О О

чины давления нагнетания при номинальном режиме и одновременно изменяют подачу в диапазоне 0,05-0,015 от максимальной, (авторское свидетельство № 1184980,, кл. F 15 В 19/00, 1984).

Недостаток этого способа заключается в том, что он эффективен только для аксиально-поршневых объемнцх гидромашин, при этом повышение изно са достигается перегрузкой линии нагнетания насоса, а ускоренным испытаниям подвергаются только детали поршневой группы, в связи с чем ужесточению нагрузки подвергнуты отдельные детали и из поверхности, остальные детали работают в нормальных условиях, чем искажается структура относительного разрушения составных частей насоса и общий закон накопления повреждений, не решаются задачи получения результатов по выработке ресурса в целом, как системы. Кроме того, в данном случае не рассматриваются условия сохранения вида трения, ха- рактера разрушения изнашиваемых поверхностей и границы предельного формирования.

Известен способ ресурсных испытаний, например, буровых насосов объемного ти- па, заключающийся в том, что с целью повышения эффективности испытаний после включения насоса доводят частоту вращения вала до номинальных, создают в нагнетательной магистрали давление рабочей жидкоси, нагружают насос пульсаций давления рабочей жидкости, причем пульсацию давления создают изменением частоты вращения вала насоса до появления резонансных колебаний давления в напорной магистрали, после чего изменяют амплитуду пульсаций давления до заданной с помощью регулируемого сопротивления за счет изменения его проводимости. Форсированные испытания достигаются за счет повышения амплитуды пульсаций давления в 3-5 раз выше номинальной при реальных частотах нагружения и не требует дополнительных источников энергии для привода (пульсаторов) (1).

При этом регулируемое сопротивление от испытуемой гидромашины устанавливается на расстоянии, кратном длине звуковой волны в рабочей (насоса) среде (жидкости). Однако, известный способ сложен для технической реализации при прове- дении испытаний на ресурс буровых насосных агрегатов (БНА) большой мощности. Так при ресурсных испытаниях БНА, например, насоса УНБТ-950 для создания устройства, повышающего пульсацию давления, требуется расположить регулируемое сопротивление на расстоянии,кратном

длине звуковой волны Я, то есть не менее 189 м (при среднем значении скорости распространения звука в растворе 1245 м/с, частоте ходов поршня 125 л/с, числе камер

насоса 3). Для насоса УВ-6М-А2 Ясоставляет 283 м. То есть создание стенда с подобными габаритами достаточно сложно и нерационально, т.е. нетехнологично, что затрудняет применение данного метода.

Целью изобретения является сокращение времени и повышение технологичности испытаний.

Указанная цель достигается тем, что по способу форсированных ресурсных испытаний бурового насоса объемного типа, при котором приводят во вращение вал насоса, каждый поршень которого совершает ход в рабочей камере, вытесняя рабочую среду в канал нагнетания, нагружают насос пульсацией давления рабочей среды, частоту которой регулируют путем изменения проводимости регулируемого сопротивления и изменения частоты вращения вала насоса, и определяют момент наступления

предельного состояния насоса при полностью выработанном ресурсе, дополнительно регулируют частоту пульсаций давления путем уменьшения количества нагнетающих камер с одновременным повышением

частоты вращения вала насоса до величины, обеспечивающей сохранение предельной гидравлической мощности насоса, причем уменьшение количества нагнетающих камер осуществляют путем перекрытия каналов нагнетания отключаемых камер, а при повышении частоты вращения вала насоса контролируют сохранение автомодельности режима по числу Рейнольдса и отс/тствие кавитации.

, На чертеже изображена схема бурового насоса объемного типа.

Насос содержит вал 1, соединенный с приводным двигателем 2, передачу 3 и рабочие камеры 4-10 с поршнями 11, присоединенные каналами нагнетания (не обозначены) к магистрали 12 нагнетания. Рабочая среда поступает из магистрали 13 всасывания. В магистрали 12 установлено регулируемое сопротивление 14. В камерах

4-10 размещены клапаны 15 и 16.

Способ форсированных испытаний осуществляется следующим образом.

На первом этапе производят подбор параметров режима, Испытуемый насос находится в номинальных условиях окружающей среды, рабочую среду подают номинальной температуры. Насос приводят в рабочее состояние, для чего устанавливают предельную для него гидравлическую мощность Мг,

при этом частоту вращения вала 1 насоса устанавливают предельной, нагружают насос пульсацией давления рабочей жидкости за счет изменения проводимости магистрали 12 до заданной амплитуды с помощью регулируемого сопротивления 14, при этом значение амплитуды пульсации давления равно предельному для данного типа насоса. Затем насос отключают, уменьшают количество нагнетающих камер до K-Z путем например, снятия (заглушения) расчетного числа клапанов 16, 15 магистрали 12, где К- общее число камер 4-10;

Z - число отключенных камер.

Число Z определяют из условия сохранения автомодельности процесса по критериям гидродинамического подобия (по числу Рейнольдса) и сохранения бескавита- ционного режима (отсутствие резкого стука клапанов). На втором этапе определения предельных параметров режима оставляют в работе одну нагнетающую рабочую камеру 4, то есть

K-Z 1.

Исходя из условия п р . г 7

где Nr - предельная гидравлическая мощность;

п - число оборотов вала 1 насоса;

Р - величина давления в магистрали 12;

С - постоянный коэффициент, равный У-S-F 60-75 где у- плотность рабочей жидкости;

S - длина хода поршня 11;

F - площадь поперечного сечения камеры 4.

рассчитывают оптимальную частоту оборотов вала насоса, соответствующую Nr.

После этого включают насос и выводят его на рабочий режим путем форсирования частоты вращения (числа оборотов) вала 1 насоса до величины 7Ф соответствующей предельно допустимой гидравлической мощности Nr. При этом не должно быть признаков неавтомодельности режима или кавитации: стук клапанов, нагрев выше допустимой температуры, вибрация БНА, повышение давления сверх допустимого число Рейнольдса не должно превышать критического значения. Величину определяют по достижении предельной гидравлической мощности.

В случае невыхода насоса на предельную гидравлическую мощность при одной рабочей камере, насос останавливают, число работающих камер увеличивают на 1, то есть до 2-х, и процесс повторяют до достижения агрегатом предельной гидравличея

ской мощности Nr, после чего определяют т/ф - форсированное число оборотов вала 1 насоса.

Для проведения непосредственно фор5 сированных испытаний на конкретном оставляют число рабочих камер 4-10, определенное на предварительном этапе (К-2), и выводят на режим предельной гидравлической мощности установкой форси10 рованного числа оборотов вала 1 насоса 7ф, также определенном на предварительном этапе.

В установленном режиме работают до момента наступления предельного состоя15 ния насоса, соответствующего отработанному ресурсу, то есть, например, до снижения производительности Q или коэффициента полезного действия И0 ниже установленных технических документации (где

20 h0 - общий КПД насоса).

Время работы от начала до достижения предельного состояния насоса фиксируют, чем определяется ресурс насоса на форсированном (перегрузочном) режиме.

25 Камеры 4-10 в настоящем способе являются только элементами, посредством которых выполнено перераспределение потока энергии и создание ужесточенного режима работы насоса в целом. Зависимость между

30 фактическим ресурсом и перегрузочным определена теорией форсированных испытаний и имеет вид;

C(ЈiЈo):ЈiЈ0f.E

35 (Г.Д. Карташов. Основы теории форсированных испытаний. М. Знание, 1977), где Е - множество допустимых режимов, Е- форсированный режим, Ј0 - нормальный режим, 40 С (е0, Ј) - коэффициент ускорения, который определяется в зависимости ог линейности выбранной модели накопления повреждений.

45 Формула изобретения

1. Способ форсированных ресурсных испытаний бурового насоса объемного типа, при котором приводят во вращение вал насоса, каждый поршень которого соверша50 ет ход в рабочей камере, вытесняя рабочую среду в канал нагнетания, нагружают насос пульсацией давления рабочей среды, частоту которой регулируют путем изменения проводимости регулируемого сопротивления и изменения частоты вращения вала насоса и определяют момент наступления предельного состояния насоса при полностью выработанном ресурсе, отличающийся тем. что, с целью сокращения

55

времени и повышения технологичности испытаний, дополнительно регулируют часть пульсации давления путем уменьшения количества нагнетающих камер с одновременным повышением частоты вращения вала насоса до величины, обеспечивающей сохранение предельной гидравлической мощности насоса.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что уменьшение количества нагнетающих камер осуществляют путем перекрытия каналов нагнетания отключаемых камер, а при повышении частоты вращения вала насоса контролируют сохранение автомо- дельности режима по числу Рейнольдса и отсутствие кавитации.

Использование: в машиностроительной гидравлике. Сущность изобретения: приводят во вращение вал. Каждый поршень совершает ход в рабочей камере, вытесняя рабочую среду в канал нагнетания. Нагружают насос пульсацией давления рабочей среды, частоту к-рой регулируют путем изменения проводимости регулируемого сопротивления и изменения частоты вращения вала, и определяют момент наступления предельного состояния насоса при полностью выработанном ресурсе. Дополнительно регулируют частоту пульсации давления путем уменьшения количества нагнетающих камер с одновременным повышением частоты вращения вала от величины, обеспечивающей сохранение предельной гидравлической мощности насоса. Уменьшение количества нагнетающих камер осуществляют путем перекрытия каналов нагнетания отключаемых камер. При повышении частоты вращения вала контролируют сохранение автомодельности режима по числу Рейнольдса и отсутствие кавитации. 1 з.п.ф- лы, 1 ил. Ё

70

13 W