Гидродинамическая кавитация в энергосберегающих технологических процессах горнодобывающей отрасли - Реферат

Выполнена оценка эффективности применения способов и средств, реализующих режим периодически срывной кавитации при бурении скважин, расширении диаметра обсадных труб, раскольматации водяных скважин и гидроимпульсного рыхления угольных пластов. Виконано оцінку ефективності застосування способів і засобів, що реалізують режим періодично зривної кавітації при бурінні свердловини, розширенні діаметра обсадних труб, раскольматації водяних свердловин і гідроімпульсного розпушування вугільних шарів. Відзначено, що інтенсифікація технологічних процесів і зниження енергоспоживання досягається за рахунок перетворення стаціонарної течії рідини в дискретно-імпульсний потік і передачею високочастотної гідроімпульсної вібрації безпосередньо інструменту або масиву гірських порід на поверхні свердловини. The estimation of efficiency of application of the ways and methods realising the eriodically stalling cavitation mode at well-drilling, expansion of casing pipes diameter, demudding of the water wells and hydropulse loosening of the coal layers is ecarried out. It is noticed that stimulation of technological processes and decrease of energy consumption are achieved through the transformation of a stationary fluid flow in a discrete-pulse flow and transfer of the high-frequency hydropulse vibrations directly to a tool or a rock mass at the surface of a well.Перспективным направлением, в котором эти недостатки исключены, является создание гидродинамических буровых снарядов (БС), схемы которых для кернового - а) и безкернового - б) бурения приведены на рис.1. Принципиальная схема гидродинамического бурового снаряда: (а - бурение с отбором керна; б - безкерновое бурение):1 - буровая колонна; 2 - кавитационный генератор; 3 - разрушающий инструмент; 4 - скважина. В технологическом процессе генератор 2 преобразует стационарный поток в дискретно-импульсный, а энергия пульсаций промывочной жидкости в высокочастотные продольные виброускорения разрушающего инструмента 3. К параметрам относятся: Р1 - давление на входе в кавитационный генератор; Р2 - давление в трубопроводе за кавитационным генератором; а1, а2 - виброускорения в сечениях до и после кавитационного генератора; а3 - виброускорение на корпусе имитатора разрушающего инструмента. Результаты этих испытаний показали, что в трубопроводе БС за генератором реализуется режим периодически срывной кавитации с частотами в диапазоне 70…3000 Гц и размахом колебаний давления жидкости DP2 до 2,7 Р1.Фирма «Weatherfopd» традиционно использует гидравлический способ расширения обсадных труб путем подачи высоконапорного потока жидкости под расширительный кон (конус - инструмент для расширения труб). На этом же рисунке приведена зависимость вибронагрузки кона при расширении трубопровода под давлением Р1=21 МПА. Оценка эффективности применения ГДВ в технологическом процессе проводилась на образцах сертифицированных стальных труб с наружным диаметром 133 мм и толщиной стенки 6 мм при следующих условиях: - опыт 1 - статическое воздействие без смазки; На рисунке 5 представлены совмещенные копии участков осциллограмм средних значений давления перед коном при различных условиях проведения эксперимента. Результаты исследований показали, что гидроимпульсное расширение труб с реализацией вибронагрузки на коне, по сравнению с расширением статическим воздействием, до 93 % снижает сопротивление трения.Явление кавитации, исследуемое в гидравлических системах как негативный и неуправляемый процесс, эффективно используется при интенсификации технологических процессов в других отраслях науки и техники. Эффективность технологических процессов достигается за счет применения кавитационных генераторов, которые позволяют с минимальными затратами передавать энергию импульса от источника непосредственно объекту разрушения.

Явление кавитации, исследуемое в гидравлических системах как негативный и неуправляемый процесс, эффективно используется при интенсификации технологических процессов в других отраслях науки и техники. Примеры реализации дискретно импульсной энергии большой мощности в потоке жидкости, рассмотренные в данной работе, позволяют отметить следующее.

Эффективность технологических процессов достигается за счет применения кавитационных генераторов, которые позволяют с минимальными затратами передавать энергию импульса от источника непосредственно объекту разрушения. При этом не требуется дополнительных энергозатрат. Стационарное течение жидкости преобразуется в дискретно-импульсный поток непосредственно в устройстве и в виде высокочастотной гидроимпульсной вибрации передается инструменту или массиву горных пород.

Кавитационный генератор колебаний давления жидкости обладает рядом преимуществ перед другими техническими средствами волнового воздействия: - простота изготовления, отсутствие подвижных частей, дополнительных источников энергии, длительность ресурса, исключение передачи колебаний жидкости на насос;

- конструкция кавитационного генератора органично вписывается в различные технологии и позволяет интенсифицировать их при более низких удельных энергозатратах, не требует трудоемкой доработки оборудования.

1. Pilipenko V.V.. Cavitation self-oscillations intensify technological processes / V.V.Pilipenko, I.K.Man’ko, V.A.Zadontsev // Proceedings of a Fluid Dynamics Panel Workshop. - Kiev, Ukraine. Report 827, 1998, - P.32-1-4.

2. Дзоз Н.А. Экспериментальная оценка влияния конструктивных параметров бурового снаряда с кавитационным генератором колебаний жидкости на уровень вибронагрузки на породоразрушающем инструменте / Н.А. Дзоз, Ю.А. Жулай, Л.Г. Запольский // Матер. межд. конф. «Форум горняков-2005», т.2. - Днепропетровск, НГУ, 2005. - С.93-102.

3. Дзоз Н.А. Интенсификация процессов бурения с использованием гидродинамической кавитации / Н.А. Дзоз, Ю.А. Жулай. // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ - М., 2008. - № 4. - С.290-296.

4. Жулай Ю.А. Экспериментальное определение вибронагрузки на инструменте для расширения труб/ Жулай Ю.А., Ворошилов А.С. // Геотехническая механика: Межведомственный сб. научн. трудов / ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск, 2010. - Вып. 89. - С.34-40.

5. Дзензерский В.А. Определение эффективности наложения вибронагрузки на инструмент для расширения труб / В.А.Дзензерский, Ю.А. Жулай, Н.М. Хачапуридзе, Д.А. Редчиц, А.С. Ворошилов // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы IX Междунар. научной конференции. Николаев 15-19 августа 2011. - C.329-332.

6. Дзоз Н.А. Инициирование водяных скважин путем кавитационного гидродинамического воздействия / Н.А. Дзоз, Ю.А. Жулай. // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ - М, 2008. - № 3. - С.345-350.

7. Пат. 87038 Украина, МКИ Е21F 5/02. Устройство для гидроимпульсного воздействия на угольний пласт/ Л.М. Васильев, Ю.А. Жулай, В.В. Зберовський, П.Ю. Моисеенко, Н.Я. Трохимец; заявитель и патентообладатель ИГТМ НАН Украини. -№ а 2007 10209/9822; заявл.13.09.07; опубл.10.06.09, Бюл. № 11.

8. Жулай Ю.А. Решение концептуальных задач гидроимпульсного рыхления выбросоопасных угольных пластов в режиме периодически срывной кавитации / Жулай Ю.А., Зберовский В.В. // Збірник наукових праць НГУ України. - Дніпропетровськ: РВК НГА, 2010 - № 35, Том 2 - С. 246-253.

Размещено на .ur