Поршеньді сораптардың сору процесі

Сору желісінде сұйықтың қозғалу сипаты, цилиндрлердің сұйықпен толтырылуының толықтығ көптеген жағдайларда ондағы қысым айырмашылығымен анықталады. Цилиндрдегі қысым сұйықтың пар жасау қысымынан жоғары кезде, цилиндрдегі сұйықтың тұтастығын сақтау шарты поршеньді сораптың қалыпты соруының негізгі сынбағасы болып табылады. Сораптың сору қабілетін есептеу жинақтық гидравликалық, гидростатикалық және инерциялық шығындарды анықтауға келіп саяды.

Цилиндрдегі ағымдық қысым сору желісіндегі және клапанды коллектордегі қысым айырмашылықтарының қосындысымен анықталады (13.10-сурет). Бұл кезде сору желісіндегі жинақтық қысым айырмашылығы жинақтық шығын мен үдеуге, ал коллектор мен клапанда – қарастырылатын цилиндр поршенінің жылдамдығы мен үдеуіне тәуелді.

 

13.10-сурет. Бұрғылау сорабының гидравликалық бөлігі: 1-жұмысшы цилиндр; 2;3-сору және айдау клапандары; 4;5-жұмысшы және «зиянды» көлемдер; 6;7-сору магитралі мен коллекторлар телімдері; 8;11-пневмокомпенсаторлар; 9,10-сору және қарқындық коллекторлар; 12-қарқындық желі

 

(13.23)

мұнда немесе - қоректендіру қысымы;

- қосалқы сораптың айдау қысымы және атмосфералық қысым;

- қабылдау сыйымдылығындағы және цилиндрдегі сұйық деңгейлері;

- жинақтық қысым айырмашылығы;

- сору желісіндегі және коллектордегі гидравликалық шығындар;

Р_ив – сору желісіндегі инерциялық шығындар;

- коллектор мен клапандағы қысымның инерциялық айырмашылығы;

- клапандағы қысым айырмашылығының ағымдағы мәні;

- сору желісі мен коллектордегі сәйкесінше ұзындық, диаметр және көлденең қима ауданы;

- сору желісі мен коллектордың жергілікті кедергі коэффициенті;

- клапан қақпағының массасы мен қимасының ауданы;

- клапан серіппесінің қаттылығы мен бастапқы қысылуы;

х₀ – клапан қақпағының көтерілу биіктігі.

Цилиндрдегі қысым сору циклінің басында поршеньүдеуі минималь кезде және поршень жүрісінің ортасында жылдамдығы максималь кезде анықталады. Цилиндрдегі минималь қысым кваитацияны болдырмау шартына байланысты жұмыс сұйығының бу жасау қысымынан Р_по кем болмауы керек:

. (13.24)

Сорапқа алдын-ала сұйық құймай ол жасауға қабілетті қысым сиреуі Р_вс цилиндрдің зиянды кеңістігі көлеміне V₀ маңызды тәуелділікте болады және мына формуламен анықталуы мүмкін:

, (13.25)

мұнда Р_а - атмосфералық қысым; V_p – цилиндрдің жұмыс көлемі.

Жұмыс сұйығының серпімділігі, және де соның салдары, клапандар ашылуының кешігуі сұйықтың сору желісіндегі қозғалысының сипатына маңызды ықпал етеді.13.3-қосымшада поршеньді сораптардың сору процесін терең зерттеу нәтижелері келтірілген, нәтижесінде төмендегілер айқындалған:

- сору клапаны ашылуының кешігуі нәтижесінде, клапан қақпағы орнынан қозғалалу сәтінде қысымның жоғары жиіліктегі тербелісі пайда болады, бұл сұйық тұтастығының бұзылуына келтіруі мүмкін;

- цилиндрде қысым өзгеруінің сипатына тәуелді сору процесі үш.ш режимде – кавитациясыз, «шектеулі» және «дамыған» кавитациямен – жүруі мүмкін;

- жұмыс сұйығында газдың маңызды болуы, оның ішінде кавитация салдарынан да, ұилиндрде сұйық ағыны тұтастығының бұзылуын болдырмауы мүмкін.

Сору клапаны орнынан қозғалу сәтіндегі, инерциялық шығындар шамасының ең көп кезінде, кавитациясыз сору шарты:

, (13.26)

мұнда [ Р_п ] – кавитацияны болдырмау шартынан қосалқы қысымның қажетті шамасы; Р_г; Р_гс – сору желісіндегі гидравликалық және гидростатикалық қысым айырмашылықтары; Р_д; Р_и – сору желісі мен коллектордегі, клапан қақпағы мен цилиндр арналарын қоса алғандағы, инерциялық қысым айырмашылығы; Р_ов – клапандағы қысымның бастапқы айырмашылығы; Р_ва – қысымның жоғарғы жиілікті тербелістерінің амплитудасы.

Жоғарғы жиіліктегі тербеліс тез басылады, ал коллектор мен клапан арқылы сұйық ағыны өте бастайды. Бұл жағдайдағы кавитациясыз сору шарты болып табылатын қатынастар:

, (13.27)

мұнда Р_гб – коллектордегі, ершіктегі және цилиндр арнасындағы қысым айырмашылығының ағымдағы мәні.

Егер (13.26) қатынастағы Р_ва=0 деп қабылдасақ, онда кавитациясыз сорудың жалпы қабылданған шартын аламыз:

. (13.28)

Р_п ≤[ Р_п ] кезінде, бірақ Р_п>[ Р_пи ] және Р_п>[ Р_пг ] шарты кезінде салыстырмалы алғанда цилиндрде қысқа уақытта кавитациялық құбылыстар пайда болады. Бұл режимді «шектеулі» кавитациялы сору деп атаймыз.

Алынған сынбағалар, кавитацияның бар немесе жоқ екеніне жауап бере отырып, сору процесін сапасы жағынан сипаттайды. Сорудың барлық үш режимін де, кавитацияның сандық сипаттамасы болып табылатын, цилиндрдегі ағымдық газ мөлшерін анықтау мақсатында қарастырамыз.

Кавитациясыз соруда Р_ц > Р_по, сондықтан Г = Г_о. Яғни цилиндрдегі және қабылдау сыйымдылығындағы газ мөлшерлері бірдей.

«Шектеулі» кавитациямен сору кезінде цилиндрдегі газ мөлшері Г_о -дан Г_н -ге дейін өзгереді.

Сайып келгенде, «шектеулі» кавитациямен сору режимінде цилиндрдегі газ мөлшері Г_н -нен аспайды.

«Дамыған» кавитация сору циклінің басында Р_п ≤[ Р_пи ] кезіндемаңызды инерциялық шығын салдарынан да, сондай-ақ сору циклінің ортасында Р_п ≤[ Р_пг ] кезінде коллектордағы, клапандағы және цилиндр арнасындағы гидравликалық шығын салдарынан да пайда болуы мүмкін. Жұмыс сұйығының көлемдік мөлшері Г_о -дан Г_и -ге немесе Г_г -ге дейін өзгеруі мүмкін.

Сонымен, кавитациялық процестердің пайда болуына тек қосалқы қысым ғана емес, сонымен қатар цилиндрдегі газ мөлшері де ықпал етеді. Цилиндрдегі жеткілікті газ мөлшерінде қажетті шарттарды сақтағанға қарамай кавитация пайда болмайды. Бұдан басқа, «шектеулі»кавитациялы цикл кавитациясыз циклдермен кезектесіп келуі мүмкін.

13.2-кестеде қажетті және жеткілікті шартар (сынбағалар) мен цилиндрдегі газ мөлшері көрсетіліп сору режимдері көрсетілген.

Есептеулер көрсететіндей, қолданыстағы бұрғылау сораптарының (екі және үш цилиндрлі) сору процестері «шектеулі» кавитация режимінде іске асырылады. Кавитацияны болдырмауға қажетті қосалқы қысым дуплекс типті сораптар үшін 0,2-0,3 МПа, триплекс типті сораптар үшін 0,6-0,7 МПа құрайды.