Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний
Наведено результати лабораторних досліджень генераторів пружних коливань на гідравлічному стенді з метою виявлення робочого діапазону при різних гідродинамічних режимах, модельованих в імітаторі свердловини. The results of laboratory researches of generators of resilient vibrations are resulted on a...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33574 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний / В.В. Зберовский, Р.Н. Наривский, Т.М. Уколова, Ю.Е. Поляков, А.Н. Нискевич, А.А. Ангеловский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859587485656416256 |
|---|---|
| author | Зберовский, В.В. Наривский, Р.Н. Уколова, Т.М. Поляков, Ю.Е. Нискевич, А.Н. Ангеловский, А,А. |
| author_facet | Зберовский, В.В. Наривский, Р.Н. Уколова, Т.М. Поляков, Ю.Е. Нискевич, А.Н. Ангеловский, А,А. |
| citation_txt | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний / В.В. Зберовский, Р.Н. Наривский, Т.М. Уколова, Ю.Е. Поляков, А.Н. Нискевич, А.А. Ангеловский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Наведено результати лабораторних досліджень генераторів пружних коливань на гідравлічному стенді з метою виявлення робочого діапазону при різних гідродинамічних режимах, модельованих в імітаторі свердловини.
The results of laboratory researches of generators of resilient vibrations are resulted on a hydraulic stand with the purpose of exposure of working range at different hydrodynamic modes
designed in the imitator of mining hole.
|
| first_indexed | 2025-11-27T11:02:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.831.322:532.528
В.В. Зберовский, к.т.н.,
Р.Н. Наривский, м.н.с.,
Т.М. Уколова, вед. инж.,
Ю.Е. Поляков, инж. I.
(ИГТМ),
А.Н. Нискевич,
А.А. Ангеловский
(ПАО «Краснодонуголь»)
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЖИМА
КАВИТАЦИИ ГЕНЕРАТОРА УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ
Наведено результати лабораторних досліджень генераторів пружних коливань на гід-
равлічному стенді з метою виявлення робочого діапазону при різних гідродинамічних ре-
жимах, модельованих в імітаторі свердловини.
RESULTS OF LABORATORY RESEARCHES OF CAVITATION
MODE OF GENERATOR OF RESILIENT VIBRATIONS
The results of laboratory researches of generators of resilient vibrations are resulted on a hy-
draulic stand with the purpose of exposure of working range at different hydrodynamic modes
designed in the imitator of mining hole.
Ранее проведенными исследованиями [1-3] установлено, что наиболее
перспективным решением проблемы газодинамического фактора в забоях
подготовительных выработок является проведение профилактических меро-
приятий по гидрорыхлению выбросоопасных угольных пластов в режиме им-
пульсного нагнетания жидкости. Однако до настоящего времени рабочие
диапазоны генераторов упругих колебаний (ГК), используемых в устройстве
гидроимпульсного воздействия, изучены не достаточно.
Поэтому целью данной работы является исследование гидродинамических
характеристик и определение рабочего диапазона генератора упругих колеба-
ний, используемого при гидроимпульсном воздействии.
Расчетным значениям давления нагнетания жидкости при гидрорыхлении
угольных пластов (до 25,0 МПа) и применяемым на шахтах насосным уста-
новкам УНИ-01 или УНР, производительностью 60 л/мин, наиболее соответ-
ствует генератор с критическим сечением 2,5 мм (рис.1).
Исходя из поставленной цели, была разработана методика испытаний и
проведены исследования гидродинамических характеристик генератора упру-
гих колебаний ГК-2,5. Стендовая установка представляет собой замкнутую
систему и включает в себя: емкость для жидкости; систему насосов и имита-
тор скважины; регулирующую и регистрирующую аппаратуру. К имитатору
скважины подключена система датчиков ДДИ-20 с передачей сигналов через
первичный преобразователь ИВП-2 на персональный компьютер и визуальная
аппаратура, регистрирующая расход давления жидкости (рис. 2).
Учитывая, что при проведении исследований используются технические
средства и серийное оборудование применяемые на шахтах, а в имитаторе
скважины создаются условия идентичные промышленным, стендовые испы-
тания позволяют с достаточной точностью смоделировать условия работы ге-
нератора в скважине и получить достоверные результаты инструментальных
измерений.
1,7 ÷ 4,0 – диаметр критического сечения генератора, мм
Рис. 1 – Номограмма определения типа генератора
1 – имитатор скважины; 2 – генератор ГК-2,5; 3 – манометр и МТ;
4 – датчик ДДИ-20; 5 – ИВП; 6 – ПЭВМ
Рис. 2 – Схема инструментальных измерений гидродинамических
характеристик генератора в имитаторе скважины
Гидродинамическая система стенда позволяет при расходе жидкости от
30 л/мин до 120 л/мин поддерживать давление на входе в кавитационный ге-
нератор до 32 МПа и плавно регулировать давление подпора в диапазоне от
0,05 до 0,9 значения давления подачи жидкости на вход генератора. Техноло-
гические возможности стенда позволяют проводить испытания, как автоном-
ного генератора, так и с его расположением на входе в имитатор скважины
или при его погружении в имитатор. Давление подпора в гидравлической
системе позволяет моделировать фильтрационные свойства угольного пласта,
которые соответствуют сопротивлению угля на сдвиг от 2,0 МПа до 6,0 МПа
и давлению газа в пласте от 1,0 МПа до 20,0 МПа.
Расход жидкости в системе определяется по показаниям расходомера, ус-
тановленного в сливной части трубопровода. Измерение динамических ха-
рактеристик генератора осуществляется датчиками давления ДДИ-20 путем
преобразования импульсов давления жидкости в электрический сигнал.
Сигнал от датчика ДДИ-20, через преобразователь ИВП-2, поступает в
многоканальную плату ввода аналоговой информации типа L-1250, в которой
аналогово-цифровым преобразователем (АЦП-12) преобразуется в цифровой
вид и подается в аппаратно программный комплекс на базе ПЭВМ
Athlon-800. Суммарная приведенная погрешность измерений давления датчи-
ком ДДИ-20 с преобразователем ИВП-2 составляет 5,19 %.
Обработка результатов испытаний делится на два вида. Статические пара-
метры рассчитываются по разработанному шаблону в пакете Exel. Для дина-
мических параметров проводится перерасчет первичных записей с АЦП в фи-
зическую величину и выдача их в виде графика во временной области для
дальнейшего анализа средствами Exel.
Полученные во время испытаний сигналы от датчиков ДДИ-20 и записан-
ные с шагом дискретизации 20 мкс в виде отсчетов АЦП, пересчитываются в
физическую величину по формуле:
Рi = Ni/Кт,
где Ni – текущее значение отсчета датчика в i-й момент времени; Кт – тариро-
вочная чувствительность датчика.
Данные испытания формируются в виде файлов первичных значений
пульсирующего давления в аппаратно-программном комплексе Athlon-800 и
отображаются в виде осциллограмм для дальнейшей обработки по определе-
нию частоты f и размаха Р1 автоколебаний давления на выходе из устройст-
ва и в имитаторе скважины.
Как пример оценки применения методики измерений и обработки резуль-
татов исследований на рисунке 3 представлена осциллограмма записи вели-
чины давления Р1 во времени на выходе из генератора с dкр = 2,5 мм при
давлении на входе Р0 = 10 МПа и значении параметра кавитации 0,16. Па-
раметр кавитации τ определяется отношением давления на выходе генератора
к давлению на входе τ = Р1/Р0.
Из рисунка видно, что на выходе из кавитационного генератора наблюда-
ются периодические колебания давления Р1, которые имеют ударный харак-
тер с крутым фронтом нарастания и падения давления. Такой вид колебаний в
гидродинамике имеет название пульсаций давления и характеризуется часто-
той и размахом автоколебаний давления.
0
50
100
150
200
250
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
Р ,МПа1
25
20
15
10
5
0
t, c
Рис. 3 – Фрагмент осциллограммы записи давления Р1 во времени на
выходе из кавитационного генератора с dкр = 2,5 мм и Р0 = 10 МПа
Частота пульсаций автоколебаний давления на выходе из генератора обу-
словлена возникновением режима периодически срывной кавитации и опре-
деляется из осциллограммы по формуле:
f = n(1/t),
где n – количество периодов пульсаций; t – длительность n-периодов пульса-
ций в секундах.
Размах автоколебаний давления Р1 на выходе из экспериментального об-
разца генератора упругих колебаний представляет собой разницу между мак-
симальным Р1max и минимальным Р1min значениями давления в импульсе:
Р1 = Р1max – Р1min.
Исходя из изложенного, разработанная методика определения динамиче-
ских характеристик генератора упругих колебаний позволяет проводить ис-
следование рабочего диапазона генератора упругих колебаний при имитации
процесса гидроимпульсного воздействия на угольный пласт на гидравличе-
ском стенде.
Учитывая, что на глубинах от 600 м до 1300 м диапазон давления нагнета-
ния жидкости при гидрорыхлении пластов находится в пределах от
10,0 МПа до 25 МПа, а при гидроимпульсном воздействии в пределах от
10,0 МПа до 20 МПа, исследование характеристик генератора ГК-2,5 прово-
дилось при установившемся значении давления на входе генератора
Р0 = 5 МПа; 10 МПа; 20 МПа; 30 МПа. При каждом установившемся давлении
на входе Р0 выходным дросселем дискретно изменялось давление на выходе
имитатора скважины Р1 с шагом 0,025Р0 при Р1 = (0,05…0,3)Р0 и с шагом
0,05Р0 при Р1 = (0,3…0,8)Р0. Одновременно, при установившихся значениях
давлений на входе Р0 и выходе Р1, осуществлялся контроль и измерения ди-
намических параметров со временем регистрации не менее 10 секунд на каж-
дой частоте.
Один из примеров результатов лабораторных исследований генератора
ГК-2,5 приведен в протоколах испытаний № 1 - № 4 (табл. 1).
Анализ результатов исследований в диапазоне 5,0 МПа ≤Р0 ≤ 30,0 МПа по-
зволяет отметить следующее.
Зависимости частоты f и размаха Р1 автоколебаний давления жидкости
на выходе из генератора от параметра кавитации для различных давлений на
входе Р0, наблюдаются в диапазоне параметра кавитации 0,012 ≤ ≤ 0,86. При
давлении на входе генератора Р0 = 5 МПа частотный диапазон существования
кавитационных автоколебаний находится в пределах от 810 Гц до 4500 Гц;
при Р0 = 10 МПа от 900 Гц до 7200 Гц; при Р0 = 20 МПа от 1200 Гц до
9600 Гц; при Р0 = 30 МПа от 1250 Гц до 11900 Гц.
В наших исследованиях наибольший интерес представляет рабочий диапа-
зон генератора при давлении нагнетания жидкости от 10,0 МПа до 20,0 МПа
(рис. 4).
Анализ установленных закономерностей показывает, что при кавитацион-
ном течении жидкости и постоянном давлении на входе генератора Р0 частота
колебаний с ростом параметра кавитации растет практически по линейному
закону. Размах автоколебаний давления Р1 с увеличением параметра кавита-
ции изменяется не линейно. Кривая зависимости Р1 = f() при различных
давлениях Р0 сначала возрастает, а потом снижается, достигая максимума в
диапазоне значений параметра от 0,07 до 0,15. При этом увеличение давле-
ния Р0 приводит к смещению максимума значений Р1 в сторону меньших
значений .
Таблица 1 – Результаты исследований рабочего диапазона генератора ГК-2,5.
Испытание №1 Испытание №2 Испытание №3 Испытание №4
Р0 = 5 МПа
Q = 28,3 л/мин
Р0 = 10 МПа
Q = 39,9 л/мин
Р0 = 20 МПа
Q = 56,5 л/мин
Р0 = 30 МПа
Q = 69,2 л/мин
f, P1, f, P1, f, P1, f, P1,
Гц МПа Гц МПа Гц МПа Гц МПа
0,041 810 1,83 0,036 918 0,56 0,032 1190 5,12 0,041 1260 9,84
0,072 905 7,08 0,081 937 11,21 0,041 1245 18,91 0,076 1440 36,21
0,089 912 8,38 0,106 988 13,48 0,0502 1489 21,12 0,112 1981 35,28
0,112 1086 12,26 0,135 1231 18,62 0,068 1733 29,04 0,151 2368 33,74
0,153 1219 11,18 0,160 1712 17,18 0,096 1806 29,22 0,211 3707 31,24
0,212 1862 9,32 0,203 2056 16,87 0,119 1977 28,83 0,256 4262 30,18
0,231 1910 8,86 0,242 2424 15,48 0,142 2172 27,05 0,318 4525 29,68
0,289 2083 7,24 0,320 2581 14,81 0,187 2343 26,28 0,348 5941 26,23
0,351 2481 5,93 0,431 4218 12,17 0,233 2563 25,02 0,391 6589 24,84
0,420 3010 5,51 0,480 4811 10,61 0,279 4199 24,8 0,460 7860 18,95
0,480 3417 4,79 0,531 5613 10,42 0,370 4453 21,82 0,518 7920 15,12
0,560 3731 4,64 0,582 5938 7,82 0,461 5781 16,88 0,593 9211 9,28
0,630 4128 3,72 0,649 6231 5,92 0,553 7180 10,33 0,688 10810 5,12
0,770 4512 1,21 0,749 6612 4,43 0,610 8130 8,84 0,724 11240 4,81
0,84 4620 0,64 0,798 7213 3,64 0,702 9609 4,18 0,791 11920 3,34
0,921 - - 0,830 7310 1,25 0,821 9720 2,14 0,858 - -
Таким образом, исходя из результатов проведѐнных исследований уста-
новлено, что максимальное значение размаха Р1 превышает давление на
входе генератора Р0 примерно от 1,2 до 2,4 раза. Уровень размаха автоколе-
баний в последиффузорном канале генератора на удалении от него ≈ 100 dкр
составляет (1,3…1,8) Р1, а в имитаторе скважины на удалении 2,0 м и более
212
3,0 PPP , где
2
Р - установившееся среднее давление подпора жидкости.
Исходя из полученных результатов, получены следующие реультаты.
Рис. 4 – Рабочий диапазон генератора ГК-2,5 по частоте f и размаху
автоколебаний Р1 при Р0 от 10,0 МПа до 20,0 МПа
В рассмотренном нами диапазоне подачи давления жидкости на вход ге-
нератора ГК-2,5 кавитационный характер течения возникает при параметре
кавитации τ = 0,012, устойчиво проявляется в диапазоне 0,03 ≤ τ ≤0,6, затуха-
ет в диапазоне 0,8 ≤ τ ≤ 0,85 и прекращается при τ = 0,86.
Максимальная эффективность режима кавитации достигается при
0,07 ≤ τ ≤ 0,2 с частотой от 1,0 кГц до 2,5 кГц и размахом автоколебаний дав-
ления Р1=(1,5…1,6) Р0.
В качестве рабочего диапазона ГК-2,5 по установленным зависимостям
можно выделить участок развития и затухания режима кавитационного тече-
ния жидкости при параметре кавитации 0,03 ≤ τ ≤ 0,6 с частотой от 0,8 кГц
до 11,9 кГц и размахом автоколебаний давления Р1=(1,3…1,8) Р0.
Соответствие рабочего диапазона ГК-2,5 горно-геологическим условиям
при нагнетании жидкости в угольный пласт проверяется опытными нагнета-
ниями, при необходимости параметры корректируются на испытательном
стенде.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям. Киев: Минугле-
пром Украины, 2005.-224 с.
2. Жулай Ю.А., Васильев Л.М., Трохимец Н.Я., Зберовский В.В, Моисеенко П.Ю. Интенсификация га-
зовыделения из угольного массива нагнетанием в него жидкости с применением генератора кавитации. //
Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ. - М.: Мир горной книги, 2007. - №13. - С. 251-
259.
3. Зберовский В.В., Жулай Ю.А., Ангеловский А.А., Чугунков И.Ф. Стендовая установка для моделиро-
вания работы кавитационного генератора в скважине // Геотехническая механика. Межвед. сб. научн. трудов.
- Дн-вск: - 2009. - № 82. – С.190-198.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33574 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T11:02:11Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Зберовский, В.В. Наривский, Р.Н. Уколова, Т.М. Поляков, Ю.Е. Нискевич, А.Н. Ангеловский, А,А. 2012-05-28T17:01:06Z 2012-05-28T17:01:06Z 2011 Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний / В.В. Зберовский, Р.Н. Наривский, Т.М. Уколова, Ю.Е. Поляков, А.Н. Нискевич, А.А. Ангеловский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33574 622.831.322:532.528 Наведено результати лабораторних досліджень генераторів пружних коливань на гідравлічному стенді з метою виявлення робочого діапазону при різних гідродинамічних режимах, модельованих в імітаторі свердловини. The results of laboratory researches of generators of resilient vibrations are resulted on a hydraulic stand with the purpose of exposure of working range at different hydrodynamic modes designed in the imitator of mining hole. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний Results of laboratory researches of cavitation mode of generator of resilient vibrations Article published earlier |
| spellingShingle | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний Зберовский, В.В. Наривский, Р.Н. Уколова, Т.М. Поляков, Ю.Е. Нискевич, А.Н. Ангеловский, А,А. |
| title | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний |
| title_alt | Results of laboratory researches of cavitation mode of generator of resilient vibrations |
| title_full | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний |
| title_fullStr | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний |
| title_full_unstemmed | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний |
| title_short | Результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний |
| title_sort | результаты лабораторных исследований режима кавитации генератора упругих колебаний |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33574 |
| work_keys_str_mv | AT zberovskiivv rezulʹtatylaboratornyhissledovaniirežimakavitaciigeneratorauprugihkolebanii AT narivskiirn rezulʹtatylaboratornyhissledovaniirežimakavitaciigeneratorauprugihkolebanii AT ukolovatm rezulʹtatylaboratornyhissledovaniirežimakavitaciigeneratorauprugihkolebanii AT polâkovûe rezulʹtatylaboratornyhissledovaniirežimakavitaciigeneratorauprugihkolebanii AT niskevičan rezulʹtatylaboratornyhissledovaniirežimakavitaciigeneratorauprugihkolebanii AT angelovskiiaa rezulʹtatylaboratornyhissledovaniirežimakavitaciigeneratorauprugihkolebanii AT zberovskiivv resultsoflaboratoryresearchesofcavitationmodeofgeneratorofresilientvibrations AT narivskiirn resultsoflaboratoryresearchesofcavitationmodeofgeneratorofresilientvibrations AT ukolovatm resultsoflaboratoryresearchesofcavitationmodeofgeneratorofresilientvibrations AT polâkovûe resultsoflaboratoryresearchesofcavitationmodeofgeneratorofresilientvibrations AT niskevičan resultsoflaboratoryresearchesofcavitationmodeofgeneratorofresilientvibrations AT angelovskiiaa resultsoflaboratoryresearchesofcavitationmodeofgeneratorofresilientvibrations |