ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КАМЕРА

Полезная модель предназначена для проведения исследований высоконапорных струй жидкости, кавитирующих струйных потоков, для определения их эрозионной способности и может быть использована в нефтедобывающей промышленности для установления гидродинамического совершенства сопловых насадок, применяемых в буровых долотах, для испытания малогабаритного оборудования и приспособлений, работающих при высоких избыточных давлениях как внешней, так и подводимой жидкости.
Известна опытная установка для исследования гидромониторных насадок, используемых в буровых долотах (Пути совершенствования промывочных узлов гидромониторных долот, М., ВНИИОЭНГ, 1974 г., стр.14). Данная установка состоит из составного корпуса, выполненного в виде двух полых цилиндров. В верхней части корпуса выполнено отверстие для подводящей трубы, к которой с помощью накидной гайки крепится сопловая насадка. Нижняя часть корпуса закрывается крышкой с осевым отверстием для присоединения трубки Пито.
В данной конструкции отсутствуют окошки, что не позволяет проводить визуальное наблюдение протекающих процессов, и, как следствие, узкая направленность исследований.
Наиболее близкой является конструкция гидравлической камеры (Родионов В.П. Моделирование кавитационно-эрозионных процессов, возбуждаемых гидродинамическими излучателями: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, С.-Петербург, 2001 г.стр.41), состоящая из цилиндрического корпуса, имеющего окошки и торцовые крышки верхнюю и нижнюю. Нижняя крышка сменная для крепления испытуемых образцов и приспособлений для исследования параметров струи.
Основной недостаток - конструкция камеры не позволяет создавать давление в корпусе более 2 МПа. Обусловлено это формой, материалом и количеством окошек, значительно снижающих прочность корпуса. Для размещения всех окошек на боковой поверхности корпус имеет диаметр больше необходимого, что не позволяет проведение исследований при давлениях близких к скважинным.
Задачей полезной модели является разработка конструкции гидравлической камеры для моделирования скважинных условий, а именно высоких давлений.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение давления внутри гидравлической камеры порядка 20-30 МПа
Поставленный технический результат достигается тем, что в гидравлической камере, состоящей из цилиндрического корпуса, с отверстиями для окошек на боковой поверхности, и торцовых крышек, отверстия для окошек выполнены продолговатой формы и расположены вдоль образующей цилиндрического корпуса, торцовые крышки выполнены с радиальными отверстиями, сообщенными с внутренним пространством цилиндрического корпуса, крышки с корпусом сопряжены по конической поверхности.
Применение конструкции торцовых крышек с радиальными отверстиями позволяет регулировать давление в камере в широком диапазоне, путем выбора необходимого числа отверстий, соответствующих предполагаемому расходу. При этом отверстия располагаются непосредственно в торцовых крышках и, следовательно, прочность корпуса дополнительно не ослабляется.
Выбор конического сопряжения крышек и корпуса обеспечивает надежную герметичность в рабочем диапазоне давлений не зависимо от вида крепления крышек к корпусу
Предлагаемая форма и расположение отверстий под окошки оказывает минимальное влияние на прочностные характеристики конструкции корпуса.
В результате проведенных исследований на экспериментальном стенде было установлено, что в гидравлической камере обеспечивается давление порядка 20-30 МПа.
Таким образом совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели позволяет достичь желаемый технический результат.
На фиг.1 представлен общий вид гидравлической камеры.
На фиг.2 приведена принципиальная схема экспериментального стенда с использованием гидравлической камеры.
Конструкция гидравлической камеры (фиг.1) включает, выполненный в виде толстостенного полого цилиндра корпус 1, причем внутренний диаметр корпуса соответствует внутреннему диаметру наиболее распространенных скважинных колон и составляет 100 мм, а соотношение внутреннего диаметра корпуса к толщине стенки принято 3:1, что обеспечивает крепление всех элементов гидравлической камеры непосредственно к корпусу. В корпусе выполнены отверстия для окошек продолговатой формы с полукруглыми концами. В отверстия корпуса вставляются окошки 2. В качестве материала окошек используется прозрачное оргстекло (по ГОСТ 10667-90), что позволяет выполнить их необходимой толщины и конфигурации. Технические характеристики органического стекла обеспечивают создание высокого давления и наблюдение исследуемых процессов в камере. Также в качестве материала окошек возможно применение закаленного толстого силикатного стекла, но при этом требуется специальная обработка. Окошки имеют проточку по периметру для фиксации уплотнительного кольца 3 (ГОСТ 9833-73). Окошки снаружи с помощью шпилек поджимаются планками 4. С торцов корпус закрывается торцовыми крышками 5, 6. Соединение крышек и корпуса болтовое. Торцовые крышки имеют одно осевое отверстие и несколько отверстий расположенных радиально. Сопряжение торцовых крышек и корпуса выполнено по конусу, для обеспечения полной герметичности на
конической поверхности торцовых крышек выполнена канавка под резиновое кольцо 7 (ГОСТ 9833-73).
Гидравлическая камера может быть использована в экспериментальном стенде, принципиальная схема которого приведена на фиг.2. При этом для работы используется минимально необходимая обвязка, включающая насос высокого давления 8, вентиль на сбросной линии высокого давления 9, манометр на линии высокого давления 10, вентили 11, 12 на камере, манометр контроля давления в камере 13, подводящую трубку с соплом 14, трубку Пито 15, гидроаккумулятор 16, сливной бак 17.
Работает заявляемая универсальная гидравлическая камера следующим образом: через осевое отверстие в верхней торцовой крышке 4 подводится рабочая жидкость к соплу или испытываемому устройству 14. Давление подводимой жидкости регулируется вентилем 9 и контролируется по манометру 10. Давление, создаваемое в камере регулируется вентилями 11, 12 и контролируется манометром 13. Через осевое отверстие в нижней торцовой крышке 6 вводится трубка Пито для оценки гидродинамического давления струи.
Через одно из окошек рассеянным светом освещается внутреннее пространство камеры, через противоположное окошко производится наблюдение, при необходимости фото-, видеосъемка кавитирующих струйных потоков.