СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Полезная модель относится к средствам для испытаний гидрокавитационных устройств и может найти применение для проведения исследований влияния гидродинамической кавитации на эффективность разрушения горных пород при бурении и эксплуатации геотехнологических скважин, в том числе и при скважинкой гидродобыче (СГД) твердых полезных ископаемых.
К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций экспериментальных стендов для испытаний гидродинамических и кавитационных устройств:
1. «Стенд для испытания гидромониторных насадок и исследования затопленных гидромониторных струй» (Осипов П.Ф., Скрябин Г.Ф. Оптимизация режимов бурения гидромониторными шарошечными долотами. - Ярославль: Медиум-пресс, 2001, С.128-130). В корпусе данного стенда смонтирована подвижная часть - центральная труба со штурвалом, на нижнем конце которого с помощью накидной гайки крепится насадка. В днище корпуса помещена соосно с насадкой трубка Пито с выводом на манометры для измерения давления струи жидкости. В выкидной линии установлены штуцер для создания противодавления в рабочей камере и манометр.
Недостаток данного стенда состоит в отсутствии возможности исследования влияния гидродинамической кавитации на эффективность разрушения горных пород.
2. «Стенд для исследования разрушающего действия кавитации» (Сердюк Н.И. Исследование разрушающего действия кавитации с целью ее использования при освоении и эксплуатации водозаборных скважин. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004. С.54). Данный стенд включает кавитационную
трубу, на торце которой смонтирован съемный фланец с приспособлением для крепления кавитатора и исследуемой горной породы. Подача рабочей жидкости осуществляется из зумпфа буровым насосом через всасывающий и нагнетательный шланги. Кроме того в состав стенда входят манометры, контролирующие давление на входе в кавитатор и в кавитационной трубе и дроссель, регулирующий давление жидкости.
Недостаток данного стенда состоит в отсутствии возможности исследования амплитудно-частотных параметров кавитационных колебаний жидкости.
3. «Стенд для исследования амплитудно-частотных параметров кавитационных колебаний жидкости» (Сердюк Н.И. Исследование разрушающего действия кавитации с целью ее использования при освоении и эксплуатации водозаборных скважин. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004. С.68). Данный стенд включает кавитационную трубу, заполненную обводненным песком, в которой смонтированы гидродинамический генератор кавитационных колебаний (кавитатор) и датчики давления жидкости. Подача рабочей жидкости осуществляется из зумпфа буровым насосом через всасывающую и нагнетательную магистрали, а слив избыточной рабочей жидкости через сливную магистраль. При этом на нагнетательной магистрали установлен манометр, а на сливной - манометр и дроссель, регулирующий давление жидкости в кавитационной трубе. Датчики давления жидкости, установленные в кавитационной трубе, электрически связаны с регистрирующей аппаратурой. Этот стенд и принят за прототип заявляемой полезной модели.
Недостаток прототипа состоит в том, что он не отражает реальные условия движения гидромониторной струи жидкости в процессе разрушения горных пород при СГД.
Поставлена задача: воссоздать реальные условия движения гидромониторной струи жидкости и тем самым повысить точность измерения амплитудно-частотных параметров гидродинамической кавитации, влияющих на процесс разрушения горных пород при СГД.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом стенд для проведения исследований влияния гидродинамической кавитации на эффективность разрушения горных пород состоит из кавитационной трубы, в которой установлен датчик давления жидкости, и гидродинамического генератора кавитационных колебаний. Кроме того в состав стенда входит буровой насос, всасывающая, нагнетальная и сливная магистрали. При этом на нагнетательной магистрали установлен манометр, на сливной - манометр и дроссель, а датчик давления жидкости связан с регистрирующей аппаратурой.
Согласно полезной модели к одному из торцов кавитационной трубы присоединен гидродинамический генератор кавитационных колебаний, а к другому - вспомогательная труба. При этом в кавитационной трубе установлены шток-удлинитель и монтажная плита, на которой закреплен датчик давления жидкости. Причем шток-удлинитель снабжен сальниковым узлом и связан с узлом подачи, установленным во вспомогательной трубе, а нагнетательная магистраль снабжена трехходовым краном со сливной магистралью и расходомером рабочей жидкости.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема стенда для проведения исследований влияния гидродинамической кавитации на эффективность разрушения горных.
Предлагаемый стенд состоит кавитационной трубы 1, к одному из торцов которой присоединен гидродинамический генератор кавитационных колебаний 2 и манометр 3, а к другому - вспомогательная труба 4. При этом в кавитационной трубе 1 установлены шток-удлинитель 5 и монтажная плита 6, на которой закреплен датчик давления жидкости 7, связанный с регистрирующей аппаратурой 8 посредством кабеля 9. Причем шток-удлинитель 5 снабжен сальниковым узлом 10 и связан с узлом подачи, установленным во вспомогательной трубе 4 и состоящим из винта подачи 11, ходовой гайки 12 и штурвала 13. Кроме того, в состав стенда входит зумпф 14, буровой насос 15, всасывающая 16, нагнетальная 17 и сливная 18 магистрали. При этом на
нагнетательной магистрали установлен манометр 19, а на сливной - манометр 20 и дроссель 21. Причем нагнетательная магистраль 17 снабжена трехходовым краном 22 со сливной магистралью 23 и расходомером рабочей жидкости 24.
Стенд для проведения исследований влияния гидродинамической кавитации на эффективность разрушения горных работает следующим образом.
Рабочая жидкость из зумпфа 14 при помощи бурового насоса 15 подается в нагнетательную магистраль 17, а затем в гидродинамический генератор кавитационных колебаний 2, в котором устанавливается кавитатор, на выходе которого формируется гидромониторная струя пульсирующе-кавитационного действия. Давление на входе в гидродинамический генератор и на выходе из него фиксируется двумя манометрами соответственно 19 и 3. На монтажной плите 6, которая имеет возможность перемещения в кавитационной трубе 1 при помощи штока-удлинителя 5, винта подачи 11, ходовой гайки 12 и штурвала 13, закреплен датчик давления жидкости 7. Преобразованные в электрический сигнал амплитудно-частотные параметры гидромониторной струи пульсирующе-кавитационного действия по кабелю 9 передаются регистрирующей аппаратуре 8, где обрабатываются и анализируются. Штепсельные разъемы 25 и 26 служат для отсоединения кабеля 9 при перемещении монтажной плиты. Датчик давления жидкости 7 может быть заменен образцами горной породы для исследования эффективности ее разрушения. Для регулирования гидростатического давления в кавитационной трубе 1 имеется сливная магистраль 18 с манометром 20 и дросселем 21. Регулирование расхода рабочей жидкости осуществляется при помощи трехходового крана 22 через сливную магистраль 23 и расходомера рабочей жидкости 24.
Технический результат: воссоздание реальных условий движения гидромониторной струи жидкости и тем самым повышение точности измерения амплитудно-частотных параметров гидродинамической кавитации, влияющих на процесс разрушения горных пород при СГД.