СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИУСА ЭФФЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ КАВИТАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области горного дела и предназначена для исследования влияния эффекта кавитации на процесс разрушения призабойной зоны скважины в процессе ее бурения, сохранения естественной проницаемости фильтров и прифильтровых зон гидрогеологических скважин и для решения других технологических задач, имеющих место в горно-буровой отрасли.
Известна гидродинамическая кавитационная труба разомкнутого типа, по сути, стенд для гидродинамических испытаний, включающий кавитационную трубу, кавитатор, насос, связанный всасывающей магистралью с зумпфом, заполненным жидкостью, а нагнетательной - с кавитатором, дроссель-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из кавитационнной трубы в зумпф (SU 685943).
Известный стенд позволяет осуществлять в расширенном диапазоне регулирование параметров потока жидкости в рабочем участке кавитационной трубы и достичь низких чисел кавитации. Однако он не приспособлен для размещения в его кавитационной трубе участка, отгороженного водопроницаемой тканью и заполненного материалом, имитирующим водоносный горизонт, для исследования радиуса эффективного действия амплитудно-частотных составляющих кавитационных колебаний жидкости на процесс разрушения призабойной зоны скважины и, в частности, гидрогеологической.
Известен стенд для исследования стационарных процессов в трубопроводных гидротранспортных установках, по сути, эффективного действия кавитационных колебаний жидкости, включающий герметичную кавитационную трубу, кавитатор, средство изменения критического сечения кавитатора, насос, связанный всасывающей магистралью с зумпфом, заполненным жидкостью, а нагнетательной - с кавитатором, дроссель-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из герметичной кавитационнной трубы в зумпф, и датчики давления жидкости, расположенные на
различном удалении от кавитатора в герметичной кавитационной трубе, на участках заполнения ее жидкостью (SU 1346541).
Известный стенд позволяет оценивать кавитационные силы, проявляющиеся в виде мгновенно меняющихся перепадов давлений, изменений температур, интенсивном перемешивании от действия ударных волн и микропотоков. Недостатком известного стенда является отсутствие у него возможности размещения в его герметичной кавитационной трубе участка, отгороженного водопроницаемой тканью и заполненного материалом, имитирующим водоносный горизонт, для исследования радиуса эффективного действия амплитудно-частотных составляющих кавитационных колебаний жидкости на процесс разрушения призабойной зоны скважины и, в частности, гидрогеологической.
Полезная модель позволяет получить технический результат, выражающийся в возможности исследования радиуса эффективного действия амплитудно-частотных составляющих кавитационных колебаний жидкости в на процесс разрушения призабойной зоны скважины и, в частности, гидрогеологической.
Указанный технический результат достигается тем, что стенд для исследования радиуса эффективного действия амплитудно-частотных составляющих кавитационных колебаний жидкости, включает герметичную кавитационную трубу, имеющую участки, заполненные жидкостью, и участок, отгороженный водопроницаемой тканью и заполненный материалом, имитирующим водоносный горизонт, кавитатор, размещенный в герметичной кавитационной трубе, средство изменения критического сечения кавитатора, буровой насос, связанный всасывающей магистралью с зумпфом, заполненным жидкостью, а нагнетательной - с кавитатором, центробежный насос, окруженный фильтром, погруженный в зумпф и связанный своей нагнетательной магистралью с нагнетательной магистралью бурового насоса через трехходовой кран, дроссель, установленный на линии слива жидкости из герметичной кавитационнной трубы в зумпф, манометры, установленные в нагнетательной магистрали бурового насоса и на линии слива жидкости из кавитационнной трубы в зумпф, датчики давления жидкости, расположенные на различном удалении от кавитатора в герметичной кавитационной трубе на участках заполнения ее жидкостью, и на участке, отгороженном водопроницаемой тканью и заполненном материалом, имитирующим водоносный горизонт, и измерительный блок в виде манометров, подключенных к датчикам давления жидкости и связанных с осциллографом, частотомером и персональным компьютером.
В частном конкретном случае в качестве материала, имитирующего водоносный горизонт, использован обводненный песок, кавитатор, размещенный в герметичной кавитационной трубе, окружен предохраняющей сеткой, средство изменения критического сечения кавитатора, выполнено в виде съемных втулок и использованы угольные датчики давления жидкости.
На чертеже показана схема стенда.
Стенд включает угольные датчики 1-8 давления жидкости расположенные в герметичной кавитационной трубе 9. Зумпф 10 заполнен жидкостью. Всасывающей и нагнетательной магистралями 11 и На, соответственно, буровой насос (НБ-3-160/63) 12 связан с зумпфом 10, центробежный насос 12а, своей нагнетательной магистралью На связан с нагнетательной магистралью бурового насоса 12.
Герметичная кавитационная труба 9 имеет участки, заполненные жидкостью (водой) 13, и участок, заполненный материалом 14, имитирующим водоносный горизонт и отгороженный водопроницаемой тканью 15. В качестве материала 14, имитирующего водоносный горизонт, использован обводненный песок фракции 0,3-0,5 мм. На линии слива жидкости из герметичной кавитационнной трубы 9 в зумпф 10 установлен дроссель 16, регулирующий давление жидкости.
Датчики 1-8 давления жидкости, расположены в герметичной кавитационной трубе 9, на участках заполнения ее жидкостью 13, и на участке, отгороженном водопроницаемой тканью 15 и заполненном материалом 14, имитирующим водоносный горизонт.
Кавитатор 17 размещен в герметичной кавитационной трубе 9 и окружен предохраняющей сеткой 18. Кавитатор 17 является, по сути гидродинамическим генератором кавитационных колебаний и представляет собой трубку Вентури. Средство изменения критического сечения кавитатора 17 выполнено в виде съемных втулок. Диаметры критического сечения рассчитываются на компьютере. Датчики 1-8 давления жидкости, расположены в герметичной кавитационной трубе 9 на различном удалении от кавитатора 17.
Манометры 19, установлены в нагнетательной магистрали На бурового насоса 12 и на линии слива жидкости из герметичной кавитационнной трубы 9 в зумпф 10.
Измерительный блок включает манометры 19, подключенные к датчикам 1-8 давления жидкости и связанные с осциллографом 20, частотомером 21 и персональным компьютером 22.
Центробежный насос 12а, связан своей нагнетательной магистралью На с нагнетательной магистралью бурового насоса через трехходовой кран 23, окружен фильтром 24 и погружен в зумпф 10.
3
Стенд работает следующим образом. Нагнетаемая жидкость через кавитатор 17 поступает в герметичную кавитационную трубу 9, давление в которой может плавно изменяться от 0 до 1,0 МПа при расходе жидкости от 0 до 160 дм/мин. Давление на входе в кавитатор 17 определялось расходом жидкости и диаметром съемных втулок кавитатора 17 и составляло 2,4 МПа и оставалось неизменным на протяжении всего эксперимента. Продолжительность эксперимента составляла 20 минут.
Регистрация изменения амплитудно-частотных характеристик гидродинамических колебаний жидкости осуществлялось путем визуальных наблюдений за манометрами, подключенными к датчикам давления жидкости и записей характера колебаний осциллографом и компьютером.
Заведомо безкавитационный режим течения жидкости получали посредством удаления кавитатора из системы.
Измерения и сравнения амплитуды и частоты на стенде производились в двух средах: чистой воде и в водонасыщенном песке. Записи сигналов с угольных датчиков давления осуществлялись на различном удалении от квитатора. Регистрация сигналов осуществлялась через АЦП с выводом результатов на монитор компьютера.
Полезная модель раскрывает экспериментальный стенд, позволяющий измерять амплитудно-частотные характеристики гидродинамических кавитационных колебаний жидкости в условиях близких к условиям реальной скважины.