Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины
Проведенные исследования в имитаторе скважины устройства кавитационных колебаний жидкости с критическим діаметром 2,5 мм свидетельствует о линейном изменении частоты импульсов в диапазоне от 1200 до 7000 Гц от давления подпора от 2 до 12 МПа при давлении нагнетания 22 МПа. Анализ результатов испытан...
Saved in:
| Date: | 2013 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Series: | Геотехническая механика |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59420 |
| 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 исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины / А.А. Потапенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 123-126. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-59420 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-594202014-04-09T03:01:44Z Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины Потапенко, А.А. Проведенные исследования в имитаторе скважины устройства кавитационных колебаний жидкости с критическим діаметром 2,5 мм свидетельствует о линейном изменении частоты импульсов в диапазоне от 1200 до 7000 Гц от давления подпора от 2 до 12 МПа при давлении нагнетания 22 МПа. Анализ результатов испытаний показывает, что пульсации давления жидкости существуют во всём исследованном диапазоне изменения подпора от 2 до 12 МПа. Установлено, что при распределении пульсаций по длине трубопровода–имитатора скважины наблюдаются два максимума давления. Судя по характеру изменения пульсаций давления можно предположить, что распространение пульсаций давления по длине трубопровода– имитатора скважины происходит по аналогии наложения двух гармонических колебаний с близкими частотами. Наличие таких максимумов в скважине пласта способствует образованию газоотводящих трещин на различных расстояниях от устройства и повышению эффективности дегазации угольных пластов. Abstract.Research, carried out in a simulated borehole fluid oscillations of cavitation device with a critical diameter of 2.5 mm, indicates the linear variation of the pressure pulse frequency of backup pressure from 2 to 12 MPa at injection pressure 22 MPa in the range of 1200 to 7000 Hz. The analysis of test results showes that fluid pressure pulsations exist in the entire range of backup pressure from 2 to 12 MPa. It’s established that two peaks of pressure are observed while distribution of fluctuations along the pipeline simulator of borehole. Judging by the nature of the change ofpressure pulsations, one can assume that the distribution of pressure pulsations along the pipeline simulator of borehole occurs by analogy of superimposing of two harmonic oscillations with close frequencies. The presence of such maximums in a borehole of layer facilitates the formation of gas exhaust cracks at different distances from the device and improves the efficiency of coal seams degassing. 2013 Article Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины / А.А. Потапенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 123-126. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59420 [622.003.5.622.807.2] (0433) ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проведенные исследования в имитаторе скважины устройства кавитационных колебаний жидкости с критическим діаметром 2,5 мм свидетельствует о линейном изменении частоты импульсов в диапазоне от 1200 до 7000 Гц от давления подпора от 2 до 12 МПа при давлении нагнетания 22 МПа. Анализ результатов испытаний показывает, что пульсации давления жидкости существуют во всём исследованном диапазоне изменения подпора от 2 до 12 МПа. Установлено, что при распределении пульсаций по длине трубопровода–имитатора скважины наблюдаются два максимума давления. Судя по характеру изменения пульсаций давления можно предположить, что распространение пульсаций давления по длине трубопровода– имитатора скважины происходит по аналогии наложения двух гармонических колебаний с близкими частотами. Наличие таких максимумов в скважине пласта способствует образованию газоотводящих трещин на различных расстояниях от устройства и повышению эффективности дегазации угольных пластов. |
| format |
Article |
| author |
Потапенко, А.А. |
| spellingShingle |
Потапенко, А.А. Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины Геотехническая механика |
| author_facet |
Потапенко, А.А. |
| author_sort |
Потапенко, А.А. |
| title |
Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины |
| title_short |
Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины |
| title_full |
Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины |
| title_fullStr |
Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины |
| title_full_unstemmed |
Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины |
| title_sort |
результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59420 |
| citation_txt |
Результаты исследования распределения пульсаций давления по длине трубы-имитатора скважины / А.А. Потапенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 108. — С. 123-126. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT potapenkoaa rezulʹtatyissledovaniâraspredeleniâpulʹsacijdavleniâpodlinetrubyimitatoraskvažiny |
| first_indexed |
2025-07-05T10:35:34Z |
| last_indexed |
2025-07-05T10:35:34Z |
| _version_ |
1836802884011819008 |
| fulltext |
Геотехнічна механіка. 2013. 108
123
Kalgankov Yevgeniy Vasilievich, Engineer, Senior Teacher of Department «Reliability and repair of ma-
chinery», Dnepropetrovsk State Agrarian University (DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine
Kolbasin Alexandr Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Associate Professor, Dnepro-
petrovsk State Agrarian University (DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine
Tolstenko Alexandr Vasilievich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Associate Professor, Dneprope-
trovsk State Agrarian University (DSAU), Dnepropetrovsk, Ukraine
УДК [622.003.5.622.807.2] (0433)
А.А. Потапенко, аспирант
(ИГТМ НАН Украины)
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ ПО ДЛИНЕ ТРУБЫ-ИМИТАТОРА
СКВАЖИНЫ
Аннотация. Проведенные исследования в имитаторе скважины устройства кавитационных коле-
баний жидкости с критическим диаметром 2,5 мм свидетельствует о линейном изменении частоты
импульсов в диапазоне от 1200 до 7000 Гц от давления подпора от 2 до 12 МПа при давлении нагнета-
ния 22 МПа. Анализ результатов испытаний показывает, что пульсации давления жидкости существуют
во всём исследованном диапазоне изменения подпора от 2 до 12 МПа. Установлено, что при распре-
делении пульсаций по длине трубопровода – имитатора скважины наблюдаются два максимума дав-
ления. Судя по характеру изменения пульсаций давления можно предположить, что распространение
пульсаций давления по длине трубопровода – имитатора скважины происходит по аналогии наложе-
ния двух гармонических колебаний с близкими частотами. Наличие таких максимумов в скважине пла-
ста способствует образованию газоотводящих трещин на различных расстояниях от устройства и повы-
шению эффективности дегазации угольных пластов.
Ключевые слова: устройство гидроимпульсной кавитации, имитатор скважины, напорное давле-
ние, подпорное давление
A.A. Potapenko, Doctoral Student
(IGTM NASU)
THE RESEARCH RESULTS OF PRESSURE FLUCTUATIONS DISTRIBUTION ALONG
THE TUBE BOREHOLE SIMULATOR
Abstract. Research, carried out in a simulated borehole fluid oscillations of cavitation device with a criti-
cal diameter of 2.5 mm, indicates the linear variation of the pressure pulse frequency of backup pressure
from 2 to 12 MPa at injection pressure 22 MPa in the range of 1200 to 7000 Hz. The analysis of test results
showes that fluid pressure pulsations exist in the entire range of backup pressure from 2 to 12 MPa. It’s es-
tablished that two peaks of pressure are observed while distribution of fluctuations along the pipeline simula-
tor of borehole. Judging by the nature of the change of pressure pulsations, one can assume that the distribu-
tion of pressure pulsations along the pipeline simulator of borehole occurs by analogy of superimposing of
two harmonic oscillations with close frequencies. The presence of such maximums in a borehole of layer facil-
itates the formation of gas exhaust cracks at different distances from the device and improves the efficiency
of coal seams degassing.
Keywords: hydroimpulsive cavitations device, simulator of borehole, forward pressure, backup pressure
Для повышения эффективности гидрорыхления выбросоопасных угольных
пластов в ИГТМ НАНУ создано устройство гидроимпульсной кавитации (рис. 1) [1].
Устройство состоит из входного проточного канала 4, по которому высоко-
напорный поток жидкости поступает на вход в генератор упругих колебаний дав-
ления жидкости 1. В критическом сечении генератора 2 образуется кавитационная
каверна, которая распространяется вдоль стенок критики и выходит в диффузор-
ный канал 3. При достижении определённых размеров кавитационная каверна
отрывается от стенок генератора, сноситься по потоку и захлопывается в зоне по-
вышенного давления в последиффузорном канале 5. После отрыва каверны, тот-
час начинает расти новая каверна. Процесс отрыва и захлопывания диффузорной
© Потапенко А.А., 2013
ISSN 1607-4556
124
части каверны на определённом режиме происходит строго периодически, созда-
вая высокоамплитудное пульсирующее течение с частотами, лежащими в звуко-
вом диапазоне [2].
Схема испытаний устройства гидроимпульсного рыхления по определению
его динамических параметров приведена на рис. 2.
lтр
DD
1
dкр
12 3
4
5
R1
R2
AA
1 – трубка Вентури; 2 – критическое сечение; 3 – диффузор кавитационной камеры; 4 – входной про-
точный канал; 5 –последиффузорный проточный канал
Рис. 1 – Конструкция кавитационного генератора ГК-2,5
1 – входной трубопровод с регулируемым дросселем 2; 3 – генератор; 4 – последиффузорный канал; 5
– подпорный дроссель; 6 – сливной трубопровод стенда; 7 – трубопровод - имитатор скважины
Рис. 2 – Схема испытаний устройства гидроимпульсного рыхления
Стенд для исследования включает в себя входной гидравлический канал 1 с
регулируемым дросселем 2, соединённый посредством ниппельного соединения
с гибким шлангом высокого давления стенда, кавитационный генератор 3, после-
диффузорный канал 4, трубопровод имитатор скважины 7, на выходе из которого
установлен подпорный дроссель 5, соединённый со сливным трубопроводом
стенда 6. Модель скважины (имитатор скважины) представляет собою трубопро-
вод (с внутренним диаметром dвн = 50 мм и длиной Lтр = 3 м), на котором на раз-
личных расстояниях от входа расположены бобышки для установки датчиков дав-
ления.
Для исследования кавитационного устройства в трубе - имитаторе скважи-
ны, моделирующем его работу в шпуре или скважине при проведении гидрорых-
ления угольного массива, имитатор скважины был оборудован дополнительными
датчиками. Схема установки датчиков пульсаций давления приведена на рис. 2.
Подача жидкости на генератор осуществлялась насосной установкой УНР (произ-
водительностью 55 л/мин при давлении 20 МПа).
Получены зависимости частоты f и пульсаций Р давления жидкости по
длине трубопровода от отношения n нP P подпорного Рп давления к напорному Рн.
Геотехнічна механіка. 2013. 108
125
Анализ приведенных исследований и установленных зависимостей показы-
вает, что пульсации давления жидкости по длине трубопровода-имитатора сква-
жины зарегистрированы практически во всем диапазоне изменения отношения
n нP P [3]. В исследованном диапазоне этого отношения от 0 до 0,8 частота f следо-
вания импульсов, обусловленных схлопыванием кавитационных каверн, наблю-
дается в диапазоне от 1200 до 7000 Гц. При этом с увеличением подпора (пара-
метр кавитации) частота растёт практически по линейному закону.
Результаты испытаний погружного устройства в имитаторе скважины в виде
зависимостей величин пульсаций Р в различных сечениях трубопровода по его
длине от давления подпора Рп представлена на рис. 3.
Рис. 3 – Зависимости пульсаций давления Р в различных сечениях трубопровода имитатора скважи-
ны от давления подпора Рп
Анализ этих результатов показывает, что пульсации давления жидкости су-
ществуют во всем исследованном диапазоне изменения давления подпора Рп от 2
до 12 МПа. Изменение величин пульсаций давления Р от подпора Рп нелинейно.
Имеется два ярко выраженных максимума – первый при значениях давления под-
пора Рп 4,1-5,1 МПа и частоты f 2200-2700 Гц и второй – при Рп 11,1 МПа и
частоты f 6500 Гц. Значения Р3, Р4 и Р5 существенно не отличаются друг от
друга и находятся в диапазоне от 4 до 9 МПа.
Зависимости величины
пульсаций давлений Р2 и Р4
от отношения n нP P не ли-
нейны и имеют два максиму-
ма, наблюдаемые в районах
0,09 и 0,37 со значения-
ми Р2 = 15,4 МПа и
Р4 = 12,5 МПа на первом мак-
симуме и Р2 = 10,6 МПа и
Р4 = 6,4 МПа на втором
(рис. 4).
Судя по характеру изме-
нения пульсаций давления
можно предположить, что их
Рис. 4 – Изменение величины пульсаций давления Р по
длине имитатора скважины для 0,096 и 0,37
0
4
8
12
16
0 0,5 1 1,5 2 2,5 , м
P,
МПа
= 0,096
= 0,37
ISSN 1607-4556
126
распространение по длине трубопровода-имитатора скважины происходит по
аналогии со сложением двух гармонических колебаний с близкими частотами. Та-
кое явление в физике называется биением. В нашем случае это может быть вы-
звано взаимодействием прямой и обратной волны импульса при отражении его с
торца трубопровода-имитатора скважины.
Само по себе это интересное явление. Его наличие в скважине ведёт к воз-
никновению газоотводящих трещин в пласте на разных расстояниях от генератора,
что способствует интенсификации процессов разгрузки пласта и повышению его
дегазации.
Выводы
1. Проведенные исследования в имитаторе скважины устройства кавитаци-
онных колебаний жидкости с критическим диаметром 2,5 мм свидетельствует о
линейном изменении частоты импульсов в диапазоне от 1200 до 7000 Гц от дав-
ления подпора от 2 до 12 МПа при давлении нагнетания 22 МПа.
2. Анализ результатов испытаний показывает, что пульсации давления жид-
кости существуют во всём исследованном диапазоне изменения подпора от 2 до
12 МПа.
3. Установлено, что при распределении пульсаций по длине трубопровода –
имитатора скважины наблюдаются два максимума давления. Судя по характеру
изменения пульсаций давления можно предположить, что распространение пуль-
саций давления по длине трубопровода – имитатора скважины происходит по
аналогии наложения двух гармонических колебаний с близкими частотами. Нали-
чие таких максимумов в скважине пласта способствует образованию газоотводя-
щих трещин на различных расстояниях от устройства и повышению эффективности
дегазации угольных пластов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Генератор и герметизатор шпура для гидроимпульсного воздействия на угольный массив в техно-
логическом процессе противовыбросовых мероприятий / Л.М. Васильев, Ю.А. Жулай, Н.Я. Трохи-
мец, П.Ю. Моисеенко [и др.] // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГГМ НАН Ук-
раины. – Днепропетровск, 2005. – Вып. 61. – С. 314-322.
2. Исследование высокочастотных кавитационных автоколебаний в гидравлической системе с труб-
кой Вентури / В.В. Пилипенко, В.А. Задонцев, И.К. Манько [и др.] // Кавитационные колебания в на-
сосных системах: Сб. научн. тр. – К.: Наукова думка, 1976. – Ч. 2. – С. 104-113.
3. Моисеенко, П.Ю. Обоснование параметров кавитационного генератора для гидрорыхления уголь-
ных пластов: дис. … канд. техн. наук: 05.05.06 / П.Ю. Моисеенко. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ,
2009. – 205 с.
Об авторе
Потапенко Александр Алексеевич, аспирант, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина; И.о.
генерального директора, Государственное предприятие «Донецкая угольная энергетическая компа-
ния» (ГП «ДУЭК), г. Донецк, Украина
About the author
Potapenko Alexandr Alekseevich, Doctoral Student, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics
under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine; Acting CEO of
State enterprise «Donbasskaya ugolnaya energeticheskaya kompanya», Donetsk, Ukraine
127
УДК 678.4.06:621.81
А.В. Новикова, магистр, мл. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ О СЖАТИИ СО СДВИГОМ
ПРИЗМАТИЧЕСКИХ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Аннотация. В работе рассмотрена проблема определения механических характеристик резиновых
деталей, предназначенных для виброизоляции тяжёлых горных машин, при циклическом сжатии,
сдвиге и сжатии со сдвигом. Приведены результаты квазистатических и динамических испытаний, про-
ведённых с целью оценки влияния предварительного сжатия на сдвиговую жёсткость резиновых эле-
ментов.
Ключевые слова: кажущийся модуль упругости, сжатие со сдвигом, предварительное поджатие
A.V. Novikova, M. S. (Tech.), Junior Researcher
(IGTM NASU)
THE SOLUTION OF A PROBLEM OF COMPRESSION WITH SHEAR OF PRISMATIC
RUBBER-METAL ELEMENTS
Abstract. The problem of definition of mechanical characteristics of the rubber details intend for vibra-
tion insulation of heavy mining machinery is considered, at cyclic compression, shear and both compression
and shear. The results of quasi-static and dynamic trials, conducted for the purpose of an estimate of pre-
compression influence on shear stiffness of rubber elements, are given.
Keywords: apparent elastic modulus, compression with shear, preliminary compression
1 Введение
Задача определения осадки резиновых элементов, работающих на сжатие,
решалась в разное время такими авторами, как Э.Э. Лавендел [1], С.И. Дымников
[2], В.Л. Бидерман, Н.А. Сухова [3, 4] и др. Большинство из них ограничивались
случаем малых деформаций.
В работе [5] решалась задача определения напряжённо-деформированного
состояния (НДС) резиновых виброизоляторов, предназначенных в качестве эле-
ментов вибросейсмозащиты тяжёлых машин и сооружений. Следует отметить, что
виброизоляторы такого типа отличаются большими геометрическими размерами
и большими деформациями. Авторами работы [5] было предложено учитывать
нелинейность при больших деформациях при помощи оригинального упругого по-
тенциала, полученного при экспериментальных исследованиях натурных вибро-
сейсмоблоков. При этом для учёта особенностей на торцах использовался коэф-
фициент ужесточения , который рассчитывался по формуле:
21 1,03 , (1)
полученной на основании математической обработки экспериментальных данных
для массивных цилиндрических сплошных амортизаторов [6].
При помощи метода Ритца задача расчёта НДС массивного вибросейсмои-
золятора была сведена к задаче Коши для обыкновенного дифференциального
уравнения второго порядка, которая была решена численно методом Рунге-Кутта
четвёртого порядка точности. Далее было проведено численное интегрирование,
в результате которого получено значение осадки амортизатора. Сравнение с экс-
периментом показало, что использование предложенного упругого потенциала, а
также формулы (1) приводит к достаточно точным результатам.
© Новикова А.В., 2013
|