Оптимизация рабочего процесса генератора Импульсной водяной струи.
Гулин В.В., асс. ДонГТУ
При разработке генераторов импульсной водяной струи различного технологического назначения и настройке их рабочего режима на требуемые параметры возникает задача определения таких значений факторов, влияющих на процесс и необходимых для конструирования узлов устройства, которые обусловят качественный рабочий режим с высоким к.п.д. Решение этой задачи возможно на основе прогноза выходных параметров генератора при заданном сочетании факторов.
Основные факторы, влияющие на функционирование устройства, можно условно разделить на три группы.Группа А. Факторы, определяемые характеристикой источника энергии.
Группа Б. Факторы, определяемые технологическими требованиями и конструктивными размерами элементов генератора.
Группа В. Факторы определяемые исходным состоянием (эксплуатационными регулировками) основных узлов генератора.
Факторы группы А имеют ограниченные возможности для варьирования, поскольку определяются типоразмерами насосов, используемых в подземных условиях.
Значения факторов группы Б определяются исходя из технологии гидроимпульсного разрушения, рациональных соотношений между ними, имеющегося типоразмерного ряда уплотнительных устройств.
Некоторую сложность вызывает поиск значений факторов, связанных с характеристиками управляющего клапана. Для их учета введем два комплексных фактора, отражающих основные соотношения между исходными величинами.
Отношение площадей поршневых поверхностей в закрывающей и открывающей камерах назовем коэффициентом управляющего клапана – К. Значение К не должно быть меньше 1,0 для обеспечения работоспособности системы и, в то же время, значение К более 1,5 приводит к значительному снижению к.п.д. устройства в связи с увеличением потерь давления в зарядном дросселе.
Коэффициент К зависит от трех факторов, связанных с геометрическими размерами поршня клапана.
Ранее проведенными исследованиями установлено, что наибольшее влияние на работу генератора оказывает волновой процесс в линии открывающей камеры управляющего клапана (линия AG). Диаметры волноводов принимаются равными 8-20 мм, длины исходя из удобства компоновки узлов генератора. Длина волновода l может изменяться в пределах 0,5- 4,5 м, исходя из существующего ряда длин заделки высоконапорных рукавов.
Факторы группы В оказывают наиболее существенное влияние на рабочий процесс и выходные параметры. Выбор значений данных факторов затруднен, поскольку они определяются динамическими процессами в генераторе, учесть которые на этапе проектирования невозможно.
Исключение состовляют давления начальной закачки масла в систему и газа в рабочий ГПА. Эти величины определяются, в конечном итоге, крепостью разрушаемого массива и должны быть заданы при проектировании генератора для конкретных условий.
Таким образом, для оптимизации рабочего процесса генератора на данном этапе выделены пять факторов:
Для рассматриваемой системы основными параметрами являются: величина среднего давления в импульсе р, частота следования импульсов f и к.п.д. системы, определяемый как отношение энергии, подведенной к генератору за цикл работы либо за определенное время. Однако, энергия струе может быть передана как при расчетных значениях параметров потока ( например, давлении), так и при значительно отличающихся. В последнем случае возможно, что к.п.д., определенный по приведенному методу, окажется даже выше, а эффективность разрушения массива будет практически нулевой.
В генераторах данного класса при определенном неблагоприятном сочетании факторов возможны малые почти гармонические колебания. Характерной их особенностью является перемещение поршня накопителя не на всю величину хода, что вызывает полное изменение параметров генератора. Подобный режим может быть зафиксирован оператором при анализе осциллограммы рабочего процесса, в частности, графика изменения давления в рабочей камере накопителя.
Для исключения участия человека в процедуре оценки примем в качестве критерия оптимизации функции отклика, которая составлена из произведения двух величин: к.п.д. и отношения обьема воды, выстреливаемого в импульсе (определяется по величине перемещения поршня накопителя за период выстрела), к геометрическому объему накопителя. В этом случае для всех режимов с качественным рабочим процессом второй сомножитель принимает значение единицы и не влияет на функцию отклика. Если объем накопителя используется не полностью не полностью, т.е. параметры импульса отличаются от расчетных, то функция отклика уменьшается и такие варианты становятся менее предпочтительными. Режимы, при которых объем накопителя используется менее чем на одну треть, бракуются, и функции отклика присваевается нулевое значение.
Кроме того, нерабочими считаются режимы, в цикле которых наблюдается срабатывание предохранительного клапана насосной установки. В этом случае функция отклика также обнуляется.
Предоставленная методика оптимизации рабочего процесса генератора импульсной струи позволяет получить исходные данные для проектирования узлов, а также определить значения настроечных величин при необходимости изменения выходных параметров.
Список источников.