Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ эффективности работы и конструктивных решений буровых вибросит 10
1.1 Степень очистки буровых растворов и пропускная способность вибросит 10
1.2 Результаты исследований динамики ситовых грохотов 18
1.3 Основные тенденции в развитии конструкций системы привода вибросит 24
1.4 Постановка задачи исследования 31
2 Синтез траекторий движения рамы буровых вибросит 33
2.1 Анализ путей увеличения амплитуды виброускорения рамы вибросита 33
2.2 Моделирование движения вибросита 42
2.2.1 Уточнение уравнений движения рамы и дебалансных возбудителей \ 42
2.2.2 Параметризация матрицы жесткости подвески рамы 47
2.2.3 Разработка S-модели движения вибросита и дебалансных возбудителей 56
2.2.4 Моделирование пуска электроприводов ДБВ с утяжеленными дебалансами 66
2.3 Исследование устойчивости самосинхронизации вращений двух ДБВ вибросит 72
2.3.1 Анализ условий устойчивости самосинхронизации вращений двух ДБВ 72
2.3.2 Экспериментальные исследования устойчивости самосинхронизации вращений двух ДБВ 82
2.4 Синтез системы приводов вибросита 90
2.4.1 Синтез траектории движения рамы вибросита 90
2.4.2 Конструирование 'системы привода буровых вибросит 101
Выводы 117
3 Определение пропускной способности сеток вибросит ...119
3.1 Метод определения пропускной способности сеток вибросит 119
3.2 Информационно-измерительное и программное обеспечение экспериментов 123
3.3 Экспериментальные исследования пропускной способности 131
3.4 Исследование влияния параметров траектории движения рамы на удельную пропускную способность вибросита 138
Выводы 142
4 Экспериментальные исследования траекторий движений и производственные испытания вибросит 144
4.1 Определение траекторий движенияшиброрамы в полевых условиях 144
4.2 Определение траекторий движения виброрамы с помощью двухосевых акселерометров 148
4.3 Производственные испытания модернизированного вибросита 157
Выводы 160
Заключение 161
Литература
- Результаты исследований динамики ситовых грохотов
- Параметризация матрицы жесткости подвески рамы
- Информационно-измерительное и программное обеспечение экспериментов
- Определение траекторий движения виброрамы с помощью двухосевых акселерометров
Введение к работе
Бурение нефтяных и газовых скважин сопровождается циркуляцией бурового раствора, который промывает забой и выносит на поверхность выбуренный шлам. Очистка бурового раствора от шлама в настоящее время производится четырехступенчатой системой очистки циркуляционной системы, в которой первым аппаратом является вибросито.
Минимальная степень очистки бурового раствора должна быть такой, чтобы при остановке циркуляции шлам надежно удерживался бы в объеме раствора, а не оседал в забой, вызывая осложнения в бурении. Скорость проходки существенно повышается, энергетические расходы на бурение и количество израсходованных долот существенно понижаются с повышением степени очистки бурового раствора до 80%, т. е. вплоть до удаления частиц шлама размером в 10 мкм. Отечественные вибросита удаляют только несколько процентов массы шлама вследствие крупной ячейки сетки, которой их оснащают. Применение более мелких сеток снижает пропускную способность вибросит ниже допустимого значения. Зарубежные вибросита фирм Derrick и SwacoHa такой же сетке обеспечивают большую пропускную способность.
Таким образом является актуальным исследование системы приводов отечественных буровых вибросит в направлении повышения их пропускной способности
Больший вклад в развитие теории вибрационных машин внесли И. И. Блехман, Э: Э. Лавендел, Б. П. Лавровой В. О. Кононенко: Прикладными вопросами ситовых грохотов занимались А. И. Булатов, И. И. Быховский, Л! А. Вайс-берг, Н. Д. Анахин, В. А. Бауман, Р. Ф. Нагаев, К. А. Олехнович, Д. А. Плисе, Г. Е. Фельдман и В. Г. Юртаев. Проблемами очистки буровых растворов занимались отечественные ученые И. Н. Резниченко, Ю. М. Басарыгин, Ю. М. Проселков, С. А. Рябоконь, В. И. Рябченко, В. И. Мищенко, А. А. Добик и Н. А.
7 Кушнаренко и зарубежные ученые М. Бингам, В. Кагл, Л. Вильдер и. Л. Хобе-рок.
Цель работы — создание буровых вибросит с повышенной пропускной способностью и разработка метода её определения.
Основные задачи исследования:
на основе анализа научной и патентной литературы выявить перспективные направления совершенствования конструкций вибросит;
определить пути увеличения амплитудных значений виброускорений рамы отечественных вибросит до 85-90 м/с ;
разработать прикладной пакет для моделирования движения вибросита на ПЭВМ;
создать методики синтеза и. конструирования системы, приводов из двух де-балансных возбудителей (ДБВ), обеспечивающих заданную траекторию*движения рамы-вибросита;
разработать і методику иустановку для-экспериментального определения про-пускнойхпособности вибросит,по реальным*буровым растворам при.контролируемых параметрах траектории движения рамы;,
выполнить экспериментальную оценку достоверности полученных теоретических положений.
Научная новизна:
определена оптимальная, форма дебалансов для ДБВ в смысле минимума момента*инерци№приззаданном значении статического момента инерции;
идентифицированы * матрицы- жесткости подвесок, вибросит-, различных^ фирм. Установлено, что вовсех матрицах! диагональные элементы, превалируют над остальными;
— разработан пакет прикладных программ в среде МАТЬАВ^для модели
рования движения вибросита, с помощью которого смоделирован пуск утяже
ленных ДБВ;
создана методика синтеза заданной траектории движения рамы вибросита;
предложен метод определения пропускной способности вибросита по буровому раствору.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
создана инженерная методика конструирования вибросит для очистки буровых растворов с заданной траекторией движения рамы. Новизна технических решений защищена патентами РФ на полезные модели № 46686 от 27.07.2005г. и № 60003 от 10.01.2007 г.;
разработан метод определения пропускной способности вибросит по буровому раствору, оснащенных конкретной сеткой. Создано информационно-измерительное и программное обеспечение для практической реализации этого метода;
- разработаны способы экспресс-определения параметров траектории
движения рамы вибросит в полевых условиях и способ точного определения
этих параметров с использованием двухосевых акселерометров и ПЭВМ.
Реализация научно-технических результатов в промышленности. Создан испытательный стенд для определения* пропускной способности вибросит. Сконструирован и изготовлен опытный образец вибросита СВ1ЛЭМ с эллиптической траекторией движения рамы. Опытный образец успешно прошел производственные испытания на стенде ООО «Компания «Техномехсервис» и промысловые испытания на буровой № 8 Песчаного месторождения, Краснодарского края
На защиту выносится:
оптимизация параметров дебалансов;
синтез заданных траекторий движения рамы вибросита;
инженерная методика конструирования вибросита;
- моделирование движений рамы вибросита, включая переходные про
цессы;
— метод и технические средства определения пропускной способности вибросита по буровым растворам.
Диссертация состоит из четырех глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и приложений.
В первой главе произведен критический анализ литературных источников, на основании чего поставлены задачи исследований диссертационной работы.
Вторая глава посвящена оптимизации конструкций дебалансных возбудителей, моделированию движений вибросит, включая переходные процессы, синтезу заданных траекторий установившихся движений и конструированию таких вибросит.
В третьей главе разработаны и исследованы методы и технические средства определения траекторий движения вибросит и их пропускной способности по буровым растворам.
Четвертая глава содержит описание производственных испытаний и их результаты.
Результаты исследований динамики ситовых грохотов
Публикаций по динамике именно буровых вибросит немного. Из отечественных работ найдена только одна статья [86], в которой приведена очень упрощенная модель движения рамы вибросита. Из зарубежных работ следует отметить статью Л. Хоберока [113], в ней доказана полезность существенного превышения рабочей частоты относительно собственной частоты вибросита. Многочисленные проспекты фирм по буровым виброситам, наиболее интересными из которых являются проспекты российских ООО "Компания Техномех-сервис" [46], ООО "Нефтегазмаш - Технологии" [61] и американских фирм Derrick [19, 48], Baroid [108] и Swaco [78], приводят только технические характеристики вибросит, вызывающие иногда сомнения.
Буровые вибросита относятся к зарезонансным ситовым грохотам, они широко используются для разделения материалов в горнорудной и строительной промышленности. Теоретических и экспериментальных исследований по таким вибрационным машинам опубликовано большое количество. Наиболее значимым является 6-ти томный справочник Вибрации в технике под редакцией академика В. Н. Челомея [14-18].
Одним из первых теоретических исследований по зарезонансным вибромашинам является работа В.О. Кононенко [47], в которой получено и проанализировано явление " застревания " привода дебалансного возбудителя при очень медленном разгоне на скорости несколько меньшей собственной частоты грохота. Для предотвращения этого приводной электродвигатель должен обладать достаточно большим электромагнитным моментом, чтобы быстро пройти опасный диапазон частот. После выключения электродвигателя наблюдаются весьма большие амплитуды колебаний виброрамы на собственной частоте, для пре дотвращения которых рекомендуется осуществлять электромагнитное торможение двигателя [98].
Уравнения и траектории движения виброрамы грохота с двумя и более дебалансными возбудителями были получены И.И. Блехманом еще в 70-х годах прошлого века в фундаментальной работе [6], которая затем почти полностью вошла в справочник [17]. В ней впервые дано теоретическое обоснование самосинхронизации движений кинематически не связанных дебалансных возбудителей. Впоследствии явление самосинхронизации было признано открытием [88]. Оно заключается в том, что ДБВ вращаются с одинаковой и почти постоянной угловой скоростью о,нос разными фазами в их углах поворота, вследствие обмена между собою двигательными моментами через виброраму.
Уравнения движения виброрамы грохота с несколькими дебалансными возбудителями (рисунок 1.3) представлены в работе [6]. Начало неподвижной системы координат XOoY, где ось X горизонтальна, помещено в точку Оо центра тяжести виброрамы грохота, которую она занимает в положении статического равновесия. Виброрама в сборе имеет массу тг, кг и момент инерции J2, кг м . Она образована коробом, на котором установлены ситовые кассеты и несущие конструкциями с закрепленными на них ДБВ. Центр вращения і-го ДБВ на рисунке 1.3 однозначно задается длиной радиуса-вектора г„ м и углом д„ рад.
Направление вращения каждого ДБВ определяется индексом направления движения т,, который при сг1 = +1 соответствует вращению против часовой стрелки, а при сг, = -1 П по часовой стрелке.
Виброрама закреплена на неподвижном основании с помощью упругих подвесок, которые характеризуются матрицей жесткости. В технических приложениях такая матрица связывает в статике малые перемещения твердого тела на упругом основании с действующими силами и моментами [15, 17, 21]. В теории колебаний эта матрица называется квазиупругой матрицей и для одно-массовой упругой системы имеет вид
При работе грохота центр тяжести виброрамы в точке О перемещается относительно точки О0 вследствие виброколебаний соответственно на величину х по оси X, на величину у по оси Y и виброрама, как твердое тело, совершает качательные (вращательные) движения на угол р.
Уравнения движения виброрамы с п ДБВ получены в работе [6] на основе уравнений Лагранжа второго рода. Движение каждого ДБВ с приводным асинхронным двигателем (АД), механическая характеристика которого Мд1{ф , и со статической характеристикой момента сопротивления вращению ротора МСІ{фі) описывается уравнением J&i + К (Фі - І ) = тієі [ sin / +у-вт. р,-ггф- cos(p, +3,) + + g-cos( pi-z)] + Mdi(crra))-Mcr((jr(o) где щ — угол поворота і — го небаланса, рад, / = 1,2...,«; J — момент инерции ротора / - го дебаланса, кг-м2; mlt є — масса, кг и эксцентриситет / - го дебаланса, м; Мд1( У, я ) Т электромагнитный момент АД привода / - го дебаланса, Нм; Mcl{ai -со) Т момент сопротивления вращению ротора / - го дебаланса, Нм; kf t коэффициент линеаризации разности Мд{(ф - Мс1(ф}). Уравнения (1.5) получены для анализа движений ДБВ в установившемся режиме, поэтому разность двигательного момента и момента сопротивления в этих уравнениях линеаризованы в окрестности точки ф1 = jt со. дві{Фі)-МсіШ = Мдв,{ Г ) + кдві(фі-(тга)-МсХсУі-о))-ксі(фі-(тга)) , . с!МдвШ)/ dM-Афі)/ . где кдві = fa . К, = /Аф. ПРИ Я = V 0» откУДа К =кбе,-К,. Уравнения движения рамы грохота в работе [6] имеют вид п тхх + кхх + схх + срх(р = т1єі (ф cos щ + р. sin (pt), и ЩУ + куУ + СуУ + СууР мМФі003?! -ФІ %) (1.6) і=і n Зф + к9ф + cfl + сх(рх + су(ру = тдєХФЇ sin(p, + 6,) і=і л - COS(ft + ,)) - ЦМАіі№) - МсХФі) /=1 где кх,к ,к9 Т коэффициенты сил вязкостного трения в пружинах подвески рамы по соответствующим осям.
Уравнения (1.5) и (1.6) образуют единую систему нелинейных дифференциальных уравнений движения вибрамы грохота совместно с ДБВ. Так как в работе [6] они получены для анализа устойчивости движения системы, то в них отброшены несколько неописанных членов в виду их малости в установившемся режиме. Из системы (1.5) и (1.6) была получена порождающая система, установившиеся движения которой возможны только при равенстве нулю интегралов правых частей уравнений (1.5) на интервале времени равном периоду колебаний. Эти условия дали систему из п нелинейных алгебраических уравнений, решениями их являются рабочая частота сог и сдвиг по фазе углов поворотов дебалансов аг, причем ах = 0. Затем получены необходимые и достаточные условия устойчивости установившихся колебаний механической системы. Промежуточные результаты анализа устойчивости дали весьма громоздкие формулы для определения траектории движения виброрамы в режиме установившихся колебаний.
Параметризация матрицы жесткости подвески рамы
Исследование переходных процессов движения вибросита, в частности при пуске ДБВ, возможно только численным моделированием системы диффурав-нений (2.38) совместно с уравнением (2.33). Для этого необходима параметризованная матрица жесткости подвески рамы вибросита (1.4), так как одними из параметров системы (2.38) являются элементы этой матрицы. В технических приложениях такая матрица связывает в статике малые перемещения твердого тела на упругом основании г =(х,у,(р) с действующими силами и моментами P = (Fx,Fy,M) [14,21].
Последние три дифференциальных уравнения системы (2.38) в статике представляют собой систему линейных алгебраических уравнений в которых вектор перемещений виброрамы г = {х,у,ф) связан с вектором её нагрузки P = (Fx,Fy,M)матрицей С. Другими словами если приложить к виброраме известную статическую нагрузку, то произойдет её перемещение, которое можно измерить. Можно ли по конечному множеству таких экспериментов идентифицировать элементы матрицы жесткости? Для решения такой задачи, как рекомендуется в работе [58], сформулируем критерий оптимальности идентификации / как минимум суммы,квадратов невязок всех трех уравнений системы (2.39) одновременно по всем экспериментальным данным j=x (2.40). +{xjc +yjcyp + (Pjcp-M;)) min, где - X;, Pj, Fxi,.Fyi и.М; - соответственно перемещения по оси х и у, угловой поворот рамы, проекции силы на ось х, у и момент в і — ом опыте;
По сути, задача сведена к методу наименьших квадратов. Равенство нулю частных производных критерия / по соответствующим элементам матрицы жесткости, что является необходимым условием экстремума целевой функции /, дает систему линейных алгебраических уравнений (2.41).
Решением этой системы являются.искомые элементы матрицы жесткости. Прикладная программа Cxyfr. ш для формирования матрицы левой части и матрицы-столбца правой части системы (2.41) по экспериментальным результатам, а так же для решения полученной системы линейных алгебраических уравнений дана в приложении 4. В ней так же рассчитываются отдельно для каждого уравнения (2.39) общие дисперсии и остаточные дисперсии.
Для измерения перемещений точек виброрамы были установлены три индикатора часового типа, а начало системы координат помещено в центр тяжести рамы О. К раме в заданных точках и направлениях прикладывали известные силы FX3KC, Fy3KC моменты Мэкс и измеряли возникающие перемещения. Перемещения по оси х равны показанию индикатора № 3 с обратным знаком, перемещения по оси у вычисляли как полусумму показаний индикаторов № 2 и № 1, а угол поворота рамы ф, в силу его малости, как отношение полуразностей показаний этих же индикаторов к расстоянию между ними. Результаты экспериментальных данных представлены в таблице 2.2.
Решение системы (2.41) сиспользованиемэкспериментальных данных из таблицы:2.2 дало следующую матрицу жесткости 0,034-10 0,012.104 1,46 -Ю4 4Л 7,16-104 -0,038-Ю4 С = -0,038-Ю4 16,1-Ю4 0,034-104 0,012-104
Адекватность каждого из трех уравнений системы (2.39) определяли с помощью критерия Фишера [56. 60] отдельно. Общие дисперсии рассеивания сил FX3KC, Fy3KC и момента Мэкс, т.е. дисперсии относительно среднего значения, составили по экспериментальным данным S = 4,76-103 Н2, S = 2,85-103 Н2, Sjf = 1,50-103 (Н-м)2. Остаточные дисперсии составили: для первого уравнения sLm=25 3 Для второго ocm=24,3, и для третьего ocm=32,4- Расчетные значения критерия Фишера для первого уравнения системы (2.39) равно 184, для второго - 117, для третьего - 46,2. Табулированное значения критерия Фишера для всех уравнений системы будет одинаковым. При доверительной вероятности 0,95, числе степеней свободы числителя 6 и знаменателя 4 оно равно 6,16 [54]. Так как расчетные значения критерия Фишера больше табулированных, то все уравнения системы (2.39) адекватны исследуемому объекту [54].
Схема нагружения серийного вибросита СВ1ЛМ
Используя эту же методику, проведены экспериментальные исследования матрицы жесткости подвесок рамы бурового вибросита СВ1ЛМ (рисунок 2.5), результаты которых приведены в таблице 2.3 .
Информационно-измерительное и программное обеспечение экспериментов
Для апробации вышеописанного метода определения пропускной способности вибросита была разработана и;изготовлена.установка (рисунок 3 v3), состоящая- из физическойшодели бурового вибросита 1, измерительной ячейки; 2, поддона для просеянного; раствора ЗІ электронных весов ВЭ-6 4, ПЭВМ 5, двухкоординатного акселерометра5 AXDL210 6 и\блока сопряжения ПЭВМ с. весами и акселерометром 7. ПЭВМ: дополнительно1 снабжена платой Е—761, представляющей собой; 14Ь-разрядный 1 б-канальный АЦП с соответствующим программным;обеспечением фирмы ЗА0і"Л-КАРД"..
Весы ВЭ-6 представляют, собой интеллектуальное средство измерения; в котором контроллер 4 раза в; секунду автоматически корректирует; "О" и компенсирует изменение температуры. Они имеют интерфейс RS-232 для связи с ПЭВМ, но их контроллерная1 система выдает информацию только после окончания: переходного процесса, так как весы предназначены для: статического взвешивания. Поэтому вся контроллерная? система весов была отключена и из всех компонентов весов использовался только один- тензометрический сило-преобразователь. В весы дополнительно был вмонтирован измерительный усилитель сигнала силопреобразователя, питание которого, осуществлялось от внешнего источника, расположенного в блоке сопряжения. Первый каскад измерительного усилителя выполнен по идентичной схемотехнике штатного измерительного усилителя весов. Аналоговый сигнал измеренной массы подклю
чен через блок сопряжения к прямому входу 1-го канала платы L-761 экранированной витой парой.
Массоизмерительное устройство протарировано образцовыми гирями при их аккуратной установке и снятии. Изменение отсчетов цифрового измерения массы по времени показано на рисунке 3.4. Оно организовано в виде файла данных, который обработан прикладной программой AVTom_tarir.m ( приложение 12). Полученная статическая характеристика приведена в таблице 3.1.
Измерение изменяющейся во времени просеянной массы m(t) сопровождается двумя систематическими погрешностями. Первая систематическая погрешность представляет собой скоростную погрешность весов ВЭ-6, в которых последовательно соединены тензометрический силопреобразователь и измерительный усилитель, снабженный фильтром низких частот. Такая система в динамическом отношении, как видно на рисунке 3.4, близка к апериодическому звену первого порядка с постоянной времени около 0 04 с. Эта погрешность Атс имеет отрицательный знак и при единичном коэффициенте преобразования коэффициент скоростной погрешности Сі равен постоянной времени. Атс=-а—. (3.6)
Вторая систематическая погрешность в измерении массы возникает вследствие силы давления струи Р„ просеянного бурового раствора, падающего с высоты Н; на дно поддона. Эта дополнительная силафавна [9]: PH=p-Q(t)-v(t)- (37) где t (t)- скорость струи в момент касания её с дном поддона; Q(t)- объемный расход струи,Qif) =У т /А . Если принять скорость вытекания жидкости из сетки равной нулю, то v{t) = 2-H-g . (3.8) Тогда систематическая погрешность по выходу измерения массы вследствие силыдавления падающей струи с учетом выражений (3;7) и (3.8) равна V дтк = =.Ш:ЛЦШ:.С--!Ш:\_ ; (з.9) g у g dt dt Измеренное значение массы tnu(t), соответствующее выходному сигналу массы измерительного устройства, и истинное значение массы m(t) при наличии систематических погрешностей (3.6) и (3.9) связаны следующим образом: mu(t) = m(t) + (CH-C0- . (3.10) dt Преобразование сигнала измеренного значения массы mu(t) в сигнал истинного значения массы m(t), как видно из дифференциального уравнения (3.10), можно произвести с помощью апериодического звена 1-го порядка на рисунке 3.5. m(t) mu{t) (Q-Q-s + l Рисунок 3.5 - Оператор преобразования сигнала mu(t) в сигнал т (t)
Обобщение выше проведенных исследований позволяет окончательно сформулировать последовательность косвенного измерения удельной пропускной способности вибросита. Перед опытом произвести в статике тарировку массоизмерительного устройства образцовыми гирями. Затем в измерительную ячейку, закрепленную на раме работающего вибросита поместить примерно известный объем-бурового раствора. Просеянный-раствор падает в поддон, установленный на массоизмерительном устройстве. Выходной аналоговый сигнал этого устройства вводится в ПЭВМ, где преобразуется в цифровой сигнал и запоминается. Длительность записи сигнала, должна быть больше длительности процесса просеивания і всего раствора, помещенного в измерительную ячейку. Цифровой сигнал, полученный, с помощью»платы L—761, представляет собой файл данных. Он не доступен для обработки в среде MatLab, поэтому был преобразован программой просмотра файлов данных LGraprr версия 1.0.6 ( Авторские права (С) 2002 АВТЭКС Санкт-Петербург; http://www.autex.spb.ru, E-mail: info@autex.cpb.ru ).
Для обработки файла данных измеренной массы разработаны прикладные программы WESFILTR_rabota_voda_parab.m (приложение 13), WESFILTR_rabota_voda_lin.m (приложение 14) и WESFILTR_rabota_Piramid.m (приложении 15). Они требуют импортирования в рабочее пространство файла данных измеренной массы, график которого приведен на рисунке 3.6 и файла статической характеристики, полученного в результате тарировки массоизме-рительного устройства.
После этого отсчеты файла данных измеренной массы преобразуются по статической характеристике в значения массы. Затем определяется усредненное значение массы на начальном участке и вычитается из всех значений массы, что по сути представляет собой вычитание массы тары. В результате получены значения измеренной массы, изменение которой во времени представлено на рисунке 3.7.
Определение траекторий движения виброрамы с помощью двухосевых акселерометров
Вышеописанные исследования зависимостей удельных пропускных способностей различных сеток по воде от высоты слоя имели вспомогательный характер и были выполнены для практического освоения метода, разработанного в п. 3.1 данной работы.
Основная цель экспериментальных исследований заключалась в получении зависимостей удельных пропускных способностей вибросита по буровому раствору от высоты его слоя на сетке при различных траекториях виброколебаний рамы. Исследования проводили на установке, приведенной на рисунке 3.3, с пирамидальной измерительной ячейкой (рисунок 3.2).
Эксперименты проведены только для отечественной сетки с размером ячейки 0,4x0,4 мм на бентонитовом растворе плотностью 1,20±0,01 г/см3 и вяз костью 40 спз. Частота квантования по времени массоизмерительного устройства принята 500 Гц, длительность записи файла данных - 150 с или 300 с. Траектория движения виброрамы контролировалась в точке, соответствующей средине образца сетки, двухосевым акселерометром ADXL210. В ходе проведения экспериментов было установлено, что та масса бурового раствора, которая помещалась в измерительную ячейку, практически не влияет на параметры траектории. Поэтому запись файлов данных измеренной массы и проекций виброускорения производилась не одновременно, а в разное время для облегчения последующей обработки этих файлов. Методика обработки сигналов акселерометра и определения параметров траектории дана в следующем разделе.
Так как на экспериментальной установке расположение ДБВ на виброраме было фиксированным, то изменение траекторий движения измерительной ячейки осуществляли различными вариантами включения электродвигателей. Траектории № 1 получена включением обоих ДБВ, причем 1-го ДБВ по часовой стрелке, а 2-го против часовой стрелки. Если в режиме установившихся колебаний выключить электродвигатель 2-го ДБВ, то наблюдалось захватывание, в результате чего возникала траектория № 2. Если в режиме установившихся колебаний выключить электродвигатель 1-го ДБВ, то так же наблюдалось захватывание и возникала траектория № 3. Включение в состоянии покоя вибросита только одного электродвигателя 1-го ДБВ дает траекторию № 4. Если в состоянии покоя вибросита включить только один электродвигатель 2-го ДБВ, то возникнет траектория № 5.
Перед проведением экспериментов буровой раствор перемешивали до наступления стабильной и однородной консистенции, что определялось визуально. Затем вибросито включали в работу на одной из вышеописанных траекторий. По достижении установившихся колебаний включали массоизмерительное устройство и после этого в измерительную ячейку с помощью ковша емкостью 2 литра помещали буровой раствор. Просеивание раствора сопровождалось записью измеренной массы просеянного раствора. Длительность записи файла данных измеренной массы соответствовала длительности процесса просеивания. Дня траекторий № 1- № 4 длительность записи принята равной 150 с, для траектории № 5 - 300 с. Всего было проведено 14 экспериментов: по три для траекторий № 1 - 4 и два для траектории № 5.
Обработка файлов данных измеренной массы по методике описанной в п. 3.2 с помощью прикладной программы WESFILTR_rabota_Piramid.m (приложении 15) дала 14 кривых зависимости удельной пропускной способности вибросита от высоты слоя раствора. Одна из этих кривых для траектории № 1 приведена на рисунке 3.10, а остальные в приложении 16.
Экспериментальные зависимости удельной пропускной способности вибросита от высоты слоя бурового раствора на сетке, полученные в п. 3.3, были сглажены кубическими параболами в интервале высоты от 15 мм до 40 мм. Процедура сглаживания выполнена в заключительной части прикладной программы WESFILTR_rabota_PIRAMID.m (приложение 15). Она позволяет определять удельную пропускную способность при любой высоте, в частности при 16, 20, 25, 30 и 35 мм. Результаты определения удельной пропускной способности сведены в таблицу 3.2.
В таблице 3.2 приведены так же параметры виброускорений, технология измерения которых будет описана позже в п. 4.2. В п. 2.4 данной работы доказано, что амплитуды горизонтальных и вертикальных виброускорений рамы, а также разность фаз между их гармониками, однозначно определяют траекторию движения рамы.
Высота слоя раствора на сетке, как видно из таблицы 3.2, существенно влияет на удельную пропускную способность. Главная задача заключается в определении существенности влияния амплитуд горизонтального и вертикального виброускорений и разности фаз между их гармониками на удельную пропускную способность. Такая задача может быть решена с помощью множественного корреляционного анализа [54], для чего разработана прикладная программа Korr_Regr_Prh_Aaxy.m, приведенная в приложение 17. Для упрощения анализа высота слоя раствора принималась постоянной из диапазона от 16 до 35 мм.
