Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ технологических схем и технических элементов оборудования для приготовления тампонажных растворов 11
1.1 Обзор технической и патентной литературы по процессам приготовления тампонажных растворов 11
1.2 Анализ элементов системы приготовления тампонажных растворов 21
1.2.1 Бункеры цемента 21
1.2.2 Гидроэжекторные смесители 23
Выводы к главе 1 25
ГЛАВА 2 Анализ расходных характеристик бункеров цемента традиционных схем 26
2.1 Скорость свободного истечения цемента 26
2.2 Расчет наименьшего допустимого диаметра донного выпускного отверстия бункера цемента 32
2.3 Анализ влияния угла наклона стенок бункера на процесс выпуска цемента через донное отверстие 43
2.4. Истечение в шнековый питатель 46
2.5 Истечение в транспортный канал под действием вакуума 55
Выводы к главе 2 61
ГЛАВА 3 Разработка и исследование новых систем разгрузки бункеров цемента 63
3.1 Система выгрузки цемента через верх бункера по вертикальному трубопроводу 63
3.2 Система выгрузки цемента из бункера с помощью шнека-рыхлителя 73
Выводы к главе 3 80
ГЛАВА 4 Анализ расходных характеристик гидроэжекторных смесителей и разработка новых конструкций 81
4. 1 Устройство и основные требования к конструкции гидроэжекторного смесителя 81
4.2 Экспериментальные исследования гидроэжекторных смесителей и обоснование путей повышения коэффициента эжекции 89
4.3 Уравнение характеристики гидроэжекторного смесителя 95
4.4 Разработка и испытания гидроэжекторных смесителей с диспергированной струей 113
4.4.1 Испытания гидроэжекторного смесителя с многоствольным соплом 113
4.4.2 Разработка и испытания гидроэжекторного смесителя с кольцевым соплом 119
Выводы к главе 4 127
ГЛАВА 5 Разработка технологических схем и формулировка основных положений регламента приготовления тампонажных растворов на модернизированном оборудовании 128
5.1 Состав модернизированной технологической схемы с подачей цемента шнеком-рыхлителем 128
5.2 Расчет элементов технологической схемы с подачей цемента шнеком-рыхлителем 131
5.3 Состав модернизированной технологической схемы приготовления тампонажных растворов с выгрузкой цемента через верх бункера 132
5.4 Расчет параметров модернизированной технологической схемы приготовления тампонажных растворов с выгрузкой цемента через верх бункера 135
5.5 Требования к регламенту процесса приготовления тампонажного раствора при цементировочных работах в скважинах . 136
5.5.1 Требования к регламенту процесса при подаче цемента шнеком 136
5.5.2 Требования к регламенту процесса при выгрузке цемента через верх бункера . 137
5.6 Использование результатов работы 138
Выводы к главе 5 139
Выводы и рекомендации 140
Список литературы
- Анализ элементов системы приготовления тампонажных растворов
- Анализ влияния угла наклона стенок бункера на процесс выпуска цемента через донное отверстие
- Система выгрузки цемента из бункера с помощью шнека-рыхлителя
- Разработка и испытания гидроэжекторных смесителей с диспергированной струей
Анализ элементов системы приготовления тампонажных растворов
В нефтегазопромысловом деле широко используются тампонажные растворы: для цементирования обсадных колонн; для борьбы с поглощениями буровых растворов в процессе бурения скважин; для установки цементных мостов с целью изоляции пластовых вод и ликвидации межпластовых перетоков; для установки отклоняющих клиньев при забуривании боковых стволов и т.д. [1, 2, 3, 4, 25, 41, 88]. Основу тампонажного раствора составляет смесь цемента с водой или водным раствором реагентов (так называемая жидкость затворения). Смешение цемента с жидкостью затворения происходит в поверхностнуой системе приготовления тампонажных растворов, которая представляет собой мобильный комплекс технических средств, размещаемых в непосредственной близости от скважины на время выполнения тампонажных работ. Смешение раствора должно производиться с высокой производительностью (до 2 м3/мин по готовому раствору или до 1,5 т/мин по цементу [1, 25]) и с обеспечением максимальной однородности смеси.
Исследованием оборудования и процессов приготовления тампонажных растворов и связанных с ними явлений занимались многие отечественные и зарубежные инженеры и ученые. Среди них А.И.Булатов, Ю.М.Проселков, О.И. Бездробный, П.П.Макаренко, А.Г.Аветисов, Н.И.Макушев, В.М.Мильштейн, В.И.Мищенко, В.М.Миненков, Г.В.Беликов, А.С.Мамврийский, С.А.Рябоконь, Т.Е.Аллен (T.E.Allen), П.О.Паджетт (P.O.Padgett). Вышел ряд обобщающих монографий А.И.Булатова и Ю.М.Проселкова с соавторами, В.М.Мильштейна, Дж.О.Робертсона (J.O.Robertson) с соавторами [1,3,24,25,88] и других. Сущест 12 венный вклад в создание современных систем приготовления тампонажных растворов внесли инженеры и конструкторы ряда производственных и научных предприятий, в особенности ОАО НПО «Бурение» (ранее ВНИИКРнефть), СевКавНИПИнефть, ООО «Эскорт» (ранее Новочеркасский механический завод), Костромское ОАО «Строммашина», ОАО «Ижнефтемаш» и др. За рубежом значительных успехов в производстве и поставке на мировой рынок комплексов приготовления тампонажных растворов достигли известные американские корпорации Халлибуртон (Halliburton) и Шлюмберже (Schlumberger).
В 60-90 годы были разработаны основные принципы проектирования систем приготовления тампонажных растворов, созданы образцы техники, налажено серийное производство различного оборудования. В частности, за рубежом выпускаются комплектные мобильные агрегаты приготовления тампо-нажных растворов, включающие размещенный на единой платформе насосно-смесительный блок и специализированные цементовозы. В России налажен широкий выпуск цементировочных агрегатов, цементно-смесительных машин, осреднительных емкостей, вспомогательного оборудования, станций контроля процесса цементирования. Значительное распространение в последние годы получили сервисные компании, что позволило за счет сосредоточения на одном предприятии лучших образцов техники и квалифицированного персонала значительно повысить качество цементирования, снизить остроту такой важной проблемы, как межколонные перетоки.
Процесс приготовления тампонажного раствора включает следующие операции: доставка компонентов на место работ и перебункировка сухой смеси, подготовка жидкости затворения, подача сухой смеси и жидкости затворения на смешение, смешение сухого и жидкого компонентов, накопление смеси, регулирование ее свойств, гомогенизация смеси, подача готового раствора на вход плунжерного или поршневого цементировочного насоса для последующей закачки в скважину [1, 24, 25, 41, 79]. Проведение этих операций требует применения различного технологического оборудования. Так доставка порошкооб 13 разных материалов, прежде всего цемента, к месту работ и его перебункеровка производится цементовозами или цементно-смесительными машинами. Жидкость затворения готовится в резервуарах цементировочных агрегатов или в специальных емкостях, оснащенных мешалками и паровыми регистрами. Подача сухой смеси на затворение осуществляется шнеками цементно-смесительных машин или пневмотранспортной системой. Нагнетание жидкости затворения в смесительное устройство выполняется цементировочными насосами или центробежными насосами цементировочных агрегатов (при наличии таких насосов в составе агрегата). Смешение тампонажного материала и жидкости затворения осуществляетсяь в эжекторном смесительном устройстве, а накопление и выравнивание свойств смеси – в бачке для цементного раствора и/или в осредни-тельной емкости. Закачка готового раствора в скважину производится плунжерными или поршневыми насосами цементировочных агрегатов [1, 24].
В России распространена схема приготовления тампонажного раствора, один из вариантов которой представлен на рисунке 1.1. В соответствии с этой схемой для приготовления цементного раствора используются три цементировочных агрегата 1, 2, 10, оснащенных цементировочными насосами 6,8,9, цементно-смесительная машина 3, станция контроля процесса цементирования 4, бачок для цементного раствора 5, гидроэжекторный смеситель 7, осреднитель-ная емкость 11, комплект труб и рукавов для обвязки оборудования и устья скважины [3, 21, 72; 88].
Цемент предварительно загружается в цементно-смесительную машину 3. Цементировочный агрегат 1 насосом 6 нагнетает воду или жидкость затворе-ния из своих мерных емкостей или из специальных резервуаров на гидроэжек-торное смесительное устройство 7, подвешиваемое на выгрузочном конце цементно-смесительной машины 3. Одновременно в эжекторное смесительное устройство 7 из бункера цементно-смесительной машины 3 встроенными шнеками подается цемент. Водоцементное отношение регулируется изменением
Анализ влияния угла наклона стенок бункера на процесс выпуска цемента через донное отверстие
Несколько иная ситуация наблюдается при истечении сыпучего материала через отверстие, малое по сравнению с диаметром и высотой бункера. В этом случае при моделировании процесса истечения сыпучего материала из выпускного отверстия можно предположить, что при разрушении арки частицы покидают бункер в свободном падении. В соответствии с этой гипотезой истечение сыпучего материала происходит под действием силы тяжести, а не давления вышележащих слоев материала. Давление только способствует потере устойчивости. В этом случае расход материала через отверстие в определенных пределах не зависит от уровня материала в бункере. Поведение потока твердых частиц по своему физическому смыслу будет близко к поведению отдельной частицы, падающей в воздухе под действием силы тяжести. Эта гипотеза давно принята в зарубежной литературе [68, 69].
Как известно, скорость падающего тела определяется равновесием силы тяжести и силы сопротивления воздуха: V r g S rvC м м м вм2 м (2.9) где Vм,rм - объем и плотность сыпучего материала, g - ускорение свободного падения, Sм - площадь поперечного сечения падающего тела, rв - плотность воздуха, vм - скорость падения, Cм - коэффициент сопротивления. Заметим, что Vм I3 , а 5м L2, где I - характерный размер падающего тела. Тогда из (2.9) получим, что vм ( gLy2. Но поскольку для сыпучего материала, истекающего из выпускного отверстия бункера, характерный размер - это эквивалентный диаметр отверстия D, то можно полагать, что скорость истечения материала из бункера будет пропорциональна D1/2:
Тогда расход материала, очевидно, пропорционален д/gD D2 = д/gD5 2. Эта закономерность в научной литературе обычно представляется в виде так называемой формулы Беверло (Beverloo), которая для массового расхода (кг/с) записывается как [69,72]: где С- эмпирический коэффициент сопротивления, по данным различных авторов С = 0,5...0,7 , р - насыпная масса материала (в данном случае - цемента).
Формула Беверло подтверждена большим количеством экспериментов для различных бункеров как с крутонаклонными, так и пологими стенками для разных режимов течения материала в бункерах. То обстоятельство, что в соответствии с формулой Беверло расход не зависит от высоты, давно используется в песочных часах, в которых скорость истечения мало меняется по мере опорожнения верхней колбы. Расчет времени истечения по формуле (2.11) для условий опытов автора представлен в Таблице 1 наряду с расчетом по гидравлической формуле.
Как видим из таблицы 2.1, точность формулы Беверло в условиях данного эксперимента не выше, чем у гидравлической формулы.
Таким образом, скорость истечения цемента из донного отверстия, может рассчитываться по представленным выше соотношениям, однако на процесс большое влияние оказывает сводообразование – течение вообще может не происходить, если отверстие недостаточно велико. Вывод формулы Бе-верло указывает на решающую роль в процессе истечения цемента явления сводообразования, постоянно присутствующего в сыпучем материале.
В исследованной литературе методика расчета наименьшего диаметра отверстия в днище бункера, через которое может беспрепятственно истекать цемент, нами не обнаружена. Обычно авторы ограничиваются общими рассуждениями.
Для уточнения этого вопроса предпринято исследование свойств цемента как сыпучего тела. В инженерной практике свойства сыпучих тел обычно рассматривают в приближении кулоновского трения. Важнейшими параметрами при этом считаются углы внутреннего и внешнего трения и начальное напряжение сдвига [9, 11, 69]. Эти параметры определяются с помощью простых приборов – сдвиговых тестеров [9, 49] (рисунок 2.1). Конструктивно сдвиговый тестер представляет собой цилиндрический корпус 1 с углублением, заполненным сыпучим материалом 2, на котором установлено с возможностью сдвига кольцо 3, также заполняемое сыпучим материалом Кольцо закрыто сверху плоской крышкой 4, центрируемой винтом и оказывающей давление на поверхность сыпучего материала, а к корпусу прикреплена гибкая нить, переброшенная через блок 5. На конце нити подвешена емкость 6, в которую из мерного сосуда наливается вода, обеспечивающая своим весом сдвигающее усилие S . Крышка 4 имеет площадку, на которую устанавливаются грузы 7, обеспечивающие сжимающее (нормальное к поверхности сдвига) усилие V . Момент начала перемещения кольца 3 под действием сдвигающего усилия фиксируется датчиком перемещения 8. Величина сдвигающего усилия фиксируется весами 9. Сигнал от датчика перемещения и весов поступает на компьютер. – корпус; 2 - сыпучий материал; 3 – кольцо; 4 – крышка; 5 – блок; 6 – емкость; 7 – груз; 8 - датчик перемещения; 9 - весы Рисунок 2.1 - Схема сдвигового тестера Измерения на тестере выполняются следующим образом. Сыпучий материал подвергается заранее заданному предварительному уплотнению. Затем на крышку 4 устанавливается необходимое количество грузов, создающих сжимающее нормальное усилие Vi . Постепенно наливая в емкость 6 жидкость, увеличивают сдвигающее усилие до величины Si , вызывающей смещение кольца 3. Момент начала смещения и вес, при котором смещение началось фиксируется на компьютере. Перечень и характеристики использованных при измерениях приборов представлены в Приложении 1. Даже небольшое смещение кольца свидетельствует о достижении предельного состояния материала при данном сочетании нормальной Vi и сдвигающей Si нагрузок (нормального и касательного напряжений). Измерения продолжаются с постепенным снижением нормальной нагрузки от усилия предварительного уплотнения до минимально возможного нормального усилия и по результатам измерений строится график зависимости предельной сдвигающей нагрузки от сжимающей. Угол внутреннего трения сыпучего материала (далее обозначается j) на данном графике есть угол наклона графика к оси V , а предельное напряжение сдвига характеризуется отрезком, отсекаемым графиком на оси S . Если сыпучий материал не обладает сцеплением, то график проходит через начало координат и предельное напряжение сдвига равно нулю. На том же тестере можно определить угол внешнего трения, если внутрь корпуса 1 поместить не сыпучий материал, а вкладыш из твердого материала, трение по которому изучается. Угол внешнего трения есть угол наклона к оси V графика зависимости сдвигающей нагрузки от сжимающей при перемещении сыпучего материала по исследуемой твердой поверхности. График зависимости сдвигающего усилия от нормальной нагрузки по существу представляет собой огибающую предельных кругов Мора сыпучего материала [9]. Эта огибающая является механической характеристикой материала [46], причем для сыпучего материала ввиду отсутствия диаграмм рас 35 тяжения-сжатия это единственная механическая характеристика. Как известно, наибольшее и наименьшее значения, откладываемые кругом Мора на оси нормальной нагрузки, есть два главных нормальных напряжения.
Сыпучий материал, находящийся в бункере с закрытым выпускным отверстием, неподвижен. Если внезапно открыть отверстие, то материал может начать истечение при достаточно большом отверстии. Если отверстие мало, а материал обладает сцеплением, то сыпучий материал останется неподвижным. Чтобы количественно оценить поведение сыпучего материала вблизи открытого отверстия обратим внимание, что для сыпучего материала, находящегося вблизи выпускного отверстия, меньшее главное нормальное напряжение равно нулю, следовательно, если построить круг Мора с нулевым меньшим главным напряжением, то по огибающей можно найти минимальную нормальную нагрузку Vmin , при которой сыпучий материал обрушится вблизи выпускного отверстия бункера. По этой величине нормальной нагрузки найдем минимальное разрушающее касательное сдвигающее усилие Smin вблизи выпускного отверстия, а затем и тот минимальный размер отверстия Dmin , который обеспечит выпуск материала.
Система выгрузки цемента из бункера с помощью шнека-рыхлителя
Величина диаметра выпускного отверстия бункера, достаточного для выгрузки материала, не полностью характеризует истечение. Если стенки бункера недостаточно крутые, то течение ограничится только центральной областью, расположенной над отверстием, а остальной объем материала может зависнуть, если его не побуждать к течению, разрушая пристеночный свод. Предельную крутизну стенок, обеспечивающую массовое истечение, обычно определяют с помощью расчетных или экспериментальных графиков. Один из вариантов такого графика [11], представлен на рисунке 2.6. Аналогичные рекомендации можно найти в [9].
Для использования графика определения вида истечения на рисунке 2.6 необходимо знать угол внешнего трения материала при его скольжении по материалу стенок. Измерения угла внешнего трения для уплотненного цемента по шлифованной стали, выполненные автором на вышеупомянутом тестере, представлены на рисунке 2.7. Аппроксимирующая линейная регрессия построена методом наименьших квадратов аналогично предыдущему. 10 20 30 W
Согласно этим измерениям угол внешнего трения цемента по стали составляет около 310. В соответствии с рисунком 2.7 массовое истечение цемента из стального бункера будет обеспечено при углах наклона стенок к вертикали приблизительно менее 140. Очевидно, что для большинства цементировочных установок такие крутые стенки недостижимы.
Измерение угла внешнего трения уплотненного цемента по шлифованной стали Одним из способов снижения угла внешнего трения сыпучих материалов служит футеровка внутренней поверхности бункеров полимерными антифрикционными материалами. На рисунке 2.8 представлен результат измерений автором угла внешнего трения для пары цемент-фторопласт. При выгрузке угол трения составляет 170, что согласно рисунку 2.6 позволяет использовать бункер с углами наклона стенок к вертикали менее 320. Правда, при высоких уплотнениях угол трения по полимерному покрытию возрастает, то есть при выгрузке бункера с цементом, уплотненным транспортировкой, могут возникнуть проблемы. Кроме того, футеровка усложняет конструкцию и применяется только в крайних случаях.
Таким образом, режим свободного истечения цемента из бункера цементировочной установки с углом наклона более 170 будет канальный, а полное опорожнение такого бункера через нижнее отверстие без аэрации или других побудителей не достижимо. 2.4 Истечение в шнековый питатель
Выполненные исследования процесса истечения цемента из донных выпускных отверстий бункеров привели к выводу, что из-за интенсивного сводообразования свободное истечение цемента из бункера через нижнее отверстие не обеспечит стабильного дозированного приготовления смеси. В связи с этим была проверена возможность стабилизировать истечение цемента из отверстия бункера с помощью шнекового питателя традиционной схемы.
Шнек представляет собой значительное сопротивление истечению и при определении скорости истечения мы должны учесть это сопротивление. За основу возьмем формулу Беверло, но уточним величину коэффициента сопротивления с поправкой на шнек. Для вывода расчетной формулы, прежде всего, необходимо отметить, что витки шнека, непрерывно проходящие под выпускным отверстием бункера, срезая с каждым оборотом порцию цемента, одновременно восстанавливают целостность арки цемента над выпускным отверстием. Арка поэтому разрушается циклически. Истечение в этом случае становится перемежающимся (в англоязычной литературе этот режим называют “intermittent flow”[54]), скорость истечения циклически изменяется от нуля до максимума. Визуально во время опытов на экспериментальной установке наблюдался отчетливо выраженный прерывистый процесс продвижения цемента к выпускному отверстию. Причем частота пульсаций слоя цемента приблизительно совпадает с частотой вращения шнека. Очевидно, что для этого случая коэффициент сопротивления в формуле (2.5) должен быть снижен приблизительно в два раза, то есть в среднем для истечения цемента в шнек C » 0,3 .
Шнек может рассматриваться как местное сопротивление и учитываться в формуле (2.5) по аналогии с гидродинамическими формулами коэффициентом местного сопротивления z. Величина этого коэффициента также по аналогии с гидродинамическими процессами может считаться пропорциональной некоторой степени от скорости потока или в случае шнека с заданным шагом витков - от частоты вращения шнека п:
В гидродинамике для ламинарного течения х=\, для переходного А=1,4, для турбулентного х=2 [2]. Поскольку поток сыпучего материала трудно однозначно идентифицировать с точки зрения гидродинамических режимов примем предварительно х =1,4, имея в виду возможность уточнения показателя степени в формуле (2.28) по результатам эксперимента.
Оценим порядок величины коэффициента пропорциональности А в соотношении (2.28). Для этого заметим, что при п = 0 течение материала отсутствует, то есть = 0. При некотором достаточно большом п величина расхода приближается к максимуму, достигаемому для свободного истечения, то есть, вероятно к величине коэффициента сопротивления С в формуле (2.11) при свободном истечении. Поэтому как предельное можно положить С = 0,5 при некоторой достаточно большой величине п. В качестве такой величины п можно принять частоту вращения шнека, при которой идеальная скорость материала в шнеке окажется равной идеальной скорости истечения.
Разработка и испытания гидроэжекторных смесителей с диспергированной струей
Будем полагать, что концентрация сыпучего материала в транспортирующем воздухе более или менее постоянна и определяется в основном аэродинамическими свойствами сыпучего материала. В технологии пнев-мотранспортирования концентрацию сыпучего материала в потоке аэрозоля представляют в виде расходной концентрации, равной массовому расходу сыпучего материала через сечение трубопровода, отнесенному к массовому
расходу воздуха через это же сечение. Расходная концентрация ma измеряется в кг/с/кг/с или кг/кг. Установлено, что, например, расходная концентрация цемента в вертикальном трубопроводе составляет до 600 кг/кг, а в трубопроводе, имеющем горизонтальные участки, около 140 кг/кг [12]. В опытах А.И.Пахлян [33] при движении в трубопроводе с вертикальными и наклонными участками для цемента было получено ma = 140...195 кг/кг, для гли-нопорошка ma = 100...140 кг/кг, для баритового утяжелителя ma = 80...150 кг/кг. Когда в бункере 6 содержится аэрированный сыпучий материал, то движение смеси воздуха и сыпучего материала в трубопроводе 7 можно рассчитать с помощью уравнения Бернулли, которое для участка потока между где РА- атмосферное давление над поверхностью сыпучего материала в резервуаре, Па, На- высота подъема аэрозоля в трубопроводе (гидростатическим давлением воздуха в бункере 6 пренебрегаем), м, Qa - объемный расход аэрозоля , м 3/ сА- коэффициент сопротивления трения аэрозоля при его движении в трубопроводе, Za- суммарный коэффициент местных сопротивлений трубопровода аэрозоля, в - коэффициент местного сопротивления воздуха при движении в бункере через слой сыпучего материала.
Оценим порядок величины коэффициента в . Для слоя сыпучего материала толщиной Н, м, площадью поперечного сечения S , м2, размерами частиц dэ 5 м, аэрированного в плотном слое, потеря давления воздуха, текущего через этот слой, составит [15]: средняя скорость воздуха в каналах между частицами, м/с, Я - коэффициент сопротивления.
Скорость течения воздуха в каналах между частицами материала пропорциональна расходу аэрозоля в трубе Qa и приближенно может быть определена из соотношения:
Следует обратить внимание, что коэффициент сопротивления Я существенно зависит от числа Рейнольдса по воздуху. При снижении числа Рейнольдса коэффициент сопротивления значительно возрастает (в десятки и сотни раз). Это означает, что сопротивление уплотненного сыпучего материала может оказаться настолько значительным, что пневмотранспорта цемента в трубопроводе не будет.
Коэффициент сопротивления трения аэрозоля Ла зависит от скорости движения аэрозоля и размеров частиц (в общем случае от числа Фруда), но для приближенных расчетов, согласно [36], можно принимать Лa 0,005 .
Для получения еще одного условия, необходимого для расчета параметров гидросмесителя, заметим, что давление Pнас, развиваемое насосом 4, показанным на рисунке 4.5, как правило, значительно превосходит сопротивление трубопровода рабочей жидкости 5. При этом величина Pнас может быть подобрана произвольно. Поэтому, не нарушая общности рассуждений, лучше рассмотреть случай, когда высота нагнетания Hp = 0 5 а длина трубопровода 5 и его гидравлическое сопротивление незначительны. На практике это возможно, если насос 4 находится достаточно близко к струйному аппарату 1. Тогда уравнение Бернулли для трубопровода рабочей жидкости сведется к простому равенству:
Также, не нарушая общности рассуждений, предполагаем, что давление насоса Pнас мало зависит от расхода, так как обычно характеристики современных центробежных насосов почти горизонтальные [18]. Таким образом, считаем, что: Заметим также, что расход рабочей жидкости можно определить по формуле истечения через коноидальный насадок из
Поскольку можно считать противодавление выходного трубопровода Pсм заданной величиной, то уравнение Бернулли для выходного трубопровода 8 из рассмотрения исключается. Следует отметить, что при прямом сбросе смеси из выходного трубопровода в резервуар 2, что часто имеет место на промыслах, противодавление меняется в довольно узких пределах порядка
Как уже указывалось выше, экспериментальные и теоретические исследования [82] показали, что для жидкостных струйных аппаратов величина отношения площадей сечения не должна быть менее 4, поэтому можно принять
Рассмотрим упоминавшийся выше серийный гидросмеситель СГМ-100 [24], для которого примем следующие параметры: dсм = 0,08 м , la = 4 м , da= 0,075 м , Ha=2м , 2 a=0. Рабочая жидкость - вода, рж =1000кг/м3. Давление насоса задано и постоянно: P нас = const. Атмосферное давление приблизительно равно PA Ю5 Па. По данным [41] рх = 0,95, ф2 = 0,975, (р3 = 0,9 . Из (4.25) находим dр = 0,04 м. В резервуаре 6 содержится аэрированный сыпучий материал - цемент. При транспортировке в трубопроводе 7 расходная концентрация составит jUа =140 кг / кг , следовательно , при рв = 1,3 кг / м 3 из (4.14) определим :
Пусть насос развивает давление Pнас = Pр = 4 105 Па (избыточное давление на выходе насоса 3 кг/см2). Для этого давления по уравнению (4.26) на рисунке 4.6 построен график Qa = f\Pc м) и соответствующие ему графики Qp = f{Pcм) и Pа = f\Pc м). Из рисунка 4.6 найдем, что при указанном выше противодавлении на выходе гидросмесителя порядка Pc м =110-120 кПа, расход аэрозоля составляет величину Q a 25 л / с , что при a = 182 кг / м 3 дает массовый расход порошкообразного материала: 2510" 182-3,6 = 16,4 т/час. Это соответствует паспортной характеристике гидросмесителя СГМ-100 [26]. Заметим также, что согласно графику на рисунке 4.6 при противодавлении порядка Pc м =140-150 кПа (избыточное давление 0,4-0,5 кг/см2) гидросмеситель сохраняет относительно высокую производительность в пределах Qa =18-21 л/с, то есть аппарат может работать с подъемом жидкой смеси на высоту нескольких метров, если, конечно, исходные уравнениея (4.10) и (4.13) верны.
