Влияние на тепловое состояние гидросъемника геометрии его элементов и технологических параметров гидроструйных технологий
Новиков В.И., Кузьмин О.В.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербург
Ключевые слова: гидроструйные технологии, буровой став, передающее устройство, уплотнительный элемент, 3D-модель гидросъемника, тепловое поле, тепловой баланс, метод конечных элементов.
Аннотация. В статье рассматривается характер и уровень влияния, как геометрических параметров элементов конструктивного узла «гидросъемник», так и параметров, описывающих характеристики непосредственно самой гидроструйной технологии. В качестве геометрических приняты характеристики элементов устройства, от которых в максимальной степени зависит величина тепловыделения по контактным поверхностям и величина передаваемой тепловой энергии, т.е. это внутренний и наружный диаметры вала и длины одностороннего пакета уплотнительных элементов и внутреннего отверстия. Для более универсального описания рассмотрено влияние и получены зависимости для безразмерных геометрических показателей – приведенного диаметра и приведенной длины. Технологическими параметрами, наиболее влияющими на объем выделяемого тепла в процессе эксплуатации, являются давление рабочей жидкости и частота (либо линейная скорость) вала гидросъемника. В работе применялось имитационное моделирование передающего устройства высокого давления для гидроструйных технологий. Процесс моделирования реализован методом конечных элементов в нескольких вычислительных средах, таких как «SolidWorks Simulation» и «Siemens Femap», причем во втором случае выполнен статический расчет с использованием начально-краевой задачи первого рода, а с применением первого пакета программного обеспечения выполнено имитационное моделирование с решением начально-краевой задачи третьего рода с движением рабочей жидкости по внутреннему отверстию передающего устройства. По результатам моделирования выявлена взаимосвязь значения температуры, как от технологических параметров, так и от геометрических. Получена математическая зависимость величины температуры от значения вышеуказанных величин.
The influence of the element's geometry and the hydro-jet technologies technological parameters to the thermal state of the hydro-puller device
Novikov V.I., Kuzmin O.V.
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint-Petersburg
Keywords: hydro-jet technologies, drilling bar, hydro-puller device, sealing, hydro-puller device’s 3D-model, thermal field, heat balance, finite element method.
Abstract. The article discusses the nature and level of influence of both the geometric parameters of the “hydro-puller device” structural elements, and the parameters that describe the characteristics of the hydro-jet technologies. The geometric characteristics of the device elements are taken, on which the amount of heat generation along the contact surfaces and the amount of transferred thermal energy depend to the maximum extent, such these are the internal and external diameters of the shaft and the length of the one-sided package of sealing elements and the internal hole. For a more universal description, the influence is considered and dependencies are obtained for dimensionless geometric indicators characterizing the contact area of the surfaces along which friction occurs – the reduced diamete, and the reduced length. The technological parameters that most influence the amount of heat generated during operation are the pressure of the working fluid and the frequency (or linear speed) of the hydraulic puller shaft. The work used simulation modeling of a high-pressure transmission device for hydro-jet technologies. The modeling process is implemented by the finite element method in several computing environments, such as “SolidWorks Simulation” and “Siemens Femap”, and in the second case, a static calculation was performed using an initial-boundary value problem of the first kind, and using the first software package, simulation modeling was performed with solving an initial-boundary value problem of the third kind with the movement of the working fluid along the internal opening of the transmitting device. Based on the modeling results, a relationship between the temperature value and both technological and geometric parameters was revealed. A mathematical dependence of the temperature value on the values of the above values is obtained.