38
𝑡
в.з.
=
𝑄
2𝐺𝑐
𝑐ж.в.
+ 𝜑
𝜇𝜗
2
2𝑔𝑐
𝑐ж.в.
+ 𝑡
𝑐ж.в.
0
,
(10)
где
𝐺 −
массовый расход сжатого воздуха, кг/с;
𝜇 −
коэффициент
восстановления температуры, учитывает степень превращения кинетической
энергии в тепловую, при очистке воздуха продувкой принимают турбулентный
поток,
𝜇 = 0,89
;
𝜑
– тепловой эквивалент работы.
Соответственно, температуру нагрева зуба при воздействии теплового
потока, можно определить по формуле:
𝑡
зуб
= 𝑡
в.з.
+
𝑄
п
{
1−
𝑆зуб
𝑆мат
2𝜚𝜉
𝜆л𝑆л
𝜆мат𝑆мат
+2𝜙𝑒𝜙ℎ−𝜙[𝑒
𝜙(ℎ−ℎзуб)+𝑒
−𝜙(ℎ−ℎзуб)
]
2𝜚𝜉
𝜆л𝑆л
𝜆мат𝑆мат
+𝜙[𝑒𝜙ℎ−𝜙[𝑒
𝜙(ℎ−ℎзуб)−𝑒
−𝜙(ℎ−ℎзуб)
]
}
𝜆𝑆
зуб
𝜍𝜏
.
(11)
Из анализа вышеприведенной математической модели нагрева долота
следует, что путем непосредственного охлаждения очистного воздуха в
призабойной зоне имеется возможность нормализации температурного фактора,
и как следствие, повышение эффективности бурения.
Температура сжатого воздуха на выходе из компрессора составляет
50÷60℃, кроме того, поступающий по бурильным трубам в буровой снаряд,
включающий вихревую трубу, воздух нагревается за счет теплового потока,
направляющегося в устье скважины. Подача нагретого воздуха в вихревой
охладитель на забое снижает эффективность температурного разделения потоков
воздуха, поэтому предлагается охладить продувочный воздух на поверхности до
отрицательных температур, и применить теплоизолированные трубы для
предотвращения теплообмена подаваемого воздуха в
скважину с
поднимающемся потоком в кольцевом зазоре скважины и породы. Для этого
разработана усовершенствованная конструкция бурового инструмента,
представленная на рис. 2.
1 – компрессор;
2 – влагоотделитель;
3 – вихревой охлади-
тель; 4 – теплоизо-
лированный гибкий
шланг; 5 – вертлюг;
6 – теплоизолированная
буровая труба;
7 – вихревой охладитель;
8 – долото;
9 – герметизатор;
10 – шламоуловитель
