4. Расчёт технологических норм расхода топлива при бурении скважин с приводом от двс

Задача нормирования топлива сводится к расчету топливного эквивалента энергии, необходимой на выполнение технологических процессов. В связи с этим данные методические рекомендации пред­ставляют один из разделов общей методики нормирования расхода энергии на работу бурового и горнопроходческого оборудования.

Сложность получения реального топливного эквивалента энерго­затрат геологоразведочного оборудования обусловлена, в основном, двумя причинами: большим разнообразием климатических условий, в которых эксплуатируется оборудование, и широким диапазоном нагру­зок и режима потребления энергии - от постоянной нагрузки на вен­тиляторах до резкопеременной - на буровых станках.

Основой данной методики является математическая модель, ко­торая позволяет рассчитывать расход топлива на работу двигателей внутреннего сгорания (единичного двигателя, группы двигателей од­ного или разных типов, а также нескольких групп двигателей) как в одинаковых, так и в различных климатических условиях.

В качестве исходных данных в расчетном уравнении используют­ся: паспортные значения мощности и удельного расхода топлива ДВС, время его работы, коэффициенты, характеризующие атмосферные усло­вия, нагрузка и неравномерность её во времени.

Методические рекомендации разработаны с целью обеспечения единого методологического подхода к формированию научно обоснован­ных норм расхода топлива на работу двигателей внутреннего сгора­ния при их использовании в качестве привода геологоразведочного оборудования.

Нормативный номинальный удельный расход топлива ДВС принимается паспортной характеристикой или может быть определён по формуле:

, кг/кВтч,

где G_тн – часовой расход топлива при номинальной мощности, кг/ч; N_ен – номинальная мощность двигателя, кВт.

Эксплуатация оборудования чаще всего осуществляется при частичной средней нагрузке, как правило, ниже номинальной, и может быть определена по показаниям счётчика электрической энергии, по графику нагрузки или расчётно-аналитическим методом.

По показаниям счётчика средняя мощность ДВС определяется по формуле:

, кВт

где W_д – количество энергии выработанной ДВС (при использовании индивидуальной электростанции), кВтч; T_р – расчётное время работы ДВС, час.

По графику потребления активной нагрузки (на примере рейсового графика потребления активной нагрузки):

, кВт

где N_i – мощность, потребляемая оборудованием в процессе выполнения i–ой операции, кВт; t_i – продолжительность i-ой операции, час.

Мощность, потребляемая оборудованием (например: буровым агрегатом), определяется путём сложения мощностей элементами системы:

P_б = P_б.пр + P_бн.пр + P_осв, кВт

где P_б.пр - мощность, потребляемая буровым станком в процессе бурения скважины, определяется по аналитическим зависимостям, кВт; P_бн.пр - мощность, потребляемая буровым насосом, кВт; P_осв – мощность, потребляемая осветительными приборами.

Часовой расход топлива (кг) двигателем внутреннего сгорания на режиме средней нагрузки, соответствующей K_н1, рассчитывается по уравнению, аппроксимирующему нагрузочную (регуляторную) характеристику:

,

где g_ен – удельный расход топлива при номинальной мощности (кг/кВтч); K_н – коэффициент нагрузки, определяется как отношение ; K_ф – коэффициент формы графика нагрузки; _мн – номинальный механический кпд ДВС, устанавливается предприятием-изготовителем.

Коэффициент формы графика нагрузки определяется по формуле:

или ,

где K_н.ср – среднее значение коэффициента нагрузки; N_е.ск – среднеквадратичная мощность (см. гр. нагрузки), кВт.

При невозможности определения K_ф опытным путём, рекомендуется принять числовые значения K_ф в зависимости от применяемого оборудования (см. табл. 13):

Таблица 13

Вентиляторы главного проветривания, насосы для водоотлива	1,05
Электростанции стационарные	1,05
Компрессорные установки	1,10
Буровые станки	1,15
Электростанции индивидуальные (в зависимости от технологического оборудования)	1,05-1,15

Механическиё кпд (_мн) ДВС характеризует тип двигателя, его конструктивные особенности. Величина _мн устанавливается предприятием-изготовителем. Ниже приведены значения механического кпд для различных типов ДВС (см. табл. 14):

Таблица 14

Дизели с наддувом	0,80-0,92
Судовые дизели без наддува	0,75-0,85
Тракторные дизели без наддува	0,70-0,82
Карбюраторные дизели	0,70-0,85

Определение механического кпд по известной формуле Вилланса. Способ определения механического кпд двигателя (_м) по Виллансу исходит из упрощённой графической интерпретации нагрузочной характеристики часового расхода топлива (рис. 5).

Рис. 5. Определение расхода топлива на холостом ходу двигателя по формуле Вилланса

Если экстраполировать кривую часового расхода на значение G_т = 0 (точка О) и рассмотреть режим холостого хода N_е = 0 (точка А) и произвольный режим (точка В) в пределах линейного изменения G_т = f(N_e), обозначив соответственно значения часовых расходов топлива точками А и В, то отрезки подобных треугольников АОА' и ВОВ' могут быть представлены соответствующими значениями мощности и часовых расходов топлива рассматриваемых режимов: OA' = N_ix.x = N_м.п - индикаторная мощность холостого хода, равная мощности механических потерь того же режима; OB' = N_i -индикаторная мощность на исследуемом режиме; А'В' = N_e - эффективная мощность того же режима; АА' = G_т.хх - часовой расход топлива на режиме холостого хода; ВВ' = G_т - часовой расход топлива на исследуемом режиме.

Из рассмотрения подобных треугольников: .

Так как , то , (89)

Этот способ сравнительно часто используется для определения механического кпд двигателей. Следует отметить, что способ, основанный на геометрических отношениях, нельзя считать (57) точным. Это уравнение применимо лишь в пределах видимой линейности G_т = f(N_e), так как в общем случае G_т - нелинейная функция N_e.

Сопоставление результатов определения кпд способом Вилланса с данными определения его по результатам индицирования показывает, что значения _м в области малых нагрузок оказались заниженными, а в области высоких нагрузок, особенно за пределами линейности характеристики G_т = f(N_e), - завышенными. Для номинального режима нагрузки эти отклонения составили около 9% в сторону завышения.