При подборе компрессора для погружного пневмоударника два числа из материалов ZCS100 легко приводятся рядом: производительность 33 м³/мин, номинальное давление 2,5 МПа (25 бар). Однако совместное упоминание не означает одновременного выполнения. Для запуска пневмоударника требуется давление выше определённого порога, для непрерывного бурения — расход воздуха, достаточный для выноса шлама из забоя; в одной системе подачи воздуха они взаимно ограничивают друг друга: чем выше давление, тем меньше фактический расход, который может обеспечить та же машина; часть расхода отводится на шламоудаление, и давление, доходящее до пневмоударника, также изменяется. Статья посвящена конкретному вопросу: при каких рабочих условиях необходимо рассматривать 33 м³/мин и 2,5 МПа вместе и что ещё нужно проверять при таком рассмотрении.
Каким требованиям пневмоударника соответствуют два номинальных значения
Рабочее состояние погружного пневмоударника определяется двумя факторами: давление воздуха, подаваемого к поршню, определяет частоту ударов и энергию одиночного удара; расход воздуха через пневмоударник и кольцевой зазор забоя определяет, может ли шлам непрерывно выноситься из устья скважины. В материалах номинальное давление ZCS100 указано как 2,5 МПа (25 бар) с примечанием: «Для глубоких скважин, твёрдых пород или бурения большого диаметра следует комплексно согласовывать рекомендуемое давление и расход воздуха пневмоударника». Это примечание фактически задаёт два входных параметра: номинальное рабочее давление пневмоударника и требуемый при этом давлении расход воздуха.
33 м³/мин соответствует производительности, единица измерения — объёмный расход; 2,5 МПа соответствует номинальному давлению. Оба параметра указываются на шильдике компрессора отдельно, но способность винтового компрессора одновременно выдавать номинальную производительность при номинальном давлении зависит от расчётного режима машины. В материалах не приведена кривая расхода ZCS100 при различных давлениях нагнетания, поэтому нельзя напрямую заключить, что «при любом давлении можно получить 33 м³/мин». Этот момент необходимо уточнить у производителя на этапе подбора, запросив данные о подаче воздуха для соответствующего режима.
При каких условиях требуется одновременное выполнение обоих параметров
Не во всех случаях погружного бурения компрессор работает на номинальном режиме. В материалах указаны области применения: бурение водозаборных скважин, горное бурение, карьеры и строительные работы, а также отмечено, что для глубоких скважин, твёрдых пород и большого диаметра необходимо предусматривать запас по расходу и давлению. Исходя из этого можно выделить несколько ситуаций, при которых оба параметра одновременно приближаются к верхнему пределу:
- Большой диаметр скважины: площадь кольцевого зазора забоя велика, для поддержания скорости восходящего потока требуется больший расход, доля расхода на шламоудаление возрастает, полезный расход для пневмоударника сокращается.
- Увеличение глубины скважины: накапливаются потери на трение в трубопроводе и в скважине, давление на входе в пневмоударник ниже давления на выходе компрессора, требуется более высокое выходное давление для компенсации.
- Бурение твёрдых пород: для поддержания ритма ударов пневмоударнику необходимо высокое рабочее давление, при этом частицы шлама крупнее, требования к скорости восходящего потока для выноса шлама высоки.
Только при одновременном возникновении этих трёх условий появляется потребность в подаче воздуха, когда «давление должно быть близким к номинальному, а расход не должен снижаться». Если бурение ведётся на малой глубине, с малым диаметром или в мягких породах, рабочая точка пневмоударника обычно далека от номинала, и в этом случае принятие 2,5 МПа в качестве обязательного порога может привести к неоправданным затратам на комплектацию.
Какие выводы позволяют сделать материалы по ZCS100
Согласно проверенным материалам, ZCS100 позиционируется как промышленный винтовой компрессор для непрерывного режима работы: мощность 315 кВт, производительность 33 м³/мин, номинальное давление 2,5 МПа, габариты 3960×2000×2000 мм, производитель — Zhejiang Zhigao Machinery Co., Ltd. В материалах указано, что он может обеспечивать сжатым воздухом погружные пневмоударники и пневматический буровой инструмент, и подчёркивается, что «стабильная подача воздуха способствует погружному ударному бурению, удалению шлама из забоя и непрерывному бурению».
Эти формулировки соответствуют логике подбора, а не окончательному выводу: расход и давление — два входных условия для комплектации погружного пневмоударника; при подборе следует предоставить модель буровой установки, диаметр скважины, целевую глубину, основные породы, модель пневмоударника, а также требуемое рабочее давление и расход воздуха. В материалах также упоминается, что оборудование имеет закрытый промышленный корпус и оснащено системами управления, электрики, фильтрации воздуха на входе, охлаждения, масляной фильтрации и маслоотделения — связь этого с границами подачи воздуха заключается в том, что при непрерывной работе с высоким давлением и большой производительностью нагрузка на охлаждение и маслоотделение возрастает одновременно, что является частью условий эксплуатации, однако в материалах не приведены данные о максимальной температуре окружающей среды, продолжительности непрерывной работы и т.п., поэтому нельзя делать выводы о работе в конкретных климатических условиях.
Какие ещё ограничения существуют на стороне комплектации при одновременном выполнении
При совместном использовании 33 м³/мин и 2,5 МПа компрессор является лишь одним звеном в цепи подачи воздуха. Следующие условия не раскрыты в материалах, но на практике напрямую влияют на то, дойдут ли оба параметра до пневмоударника:
| Элемент комплектации | Что необходимо уточнить |
|---|---|
| Трубопроводы и соединения | Диаметр, длина и тип соединений шлангов от выхода компрессора до пневмолинии буровой установки; потери давления по длине расходуют давление на выходе компрессора до того, как оно достигнет пневмоударника |
| Характеристики пневмоударника | Номинальное рабочее давление и соответствующий расход воздуха для данной модели пневмоударника, попадают ли они в диапазон подачи ZCS100 |
| Буровой инструмент и диаметр скважины | Площадь кольцевого зазора, определяемая диаметром долота, и доля расхода, соответствующая скорости восходящего потока для шламоудаления |
| Площадка и электропитание | Условия подключения питания и размещения агрегата мощностью 315 кВт; габариты указаны, но требования к электроснабжению, фундаменту и расстояниям для охлаждения в материалах не рассматриваются |
Из них потери давления в трубопроводе и расход воздуха пневмоударника являются ключевыми для пересчёта номинальных параметров в фактическую подачу воздуха к забою. В материалах приведены только номинальные значения на выходе компрессора, но не приведена методика пересчёта эффективного давления и расхода у забоя, поэтому этот раздел необходимо проверять по рекомендациям производителя пневмоударника и фактической схеме трубопроводов на месте.
Границы применимости и разделы, не освещённые в материалах
Согласно имеющимся материалам, подача воздуха ZCS100 может быть описана как «33 м³/мин и 2,5 МПа нормированы для одного и того же оборудования», но это описание может использоваться только для определения верхнего предела возможностей оборудования и не может напрямую приравниваться к «оба параметра будут полностью обеспечены на конкретной скважине». В самих материалах указано: различные геологические условия, глубина скважины, диаметр, характеристики бурового инструмента и способ работы влияют на фактический расход воздуха и эффективность бурения; окончательно следует руководствоваться фактическими условиями на месте, требованиями буровой установки и пневмоударника.
Поэтому, если проект находится в диапазоне малых глубин, малых диаметров и преимущественно мягких пород, необходимость выбора данного уровня давления и производительности следует предварительно рассчитать по рекомендуемой рабочей точке пневмоударника; если же проект действительно относится к сочетанию глубоких скважин, твёрдых пород и большого диаметра, следует сосредоточиться на проверке трёх видов информации, отсутствующих в материалах: фактической кривой производительности ZCS100 при 2,5 МПа, потерь давления в трубопроводе от компрессора до пневмоударника и расхода воздуха выбранного пневмоударника на целевой глубине скважины. Эти три пункта невозможно напрямую получить из имеющихся материалов по продукту, они относятся к вопросам, которые необходимо дополнительно уточнить на этапе подбора.