Анализ эффективности теплоизоляции рукавов высокого давления буровой установки УРБ-2А2 на основе математического моделирования

темой статьи является проблема замерзания гидравлической системы при эксплуатации техники в суровых климатических условиях Северо-Востока и Арктики Российской Федерации. В данной работе авторы дают подробное описание осложнениям, которые возникают вследствие негативного влияния низких температур окружающей среды на гидравлическую систему техники. При проведении исследования было установлено, что основной причиной отказа техники в зимнее время является нарушение герметичности рукавов высокого давления вследствие потери упругих свойств резиновых составляющих, из которых они изготовлены из-за негативного воздействия низких температур окружающей среды на гидравлическое оборудование. В качестве решения вышеуказанной проблемы авторами статьи предлагается способ совершенствования гидравлической системы стандартного геологоразведочного оборудования на примере бурового станка УРБ-2А2 путем утепления её гидравлической системы теплоизоляционным материалом на основе минеральной ваты. Для подтверждения эффективности предложенного способа борьбы с проблемой замерзания гидрооборудования авторы статьи выполнили математическое моделирование тепловых процессов, возникающих в гидравлической системе и сделали сравнительный анализ скорости потери тепла рабочей жидкости в рукавах высокого давления без теплоизоляции и с применением теплоизоляции на основе минеральной ваты. Для численного решения дифференциальных уравнений использовался метод конечных элементов. Расчеты проводились на вычислительном пакете FEniCS. Результаты выполненного в статье математического моделирования доказывают, что теплоизоляция гидрооборудования является эффективным способом борьбы с замерзанием гидравлической системы техники. Следующим шагом авторов является проведение натурных испытаний предлагаемого способа решения проблемы на базе компании ООО «Арктик-Бур», на самоходных буровых установках УРБ-2А2 и УРБ-2Д3.

Татаринов Д. М., Егоров И. А., Колесов А. Е. Анализ эффективности теплоизоляции рукавов высокого давления буровой установки УРБ-2А2 на основе математического моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10-2. — С. 88—94. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_102_0_88.

Татаринов Дмитрий Михайлович¹ — старший преподаватель, e-mail: dm.tatarinov@svfu.ru, ORCID ID: 0000−0001−5292−5572;
Егоров Игорь Антонович¹ — старший преподаватель, e-mail: ia.egorov@s-vfu.ru, ORCID ID: 0000−0002−1748−7308;
Колесов Александр Егорович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: ae.kolesov@s-vfu.ru, ORCID ID: 0000−0001−9969−1195,
¹ Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова, г. Якутск, Россия.

Егоров И. А., e-mail: ia.egorov@s-vfu.ru.

1. Yarkin, A. V. (2014). Improving the performance of hydraulic drive high-pressure hoses during operation in harsh climatic conditions. Electronic scientific journal «Engineering Bulletin of the Don» 3. URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2014/2512 (Access date: 10.02.2022).

1. Kaverzin, S. V. (1998). Ensuring the operability of the hydraulic drive at low temperatures (Krasnoyarsk), 240.

2. Karnaukhov, N. N. (2013). Features of operation of hydraulic excavators in cold climatic conditions. Monthly scientific, technical and production journal. Construction and road machines, 9, 37−44.

3. Martin, J. M., Smith, W. K. (2006). Production and application of rubber products : translation from English (St. Petersburg: Profession), 477.

4. Kadantseva, A. I., Tverskoy, V. A. (2008). Carbon fibers. Study guide (Moscow MITHT named after M. V. Lomonosov), 55.

5. Samarskii, A. A., Vabishchevich, P. N. (1995). Computational Heat Transfer, 2 The Finite Difference Methodology (Chichester: John Wiley & Sons), 432.

6. Afanaseva, N. V., Kolesov, A. E. (2016). Numerical solution of the thermal influence of oil well cluster on permafrost. AIP Conference Proceedings, 1773(1), 110001. DOI:10.1063/1.4965005.

7. Alnæs, M. S. (2015). The FEniCS Project Version 1.5 Archive of Numerical Software, 100(3), 9–23. DOI: 10.11588/ans.2015.100.20553.

8. Sharikov, Y. V., Markus, A. A. (2013). Mathematical modeling of heat transfer in pipelines and pipe’s objects. Journal of Mining Institute, 202, 235.

9. Kazantsev, E. I. (1964). Industrial furnaces. Moscow, 452.

10. Krivandin, V. A. (2002). Heat engineeringof metallurgicalproduction. Moscow, 1, 608.

11. Kutateladze, S. S. (1990). Heat transfer and flow resistance. Moscow, 1990, 367.

12. Mikheev, M. A. (1973). Fundamentals of Heat Transfer, Moscow, 1973, 319.

13. Insulation. Materials. Construction. Technology. Edited by S. M.Kocherhin. Moscow, 2008, 440.

14. Tkach S. M. Studies of the N. V. Chersky Mining Institute of the North to improve the geotechnologies, methods and tools for the efficient development of subsoil in permafrost. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(12–1):5–14. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_121_0_5.

15. Ilinova, A., Solovyova, V., Yudin, S., et al. (2020). Scenario-based forecasting of Russian Arctic energy shelf development. Energy Reports, 21100389511, 6, 1349−1355 DOI: 10.1016/j.egyr.2020.11.022.

16. Samylovskaya, E., Makhovikov, A., Lutonin, A., et al. (2022). Digital Technologies in Arctic Oil and Gas Resources Extraction: Global Trends and Russian Experience, Resources, 21100808642, 11. DOI: 10.3390/resources11030029.

17. Litvinenko, V. (2020). Foreword: Sixty-year Russian history of Antarctic sub-glacial lake exploration and Arctic natural resource development, Chemie der Erde, 00092819, 80. DOI: 10.1016/j.chemer.2020.125652.

18. Kirsanov, A. N., Zinenko, V. P., Kardysh, V. G. (1981). Drilling machines and mechanisms. Moscow: Nedra, 448.

19. Timofeev, N. G., Scriabin, R. M., Tatarinov, D. M. (2017). On the problem of drilling wells with self-propelled drilling rigs in the conditions of the Far North. Drilling wells in complicated conditions: II International Scientific and Practical Conference, 57−59.

20. Timofeev, N. G., Petrov, V. L. (2018). The method of maintaining the operability of self-propelled drilling rigs in winter. Geosciences: problems, achievements and development prospects: materials of the All-Russian Youth Scientific and Practical Conference, 219−222