În calitate de inginer, știu cât de importantă este dinamica fluidelor și cum afectează ea cât de bine funcționează sistemele.
Există însă o idee de bază căreia majoritatea oamenilor nu îi acordă atenție, deși este foarte importantă în multe domenii, de la foraj la inginerie auto.
Are de-a face cu ideea de contrapresiune, care este rezistența pe care fluidele și gazele o întâlnesc atunci când se deplasează printr-un sistem.
Contrapresiunea este importantă de înțeles de către ingineri, deoarece afectează cât de bine funcționează sistemele, cât de multă energie folosesc și chiar cât de siguri sunt oamenii.
În acest articol, voi vorbi despre ce este contrapresiunea, de ce este importantă în inginerie și cum să o faceți.
Așadar, indiferent dacă sunteți un student nou la inginerie sau un inginer experimentat, permiteți-ne să ne scufundăm în lumea contrapresiunii și să vedem cum îmi afectează design-urile.
Fundamentele presiunii din spate
Definiție formală:
Presiunea datorată unei forțe care operează într-o direcție opusă celei luate în considerare, cum ar fi cea a fluxului de fluid. Sau în inginerie mecanică, rezistența este transferată de la rocă în tija de foraj atunci când burghiul este alimentat cu o viteză mai rapidă decât poate tăia burghiul.
Fundamentele presiunii înapoi în inginerie
În inginerie și dinamica fluidelor, contrapresiunea este o idee foarte importantă.
Este rezistența sau forța care oprește fluidul să se deplaseze prin conducte așa cum doriți.
Acest lucru determină pierderea prin frecare și scăderea presiunii.
În ciuda numelui său, contrapresiunea nu este o presiune care curge într-o anumită direcție.
În schimb, presiunea din interiorul unui sistem este cauzată de frecare sau de o rezistență indusă la curgere.
https://en.wikipedia.org/wiki/Back_pressure
Efectele presiunii din spate
Contrapresiunea poate avea un efect mare asupra modului în care fluidele curg și asupra cât de bine funcționează un motor.
Când este acolo, poate încetini fluxul de fluide și poate face motorul mai puțin eficient.
Acest lucru scade puterea de ieșire, care trebuie compensată folosind mai mult combustibil.
În plus, există o relație între scăderea presiunii și contrapresiunea, deoarece fluidul care curge va folosi o parte din presiunea inițială pentru a depăși contrapresiunea, provocând scăderea presiunii în fluid.
Pe măsură ce presiunea scade, poate fi necesar să adăugați mai multă presiune prin plasarea pompelor în sistemul de curgere într-un anumit mod.
Dacă există contrapresiune în sistemul de curgere, conducta sau tubul nu va putea mișca atât de multă apă cât ar putea, iar pompele din conducte vor trebui să lucreze mai mult.
Regulatoare de contrapresiune
Un regulator de contrapresiune este un tip de supapă de control care menține o presiune stabilită în amonte de propria admisie.
Când presiunea fluidului la intrarea regulatorului de contrapresiune este mai mare decât valoarea de referință, regulatorul se deschide pentru a elibera presiunea.
Regulatoarele de contrapresiune funcționează ca supapele de siguranță, dar controlează presiunea într-o stare constantă în loc să se pornească și să se oprească.
Regulatorul de contrapresiune continuă să își schimbe poziția, astfel încât presiunea de la intrare să rămână la punctul de referință.
Regulatoarele de contrapresiune fac exact opusul a ceea ce fac regulatoarele de presiune.
O supapă de reducere a presiunii este întotdeauna deschisă, în timp ce un regulator de contrapresiune este întotdeauna închis.
De asemenea, presiunea din amonte este controlată de regulatorul de contrapresiune, iar presiunea din aval este controlată de o supapă de reducere a presiunii.
Un regulator de contrapresiune controlează și limitează presiunea din sistemul din amonte controlând precis presiunea din sistemul din amonte.
Fluidele în stare gazoasă, lichidă, fază mixtă și supercritice pot fi controlate cu acesta.
Supape de contrapresiune
O supapă de contrapresiune împiedică schimbarea presiunilor din sistem din amonte, cum ar fi cele din separatoare, tratatoare și goluri libere de apă.
Când este atins un punct de referință, acesta lasă presiunile din amonte să scadă.
Supapa de contrapresiune este o supapă integrată deoarece pilotul său, care este cheia pentru deschiderea și închiderea ei, este conectat la ea și iese ca o singură bucată.
Debitul trece prin această supapă de unde se află pistonul.
Pe măsură ce gazul împinge în jos pe diafragmă, fluxul împinge în sus pe piston.
Deoarece diafragma are o suprafață mai mare decât pistonul, presiunea constantă poate menține această supapă în poziția închisă.
Îmbrățișați haosul: beneficiile surprinzătoare ale contrapresiunii în inginerie
Încă greu de înțeles? Hai sa schimb putin punctul de vedere:
Te-ai săturat de cât de lin se mișcă fluidele tale? Crezi că operațiunile tale de foraj sunt prea bune? Nu căuta mai departe decât lumea magică a presiunii din spate! Da, dacă adăugați rezistență sistemului dvs., puteți încetini lucrurile și vă puteți face proiectele de inginerie mai interesante făcându-le mai puțin previzibile.
Așadar, încetează să mai încerci să fii cât mai eficient și salută haosul contrapresiunii.
Cine are nevoie oricum de fiabilitate și consecvență? Schimbați lucrurile și faceți-le mai interesante.
Bine, a fost doar o glumă făcută să arate ca o reclamă TV.
Acum, să revenim la cele spuse.
Cum afectează contrapresiunea procesul de forare și care sunt câteva modalități de a face față acestuia?
Când forează, forătorii folosesc contrapresiunea sau „presiunea capcană” pentru a controla mai bine presiunea din fundul puțului.
Controlul afluxului cu contrapresiune
În plus față de presiunea hidrostatică a coloanei de noroi și presiunea de frecare în interiorul inelar, contrapresiunea este creată prin utilizarea unui fluid care nu poate fi comprimat.
Cu această metodă, forătorii pot controla mai bine presiunea din partea inferioară a sondei, care se numește „presiune de fund”.
Pentru a împiedica apariția problemelor de control precum loviturile și exploziile, este important să țineți sub control presiunea din fundul găurii.
Tehnici de foraj sub presiune gestionată
Tehnicile de foraj cu presiune gestionată (MPD) sunt utilizate în operațiunile de foraj pentru a controla contrapresiunea.
MPD este o modalitate de foraj care menține presiunea din rezervor între presiunea porilor și presiunea de fractură.
Această metodă poate ajuta la reducerea riscurilor de foraj în formațiuni dificile, cum ar fi rezervoare epuizate, ferestre înguste de presiune porilor/gradient de fractură și puțuri de apă adâncă.
Tehnici de contrapresiune la suprafață
O altă modalitate de a face față contrapresiunii în operațiunile de foraj este utilizarea tehnicilor de contrapresiune la suprafață.
O modalitate este de a menține toată gaura plină cu fluid de foraj.
Aceasta se numește „coloană statică de noroi”.
Această metodă ajută la menținerea constantă a presiunii din partea inferioară a sondei, ceea ce scade riscul de probleme cu controlul puțului.
De ce este importantă contrapresiunea în sistemele de evacuare și ce se întâmplă dacă un sistem de evacuare nu are suficientă contrapresiune?
Contrapresiunea în sistemele de evacuare
Contrapresiunea de evacuare este presiunea făcută de motor pentru a depăși rezistența hidraulică a sistemului de evacuare și a lăsa gazele să iasă în aer.
Contrapresiunea este o parte importantă a unui sistem de evacuare care funcționează bine, iar contrapresiunea prea mică sau prea mare poate dăuna modului în care funcționează un motor.
Consecințele contrapresiunii insuficiente
Dacă un sistem de evacuare nu are suficientă contra-presiune, poate duce la o serie de lucruri rele.
Prea puțină contrapresiune este de obicei indicată de lipsa puterii de mare viteză, consumul prost de gaz și chiar supraîncălzirea.
De asemenea, dacă nu există suficientă contrapresiune, emisiile pot crește, consumul de combustibil poate crește, iar puterea de ieșire poate scădea.
Consecințele presiunii din spate excesive
Pe de altă parte, a avea prea multă presiune inversă poate afecta și cât de bine funcționează un motor.
Contrapresiunea prea mare poate face ca emisiile să crească, să facă motorul să consume mai mult gaz și să afecteze cât de bine funcționează.
Restricții în sistemul de evacuare
Orice lucru care încetinește fluxul de evacuare va face ca sistemul de evacuare să aibă prea multă contrapresiune.
De exemplu, un convertor catalitic înfundat poate îngreuna respirația motorului, ceea ce poate duce la o scădere mare a performanței motorului și a consumului de combustibil.
Dacă convertorul este complet înfundat, poate chiar opri motorul.
Același lucru se poate întâmpla dacă interiorul unui eșapament sau al unui rezonator se rupe.
Gestionarea contrapresiunii
Pentru a controla contrapresiunea într-un sistem de evacuare, este important să scăpați de orice restricții din sistem.
Acest lucru lasă evacuarea să curgă mai liber și permite motorului să respire mai bine.
Una dintre cele mai frecvente modificări este să scapi de amortizoarele din fabrică sau să le înlocuiești cu unele aftermarket care sunt mai puțin zgomotoase.
Supape și regulatoare de contrapresiune
Regulatoare de contrapresiune
Un regulator de contrapresiune este un tip de supapă care este utilizat pentru a controla debitul și presiunea într-un sistem de conducte.
Supapa este menținută deschisă de arcuri, iar forța arcurilor poate fi schimbată cu un șurub.
Când presiunea de ieșire este mai mare decât valoarea de referință, supapa se va închide.
Acest lucru va reduce presiunea mai jos pe linie.
Regulatoarele de contrapresiune funcționează într-un mod similar cu supapele de siguranță, dar se concentrează mai mult pe controlul presiunii în stare de echilibru decât pe protecția presiunii care poate fi activată sau oprită.
În funcție de aplicație, regulatoarele de contrapresiune pot fi instalate în diferite puncte ale unui sistem de conducte.
Ele sunt adesea folosite pentru a menține presiunea constantă în amonte de un contor sau pompă, pentru a proteja echipamentele sensibile de presiunea ridicată și pentru a controla presiunea în procesele chimice.
Supape de contrapresiune
Un alt tip de supapă folosit pentru a menține o anumită presiune în amonte de intrarea sa este o supapă de contrapresiune.
O supapă de contrapresiune este diferită de un regulator de contrapresiune prin faptul că nu utilizează arcuri pentru a controla presiunea.
În schimb, folosește o diafragmă sau un piston.
Supapa se va deschide sau se va închide după cum este necesar pentru a controla presiunea și pentru a menține fluidul să curgă la o rată constantă.
Supapele de contrapresiune sunt adesea folosite în sistemele de flux de abur și gaz, procese chimice și generarea de energie, unde este necesar un control precis al presiunii.
Ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a controla presiunea din amonte și pentru a menține presiunea ridicată de la deteriorarea echipamentelor.
Diferențele dintre regulatoarele de contrapresiune și supape
Modul în care este controlată presiunea este principala diferență dintre regulatoarele și supapele de contrapresiune.
Regulatoarele de contrapresiune folosesc arcuri pentru a menține supapa deschisă și modifică forța arcurilor pentru a controla presiunea, în timp ce supapele de contrapresiune folosesc o diafragmă sau un piston pentru a deschide și închide supapa după cum este necesar.
De asemenea, regulatoarele de contrapresiune sunt folosite pentru a controla presiunea într-o stare constantă, în timp ce supapele de contrapresiune sunt folosite pentru a controla presiunea cu precizie într-o serie de situații.
Exemple
| Concept aplicat in: | Descriere: |
|---|---|
| Operatii de foraj | La forare, contrapresiunea este rezistența care vine de la forarea prin formațiuni de rocă tare. Burghiul poate tăia doar cu o anumită viteză, iar dacă viteza cu care este alimentată tija de foraj este mai mare decât această limită, se va face contrapresiune, care va deteriora burghiul și va încetini procesul de foraj. Inginerii se pot asigura că procesul de foraj funcționează bine și nu deteriorează burghiul prin controlul contrapresiunii. |
| Sisteme de evacuare | Contrapresiunea este o parte cheie a modului în care funcționează sistemele de evacuare. Gazele de eșapament ale motorului trebuie să curgă fără probleme din sistem. Dacă există prea multă contrapresiune, gazele de eșapament se pot acumula în motor, făcându-l să funcționeze mai puțin bine. Pe de altă parte, contrapresiunea insuficientă poate face motorul mai puțin puternic și, în timp, poate deteriora motorul. Inginerii se pot asigura că un motor funcționează cel mai bine controlând contrapresiunea din sistemul de evacuare. |
| Sisteme de transport de fluide | Contrapresiunea poate fi utilizată pentru a controla cât de repede se mișcă fluidele prin sistemele de transport de fluide. Inginerii pot încetini debitul și pot proteja sistemul de daune cauzate de debitele mari, adăugând rezistență sistemului. În sistemele de transport de fluide, supapele și regulatoarele de contrapresiune sunt adesea folosite pentru a controla contrapresiunea și pentru a se asigura că sistemul funcționează bine. |
| Turnare prin injecție | Contrapresiunea poate fi folosită și la fabricarea lucrurilor, în special în turnarea prin injecție. În acest proces, plasticul topit este injectat într-o matriță la o presiune ridicată, iar contrapresiunea este utilizată pentru a menține cavitatea matriței umplută și pentru a împiedica întărirea plasticului prea devreme. Inginerii se pot asigura că procesul de turnare prin injecție funcționează bine și că produsul final este de înaltă calitate, menținând contrapresiunea la nivelul potrivit. |
Concluzie
Pe măsură ce terminăm de vorbit despre contrapresiune, este important să rețineți că această idee nu este folosită doar în inginerie.
De fapt, ideile din spatele presiunii pot fi folosite în viața noastră de zi cu zi.
La fel ca fluidele și gazele dintr-un sistem, adesea ne confruntăm cu rezistență în viața noastră care ne încetinește.
Ar putea fi presiunea de a se potrivi cu normele sociale, teama de a eșua sau greutatea propriilor noastre așteptări.
Dar la fel cum inginerii pot face față contrapresiunii în proiectele lor, la fel și noi putem face față presiunilor din viața noastră.
Făcând un pas înapoi, regândindu-ne obiectivele și căutând alte modalități de a le atinge, putem trece peste problemele vieții și ajungem în top.
Deci, să ne uităm la contrapresiunea nu doar ca un termen tehnic, ci ca pe o lecție care poate fi folosită în toate părțile vieții.
Amintiți-vă că putem depăși orice tip de rezistență și putem face lucruri grozave dacă gândim și acționăm în mod corect.
Distribuie pe…
