CC BY
22
The principle of working pricking plant for pipe driving with using hydro-jet cementation was considered and their shortcomings were shown. The variant of solving the problem was given.
Keywords: pricking plant, reamer, rotator, hydraulic puller, stream forming attachment.
Получено 10.05.12
УДК 622.232.5.05:532.525.6:622.026
Н.С. Леонтьев, асп., (4872) 35-20-41, kalyanl@mail.ru
(Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Пушкарев, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-69-46, pushkarev-agn@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И РАСХОДА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ГИДРОСЪЕМНИКОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА УСТАНОВКАХ ГИДРОСТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ
Рассмотрены виды гидросъемников. Представлен стенд и описаны испытания по определению зависимостей, характеризующих режимы работы и позволяющие обосновать рациональные параметры гидросъемника высокого давления. Проанализированы результаты стендовых испытаний гидросъемника и установлены зависимости потери мощности на трение от возрастающего давления.
Ключевые слова: гидроструйная технология, стендовые испытания, гидросъемник, потери мощности, давление.
В настоящее время в горной и строительной промышленности большое внимание уделяется развитию технических средств для бурения и технологий разрушения породного массива, повышающих эффективность и безопасность производства работ. К числу таких технологий относятся технологии, основанные на энергии высокоскоростных струй: гидроструйное и гидромеханическое бурение, гидроструйная цементация неустойчивых пород и др. [1, 2]. Проблема подачи рабочей жидкости под высоким давлением в буровой став осуществляется с использованием гидросъемника (рис.1). Такая компоновка бурового оборудования позволяет успешно реализовывать и гидромеханическое бурение, и гидроструйную цементацию.
Нагрев уплотняющих элементов приводит к значительному износу оборудования. Возникающее трение внутри гидросъемника является определяющим фактором теплообразования. В связи с этим проблема обоснования становится важным фактором для исследований на потери мощности.
Рис. 1. Конструктивная схема гидросъемника: 1 - манжетное уплотнение; 2 - механизм предварительного поджатия; 3 - штуцер подвода суспензии; 4 - буровой вал; 5 - корпус гидросъемника; 6 - шпиндель вращателя
Испытания проводились на гидросъемнике ГИС, изготовленном ООО «БЕЛРА-Центр» по заказу фирмы «Оео&Беа» (рис. 2).
Гидросъемник установлен на опоре, при этом его корпус жестко зафиксирован относительно рамы стенда. На выходном фланце гидросъемника закреплено стальное кольцо, на внешней поверхности которого навариваются профилированные кулачки. Кольцо опирается на подшипниковую опору, установленную на кронштейне, закрепленном на фундаменте.
Рис. 2. Гидросъемник ГИС
Уравнение теплового баланса для манжет при установившейся температуре рабочей жидкости [4]
= СвЯБОБ (ТВ1 - TB0), (1)
где св - теплоемкость рабочей жидкости, ккал/(кг-град), для воды св = 1 ккал/(кгтрад); дв - плотность рабочей жидкости, кг/дм (для воды 0,9982 г/см3); Qв - расход рабочей жидкости в теплообменнике, л/ч; Тв0-начальная температура рабочей жидкости, °С; Тв1- конечная температура
рабочей жидкости, °С.
Из формулы (1) найдем расход рабочей жидкости в гидросъемнике:
цМ
^^В / ГТ1 ГТ1 \ . (2)
св4в( Тв1 — Тв0/
В качестве рабочей жидкости в испытаниях использовалась воды и,
следовательно, формулу (2) можно записать в следующем виде:
ц
Q =-Цм- . (3)
Т - Тв 0 )
Проанализируем расход рабочей жидкости для начальной температуры ТВО = 8, 14, 20 ° С и конечной температуры ТВ1 = 50, 70, 90 ° С.
Задаем количество выделяемой теплоты через манжетное уплотнение ЦМ. Разница потери электрической мощности в рабочем режиме (под давлением) Иг (кВт) и потери мощности на холостом ходу (без давления) Ио (кВт) гидросъемника и есть ЦМ:
ЦМ = Иг - И0. (4)
Потери мощности, расходуемой на преодоление возникающих нагрузок, определяются по формуле [4]
мг = и(1р - /0;, (5)
где и - напряжение, равное 380 В; /0 - сила тока при холостом ходе, А; /р -сила тока при рабочем давлении, А.
Экспериментально установленные потери мощности на холостом ходу И0 = 5 кВт.
Составим графики, характеризующие расход воды, при котором обеспечивается тепловой баланс для различных условий работы (начальной и конечной температуры рабочей жидкости) жидкости (рис 3-5).
Рис. 3. График зависимости Qв от давления при начальной
температуре Тв0 = 8 °С
Цв, л/с
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
0,000
Цв при Тк 50"С
О.В при Тк 70"С
Цв при Тк 9О'1 С
О 2 4 б 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
Р, МП;
Рис. 4. График зависимости Qв от давления при начальной
температуре ТВО = 14 °С
Рис. 5. График зависимости Qв от давления при начальной
температуре ТВО = 20 °С
Таким образом, полученные зависимости позволяют определить расход рабочей жидкости, при котором обеспечивается необходимый тепловой баланс для заданных условий работы гидросъемника. Например, при начальной температуре рабочей жидкости 14 °С и конечной температуре 70 °С расход рабочей жидкости будет составлять 0,136 л/с при максимальном давлении.
Список литературы
1. В. А Бреннер [и др.]. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидроабразивное резание горных пород. М.: Изд-во МГГУ, 2003. 279 с.
2. Бреннер В. А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидромеханическое разрушение горных пород / М.: Изд-во АГН, 2000. 343 с.
3. Головин К.А., Жабин А.Б., Поляков А.В. Разрушение горных пород импульсными высокоскоростными струями воды // Горные машины и автоматика. №4, 2006. С. 43 - 45.
4. Леонтьев Н.С., Пушкарев А.Е., Головин К.А., Лежебоков А.В. Особенности определения режимов работы гидросъемников высокого давления на установках гидроструйной цементации // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. 2012. Вып. 2. С. 231-237.
A.E. Pushkarev, N.S. Leontiev
SPECIFIC CALCULATION OF SWIVELS PARAMETERS FOR "JET-GROUTING " MACHINES
Types of the swivels are revues. Procedure of best work parameters calculation and experimental stand are presents. Loosing ofpower for friction in correlation with water pressure has get by experimental research.
Key words: jetting technology; jet-grouting; experimental research; swivel; loosing ofpower; pressure.
Получено 10.05.12
УДК 622.28
И.И. Савин, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, nivas57@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.А. Свиридкин, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),
C.Б. Лукашин, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТОД ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОТИПНЫХ КОМПОНЕНТОВ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Рассматривается экспериментально-аналитический метод расчета многослойной круглой крепи, позволяющий по результатам совместной обработки данных натурных измерений произвольных компонентов проявления горного давления в крепи производить расчет крепи в обратной постановке с целью определения характера распределения и величины начальных расчетных напряжений и воспроизведения полной фактической картины напряженно-деформированного состояния крепи.
Ключевые слова: крепь, напряжения, деформации, измерения, обработка.
Развитие шахтного и подземного строительства, особенно в условиях с ограниченными данными о начальном поле напряжений, таких как большие глубины или районы с тектоническим полем начальных напряжений, проведение и эксплуатация горных выработок с большим сроком службы предполагает проведение различных мероприятий по мониторингу состояния крепи и обделок сооружений как в процессе строительства выработок, так и в период их эксплуатации. Так, при строительстве тоннелей с помощью новоавстрийского метода строительства (НАТМ), для принятия технических решений по конструкции и технологии возведения обделки, в основу положен систематический контроль за проявлениями горного давления. При проведении тоннеля выполняются многочисленные измерения, результаты которых являются основой НАТМ (рис. 1).
В качестве другого примера можно привести современную замерную станцию в крепи вертикального шахтного ствола (рис. 2), которая предполагает, кроме основного измерительного оборудования, такого, как тензо-метрические датчики для измерения напряжений в элементах крепи, дина-
