CC BY
27ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОГО БУРА
Шуюшбаева Н.Н.
Магистр физики, старший преподаватель кафедры физики и математики Кокшетауский государственный университет имени Ш.Уалиханова
Кусаиынов К. Доктор технических наук, профессор Карагандинский государственный университет имени академика Е.А.Букетова
Танашева Н.К.
Магистр физики, старший преподаватель кафедры физики и математики Кокшетауский государственный университет имени Ш.Уалиханова
Алтаева Г.С.
Магистр физики, преподаватель кафедры физики и математики Кокшетауский государственный университет имени Ш.Уалиханова
Билялова К.М.
Магистр физики, преподаватель кафедры физики и математики Кокшетауский государственный университет имени Ш.Уалиханова
Адрес: Республика Казахстан, 020000, город Кокшетау, улица Абая 76
INVESTIGATIONS ON WEAR METAL PART OF THE ELECTROHYDROPULSE DRILL
Shuyushbayeva N.N.
Master of Physics, Senior Lecturer, Department of Physics and Mathematics Kokshetau State University named after Sh.Ualikhanov
Kussaiynov K. Doctor of Technical Sciences, Professor Karaganda State University named after Academician Y.A.Buketov
Tanasheva N.K.
Master of Physics, Senior Lecturer, Department of Physics and Mathematics Kokshetau State University named after Sh.Ualikhanov
Altaeva G.S.
Master of Physics, Lecturer, Department of Physics and Mathematics Kokshetau State University named after Sh.Ualikhanov
Bilyalova K.M.
Master of Physics, Lecturer, Department of Physics and Mathematics Kokshetau State University named after Sh.Ualikhanov
"Аннотация"
В статье рассматривается характер изменений и качество поверхности электродной системы бура после электрогидроимпульсной обработки. Проведен спектральный анализ микроструктуры расплавленных участков поверхности электродов бура, полученных в результате воздействия подводного искрового разряда. Экспериментально установлены закономерности процесса эрозийного износа металла электрода от энергетических параметров и количества электрогидроимпульсных воздействий.
"Abstract"
We consider the changes and the quality of the surface of the electrode system of the drill after electrohydraulic pulsed treatment. Spectral analysis of the microstructure of melted regions of the drill electrode surface, formed as a result of action of a spark discharge, is performed. The regularities of erosion wear of the electrodes depending on the energy parameters and the number of electrohydraulic pulses are established experimentally.
Ключевые слова: электрод, электрогидроимпульсный бур, электроэрозионный износ, микроструктурный анализ.
Keywords: electrode, electrohydropulsedrill, electroerosion wear, microstructural analysis.
Настоящая работа посвящена исследованию износа металлической части электрогидроимпульсного бура, в основе которого лежит уникальное явление - способ прямого преобразования электрической энергии в механическую энергию ударных волн, эффективно разрушающих горные породы в условиях ограниченного пространственного объема в забое скважины.
Основой разработанной электроимпульсной обработки является электрогидравлический эффект Юткина [1-3].
Электрогидравлическое бурение является принципиально новым способом и до сих пор не нашло промышленного применения. Основным преимуществом предлагаемой технологии является надежность, обусловленная отсутствием трущихся и изнашивающихся частей установки, и простота в эксплуатации и обслуживании. Однако, внедрение данной технологии и широкое использование на практике затруднено некоторыми нежелательными эффектами и последствиями. Процессы, происходящие на поверхностях электродов, подверженных эрозии и воздействию мощных подводных искровых разрядов требуют дополнительного исследования. При электрогидравлическом бурении скважин происходит также износ кабеля электрода положительной полярности, он является расходным материалом. На поверхностях как положительного, так и отрицательного металлических электродов появляются расплавленные участки, влияние которых на прочность системы электродов полностью не изучено. В связи с этим, целью данной работы является экспериментальное изучение степени и скорости изнашивания электродов от энергетических параметров и количества электрогидравлических импульсов.
В лаборатории гидродинамики и теплообмена КарГУ имени академика Е.А. Букетова разработана и собрана электрогидравлическая установка с рабочей ячейкой для проведения испытаний и изучения различных процессов, сопровождающих электрогидравлическое бурение. Принцип работы электрогидравлического бура заключается в в следующем: вначале импульсный конденсатор заряжается от высоковольтного генератора. При достижении заданного напряжения происходит пробой разрядника и вся запасенная энергия в импульсном конденсаторе через кабель-электрод передается в рабочий промежуток. Происходит импульсный электрический разряд в жидкости, являющийся источникам мощных механических ударных волн, которые отражаясь от коронки бура сфокусированно воздействуют на обрабатываемую среду, тем самым разрушая ее на мелкие куски [4-7].
В устройстве для бурения скважин, в рабочей ячейке для центрального электрода используется оголенная жила кабеля марки РК-75-9-12, соединенная с положительным выходом источника импульсного тока, а его отрицательный выход соединен с коронкой электрогидравлического бура. Такую конструкцию электрода удобно использовать при бурении скважин для установки теплообменных труб.
Возникающие при разряде силы за счет гидроудара и гидродинамической силы, в результате перераспределения скоростей, способствуют самоцентровке кабеля-10
электрода. В процессе длительной работы центральная оголенная жила кабеля-электрода укорачивается за счет эрозии, а изоляция торцевой части разрушается. Изоляция в основном прорезается вдоль центральной жилы и снижается эффект работы электрогидравлического бура. Поэтому после электрогидравлического разрушения твердых пород необходимо периодически обновлять, оголяя рабочий конец кабеля-электрода от изоляционного слоя.
Внешний вид электрогидравлического бура, используемого для исследования процесса износа электрода, показан на рисунке 1. Для осуществления электрогидравлического разряда полость бура заполняется технической водой. Разрушенные и раздробленные куски каменного грунта удаляются вместе с проточной водой.
Рисунок 1. Общий вид электрогидроимпульсного бура
В процессе работы каждый разряд сопровождается эрозионным износом электродов, величина которого зависит от напряжения и энергии в импульсе, материала электрода и др. В процессе работы кабель - электрод электрогидравлического бура разрушается. Примеры характерных оплавлений и обгораний положительного электрода показаны на рисунке 2.
а) б)
Рисунок 2. Кабель - электрод и характерные разрушения их в процессе работы: а) - до
обработки, б) -после обработки
Известно, что в процессе электрогидравлического бурения происходит электроэрозионная обработка), заключающаяся в «вырывании» частиц с поверхности металла импульсом электрического разряда [8-9]. Если задано расстояние между электродами, погруженными в жидкую среду, то при сближении электродов происходит пробой и возникает электрический разряд, с образованием плазмы высокой температуры в канале разряда. Это свойство используется при электроэрозионной обработке материалов, которая, обычно проводится электрическими импульсами длительностью не более 0,01 с, так чтобы выделяющееся тепло не распространяется вглубь материала. Кроме того, давление частиц плазмы при ударе об электрод, способствует эрозии не только расплавленного, но и разогретого вещества.
Электрический пробой всегда распространяется по кратчайшему пути, поэтому в первую очередь разрушаются наиболее близкие участки электродов. Характер изменений и качество поверхности после обработки зависит от длительности, частоты, энергии электроимпульсов.
По результатам экспериментов получено, что при напряжении 20 кВ, выделяется импульс энергии в объеме 600 Дж. Тогда первоначальная длина стержня положительного электрода из меди с диаметром 2 мм в результате 121 импульсного
разряда укорачивается на ^ = 1мм, а после 178 импульсов - на ^ = 3мм . В проведенных экспериментах получено, что при выделении в инициируемом разрядном промежутке энергии W=600Дж и напряжении 20 кВ эрозия положительного электрода сопровождается уменьшением объема электрода примерно на (3,14—9,42) мм3.
Рисунок 3. Зависимость изменения длины электрода от числа импульсов
На рисунке 3 показаны зависимость изнашивания длины рабочего электрода от числа импульсов при разных энергиях разряда (от 600 Дж до 1350 Дж). Как видно из графика, с увеличением энергии разряда рабочий электрод изнашивается быстрее при постоянном числе импульсов.
На рисунке 4 показаны микроснимки центрального кабеля-электрода до и после электрогидроимпульсной обработки с разными увеличениями, полученные микроскопом марки МГОА3 TESCAN.
6)
Рисунок 4. Центральный кабель - электрод с разными увеличениями: а) до и б) после
электрогидроимпульсной обработки
Из рисунка 4, полученной с помощью электронного микроскопа с различными увеличениями, можно более детально рассмотреть изменения микроструктуры положительного электрода.
Анализ, полученных после электроимпульсной обработки снимков поверхности кабель-электрода показал следующее. В целом микроструктура всей поверхности существенно изменилась и наблюдаются обширное расплавленные участки, включающее в себя пятна различной плотности и структуры, а также пустоты.
В ходе проведения экспериментов исследованы процессы эрозии металлической части электродной системы электрогидравлического бура. Исследованы расплавленные участки поверхности на основе анализа микроструктурных изменений поверхности электродов до и после электрогидравлического воздействия при различных параметрах электрических разрядов. Как показывают исследования характерных изменений кабеля-электрода в процессе электрогидравлического бурения, эрозионный износ металлов происходит по разному в зависимости от электрических параметров, частоты и длительности разрядов.
Внутренняя поверхность трубчатой оболочки электрогидравлического бура, служащего отрицательным электродом не разрывается и не подвергается механическому износу. Существенный износ происходит только центральном кабеле электроде, который является единственным расходным материалом.
Электрогидроимпульсный способ бурения при создании скважин для теплообменников дает возможность достижения более высокой в сравнении с механическими способами эффективности разрушения с низкими энергетическими затратами.
Список литературы
1 Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности.- Л: Машиностроение, 1986. - С.253.
2 Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии. - Киев, 1983. -
272с.
3 Кусаиынов К., Нусупбеков Б.Р. Разрушение материалов подводным электрическим взрывом.- Караганда: «Издатсервис», 2010. - 250 с.
4 Кусаиынов К., Турдыбеков К.М., Кужуханова Ж.А., Шуюшбаева Н.Н. Разработка электрогидроимпульсной технологии бурения скважин для установки теплосъемных элементов тепловых насосов. Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. - Днепропетровск, Украина, 2013, № 2(13). - С.420 - 425.
5 M.Stoev., K.Kussaiynov., N.N.Shuyushbayeva., B.R.Nussupbekov., M.B.Karagaeva. Electrohydraulic drilling of rocks and research of processes of an erosion of metal part of electrode system of the drill. Караганда. Вестник КарГУ, Серия Физика. -2014.-№3. С.68-74.
6 Kusaiynov K., Shuyushbaeva N.N., Kuzhuhanova J.A., Ahmadiev B.A. Development of electro-hydraulic pulse technology of drilling wells for installation of heat exchange elements of heat pumps. Mathematics and natural science. - Blagoevgrad, 2013, V.3.- РР. 5156.
7 Kussaiynov K., Nussupbekov B.R., Sakipova S.E., Shuyushbayeva N.N., Khassenov А.К. Investigation of the wear of the metallic part of electrode system of electrohydraulic drill // Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. - 2015. - Vol.37. - №.3. - P.397-407.
8 Гулый Г.А. Оборудование и технические процессы с использованием электрогидравлического эффекта.- Киев, 1977.- 324с.
9 Мазуровский Б.Я., Сизев А.Н. Электрогидравлический эффект в листовой штамповке. - Киев: Наукова. Думка, 1983. - 192 с.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ БЛОКА ГРАДИРЕН УСТАНОВКИ
ВОДОПОДГОТОВКИ
Газиев Радик Рашитович,
к.т.н., доцент кафедры "Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки" Салаватского филиала Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет», 453265,
Российская Федерация, Республика Башкортостан,
г. Салават, ул. Губкина, д.22Б e-mail: gaziev.grr@yandex.ru Инчина Юлия Петровна, студент того же филиала
Произведен анализ работы установки водоподготовки, на которой производится охлаждение оборотной воды. Показано, что включение в имеющуюся схему дополнительной градирни позволит охлаждать оборотную воду до более низкой температуры, снизить тепловые и гидравлические нагрузки.
Ключевые слова: градирня, водоподготовка, теплообмен, массообмен, оборотная вода, охлаждение.
WORK,S IMPROVEMENT OF THE COOLING TOWERS BLOCK OF WATER TREATMENT INSTALLATION
The operation analysis of water treatment installation where recycled water is cooled is
