CC BY
30
УДК 622.232.5.05:532.525.6:622.026
Н.С. Леонтьев, асп., (920)753-44-04, kalyanl@mail.т (Россия, Тула, ТулГУ), А.Е. Пушкарев, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-69-46, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А.В. Лежебоков, канд. техн. наук, (4872) 33-31-55, perspektiva @tula.net (Россия, Тула, ЗАО «Инвестиционно-строительная компания»)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА РАСХОД РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ ГИДРОСЪЕМНИКА
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 расхода рабочей жидкости от режимных параметров.
Ключевые слова: гидроструйная технология, стендовые испытания, гидросъемник, расход рабочей жидкости, давление.
К числу современных развивающихся технологий, повышающих эффективность и безопасность производства горных работ, относят: гидроструйное и гидромеханическое бурение, а так же гидроструйную цементацию неустойчивых пород. Для реализации данных технологий применяют гидросъемники, основной задачей которых является подача рабочей жидкости под высоким давлением в буровую колонну [1,2].
Для определения зависимостей, характеризующих режимы работы и оптимальных параметров работы гидросъемника высокого давления, был разработан стенд и произведены динамические испытания.
Стенд для опытных испытаний гидросъемника представляет собой конструкцию, размещенную на массивной сварной раме и состоящую из электродвигателя, соединенного посредством кулачковой муфты с трехступенчатым редуктором, выходной вал которого через цепную муфту и промежуточный вал соединен с входным фланцем гидросъемника.
В качестве объекта испытаний был выбран гидросъемник ГИС, изготовленный ООО «БЕЛРА-Центр» по заказу фирмы Geo&Sea (рис. 1). Гидросъемник работает в макроклиматических районах с морским климатом на открытом воздухе при температуре рабочей жидкости и окружающей среды от +5 о С до + 45 о С [3].
Экспериментальные исследования, выполнялись для установления влияния параметров процесса на расход рабочей жидкости, обеспечивающий тепловой баланс, а именно давления воды, линейной скорости перемещения поверхности вала в зоне уплотнения, коэффициента трения уплотняющих элементов, начальной и конечной температуры воды. Эксперименты проводились с линейной скоростью перемещения поверх-
ности вала в зоне уплотнения V = 0,424; 0,848 и 1,272 м/с на уплотнениях с коэффициентом трения Кт = 0,08; 0,1; 0,4. Замеры проводились при начальной температуре воды на входе в пределах Тн = 8; 14 и 20 °С, а так же
с конечной температурой на выходе Tк = 50; 70 и 90 °С. Давление воды Р
изменялось от 0 до 36 МПа. В качестве рабочей жидкости использовалась вода.
Рис. 1. Гидросъемник ГИС
Результаты экспериментов по определению зависимости расхода Qв от режимных параметров были сведены в соответствующие таблицы. В приведенной ниже таблице представлены результаты опытов по определению зависимости расхода от давления рабочей жидкости.
Для обобщения экспериментальных данных был принят за основу экспериментально-статистический метод, который предусматривал графоаналитический анализ опытных данных с применением методов теории вероятности и математической статистики.
Обработка массива экспериментальных данных методом множественной регрессии позволила получить расчетную формулу для определения расхода воды от давления воды, коэффициента трения уплотнения, линейной скорости вращения гидросъемника, начальной и конечной температура воды, соответственно на входе и выходе гидросъемника:
V 1,418 в т0,253 в p0,843
вв = ^оозз^--, (1)
IK
где Р - давление рабочей жидкости; МПа; Кт - коэффициент трения уплотнения; V - линейная скорость перемещения поверхности вала в зоне
уплотнения, м/с; Tн - начальная температура рабочей жидкости на входе, °С; Tк - конечная температура рабочей жидкости на выходе, °С.
Результаты экспериментов по определению зависимости расхода
от давления рабочей жидкости
№ Линейная Коэффи- Начальная Конечная Давление, Расход
опыта скорость, циент температура, температура, МПа воды, л/с
м/с трения °С °С
0 0,000
4 0,014
8 0,027
12 0,036
1 0,848 0,1 8 50 16 0,050
20 0,068
24 0,081
28 0,086
32 0,088
36 0,090
0 0,000
4 0,009
8 0,018
12 0,025
2 0,848 0,1 8 70 16 0,034
20 0,046
24 0,055
28 0,058
32 0,060
36 0,061
0 0,000
4 0,019
8 0,038
12 0,051
3 0,848 0,1 20 50 16 0,070
20 0,095
24 0,114
28 0,120
32 0,124
36 0,127
0 0,000
4 0,0114
8 0,0228
12 0,0304
4 0,848 0,1 20 70 16 0,0418
20 0,057
24 0,0684
28 0,0722
32 0,0741
36 0,076
Исследования влияния каждого из этих параметров на расход воды в гидросъемнике приводит к построению кривых. На рис.2 представлены зависимости изменения расхода воды от скорости вращения гидросъемника с изменением давления воды при начальной температуре 8 °С и конечной 50 °С.
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Ов, л/с
0.25
Тн = 8°С, Тк= 50 °С
0.424 0,848 1.272 V, м/с
Рис. 2. Зависимость расхода воды от линейной скорости перемещения V при температурах Тн = 8 °С, Тк = 50 °С
Р=36МПа Р=30МПа —<--Р=24МПа
— а- Р=18МПа
— ■ -Р=12МПа —♦ -Р=6МПа
Рис. 3. Сопоставление экспериментальных и расчетных (Цвраеч. данных
Индекс корреляции для данного выражения составил Я2 = 0,947. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными по формуле (1) показано на рис. 3. Коэффициент вариации опытных данных, относительно расчетных, составил Къ^= 0,85 %, что указывает на удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных данных и позволяет рекомендовать полученную формулу для расчета расхода рабочей жидкости в гидросъемнике.
Таким образом, была получена зависимость определения расхода рабочей жидкости, обеспечивающая тепловой баланс внутри гидросъемника.
Список литературы
1. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидроабразивное резание горных пород // М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 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. Леонтьев Н.С., Пушкарев А.Е., Головин К.А., Лежебоков А.В. Особенности определения режимов работы гидросъемников высокого давления на установках гидроструйной цементации // Известия ТулГУ. Науки о Земле. В. 2. 2012. С. 231-237.
A.E. Pushkarev, N.S. Leontiev, A.V. Lejebokov
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 of power for friction in correlation with water pressure has get by experimental research.
Key words: jetting technology; jet-grouting; experimental research; swivel; expense of hydraulic fluid; pressure.
Получено 24.08.12
УДК 622.833.5
И.И. Савин, д-р техн. наук, проф., (4872) 57-11-83, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.А. Свиридкин, асп., (4872) 57-11-83, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТОД СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
В статье рассматривается метод расчета многослойной круглой крепи, позволяющий по результатам обработки разнородных 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 фактического напряженно-деформированного состояния крепи.
Ключевые слова: крепь, напряжения, деформации, измерения, обработка, расчет
Развитие шахтного и подземного строительства, особенно в условиях с ограниченными данными о начальном поле напряжений, таких как
