CC BY
22
УДК 622
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ КРИВОЛИНЕЙНОЙ СКВАЖИНЫ МЕТОДОМ ПРОКОЛА В СУГЛИНКАХ
И.М. Каверин, А. С. Рыбаков
Исследован процесс прокола грунта при создании криволинейной скважины с использованием несимметричного рабочего инструмента диаметром, равным диаметру проходческого става. Подтверждено предположение о росте усилия прокола и мощности при такой схеме прокола. Получены эмпирические зависимости отклонения рабочего инструмента от прямолинейной оси скважины в зависимости от величины внедренного участка проходческого става при различных скоростях внедрения.
Ключевые слова: прокол, криволинейная скважина, ГНБ, отклонение рабочего инструмента.
Для установления влияния основных факторов на процесс движения проходческого става с несимметричным рабочим инструментом в грунте было применено моделирование процесса прокола на стендовом оборудовании [1]. Основными взаимодействующими частями стенда (рис. 1) являются модель прокалывающей установки, модель става с рабочим инструментом (рис. 2) и грунтовый массив. При этом взаимодействие происходит следующим образом. Модель прокалывающей установки сообщает проходческому ставу некоторую постоянную скорость, став же, в свою очередь, внедряется в грунтовый массив и движется в нем, преодолевая ряд реактивных усилий. За счет несимметричности по мере продвижения става в массиве происходит постепенное его отклонение от прямолинейной траектории.
Рис. 1. Экспериментальный стенд: а - общий вид; б - конструктивная схема: 1 - гидромотор; 2 - переходная муфта; 3 - задний щит; 4 - силовая рама; 5 - гайка; 6 - ходовой винт; 7 - каретка; 8 - направляющая; 9 - передний щит; 10 - люнет; 11 - проходческий став; 12 - пластиковый переходник; 13 - персональный компьютер; 14 - породный бункер
91
а
б
Рис. 2. Рабочий инструмент: а - конструктивная схема; б - общий вид
Для определения влияния длины внедренного участка I, скорости внедрения става Упр и угла заострения рабочего инструмента ани на отклонение рабочего инструмента става от оси выработки 5 были проведены опыты при диаметре рабочего инструмента Сри, равном диаметру става С. При этом Сри = С = 22 мм, угол заострения рабочего инструмента ани = 30 и 45 Скорость внедрения рабочего инструмента в грунт, обеспечиваемая различными гидромоторами, составляла примерно 2,5 и 5 м/мин. При этом с грунтом взаимодействует как рабочий инструмент, так и проходческий став. Плотность и влажность применяемого грунта (суглинок) на протяжении всех опытов были постоянными и равнялись соответственно 1,91 г/см (вариация 0,95 %) и 17,5 % (вариация 5 %).
Характерные осциллограммы этой серии опытов представлены на рис. 3, а на рис. 4 - эти же осциллограммы в более крупном масштабе.
-Ход I, м
--Скорость Уп,
м/мин
-Усилие
прокола Рпр, кН
0 5000 10000 15000 20000 25000 ',мс
Рис. 3. Графики зависимости длины внедренного участка проходческого става (хода) I, скорости внедрения става Уп и усилия прокола Рпр от времени внедрения при йри = й
-•-Ход!, м
—Скорость ¥п, м/мин
—Усилие прокола Рпр, кН
-Мощность И,
кВт
■4— Отклонение 3, м-10
О 5000 10000 15000 20000 25000 г,мс
Рис. 4. Графики рис. 3 в более крупном масштабе
Анализ результатов исследований, представленных на рис. 3 и 4, показывает следующее. В течение опыта ход рабочего инструмента линейно увеличивался и к концу внедрения достиг 2,14 м, а время опыта составило 26780 мс, то есть ~ 27 с. Скорость внедрения, как это видно из рис. 3 4, в целом сохранила свое значение 4,8 м/мин с незначительными колебаниями, обусловленными конструкцией стенда и неоднородностью свойств грунта. Как и следовало ожидать, усилие прокола с увеличением хода става линейно возрастало от 0,984 до 4,885 кН. Это объясняется тем, что в данном случае в плотном контакте с грунтом находится как поверхность рабочего инструмента, так и поверхность проходческого става. Следовательно, при и = С присутствуют силы трения и сцепления поверхности става с массивом, а усилие прокола в этом случае определяется их суммой с усилием уплотнения грунта. Поскольку усилие прокола по мере внедрения става в грунт возрастает, то и значения мощности, затрачиваемой на внедрение проходческого става в этом случае, увеличиваются (см. рис. 3, 4). Аналогичный характер изменения параметров и показателей процесса наблюдается и в остальных опытах этой серии.
Для установления зависимостей отклонения рабочего инструмента 5 от длины внедренного участка I при Сри = С были проведены три серии экспериментов с различными значениями скорости и угла заострения рабочего инструмента (табл. 1).
Таблица 1
Исходные данные при^ экспериментах_
№ серии Номинальная скорость Уп, м/мин Угол заострения ани, град
1 5 45
2 2,5 45
3 2,5 30
Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 2. По этим данным построены графики зависимостей, которые показаны на рис. 5.
Таблица2
Результаты серии ^ опытов, представленных^ на рис. 5_
Серия 1 Серия 2 Серия 3
l, м 8, м l, м 8, м l, м 8, м
2,14 0,173 0,167 0,173 2,16 0,108 0,107 0,106 2,21 0,115 0,112
1,7 0,133 0,122 0,123 1,7 0,079 0,081 0,073 1,7 0,079 0,09
1,31 0,1 0,084 0,083 1,3 0,054 0,059 0,05 1,3 0,055 0,052
0,9 0,062 0,047 0,05 0,9 0,032 0,039 0,032 0,9 0,034 0,042
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
о 0,5 1 1,5 2 г,м
Рис. 5. Зависимости отклонения рабочего инструмента ö
от длины внедрения става в грунт l при йри = d: а - при Vn = 5 м/мин и ани = 45 град; б - при Vn = 2,5 м/мин и ани = 45 град; в - при Vn = 2,5 м/мин и ани = 30 град
Анализ графиков, изображенных на рис. 5, показывает, что отклонение рабочего инструмента проходческого става от продольной оси скважины нелинейно возрастает с увеличением внедренного участка става в грунт. Максимум в 0,173, 0,108 и 0,115 м достигается при внедрении на 2,14 м для первой, 2,16 м для второй и 2.21 м для третьей серии опытов
(см. табл. 1 и 2) соответственно. При этом с увеличением скорости внедрения отклонение рабочего инструмента возрастает. Так, например, при той же самой длине внедрения, равной 2,14 м, отклонение инструмента при скорости внедрения 5 м/мин составляет 0,173 м (см. рис. 5, а), а при Уп = 2,5 м/мин это значение 3 составляет 0,108 м.
Анализ графиков, представленных на рис. 5, б и в, свидетельствует, что с изменением угла заострения ани отклонение 5 практически не изменяется, то есть остается постоянным. Так, например, при угле заострения 30 ° отклонение составляет 0,115 м при длине / = 2,16 м (см. рис. 5, в), а при ани = 45 ° 5 = 0,108 м при длине 2,21 м (см. рис. 5, б). Этот факт необходимо уточнить при проведении теоретических исследований по математической модели.
Обработка экспериментальных данных, представленных в табл. 2 и на рис. 5, позволила получить соответственно следующие зависимости:
5 = 0,015/2 + 0,5/ - 0,001; (1)
5 = 0,01/2 + 0,03/ - 0,00003; (2)
5 = 0,01/2 + 0,003/ - 0,00001. (3)
Коэффициент корреляции для этих зависимостей составил 0,99.
Проверка коэффициентов регрессии в зависимостях (1) - (3) на значимость по критерию Стьюдента показала, что свободные члены в этих формулах статистически незначимы.
Поэтому окончательные выражения (1) - (3) примут вид
5 = 0,015/2 + 0,5/; (4)
5 = 0,01/2 + 0,03/; (5)
5 = 0,01/2 + 0,003/. (6)
В результате можно сделать вывод о том, что отклонение несимметричного рабочего инструмента при проколе зависит от скорости его внедрения в грунт, то есть с увеличением скорости увеличивается и отклонение.
Список литературы
1. Рыбаков А.С. Разработка стендового оборудования для экспериментального исследования процесса проходки криволинейной скважины методом прокола // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 7. Ч. 1. С. 226 - 234.
Каверин Игорь Михайлович, канд. техн. наук, доц., кип 2005 63 63атаИ.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Рыбаков Александр Сергеевич, асп., hammerhl@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES THE PROCESS OF CREATING CURVILINEAR
WELL BY PUNCTURE IN LOAM
I.M. Kaverin, A.S. Rybakov
The process of puncturing the soil to create a curved borehole using asymmetric working tool diameters equal to the diameter of the tunnel-ru put. The assumption about the growth of the puncture force and power under such a scheme puncture. Empirical dependences of the working tool deflection from the straight axis of the well, depending on the size of the embedded portion of the tunnel is put at different speeds implementation.
Key words: puncture curved well, the HDD, the deviation of the working tool.
Kaverin Igor Mihailovich, candidate of technical sciences, docent, kim 2005 63 63@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Rybakov Alexandr Sergeevich, postgraduate, hammerhl@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 628.1
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ КОММУНАЛЬНОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Д.Б. Белов, Е.В. Масенков
Рассмотрены единичные показатели качества коммунального водоснабжения, определены методики их расчета и приведены этапы расчета комплексного показателя качества системы водоснабжения
Ключевые слова: водоснабжение, единичные показатели качества, комплексный показатель качества, методика расчета.
В настоящее время всё более актуальной становится проблема качества подаваемой потребителям воды в системе коммунального водоснабжения. Оценка качества питьевой воды необходима для получения объективной информации о состоянии какой-либо отдельно взятой системы коммунального водоснабжения, принятия конкретных мер для улучшения её качества и возможности сравнения квалиметрических показателей различных систем водоснабжения.
Для этого целесообразно определить комплексный показатель качества, для расчета которого необходимо [1]:
