Помол 4

4.4. Закономерности массообмена и энергопотребления в процессе газодинамического диспергирования.

Энергия газового потока, истекающего из сопла, расходуется на смешение его с частицами измельчаемого материала, ускорение этих частиц, изменение их температуры, зоной обработки, выносится через кольцевой зазор. Cистема уравнений. Исходя из условий неразрывности и однородности газового потока, закона сохранения энергии и уравнения состояния газа зоной обработки, выносится через кольцевой зазор. Исходя из условий неразрывности и однородности газового потока, закона сохранения энергии и уравнения состояния газа систему уравнений, описывающая состояние системы преобразования энергии может быть представлена следующим образом. Для измельчения сухих материалов (хрупкие горные породы, сухие грунты, бетон, испарение свободной и связанной воды не учитываются) :

  1. Уравнение баланса массы

    d(Qг + Qм)/dt = G + G гк + Gм – Gмк = G + Gм – (G гк + Gмк) где G — поступление газа из термогаэогенератора; Gм — поступление массы разрушенной породы в призабойный объем; G гк — выброс газа через кольцевой зазор из скважины; Gмк — выброс породы через кольцевой зазор из скважины; Qr — газ, находящийся в приэабойном объеме; Qм — разрушенная порода, находящаяся в приэабойном объеме; 2) Уравнение баланса энергии (d/dt) [сгQг + смQм)Тх] = E1 – E2 – E3 –(E4 + E5) + E6, (4.17) где Е1= 0,8ср ТхG — энергия, поступающая в помольный объем из термогазогенератора (су и Тх — теплоемкость и температура газа); E2=AP(dv/dt) — энергия, затраченная на расширение газов в призабойной объеме (Р — давление в приэабойиом объеме); Е3 = a(Тхт –Тоб)Fоб — энергия, поглощенная обрабатываемой средой (a— коэффициент теплопередачи от газа к обрабатываемой среде, Tтх— температура газа в пристеночном слое; Т0б — температура обрабатываемой поверхности; Fоб — площадь обработки); Е4= срТх G гк — энергия, уносимая газом через кольцевой зазор; Е5=см Т»п GмкТм* — энергия, уносимая частицами породы через кольцевой зазор (сп — теплоемкость породы, Gмк — вес материала, выбрасываемого через кольцевой зазор Тм* — температура выбрасываемых частиц); Е6 — энергия частиц материала, образовавшихся в момент разрушения. В зависимости от вида измельчаемого материала и его свойств возможно возвращение части энергии, поглощенной поверхностью обработки, но возможен также процесс дальнейшего поглощения этими частицами энергии от основного потока за счет продолжающихся модификационных превращений, химических реакций, испарения связанной воды, сушки, расплавления разрушенных частиц и т.д.; ??3) Уравнение объема призабойной зоны V3 = FскХопт (4.18) где Fск — площадь скважины Хоп — оптимальное расстояние от среза сопла до забоя; 4) уравнение состояния газа PVг= QгRT. (4.19)

  2. где Р, V, ,T,R~ давление, объем, температура, газовая постоянная; 5) уравнение объема, занимаемого газом (необходимость ввода этого уравнения вызвана наличием в за сопловом объеме взвешенных частиц разрушенной породы, что уменьшает объем, занимаемый газом), du/dt= FскХопт – Vм = V3 – Vм; (4.20)
  3. Уравнение объема, занимаемого породой,

    Vм = 1d Qм / rgdt

  4. где r -плотность материала частиц; g — ускорение силы тяжести; dQм/dt — изменяемое количество частиц. Реальный процесс разрушения частиц не постоянен вследствие неравномерности работы инжектора и свойств разрушаемой среды. Поэтому масса разрушенной породы, поступающей в засопловую зону, колеблется. Ее увеличение приводит к уменьшению объема газа в засопловом пространстве. При сохранении расхода газа, поступающего в засопловое пространство из термогазогенераторов, уменьшение занимаемого им объема в этом пространстве влечет за собой выдавливание части газа в кольцевой зазор. Масса газа, проходящего через кольцевой зазор, увеличивается, соответственно увеличивается скорость газового потока и эвакуации твердых частиц. В результате уменьшается объем, занимаемый разрушенными частицами в засопловом пространстве. При соответствии термогазодинамических параметров термогазогенератора и свойств разрушаемой среды, правильном выборе расхода газа и диаметра штангн, оптимальном расстоянии до среза сопла величина Vм (объем, занимаемый разрушенными частицами) будет почти постоянной; 7) Уравнение разрушенной породы в призабойной зоне. Количество разрушенной породы в засопловом пространстве определяется ее количеством, находящимся в циркуляционных вихрях, а также увлекаемым отходящими газовыми потоками от лба забоя в кольцевой зазор, следовательно, Q’м= Qкм + Qкм, Где Q’м— частицы породы, захваченные циркуляционными вихрями при установившемся процессе бурения; Qкм — частицы породы, попадающие в кольцевой зазор от лба забоя. В рассматриваемом случае через кольцевой зазор проходят газ и частицы разрушенной породы в твердом, пылеобразном или жндкотекучем состоянии; 8) уравнение расхода газа через кольцевой зазор G1 = ψ [ÎPwг(Fk – Fм) / eR1T], (4.22) Где Fk — площадь кольцевого зазора; Fn — площадь в кольцевом зазоре, занимаемая выбрасываемыми частицами породы; ÎP — перепад давления по длине кольцевого зазора; ю r — скорость движения газа. air jordan pas cher Величина концентрации частиц выбрасываемой породы в потоке отходящих через кольцевой зазор газов зависит от вида, типа и состояния обрабатываемой среды, характера работы термогазогенератора и его конструктивных особенностей, диаметра штанги, скорости движения газа и массы газовых частиц.   Частицы измельчаемого материала должны находиться во взвешенном состоянии; 9) уравнение расхода частиц через кольцевой зазор Qм = ψ мFгrгgwг. (4.23) Ψм — коэффициент расхода, определяется опытным путем для каждоro частного случая и зависит от вида и состояния частиц разрушенной минеральной среды; Fг — суммарная площадь, занимаемая частицами газа в кольцевом зазоре; rг — их плотность; wr — скорость движения газа по кольцевому зазору. При постоянной общей массе частиц породы, захваченных застойными циркуляционными вихрями Q’r =const, диаметр штанги, расход газа, а также перепад давлений в кольцевом зазоре, определяемый в основном давлением в засопловом пространстве, должны обеспечить возможность полной эвакуации разрушенной среды, поступающей в засопловый объем из зоны обработки. Увеличение площади кольцевого зазора без изменения массы выбуриваемой породы и расхода газа затрудняет процессы эвакуации частиц разрушенной породы из призабойной зоны, которая может оказаться забитой породой, вследствие чего процесс бурения прекратится, Уменьшение расхода газа без изменения площади кольцевого зазора и массы выбуриваемой породы приведет к тем же результатам. Общее увеличение массы ( газы + разрушенные частицы), проходящей через кольцевой зазор, требует увеличения площади зазора или средней скорости истечения смеси газа и частиц измельчаемого материала из кольцевого зазора; 10) Уравнение скорости выноса частиц. На частицы, выносимые через кольцевой зазор, действуют силы земного притяжения и газодинамического напора. Для обеспечения эвакуации частиц необходима скорость потока wн,, равная: wн = uкр + wизб, (4.24) где uкр — критическая скорость потока, в котором частицы находятся во взвешенном состоянии (скорость витания),uкр = 2,26 Q2aАedч хe(rм/rг , dч, (р» /рг }, здесь Q — коэффициент сужения площади кольцевого зазора, Q = 0,96…0,99; aА— параметр, характеризующий статические силы сопротивления среды; dч— условный размер частицы, равный диаметру шара, объем которого равен объему тела неправильной формы; рл. рг — плотность соответственно материала и газового потока; wизб — избыточная скорость, обеспечивающая подъем частиц измельчаемого материала; 11) Уравнение потребного расхода газа. Расход газа должен обеспечивать вынос измельчаемых из зоны помола (шпура): G = Fкэ(uкр + wизб) = p/4(D2ck-d2ш)(2,26 Q2aАedи + wизб Dск, dш — диаметр скважины и штанги инструмента; 12) уравнение максимального условного диаметра частицы, которая может быть вынесена из шпура в зависимости от G: dч= (G/F — wизб) rг/(aА2 Q4rг) (4.26) Б. Федоровым предложена расчетная номограмма (рис. 31) возможной величины выносимых частиц в зависимости от расхода газа и величины кольцевого зазора. Исходные данные: wизб = 0,3 м/с; aА =1,6; Q = 0,98; rм=2600 кг/м3; rг = 13 кг/м3. Увеличение размера разрушенной частицы и FK требует повышения расхода газа. По результатам экспериментов составлены графики . (рис. 32) для определения лучших условий выноса частиц при использовании инструментов с dШ=54 мм с G = 2,7 мэ/мин и G = 4,5 м3/мин на делювиальных отложениях Черемшанского месторождения, представленных щебенистопесчаными материалами с размером обломков до 10 см. М /VUH Рис. 31. Величина выносимых частиц в зависимости от гаэо-производительности и величины кольцевого зазора между диаметром скважины и корпусом термогазогенератора dч условный диаметр выносимых из (забоя) частиц; Fk — площадь кольцевого зазора 10 Иски,** Рис. 32. nike air max 2015 Зависимость скорости бурения и количества оставшейся в скважине буровой мелочи от диаметра скважины при разном расходе газа. Диаметр штанги dш = 54 см; — скорость бурения, м/ч. __ — — — высота слоя оставшейся мелочи h, см. Расход газа 2.7 М3/мин (/}, 4,5 м3/м

    5. Физическая сущность газодинамического воздействия на измельчаемые материалы

    5.1. Измельчение изверженных горных пород

    Материалы минерального происхождения, подвергаемые измельчению, подразделяют на три группы: горные породы, искусственные минеральные среды (бетон, железобетон, керамика, асфальтобетон и др), грунты (мерзлые и талые).

    Глава 5, ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

    5.1. ИЗВЕРЖЕННЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

    Минеральные среды, подвергаемые направленной обработке термогаэодинамическим методом, в основном подразделяют на три группы: горные породы, искусственные минеральные среды (бетон, железобетон, асфальтобетон, керамика и др.), грунты {мерзлые и талые). Поведение каждого вида минеральной среды при направленной обработке различно, наблюдается преобладание того или иного физического или физико-химического процесса, возбуждаемого в минеральной среде термогазодинамическим воздействием сверхзвуковой газовой струи, Знание причин возникновения этих процессов, определяющих конечный результат обработки, позволит выявить требования, предъявляемые к сверхзвуковой струе, и в конечном итоге, к самому термогазодинамическому инструменту. Изверженные горные породы в соответствии с их генезисом делят на два класса — глубинные и излившиеся. Глубинные (граниты, диориты, сиениты и габбро) имеют крупнокристаллическую структуру и обязательно содержат кристаллы полевых шпатов {ортоклазов или плагиоклазов), а также кварц, биотит, авгит и другие магнезиально-железистые силикаты сложного состава. В зависимости от условий охлаждения магмы содержание стекла в излившихся породах снижается от нескольких процентов (диабаз, базальт и др.) до полного отсутствия кристаллической составляющей (вулканическое стекло, пемза, вулканические туфы). Пемза и туфы обладают высокой (до 70%) пористостью. Химический и минералогический состав изверженных горных пород зависит от содержания соответственных оксидов в магме, которая и определяет их сложный полиминеральный состав. Плотные изверженные горные породы обладают прочностью на сжатие от 100 до 400 МПа и высокой твердостью — по шкале Мооса более 6, что осложняет изготовление из них различных штучных изделий традиционными механическими приемами. По данным Е.П. Боженова [Термогазодинамическая обработка строительных материалов. – М.: Стройиздат, 1985.-208 с.] термогазодинамический способ обработки плотных пород, увеличивает производительность, уменьшает затраты труда, энергии и себестоимость в несколько раз. При взаимодействии высокотемпературной газовой струи на ограниченной площади поверхности плотных изверженных горных пород, возникают деструктивные явления. Они обусловлены различием теплопроводности, коэффициентов температурного расширения минералов, составляющих сложную полиминеральную породу. Следует подчеркнуть, что полевые шпаты — главная составляющая изверженных горных пород — обладают совершенной спайностью в двух направлениях. Это облегчает «шелушение» поверхности плотных изверженных горных пород, при обработке же пористых — полевые шпаты, обладающие относительно низкой температурой плавления, обеспечивают разрушение преграды плавлением. Технология обработки изверженных горных пород наиболее полно освещена в работах [43, 62, 63, 64, 94]. adidas nmd femme Поэтому в данной книге рассматриваются только основные положения, кратко характеризующие процесс направленного разрушения термогазоднамическим способом. Некоторые авторы [62—64] указывают на значительное влияние минералогических и структурных особенностей, трещиноватости, пористости, поверхностной деструкции и других свойств пород на интенсивность обработки. Поверхность многих изверженных горных пород под тер-могазодинамическим воздействием разрушается шелушением вследствие возникновения и развития разрушающих напряжений сжимающих, и особенно растягивающих, рост которых приводит к хрупкому отделению частиц. nike air max 1 homme pas cher Эффективность хрупкого разрушения зависит от комплекса физических свойств среды, из которых наиболее характерны полизернистость строения, прочность, величина ударной вязкости, плотность, коэффициент линейного расширения и пьезометрического эффекта. Практика показывает, что крупнозернистые горные породы сложного минералогического состава, например граниты, подвергаются хрупкому разрушению легче, чем мелкозернистые и особенно простые (из одного минерала). Чем неоднороднее строение горной породы, чем сложнее ее минералогический и зерновой состав, тем легче осуществить хрупкое разрушение горячей сверхзвуковой струей. Этому требованию удовлетворяют многие изверженные горные породы. Структурные особенности туфов, возникновение химических реакций в известняках, наличие флюсующих минеральных включений препятствует развитию хрупкого скола. Неоднородность минеральной среды способствует неравномерному возникновению в ней разрушающих напряжений, развивающихся под термическим и динамическим воздействием сверхзвуковой газовой струи, усиленным ее нестационарными свойствами и неравномерностью приложения нагрузок (тепловых и динамических) к зоне обработки. При хрупком разрушении используется широкий спектр термогазодинамического воздействия, присущий сверхзвуковой струе, причем неравномерность приложения нагрузок и их нестаци’онар-ность во времени и пространстве интенсифицирует процесс хрупкого разрушения. Развитие этих особенностей сверхзвукового газового потока путем соответствующего конструктивного оформления инструмента и будет определять производительность. Отмечено [62—64], что неоднородность {макро- и микро-) среды способствует неравномерному возникновению разрушающих напряжений, усиливаемых неравномерностью воздействия струи. Неравномерность приложения нагрузок, их нестационарность во времени и по пятну воздействия интенсифицирует процесс хрупкого разрушения. Развитие явлений нестационарного, пульсирующего воздействия струи является важным технологическим приемом интенсификации обработки. jordan norma france Им нужно и можно управлять путем пульсации системы подачи топлива, сблокированной с системой зажигания; перемещением термогазогенератора по преграде с определенной скоростью, тогда в каждой ее точке будут действовать переменные параметры; путем последовательного импульсного охлаждения и воздействия горячей струей на поверхность. Представляется возможным организовать эти процессы на поточных линиях получения изделий из камня при наличии надежных систем управления.

    5.2. ОСАДОЧНЫЕ И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

    Карбонатные породы — известняки, доломиты, магнезиты и мергели имеют слоистое строение и часто загрязнены посторонними включениями. При их нагревании выше температуры диссоциации выделяется CO2, оставшиеся СаО или MgO обладают температурой плавления выше 2000°С и высокой пористостью, что препятствует их обработке сверхзвуковой горячей струей. Однако MgO и особенно СаО при увлажнении переходят в гидроксид Mg(OH)2 или Са(ОН)2, который самопроизвольно распадается в тонкий порошок. Технологическая схема разработки карбонатных пород должна состоять из последовательно чередующихся циклов нагревания и увлажнения разрушаемой поверхности. jordan retro france Разработка такого комбинированного инструмента позволит значительно увеличить производительность труда при добыче камня, получении резов, штраб, отверстий (например, в бутовых фундаментах при прокладывании трубопроводов, кабелей и т. п.). Сверхзвуковые скорости обеспечат вынос порошка гидроксида, тонкую и эффективную обработку. Глины — широко используемое сырье для производства строительных материалов (кирпича, фарфора, фаянса, портландцемента и т. д.). При замораживании глины трудно разрабатываются и требуют специальных дорогостоящих приемов (бурение, взрывание, оттаивание и т. п.). Использование термогазодинамического способа удешевляет и ускоряет работы. При нагревании глины до 100″С и значительном увлажнении (15—35%) образуется пластичная легкообрабатываемая масса. При температурах выше 100°С выделяется свободная вода и образуется камень прочностью 20—50 кг/см2. При 400-—600°С выделяется химически связанная вода, и последующее увлажнение не приводит к образованию пластичного теста. При 1000—1200°С значительно увеличивается прочность камня. nike air presto Выше 1200 оС образуется жидкая фаза, прочность в нагретом состоянии снижается и повышается после охлаждения. При нагреве выше 1580°С практически все глины плавятся с образованием вязкого расплава. Часто глинистые примеси присутствуют в осадочных породах, известняках, песках и при нагревании вступают в химическое взаимодействие с другими компонентами, что надо учитывать при разработке технологической схемы работы инструмента. При обработке глин термогазодинамическим способом сравнительно легко производить спекание, что после охлаждения обеспечивает высокую прочность, труднее осуществлять резку, пробивание отверстий и другие работы, связанные с разрушением и эвакуацией разрушенных частиц, так как необходим нагрев поверхности до 1500—1600 0С. При нагреве глины до 400—800°С можно использовать термомеханический способ, Песчаники, конгломераты, брекчии представляют собой сцементированные гипсом, глиной, известняком, кремнием зерна (кварцевого) песка, гравия, щебня. chaussure de tennis asics Поведение их при нагревании связано с модифнкационными превращениями кварца и химическими процессами в глине, известняке и гипсе. Подобно многим полиминеральным породам они должны поддаваться термогазодинамической обработке. Гипсовый камень разрабатывают и перерабатывают щих веществ, поэтому прн их добыче эффективен взрывной способ. При применении термогазодинамического метода следует учитывать, что двухводный гипс CaSО4*2H2O, нагретый до 200°С, в результате выделения 1,5 молекулы воды становится мягким и малопрочным. Нагревание до 1200°С не изменяет его прочности. Выше 1200°С происходит диссоциация по схеме: 2CaSO4 2СаО + 2SО2 +О2 малая твердость гипсовых пород (по шкале Мооса 2—3) позволяет считать термогазодинамический метод малоэффективным для их обработки. Поведение метаморфических горных пород, подвергаемых термогазодинамическому воздействию, определяется их минералогическим составом. Так, гнейсы ведут себя аналогично гранитам, мраморы — известнякам, глинистые сланцы — глинам и т. д.

Добавить комментарий