5.4. КАЧЕСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ПРОТИВОТОЧНЫХ ГДД
Положительной особенностью термогазодинамического, способа измельчения является то, что разрушенные частицы непрерывно выносятся из зоны разрушения и эвакуируются из зоны помола, т. е. одновременно с измельчением совершается важная часть работы в технологическом цикле — классификация. Именно невозможность осуществления эффективной эвакуации измельченных до заданной крупности частиц из зоны обработки (измельчения) — одна из главных причин низкой эффективности термогазодинамического метода. Возможность эвакуации измельченных частиц из зоны измельчения отработанным газовым потоком принципиально меняет технологию. Отпадает необходимость в применении специальных механических и гидравлических систем для выноса разрушенных частиц в зону дальнейшей обработки, как это делается при традиционных способах измельчения (шаровое мокрое измельчение, например). В случае противоточных газодинамических дезинтеграторов процесс разрушения и эвакуации разрушенных частиц совмещен по времени и осуществляется единым рабочим органом — газовым потоком. Разрушение минеральной частицы начинается с момента возникновения контакта между ее поверхностью и телом сверхзвуковой горячей струи. На забое возникает, как правило, опрделенная конфигурация ударных воли. Газовый поток отходит от разрушаемой частицы вместе с элементами разрушаемой минеральной среды (твердыми или расплавленными) и двигается в направлении элементов с более низким давлением. Кольцевой зазор образуется внутренней стенкой скважины и наружной стенкой термогазогенератора и его штанги. Расход газа, его энергетический потенциал должны обеспечить как разрушение, так и вынос частиц разрушаемого материала. Скорость отходящего в кольцевой зазор газового потока должна быть достаточной для поддержания в частиц во взвешенном состоянии и придания им определенной скорости эвакуации. Для этого необходимо выдержать условия неразрывности Gm =vvFkr (где FK — площадь сечения транспортной , v и r — соответственно скорость и средняя плотность двухфазного потока). В транспортном трубопроводе, в рассматриваемом случае, перемещается двухфазный поток (газ + частицы материала). При термогазодинамическом и термогазомеханическом способах обработки особенности характера разрушения различны, однако картины эвакуации частиц из скважины во всех случаях одни и те же.
5.5. ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО диспергирования
Атомистика газодинамического разрушения материалов.
(см. выше, также: 22.251/А 92 №1206476. Атомистика разрушения. Сб. ст. –М.: Мир,1987. С24 … 2. 22.253/Б 24 №1328106. Взаимодействие газа с поверхностью. Уч. Пос. — Л-д.: 1990 3. 22.253./Л 98 1268871. Ляхов В.Н., Подлубный В.В., ТитаренкоВ.В. Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкций. – М.: Машиностроение. 1989. Чтобы понять измельчение, как часть технологической операции, обеспечивающей сокращение размеров подлежащих переработке материалов, необходимо рассмотреть несколько промежуточных этапов, её реализации, а именно: поступление частиц в зону нагружения; сообщение частицам разрушающих нагрузок; удаление из зоны измельчения частиц, свободных от нагрузок (не нагружаемых частиц; выделение из общей массы измельчаемого материала частиц, измельченных до заданной крупности; предотвращение последующей, после разрушения, агломерации. Наиболее трудными для понимания считаются механизмы разрушения и агломерации. Для их анализа необходимо рассмотреть несколько влияющих на них факторов: — поля напряжений, обусловленные нагрузкой, создаваемой разрушающим приспособлением или возникающие в результате воздействия измельчающей среды; — остаточные упругие напряжения из-за предварительной механической или термической обработки, влияние окружающей среды на зарождение и распространение трещин, а также на агломерацию … см. л-ру. Положительной особенностью термогазодинамического, термомеханического и термогазомеханического способов обработки материалов является то, что разрушенные частицы выносятся от зоны их обработки, т. е. одновременно с измельчением совершается важная часть работы в технологическом цикле. Невозможность эффективной эвакуации разрушенных частиц (или расплава) из зоны обработки — одна из главных причин низкой эффективности огневого и термоэлектрического методов. Возможность организации эффективной эвакуации продуктов разрушения породы из зоны обработки отработанным газовым потоком принципиально меняет термогазодинамическую технологию обработки. Отпадает необходимость в применении специальных механических и гидравлических систем для выноса разрушенных частиц материала из зоны обработки, как это делается при традиционных способах измельчения и т. п.. В случае газодинамического диспергирования материалов традиционно процессы разрушения и эвакуации разрушенных частиц совмещены во времени и осуществляется единым рабочим органом — газовым потоком. Процесс разрушения частицы материала начинается с момента возникновения контакта между ее поверхностью и телом сверхзвуковой горячей струи. На поверхности контакта возникает, как правило, стройная конфигурация ударных воли. Газовый поток отходит от поверхности частицы вместе с элементами разрушаемой минеральной среды (твердыми или расплавленными) и двигается в (? ? кольцевом зазоре скважины к ее устью). Кольцевой зазор образуется внутренней стенкой скважины и наружной стенкой термогазогенератора и его штанги. Расход рабочего тела (газа) должны обеспечить какразрушение, так и вынос частиц разрушаемой породы. Скорость отходящего в кольцевой зазор газового потока должна быть достаточной для поддержания во взвешенном состоянии частиц породы и придания им определенной скорости эвакуации. Для этого необходимо выдержать условия неразрывности Gm =vFvр (где FK — площадь кольцевого зазора, v нр — скорость и средняя плотность двухфазного потока). В кольцевом зазоре в рассматриваемом случае наблюдается двухфазный поток (газ + частицы породы). nike air max 1 При термогазодинамическом и термогазомеханическом способах бурения особенности характера разрушения различны, однако картины эвакуации частиц из скважины во всех случаях одни и те же. Газопотоки в помольной камере. Эксперименты на плоской модели с холодной струей показали, что в зоне между срезом сопла, телом сверхзвуковой газовой струи и отходящим газовым потоком образуется характерная циркуляционная зона или застойная газовая зона. В случае плоской модели наблюдается наличие двух осесимметричных возвратно-циркуляционных зон. В реальном случае эти зоны объединяются в кольцевую — «торовую» поверхность. Величина этих зон и масса газа в них стабильны и зависят от расхода газа, подаваемого в зону измельчения, диаметров разгонных трубок и величины зазора между срезами разгонных трубок и диаметра трубчатой помольной камеры. Средняя скорость вращения этих вихрей, видимо, дозвуковая, определяется скоростью рабочей струи и отходящих из помольной камеры потоков. Возвратно-циркуляционные вихри могут не участвовать непосредственно в процессе разрушения частиц материала .отгорожены отсоединенным скачком уплотнения, а от стенок — отходящими газовыми потоками, однако и в этом случае они играют существенную роль в организации технологического процесса: 1) циркуляционные зоны поглощают холодные слои газа, движение которых может при определенных условиях возникнуть в направлении от устья скважины к ее сопловому срезу по наружной стенке разгонной трубки и его кожуха; 2) застойная зона, обладающая повышенными температурными полями за счет длительной аккумуляции теплоты от сверхзвуковой струи и боковых газовых потоков, создает изолированную высокотемпературную газовую область у дна забоя, что способствует процессу направленной обработки; 3) занимая определенный объем в заторцевом пространстве, циркуляционные зоны оттесняют газовые потоки, отходящие от зоны встречи (забоя) к стенкам скважины. Уменьшение толщины этих потоков увеличивает их скорость, в результате чего улучшаются условия дополнительного разрушения стенок скважины и эвакуации разрушенных частиц или расплава из скважины. Можно так организовать процесс образования возвратно-циркуляционных вихрей, что они будут участвовать в процессе разрушения. Частицы породы, захваченные ими, должны направляться сверхзвуковой газовой струей в зону встречи, т.е. Nike Air Max Soldes реализуется процесс, близкий к термогазом еханичсскому. При разрушении частиц газовый поток с находящимися в нем частицами проходит между стенкой скважины и зоной застойной циркуляции. Часть твердых частиц захватывается циркуляционными вихрями (рис, 30, а). При увеличении массы этих частиц выше допустимой они выпадают на расходящуюся поверхность основной газовой струи. Твердые фракции, получив дополнительную кинетическую энергию, выбрасываются из скважины, но частично опять возвращаются в застойную зону. Частицы скальных горных пород вносят в застойную зону определенную тепловую энергию, что повышает общую температуру застойной зоны, в результате чего она становится надежно изолированной от зоны обработки. Одновременно в циркуляционных зонах происходит измельчение частиц, усиливаемое вторичным выпаданием наиболее крупных частиц обратно в зону помола. При разрушении мерзлого грунта, а также материалов повышенной влажности общая картина течения газового потока сохраняется. Однако газоматериальный поток, отходящий из зоны помола, в отличие от случая измельчения сухих материалов, активно аккумулирует часть теплоты из этой зоны на просушку частиц и перегрев водяных паров. При этом частицы материала, захватываемые циркуляционными вихрями, могут терять не только свободную, но и связанную влагу. При наличии неоднородностей в измельчаемом материале и определенном соотношении между массой транспортируемого материала и кинетической энергией отходящих газов эти частицы не сразу эвакуируются из зоны помола, а, попадая в циркуляционный вихрь, частично измельчаются в процессе взаимных столкновений и столкновений с ограничивающими стенками. Частицы, выпавшие в помольную камеру, могут подвергаться термомеханическому разрушению. Процесс измельчения может затрудняться накоплением в зоне помола «неподъемных» частиц, скорость витания которых превышает скорость движения газового потока. Если размеры частиц таковы, что вынос их затруднен, а энергия циркуляционных вихрей не достаточна для их захвата и доизмельчения, то они накапливаются в застойных зонах, что может привести к остановке мельницы. Одним из направлений решения этой проблемы – увеличение энергии циркуляции вихрей.
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) :
-
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)
- 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)
-
Уравнение объема, занимаемого породой,
Vм = 1d Qм / rgdt 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. 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 мFг rгgwг. (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 + wизбDск, 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. 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
Рис. 32. Soldes Louboutin 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. ugg australia pas cher __ — — — высота слоя оставшейся мелочи h, см. Расход газа 2.7 М3/мин (/}, 4,5 м3/м 5. Nike Air Max 90 Pas Cher 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]. 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. 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. chaussure air jordan 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. 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. roshe run pas cher 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. 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. 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. 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. Естественно, что ожидать полной аналогии не следует, так как в процессе метаморфизма структура горных пород существенно изменяется, например появляется сланцеватость, по направлению которой разрушение будет особенно интенсивным.
5.3. МЕРЗЛЫЙ И ТАЛЫЙ РУНТ
Характерная особенность земляных работ в зимнее время — повышенные затраты труда и времени, а также высокая их энергоемкость. При низких температурах дисперсные породы приобретают свойства монолитных скальных пород, чрезвычайно плохо поддающихся механическому разрушению; разработка их сопровождается резким удорожанием и износом оборудования. При этом производительность механического оборудования снижается в 10—15 раз по сравнению с разработкой теплых грунтов, Мерзлый грунт — сложное по составу полидисперсное, многофазовое, неоднородное тело. Его физико-химические свойства обусловлены не только составом, но и структурой, т. е. взаимным расположением слагающих элементов. При одинаковом содержании льда, различно распределенном в объеме мерзлой породы прочностные и деформационные характеристики породы могут резко отличаться друг от друга. Прочность и неоднородность мерзлого грунта, характер контактов между составляющими частицами, как и прочность отдельных составляющих и прежде всего льда, принципиальны дли разработки роющих, режущих и скалывающих рабочих органов механических машин и устройств. jordan france basket В этом аспекте н изучаются свойства мерзлых грунтов. Исследуются также вопросы распространения тела в мерзлом грунте (оттаивание и предохранение от промерзания). Перенос теплоты в мерзлом грунте осуществляется в кондуктивной, конвективной и лучистой формах. При оттаивании мерзлых грунтов искусственными источниками перенос теплоты путем лучеиспускания достигает всего нескольких процентов. Конвективный перенос теплоты обусловливается внутри-поровой, межпоровой, свободной и вынужденной конвекция-ми, диффузионным и термодиффузионным переносом. Кондуктивная теплопроводность — основной механизм теплопередачи в мерзлых грунтах в естественных условиях. Из-за сложности объекта исследования теплофизические свойства мерзлых пород пока мало изучены. Недостаточно изучен и характер поведения мерзлого грунта различного состава под воздействием горячего сверхзвукового газового потока. При торможении сверхзвукового потока в зоне торможения, расположенной на поверхности преграды, происходит практически мгновенное выделение тепловой энергии, сопровождаемое скачкообразным повышением давления струи. Величины температурного скачка и скачка давления приблизительно равны начальным условиям образования сверхзвукового газового потока, в нашем случае — давлению и температуре в камере сгорания термогазогенератора. Мгновенный тепловой и динамический удар, испытываемый поверхностным слоем мерзлого грунта, вошедшего в контакт со сверхзвуковым газовым потоком в первую очередь воспринимается цементирующей грунт ледовой связкой, которая активно теряет свою твердую фазу в пятне контакта. Характер поведения ледовой связки существенно влияет на процесс разрушения. При ударном тепловом воздействии лед практически мгновенно переходит в перегретый пар, который изнутри грунтового слоя отрывает частицы грунта от основного массива, что дополняется наружным динамическим воздействием струи. После активного выброса освободившихся частиц процесс ударного воздействия воспринимается следующим слоем грунта, так как ранее образовавшийся паровой слой препятствовал проникновению теплоты в последующий массив и постепенному переходу льда в жидкую фазу. При недостаточном термическом воздействии лед постепенно переходит в воду и только частично в пар. Взрывного высвобождения частиц грунта в результате активного парообразования не наблюдается. Грунтовой слой «вымывается» по мере образования воды, при этом значительная часть тепловой энергии струи бесполезно расходуется на парообразование уже в самой полости шпура и не влияет на процесс разрушения. При невозможности обеспечить необходимое термическое воздействие для взрывообразного перехода ледовой связки а пар тепловые параметры струи целесообразно уменьшить до величин, исключающих активный перегрев пара и парообразование в полости скважины. Сохраненная таким образом тепловая энергия пойдет на расплавление большей ледяной массы, в результате чего большее количество грунтовых частиц потеряет связь между собой. В этом случае для компенсации отсутствия сил внутреннего парового давления необходима струя с большими скоростными характеристиками, что обеспечит увеличение выносимой массы за счет расплавления льда, дальнобойности и силового действия струи, позволит осушить зону обработки от поверхностного водяного слоя. Первый режим взрывного разрушения грунта предпочтительней, так как скоростные параметры струи могут быть уменьшены. При втором режиме надо придать струе повышенные скоростные качества, а тепловые должны обеспечивать расплавление льда при минимально допустимом нагреве образовавшейся жидкой фазы. Третий режим, переходный между первым и вторым, при котором термические свойства газового потока не достаточны для взрывообразного перехода льда в пар, но обеспечивают активное парообразование в полости шпура или реза, нерационален. Таким образом, эффективность термогазодинамического метода определяется наличием ледовой цементирующей связки, которая затрудняет использование механических способов. Прочностные свойства грунта, зависящие от строения ледовой связки и понижения температуры, не влияют на скорость разрушения грунта термогазодинамическим способом, в отличие от механических методов. При работах на мерзлом грунте термогазодинамический способ позволяет выполнять: проходку скважин под набивные сваи, проходку лидирующих скважин под забивные сваи, подготовку грунта под эскавацию; гнезда под столбы электроосвещения и установка реперов в шпуры при выемке грунта взрывом; работы, связанные с зонным разрушением мерзлого грунта (высвобождение шпал, трубопроводов, кабелей и других коммуникаций); рыхление зимой сыпучих грунтов (песка, гравия, щебня), погрузочно-раэгрузочные работы; очистку конвейерных лент, кузовов автомашин и вагонов от смерзшихся конгломератов транспортируемого груза и т.