Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

Исходные данные для расчетов

Достоверность расчетов такого многофакторного процесса, каким является бурение горных пород плавлением, решающим образом зависит от точности определения исходных параметров и объективности регистрируемых в эксперименте результатов. Кон­структивные параметры теплового пенетратора и технологические параметры процесса бурения — активная тепловая мощность и осе­вая нагрузка — известны заранее. Основной результат процесса — скорость бурения плавлением — можно точно фиксировать в экспе­рименте. Однако достоверное определение теплофизических свойств горных пород и тем более их расплавов представляет серьезные трудности, поскольку эти свойства меняются в широком диапа­зоне не только для разных видов горных пород, но и для одной и той же породы в зависимости от температуры, пористости, влаж­ности и других факторов. Кроме того, сам процесс определения теплофизических свойств горных пород и их расплавов, тем более в зависимости от определяющих факторов, сложен, требует дорогостоящей аппаратуры и специально разработанной мето­дики, что является самостоятельной и весьма важной научной за­дачей.

По указанным причинам в рассматриваемых здесь расчетах пспользованы в основном фактические данные о физических и теп­лофизических свойствах базальта, полученные в результате спе­циальных измерений и экспериментов по бурению плавлением, выполненных в лаборатории Калифорнийского университета в Лос — Аламосе (США) [80].

Ниже приводятся теплофизические свойства базальта и его расплава по данным [80] :

плотность базальта рт = 2,6 -103 кг/м3; теплоемкость базальта ст = 1,05-103 Дж/(кг-°С);

теплопроводность базальта[1] Хт = 1,2 Вт/(м-°С); ;

естественная температура базальта в массиве — 20 °С; удельная теплота плавления базальта — ф = 4,2 -105 Дж/кг; температура плавления базальта /агр= 1200 °С; плотность расплава базальта рж = 2,7-103 кг/м3; теплоемкость расплава базальта сж — 1,25-103 Дж/(кг-°С); теплопроводность расплава базальта Я, ж = 0,25 Вт/(м-°С); температуропроводность расплава аж — Кж/(сжрж) — 7,41 •

• 10~8 м2/с;

кинематическая вязкость расплава при средней температуре 1250° v= 1,85-10-3 м2/с.

При расчетах по приведенным выше формулам, в частности посвященным исследованию влияния теплопроводности окружаю­щего тепловой пенетратор массива на рассеивание теплоты в мас­сиве и, следовательно, на скорость бурения плавлением, значения теплопроводности породы (базальта) изменялись в пределах = = 0,2+1,8 Вт/(м-°С) через 0,2 Вт/(м-°С).

Следует иметь в виду, что эквивалентный коэффициент тепло­проводности тонкой ламинарной пленки жидкости (в нашем слу­чае для слоя расплава под пенетратором) для условий «предель­ного числа Нуссельта» в соответствии с данными Б. С. Петухова [1967 г.] должен определяться соотношением?/ж = 3,77?иж, где —коэффициент теплопроводности расплава при средней темпе­ратуре.

Принятые при расчетах основные конструктивные параметры теплового пенетратора в форме тела вращения цепной линии: радиус Р = 0,025 м; высота Н — 0,075 м; параметр цепной линии Ь = 8,36-10~3 м;

максимальная площадь поперечного сечения (равная площади сечения скважины без учета дополнительного оплавления сте­нок) р0 = я/?2 =1,96-10-3 м2;

площадь рабочей поверхности (без учета. торца) Р = = 9,16-10~3 м2;

объем теплового пенетратора I/ = 8,78 -10-5 м3; высота цилиндра с радиусом /?, эквивалентного пенетратору по объему, Нц = V/(л/?2) = 4,48-10~2 м.

Точность расчета скорости бурения плавлением, влияние на нее активной мощности пенетратора, осевой нагрузки и других фак­торов в существенной мере зависят от правильности определения значений входящего в полученные выше формулы безразмерного коэффициента гидравлического сопротивления X. Естественно, речь может идти лишь о приближенной оценке его значений при конк­ретных условиях. С этой целью воспользуемся следующими сооб­ражениями.

Движение вязкого расплава под влиянием осевой нагрузки в кольцевом зазоре вокруг пенетратора есть достаточно оснований рассматривать как ламинарное. Для этого случая коэффициент гидравлического сопротивления в щелевом канале определяется по известной формуле

I = 96/Ие. (5.86)

В нашем случае Яе == шйэ/ч. Принимая во внимание выраже­ния (5.70) и (5.71) соответственно для ю и йэ, после преобразо­ваний на основании формулы (5.86) для среднего радиуса пене­тратора в порядке первого приближения получаем

А= 192у/(/?и). (5.87)

При расчетах конкретных значений коэффициента гидравличе­ского сопротивления по формуле (5-87) вязкость расплава V должна приниматься при средней температуре.

При исследовании влияния вязкости расплава на скорость бу­рения плавлением по базальту значения коэффициента кинемати­ческой вязкости изменялись в пределах V =(0,5 Ч-2,5) • 10“3 м2/с

через 0,5-10~3 м2/с.

Необходимые при расчетах значения удельной осевой нагрузки р, Па, вычислялись по формуле

р==С/(пЯ (5.88)

где С — осевая нагрузка, Н.

При расчетах осевой нагрузке придавались различные значе­ния в пределах С = 102 — 104 Н.

При расчетном анализе влияния высоты пенетратора Н на скорость бурения плавлением и другие характеристики процесса В условиях ПОСТОЯННОЙ объемной тепловой МОЩНОСТИ <7у, Вт/м3, последняя определялась из соотношения

= (5.89)

и принималась равной 2,5-107, 5,0-107, 7,5-107, МО8 Вт/м3.

При исследовании влияния активной тепловой мощности на скорость бурения плавлением по базальту и другие характе­ристики процесса принимались разнообразные значения мощности в пределах Ыг = Ю3-т — Ю4 Вт.

В процессе расчетного анализа варьировались также и другие конструктивные и технологические параметры, о пределах измене­ния которых можно судить по результатам расчетов, представлен­ных в графической форме.

Оставить комментарий