CC BY
32
© Б.Г. Климов, Л.Н. Гильянова, Л.И. Матвеева, 2002
УДК 622.022:621.542
Б.Г. Климов, Л.Н. Гильянова, Л.И. Матвеева
ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ С ПОГРУЖНЫМИ ПНЕВМОУДАРНИКАМИ И СТЕПЕНЬ ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВА
а = 1 +
Чв
Чвозд
(8)
Если в (5) скорость струи V, заменить расходом воздуха пневмоударником и,, то
Др = 6,76 -10
ауи21г
d 5
(9)
ри наращивании бурового става в станках типов НКР-100, Веер, СТО-100 для бурения скважин при подземных горных работах или использовании в тех же целях на поверхности станков типа СБУ-100, СБУ-125 и их модификациях происходит снижение скорости бурения. Для технологических расчетов К.И. Иванов [1] предлагает это учитывать коэффициентом р при определении средней скорости бурения, м/мин, как:
V = Vн - 0,5 рL (1)
где Ун - начальная скорость бурения, м/мин; L - глубина скважин, м.
Неопределенность значения р как функции условий эксплуатации станков исключается, если расчет скорости бурения выполнять по формуле
V = VнVс, (2) где Цс - коэффициент потерь давления воздуха в буровом составе и затрубном пространстве.
Исходя из степени влияния потерь давления Др на ударную мощность пневмоударника 3
( 0,5 Др ^2
Цс т- —р~), (3)
где р - номинальное давление сжатого воздуха, Па. Потери давления
Др = Др1+Др2 (4)
складываются из потерь давления внутри бурового става Др1 и в затрубном кольцевом пространстве Др2.
Их можно рассчитывать по зависимости:
(5)
Чв =
С учетом увлажнения воздуха, кг воды/кг воздуха:
Чуд
(6)
Чвозд
где qуд - удельный расход воды, кг/м скважины [1]
vy
и
где и - расход воздуха пневмоударником, м3/мин.
Удельный вес водовоздушной струи увеличивается в а раз, где
Чвозд
(7)
Размерность Др (Па), а значение X в (5) принято равным 0,03. Для условий пневмотранспорта, по данным А.О. Спиваковского, в [2] величину X рекомендуется принимать равной 0,066.
Расчеты, выполненные для буровой штанги с внутренним диаметром 40 мм, наружным - 61 мм при скважине 105 мм и расходе воздуха 5,5 м3/мин, показывают, что значение Цс = 0,8. При этом потери в затрубном пространстве Др2 относительно невелики для рассмотренных параметров.
Изложенная методика позволяет выполнить расчеты скорости бурения для любых условий эксплуатации.
При использовании буровых станков с высоким уровнем давления влияние потерь давления снижается, что непосредственно следует из формулы (3).
Степень энергетического совершенства станков, использующих сжатый воздух с давлением более 1,0 МПа, как показывает выполненный нами анализ, возрастает из-за уменьшения относительных затрат на производство сжатого воздуха компрессорами высокого давления (таблица).
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ
НА ПРОИЗВОДСТВО СЖАТОГО ВОЗДУХА
Абсолютное давление воздуха, МПа Рабочее давление, МПа
0,8 1,7 2,46 3,5
0,8 1 1,31 1,47 1,64
1,7 - 1 1,12 1,25
2,46 - - 1 1,11
3,5 - - - 1
Анализ данных таблицы показывает, что переход от двухступенчатых компрессоров к трехступенчатым дает существенный экономический эффект.
Так применение станков с рабочим давлением 3,5 МПа увеличивает затраты энергии на производство 1 м3 воздуха на 64 %. В то же самое время ударная мощность станков возрастает почти в 10 раз. Переход от давления 1,7 МПа к 3,5 МПа такого эффекта уже не обеспечивает. Снижение затрат обеспечивается только на 25 %.
Полученные результаты объясняются особенностями охлаждения воздуха в многоступенчатых компрессорах и стимулируют разработку и внедрение в производство пневмоударной техники высокого давления, получившей широкое применение в зарубежной практике горного машиностроения.
Так как выбрасываемый из пневмоударника воздух является энергоносителем при транспортировании
-6
разрушенной породы из скважины, то скорость воздушного потока должна превышать скорость витания при бурении нисходящих скважин.
Бурение восходящих скважин предопределяет гравитационную очистку забоя, и для этих условий равенство скоростей воздушных потоков внутри бурового става и вне его является разумным компромиссом для обеспечения максимальной разницы давления в камерах рабочего и холостого ходов пневмоударника. Рассмотренная технологическая схема потоков позволяет оптимизировать для конкретных условий эксплуатации размеры буровых штанг исходя из условий максимального использования энергии сжатого воздуха.
Математически качество системы может оцениваться произведением коэффициентов использования электрической энергии на производство сжатого воздуха компрессором, степени совершенства конструк-
1. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987. - 272 с.
ции станка пневмоударника и условий их эксплуатации. К сожалению, отношение ударной мощности пневмоударника к мощности двухступенчатого компрессора, обеспечивающего производство требуемого количества воздуха для его работы при централизованной системе воздухоснабжения, составляет только 0,08-0,10.
Переход к использованию участковых компрессорных станций позволяет почти в четыре раза снизить удельные затраты энергии на бурение погонного метра скважины с повышением полезного использования энергии с 10 до 40 %.
Рассмотренные аспекты совершенствования оборудования определяют приоритетные направления деятельности конструкторских, проектных, машиностроительных и эксплуатационных организаций горнорудной промышленности.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Тихонов Н.В. Транспортные машины и комплексы горнорудных предприятий. - М.: Недра, 1975. -287 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Климов Б.Г., Матвеева Л.И. — Северо-Кавказский государственный технологический университет. Гильянова Л.Н. — Московский государственный горный университет.
