Технология струйной цементации грунтов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?еханическому инструменту в режиме бурения пилотной скважины, а также автоматическому переключению потока жидкости, в зависимости от режима работы.
5.2 Расчетная часть
Трубопроводы буровых штанг подвергаются одновременно нагрузкам статического и динамического характера. К первым относятся рассмотренные статические нагрузки, обусловленные внутренним давлением жидкости, а также нагрузки, возникающие в результате температурных деформаций. Ко вторым относятся нагрузки, возникающие при частотных деформациях (колебаниях) трубы, обусловленных пульсацией давления жидкости, гидравлическими ударами, а также колебаниями (вибрацией) самих трубопроводов, вызываемыми внутренними и внешними причинами. Напряжения, возникающие в материале труб, создаются суммой перечисленных составляющих, причем основное место в этой сумме занимают составляющие, обусловленные динамическими факторами, и в особенности при частотной их повторяемости.
Определим толщину стенки трубопровода буровой штанги, которая выдержит приложенные к ней нагрузки, а также сжимающие силы и нормальные напряжения при возникающем продольном изгибе во внутренней и внешней трубах.
Прочность прямых тонкостенных труб, нагруженных внутренним давлением, при котором можно пренебречь дополнительными напряжениями, возникающими вследствие овальности (эллиптичности) сечения трубы, может быть проверена на продольный разрыв по формуле:
, (1)
где ?p - допустимое напряжение разрыва материала трубы, которое обычно выбирается равным 30-35% величины временного сопротивления (?в), p = 600 атм. - максимальное давление жидкости, МПа; d - наружный диаметр трубы, мм; s - толщина стенки трубы, мм.
Толщину стенки с учетом отклонения в размерах диаметра и толщины стенки вычисляют по выражению
, (2)
где m = 0,3 - отклонение по диаметру трубы, мм (ГОСТ 8734 - 58)
n = 0,9 - коэффициент, учитывающий отклонение по толщине стенки трубы (ГОСТ 8734-58).
Для стали 40ХН ?в = 100 кгс/мм2
Тогда ?p = 300 МПа.
Толщина стенки будет равна
, м
Минимальная толщина стенки вычисляется по выражению:
,м (3)
Под толстостенными понимают трубы, в которых отношение наружнего диаметра трубы к толщине ее стенки удовлетворяет условию
?16, (4)
?16. [6]
1.Продольный изгиб в буровой штанге возникает под действием центрально приложенных продольных сжимающих сил вследствие потери устойчивости. В трубе постоянного сечения различным формам потери устойчивости соответствуют критические значения сжимающих сил определяемая формулой Эйлера:
, (5)
где Е - модуль упругости материала стержня (для стали 40ХН, Е = 22104 МПа), [7]- минимальное значение осевого момента инерции поперечного сечения стержня, м4,- длина стержня, м,
n - целое число.
Практический интерес обычно представляет минимальное значение критической силы, при n = 1. Стержень изгибается с образованием одной полуволны синусоиды, при всех последующих n число полуволн соответственно равно n.
Тогда формула Эйлера примет вид:
, (6)
Практический интерес обычно представляет минимальное значение критической силы.
Нормальные напряжения в поперечном сечении, возникающие при действии этой сжимающей силы находятся по формуле:
, (7)
где F - площадь поперечного сечения стержня, м2.
Момент инерции для толстостенных труб определяется по формуле:
, (8) [8]
Для внешней трубы:
, м4
кН,
МПа.
Для внутренней трубы:
, м4
кН,
МПа.
Отсюда видно, что потеря устойчивости наступает при напряжениях, значительно меньших предела текучести или предела прочности материала, т.к. для стали 40ХН т = 80 кгс/мм2. [7]
Для определения параметров комплекса использовалась "Методика расчета конструктивных параметров СЦГ инструмента, режимных параметров процесса СЦГ горных пород и энергетических характеристик насосного оборудования" также разработанная в ТулГУ.
Результаты расчета основных параметров работы оборудования и исходные данные к расчету представлены в таблице.
№ п.Наименование параметраЕд. изм.НормаИсходные данные (задаются исходя из доступного насосного оборудования)1Диаметр закрепляемого массивам2,82Гидравлическая мощность насоса установкикВт1003Давление водоцементного раствораМПа604Коэффициент сцепления горной породыМПа0,01Расчетные величины1Диаметр струеформируещей насадким0,00352Частота вращения буровой колонныс-10,13Скорость подачи буровой колонным/с0,0044
Таким образом, теоретическая скорость продвигания забоя (по технологии ГСЦ) составляет 0,0044 м/с или теоретическая производительность составит = 15,8 м/ч.
Суточная производительность (м/сут.) проходки рассчитывается по формуле:
, (9)
где - число рабочих смен в сутки; - длительность смены, (ч); - коэффициент машинного времени; - коэффициент прерывности работы.
Учитывая сложность проведения работ в выработках малого диаметра принимаем = 0,4; = 0,7.
Тогда, при односменной работе получим:
, м/сут
При допущении, что закрепляемый массив набирает достаточную устойчивость за трое суток, то для осуществления непрерывной проходки по закрепленному массиву горных пород необходимо опережение проходческого забоя (т. е. длина буровой колонны) 35 3 = 105 м. Что вполне соответствует технологическим возможностям ?/p>