Учебное пособие 1992

УДК 622.243.23

РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЕМОГО УСТРОЙСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ

О.Ю.Челяпин, А.А.Максименко Воронежский государственный технический университет

E-mail: olegfm031@rambler.ru

Одним из этапов строительного цикла при возведении новых и реконструкции существующих промышленных и гражданских сооружений является прокладка инженерных коммуникаций различного назначения. Бестраншейный метод позволяет проводить работы без нарушения поверхностного слоя грунта, что приводит к снижению трудовых и материальных затрат, сокращению сроков строительства. Поэтому бестраншейные технологии прокладки подземных коммуникаций находят все более широкое распространение в строительстве и в развитых странах становятся преобладающими. В настоящее время при устройстве подземных переходов бестраншейными методами широко применяют установки горизонтального направленного бурения (ГНБ). В основном данные установки зарубежного производства (США, Китай, и др.). Стоимость установок составляет 100 – 500 т.долл. Применение установок ГНБ осложняется их большими габаритами и малым радиусом искривления создаваемой скважины.

В мировой практике подземного строительства при сооружении переходов длиной до 40 м и диаметром 40 - 250 мм значительные объемы работ выполняются с использованием пневмоударной техники, представленной в основном пневмопробойниками. Их стоимость находится в пределах 50 – 250 т.р. в зависимости от модели. Небольшой вес и габариты пневмопробойников позволяют их применять в различных стеснѐнных условиях. Многолетний опыт их эксплуатации показывает, что скважины, полученные путем уплотнения грунтового массива, не разрушаются длительное время, в некоторых случаях - несколько лет. Однако процесс уплотнения грунта характеризуется значительной величиной деформации массива, поэтому таким способом получают скважины диаметром не более 300 мм и низкой скоростью прокладки скважины. Другим существенным недостатком существующих пневмопробойников является практически полное отсутствие возможности курсового управления, что приводит к ограничениям их использования

151

(только прямолинейные скважины) и частым потерям устройств.

Нами ставилась цель разработать конструкцию управляемого, высокоэффективного пневмопробойника способного с большой скоростью создавать скважины высокой кривизны. Результатом разработки стал комплекс, сочетающий в себе высокую эффективность с низкой стоимостью и малыми габаритами.

Основными составляющими комплекса являются ѐмкость с жидкостью и гидронасосом 1 (или система водоснабжения при работах в городской черте), контейнер с полимерным рукавом 2, пульт дистанционного управления 3, управляемый грунтопроходческий робото-снаряд (ГПРС) 4. Основным и самым ответственным узлом комплекса является ГПРС, выполняющий прокладку рукава с жидкостью или закрепляющим составом в грунте. Существенным отличием разработанного ГПРС от существующих пневмопробойников является возможность управления направлением его движением в широких пределах с помощью отклоняемого рабочего элемента (формообразователя скважины). Другим кардинальным отличием является то, что движения ГПРС используется не только принцип «сухого трения» как в существующих пневмопробойниках, но и применение для ускоренной прокладки скважины дополнительного продавливающего усилия, возникающего вследствие давления жидкости в прокладываемом рукаве.

Рис.1 Функциональная схема комплекса прокладки скважин

Предлагаемое устройство предназначено для повышения эффективности существующих методов прокладки направленных скважин и снижения затрат.

Функционально устройство (ГПРС) представляет собой основной корпус 1 и отклоняемый с помощью поворотного устройства 2, находящегося в основном корпусе, формообразователь скважины 3. Кроме отклоняющего механизма основной корпус содержит устройство управления отклоняющим устройством 4 с датчиками перемещения, соединительное устройство 5, пожарный рукав 6 с проводами питания/управления.

152

Рис. 2 Устройство ГПРС

Отклонение ГПРС происходит в связи с тем, что нагрев вызывает увеличение реактивных силовых характеристик деформированных монокристаллов, а охлаждение - уменьшение. Необходимым условием работы устройства при прохождении искривленного участка траектории является возможность индивидуального нагрева каждого (в зависимости от задачи) термосилового элемента до определенной температуры (деформации). Эту функцию несет блок управления, управляемый оператором устройства дистанционно (по проводам). В отклоняющем устройстве могут используются как монокристаллы с памятью формы, так и гидроцилиндры.

Слежение за положением ГПРС можно осуществляться либо по датчикам перемещений, находящихся внутри основного корпуса, либо по координатам, выдаваемыми прибором поиска.

Контейнер с полимерным рукавом представляет собой герметичный металлический корпус, рассчитанный на давление ~ 25 атм., внутри которого содержится катушка с намотанным на ней полимерным рукавом и кабелем питания/управления ГПРС. Для укладки пожарного рукава и кабеля питания/управления «виток к витку» применено направляющее устройство с электроприводом. На корпусе контейнера находится разъѐм для подвода жидкости от автоцистерны, разъѐм для кабеля питания/управления и разъѐм подсоединения ГПРС. При прокладке скважины персонал подсоединяет хвостовик рукава, находящегося внутри устройства, к водяному насосу цистерны (ПЦ) а провод – к пульту управления (ноутбук) и, не включая насос, заглубляют в грунт (прикапывают) ориентируя устройство формообразователем в направлении прокладки. После включения насоса, жидкость (вода) под давлением подаѐтся в контейнер с полимерным рукавом и в рукав ГПРС. Возросшее давление позади ГПРС создаѐт движущую силу толкающее его вперѐд. Рукав при движении устройства начинает распрямляться,

153

толкая ГПРС вперѐд. Формообразователь разрыхляет грунт и создаѐт скважину.

1 - герметичный корпус, 2 – катушка с уложенным на ней пожарным рукавом и кабелем питания/управления ГПРС, 3 - направляющее

устройство, 4 - электропривод направляющего устройства, 5 - разъѐм для

подвода тушащей жидкости от автоцистерны, 6 - разъѐм для подсоединения рукава ГПРС,

7 - разъѐм кабеля питания/управления. Рис. 3 Контейнер с пожарным рукавом

При движении ГПРС возможно использовать жидкость для смачивания грунта, что позволяет значительно снижать сопротивление его движению. В случае подачи закрепляющего состава происходит образование скважины с укреплѐнными стенками, что позволяет отказаться от обсадных труб (при прокладке кабелей, ирригационных работах и др.) и снизить себестоимость работ.

В зависимости от применяемого рукава величина образуемой скважины может составлять от 20 до 500м.

Скорость устройства зависит от состава грунта и может достигать 10 метров в минуту на лѐгких почвах (песок, торф).

Литература

1. Патент RU2272873C1 устройство для образования скважин в грунте, автор Максименко Александр Александрович, дата начала отсчета срока действия патента: 06.07.2004.

154

УДК 628.5

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ СРЕД

И.А.Поздняков Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

E-mail: mr_907@mail.ru

Разрабатываемый инновационный проект предназначен для повышения безопасности и защиты человека от влияния на него негативных факторов окружающей среды путем удаления из нее загрязняющих веществ и воссоздания газовых сред со сбалансированными параметрами.

Устройство очистки газовых сред состоит из электроочистителя воздуха со встроенным ионо-озонатирующим устройством различного предназначения (бытового или промышленного).

Необходимость чистого воздуха очевидна, но как этого добиться? Американское Агентство по Защите Окружающей Среды предлагает три решения:

1.Исключить все источники загрязнения.

2.Увеличить вентиляцию помещения.

3.Фильтровать и обновлять использованный воздух.

Все эти решения обладают существенными недостатками, такими как, например: - первое решение внедрить практически невозможно в настоящее время;

-увеличение вентиляции помещения не приводит к желаемым результатам, т.к. даже самая лучшая вентиляционная система меняет только одну треть воздуха в помещении;

-третий метод также мало эффективен, т.к. фильтр способен пропустить только 10% от общего объема воздуха помещения, в процессе удержания загрязнений происходит проскок частиц загрязнений через фильтр, а также происходит накопление и рост концентрации микроорганизмов в фильтровальном материале. Известно также, что при фильтрации воздуха через фильтровальный слой он становится «мертвым», т.е. оставляет на слое электрические заряды, в том числе отрицательные аэроионы - «витамины воздуха».

Авторами предлагается способ, лишенный вышеперечислен-

155

ных недостатков. Суть способа очистки воздуха заключается в воздействии на загрязнения силовых электрических полей определенного характера, с одновременной выработкой отрицательных аэроионов и озона необходимой концентрации. Причем при этом происходит удаление пыли, спор, плесени, бактерий, вирусов, шерсти домашних животных, пылевого клеща, взвеси стройматериалов, пластмасс, стекловолокон, косметической и бумажной пыли, цветочной пыли и пуха, эпителий человека, а также очищение воздуха от следующих компонентов: фреон-12, сероуглерод, сероводород, запахи продуктов питания, запахи животных, товаров бытовой химии, табака, жженых материалов, выхлопных газов, эфирных масел, продуктов горения хлороформ, неприятных запахов.

В промышленности электроочистители используются для удаления частиц загрязнений из воздуха, но они имеют большие габариты и потребляют много электроэнергии.

Предлагаемое устройство значительно отличается от существующих тем, что имеет небольшие габариты, потребляемая мощность не превышает 15Вт, обладает хорошими эргономическими качествами, предельно просто в эксплуатации, электробезопасно. Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве очистки мы используем определенные детали, они служат дольше и более эффективны в эксплуатации.

Проект направлен, в основном на удовлетворение потребностей предпринимателей малого и среднего бизнеса, дошкольные и школьные учреждения, население в бытовых целях, а также предприятия, где особое значение придают чистоте производственных помещений (например, «чистые» комнаты). На первых этапах освоения рынка планируется делать главный акцент на «переоснащение» экологического комфорта офисных и других помещений предпринимателей малого и среднего бизнеса, работающие в Центральном федеральном округе (ЦФО).

156

УДК 621.431.74

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

П.Е.Карпов Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж),

E-mail: safin_albert@mail.ru

Применение и совершенствование системы газотурбинного наддува в настоящее время является основным путем улучшения мощностных и экономических показателей двигателей по сравнению с двигателями со свободным впуском (безнаддувными). На практике получается, что в течение срока службы двигателя турбину приходится менять. Иногда дорогостоящую замену приходится делать настолько часто, что это сводит на нет преимущества эксплуатации турбированного мотора, вызывает раздражение автовладельцев и авторемонтников и нарекания с их стороны на надежность конструкции и качество изготовления этого моторного агрегата.

Дело в том, что турбина – наиболее высоконагруженный агрегат двигателя. Условия, в которых работает турбокомпрессор, характеризуются огромным перепадом температур. В то время как его турбинная часть подвергается воздействию отработавших газов с температурой порядка 10000С, со стороны компрессора температура конструкции почти на порядок ниже. Температурный фактор усугубляется высокими динамическими нагрузками, возникающими вследствие огромной частоты вращения ротора, которая может достигать величины 300 000 мин-1. Номинальные режимы работы турбокомпрессора, определяющиеся требованиями разработчиков двигателей и зависящие от заявленных параметров мотора, близки к предельным. Поэтому любые отклонения характеристик двигателя, даже на первый взгляд незначительные, оказывают губительное влияние на работоспособность ТК и могут привести к его отказу. С этой точки зрения турбину можно рассматривать как своего рода индикатор состояния двигателя. Ситуация усугубляется тем, что турбокомпрессору по определению суждено работать «на перекрестке» многих систем двигателя: системы впуска и выпуска от-

157

работавших газов, системы смазки и охлаждения, вакуумной системы и системы вентиляции, а также системы управления двигателем. Неисправность каждой из них оборачивается нарушением нормального (расчетного) режима работы турбокомпрессора. Так что надежность турбокомпрессора зависит от многочисленных внешних факторов.

Анализ повреждений турбокомпрессоров показывает, что около 50% повреждений вызваны неисправностью системы смазки.

Проект предназначен для повышения ресурса и работоспособности турбокомпрессоров дизельных двигателей.

Цель НИОКР – создать принципиальную схему маслосистемы турбокомпрессора, которая позволила бы обеспечить необходимый расход охлажденного и смазывающего масла.

Технический результат, который может быть, достигнут с помощью предлагаемого способа смазки турбокомпрессора, сводится к созданию индивидуальной системы смазки, не зависящей от работы двигателя и использовании индивидуальных типов масел для смазки турбокомпрессора.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания принципиальной схемы маслосистемы турбокомпрессора, которая позволила бы обеспечить необходимый расход охлажденного и смазывающего масла для турбокомпрессора при использовании индивидуальной системы смазки масло подается при запуске, в процессе работы и во время остановки двигателя, тем самым обеспечивается своевременная смазка и отвод тепла от турбокомпрессора. Также технический результат достигается тем, что используется индивидуальное масло, не из системы смазки двигателя.

Проведенный авторами патентный поиск, а также анализ свободно распространяемой научно-технической литературы свидетельствует о том, что предлагаемая разработка является новой и не имеет аналогов в мире.

Инновационность идеи заключается в том, что для увеличения ресурса работы турбокомпрессора используются индивидуальная маслосистема с индивидуально подобранным маслом, которая позволит повысить долговечность турбокомпрессора, в целом снизив эксплуатационные затраты.

158

УДК 621.396

СФ БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ И МОЩНОСТИ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

А.М.Сумин Воронежский государственный технический университет

E-mail: sumin.asu@gmail.com

Актуальность. При переходе в область субмикронного базиса (с технологией 600нм и ниже) этап синтеза составляет основную из задач проектирования. Проектирование сложно функционального (СФ) блока преобразователя частоты на основе синтезированных нелинейных реактивных элементов в субмикронном базисе требует решения следующих задач:

1.Разработка методики повышения эффективности преобразования мощности сигнала входной частоты гармонических колебаний.

2.Разработка схемотехнического и топологического решения параметрического преобразователя частоты гармонических колебаний на основе синтезированных нелинейных реактивных элементов в субмикронном базисе умножения с кратностью N=2.

Достигаемый технический результат – повышение эффективности преобразования мощности сигнала входной частоты в мощность колебаний чѐтных гармоник. На рис. 1 представлена топология кристалла СФ блока преобразователя частоты.

Топология УЧ на основе СНРЭ

159