962

С точки зрения энергоемкости эффективность разработки грунта экскаватором, оборудованным ковшом активного действия, будет выше, если выполняется условие

Eр – энергоемкость процесса предварительного рыхления или разу-

прочнения массива каким-либо способом, необходимым для подготовки к копанию обычным экскаватором;

Eэ – энергоемкость процесса разработки грунта экскаватором с обыч-

ным ковшом после предварительного рыхления или разупрочнения массива.

Разделение по времени цикл работ по копанию грунта ковшом активного действия на работу по предварительному разрушению грунта активными зубьями и работу по последующему наполнению корпуса ковша приводит к увеличению общей энергоемкости процесса разработки прочного массива. Наряду с этим мы получает возможность наиболее полно использовать мощность базовой машины и производить разработку грунтов и пород более высокой категории и прочности экскаваторами со сравнительно небольшой мощностью.

Список литературы

1.Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. – М.: Машиностроение, 1975. – 424 с.

2.Пат. №60948 РФ, МПК Е 02 F 3/40. Ковш экскаватора / А.К. Муравский, Л.Б. Белоногов, Г.Д. Трифанов (РФ). №2006135470/22; Заявлено 06.10.06; Опубликовано 10.02.07. Бюл. №4.

3.Шишаев С.В., Федулов А.И., Маттис А.Р. Расчет и создание ковша активного действия / ИГД СО АН СССР. – Новосибирск, 1989. – 116 с.

Получено 19.07.2010

71

УДК 628.356.15:621.51.01:533.7

ДИНАМИКА ОБЛЕДЕНЕНИЯ ВХОДНЫХ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ МИКРОВЗРЫВЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОЙ КАПЛИ ЖИДКОСТИ

А.Ф. Сальников, С.В. Словиков, И.А. Сибиряков

Пермский государственный технический университет

Рассмотрена динамика обледенения входных воздухоочистительных устройств трубопроводов при микровзрыве переохлажденной капли жидкости.

Трассы газопроводов пересекают территории с различными климатическими условиями, поэтому на газоперекачивающих станциях газоперекачивающие агрегаты (ГПА) эксплуатируются в широком диапазоне изменения температуры и влажности. Это приводит в ряде случаев к возникновению обледенения в их входных устройствах. Таким образом, важной задачей является снижение абсолютной влажности воздуха на входе в воздухозаборное очистительное устройство (ВОУ) ГПА.

Наиболее существенную роль в обледенении при низких температурах окружающей среды играет водность атмосферного воздуха. Доказано, что в жидком виде вода в виде капель диаметром около 20 мкм может находится при температуре окружающего воздуха до –40 °С. При контакте капли с твердым телом происходит мгновенный фазовый переход из жидкого состояния в кристаллическое. Выделение тепла при фазовом переходе приводит к разрыхлению льда и формированию снега.

Данную задачу необходимо решать путем осаждения водности, находящейся в капельном состоянии, до ее попадания в ВОУ. Для этого представляется возможным конструктивное решение – использование дополнительных решеток на его входе.

В современных противообледенительных системах (ПОС), установленных на ГПА, понижают только относительную влажность атмосферного воздуха путем его подогрева, что зачастую оказывается недостаточно эффективным для борьбы с обледенением и энергозатратным.

72

Также проектирование ПОС происходит упрощенно, без глубокого анализа газо- и термодинамических процессов, происходящих в ВОУ конкретного типа ГПА. Это, в свою очередь, объясняется малой изученностью и сложностью вопросов движения гетерогенных двух-трехфазных потоков с фазовыми переходами.

Самым опасным видом атмосферных осадков с точки зрения возможности возникновения обледенения и его интенсивности являются туманы при отрицательных температурах. Именно в этих условиях зафиксированы случаи, когда происходило обмерзание входного устройства ГПА. Таким образом, и для создания дополнительных решеток, и для проектирования ПОС необходимо четко представлять структуру туманов

– их интенсивность, водность и распределение в них капель по размерам. Исследования показали, что туманы сходны по строению с облаками и состоят из мелких капель воды или, изредка, из кристаллов льда. Интенсивность тумана определяется метеорологической дальностью видимости (МДВ) – это наибольшее расстояние, при котором яркостной контраст черной поверхности на фоне тумана достигает поро-

гового значения, воспринимаемого глазом.

В зависимости от дальности видимости различают следующие виды туманов:

Для описания плотности распределения радиусов капель в тумане наиболее широкое распространение получила логарифмически нормальная формула, подтвержденная экспериментальными данными [4]:

где r0 = n r1, r2 ,..., rn – средний радиус капель; σ2 – дисперсия lnr.

Вид распределения капель по размерам в тумане можно представить графически (рис. 1).

73

Для каждой интенсивности тумана характерен свой диапазон возможной водности, что представлено ниже.

Для туманов при отрицательной температуре над земной поверхностью характерна слабая и умеренная интенсивность, туманы же сильной интенсивности встречаются только над водными поверхностями. Кривая зависимости водности тумана (σ) от температуры выглядит следующим образом (рис.2).

74

Разработка математических моделей, позволяющих достаточно адекватно описывать процесс обледенения с учетом формирования снежной массы на входе в циклон ВОУ, является актуальной задачей.

На кафедре разработана математическая модель движения капли воды и ее замерзания на входе без изменения объема. Данная модель имитирует холодный «взрыв» переохлажденной капли с формированием пространственной модели кристалла, из чего формируется снежная масса, тем самым уменьшая время обмерзания, что имитирует реальные условия работы ВОУ ГПА.

Физико-математическая модель процесса реализована в трех программах на языке программирования Си++. Программы откомпилированы для расчета на персональном компьютере под управлением операционной системы «Windows XP». Каждая программа относится к наиболее опасным с точки зрения обледенения районам воздушного тракта ВОУ ГТУ [2].

Первая программа «Сiklon» реализует физико-математическую модель газотермодинамических процессов на входе в фильтр воздушной очистки типа «циклон» [3].

Вводя в условие расчета новые значения температуры, из закона распределения капель – количество капель, подверженных «взрыву», что приводит к увеличению объема, занимаемого льдом при обмерзании, программа выдает новые значения процесса зарастания проходного сечения циклона.

Результаты исследований при различных температурных и скоростных режимах воздушного двухфазного потока приведены в таблице 1. Расчеты проводились при следующих условиях: температура окружающей среды – от –9 °С до –15 °С: скорость движения воздуха от 1,5 м/с до 7 м/с; количество «взорвавшихся» капель составляет 14,3 % от всего объема (только крупные капли более 18 мкм) при температуре –9 °С и 11,8 % при температуре –15 °С. Результат – время зарастания проходного сечения циклона в минутах.

Меняя данные по величине водности и количеству «взрывных» переохлажденных капель, можно исследовать влияние различных параметров на процесс обледенения, тем самым выявить наиболее критичный параметр влияния на процесс обледенения входного устройства ВОУ ГТУ.

75

Результаты моделирования

Анализ результатов моделирования показывает (таблица), что наиболее существенное влияние на процесс обмерзания играет скорость движения воздушной массы через ВОУ ГТУ. Понижение температуры в среднем на 1 °С приводит на 0,8 % увеличения времени обмерзания входа в циклон (уменьшение скорости обмерзания), а увеличение скорости потока на 1 м/с – к уменьшению времени почти на 9,8 %, т.е увеличению скорости обмерзания конструктивных элементов входного устройства воздухоочистительного устройства ГТУ.

Список литературы

1.Кошленко И.В. Туманы. – М.: Гидрометеоиздат, 1977. – 156 с.

2.Словиков С.В., Сальников А.Ф. Работоспособность фильтров входного тракта газоперекачивающего агрегата // Газовая промышленность: науч.-техн. и производств. журнал (учредитель ОАО «Газ-

пром»). – 2007. – № 11. – С.76−78.

3. Словиков С.В., Сальников А.Ф. Болдырев К. E. Математическое моделирование термо- и газодинамических процессов в воздухозаборном очистительном устройстве газоперекачивающего агрегата с учетом обледенения // Газовая промышленность: науч.-техн. и производств. журнал (учередитель ОАО «Газпром»). – 2006. – № 6. – С. 40−43.

Получено 19.07.2010

76

УДК 666.964.3.04-97.019.3

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ

НА КОЭФФИЦИЕНТ ВОДОСТОЙКОСТИ

А.Р. Халитов, Д.А. Агапитов, А.О. Добрынин, В.Ю. Кузнецов

Пермский государственный технический университет

Рассматриваются вопросы определения коэффициента водостойкости асфальтобетонных смесей. Целью работы является уточнение температурного режима испытания асфальтобетонных образцов на сжатие согласно действующего нормативного документа для уменьшения погрешности результатов измерений.

Асфальтобетоном называют материал, который получают после уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в нагретом состоянии из взятых в определенных соотношениях щебня, песка, минерального порошка и битума. Поскольку асфальтобетон используют в основном для устройства верхних слоев покрытия, он в большей степени подвержен влиянию атмосферных осадков. При длительном увлажнении вследствие ослабления структурных связей асфальтобетонные покрытия могут разрушаться за счет выкрашивания минеральных зерен, что приводит к повышенному износу покрытий. Вода хорошо смачивает все минеральные материалы, а это значит, что при длительном увлажнении минеральных зерен, обработанных битумом, возможна диффузия воды под битумную пленку. Поэтому одним из важнейших свойств асфальтобетона является водостойкость, которая характеризуется коэффициентом водостойкости.

Коэффициент водостойкости – это отношение предела прочности при сжатии водонасыщенных образцов к пределу прочности при сжатии сухих образцов. Минимально допустимое значение коэффициента водостойкости находится в пределах от 0,70 до 0,95 и от 0,60 до 0,95 при длительном водонасыщении, в зависимости от марки асфальтобетона и дорожно-климатической зоны, в которой используется данный материал. По методике ГОСТ 12801–98 предел прочности при сжатии как сухих, так и водонасыщенных образцов следует определять при температуре 20±2 ºС. Однако предел прочности при сжатии при темпе-

77

ратуре 18 ºС может отличаться от предела прочности при сжатии при 22 ºС. Следовательно, те смеси, значение коэффициента водостойкости которых близко к минимально допустимым, можно забраковать, или, наоборот, смеси, не удовлетворяющие требованиям по этому показателю, можно принять за соответствующие требованиям ГОСТ 9128–97.

Цель данной работы заключается в определении влияния изменения температуры термостатирования в пределах от 18 ºС до 22 ºС на значение коэффициента водостойкости.

Данная работа состоит из двух этапов. Первый этап включает в себя изготовление образцов асфальтобетона и испытание их в сухом состоянии. Второй этап включает изготовление образцов асфальтобетона и испытание их в водонасыщенном состоянии. По завершении каждого этапа составляется отчет.

Первый этап работы

Для испытания была принята асфальтобетонная смесь типа Б марки I. Изготовлены образцы согласно пункту 6 ГОСТ 12801–98. Температура смеси 149 ºС, температура форм 100 ºС, уплотнение проводилось прессованием на гидравлическом прессе под давлением 40 МПа. Испытания образцов проводились на механическом прессе со скоростью движения плиты 3 мм/мин при температуре 18, 19, 20, 21, 22 ºС. Полученные результаты сведены в таблицу, и построен график зависимости значения предела прочности от температуры термостатирования образцов (рисунок).

Результаты испытаний образцов

78

Окончание таблицы

Рис. Зависимость значения предела прочности при сжатии асфальтобетонных образцов от температуры термостатирования

Из графика видно, что при увеличении температуры термостатирования с 18 до 22 ºС, прочность образцов уменьшается на 29,4 %.

79

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1.При температуре термостатирования сухих образцов, соответствующей требованиям пункта 15 ГОСТ 12801–98, результаты испытаний для выбранной асфальтобетонной смеси различаются более чем на 29 %.

2.Испытания по определению предела прочности при сжатии сухих образцов следует проводить в более узком температурном диапазоне, чем указан в пункте 15 ГОСТ 12801–98, с целью уменьшения погрешности.

В настоящее время проводятся работы второго этапа. По результатам этой работы данная статья будет дополнена, также зависимость коэффициента водостойкости от температуры термостатирования будет рассмотрена на примере других смесей асфальтобетона.

Список литературы

1.ГОСТ 9128–97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон: технические условия.

2.ГОСТ12801–98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства: методы испытаний.

Получено 2.08.2010

80