книги из ГПНТБ / Ударно-канатное бурение И. П. Зорин, А. М. Стороженко. 1960- 12 Мб

Электрические ванны и печи. Существует несколько спосо­ бов нагрева долот при помощи электрической энергии: в печах сопротивления, контактным способом, погружением изделия в электролит, индукционным способом.

В настоящее время в горной промышленности получили широкое распространение печи сопротивления и индукционные. Наиболее перспективными являются индукционные, так как в них процесс нагревания протекает равномерно и быстро и имеется возможность его регулировать. Печи эти небольшие по размерам, автоматизированы, обладают высокой производитель­ ностью и дают экономию металла за счет уменьшения потерь на окалину и припуски. Рабочим, занятым на индукционных печах, обеспечиваются наилучшие условия труда.

Однако печи не лишены и недостатков, главный из которых заключается в том, что 20—30% используемой электроэнергии расходуется на преобразование частоты электрического тока.

Печи сопротивления. Электродно-соляная ванна (рис. 83). Соль в ванне служит сопротивлением, лежащим между вторичными клеммами трансформатора переменного тока, и одновременно проводником тепла. Во вторичной обмотке протекает ток низкого напряжения, но большой силы; в пер­ вичную обмотку подается ток высокого напряжения. Регулиро­ ванием при помощи переключателя напряжения (а следова­

Электродно-соляные ванны серии С с электромагнитной циркуляцией соли изготовляются пяти типов: С-20, С-25 и С-45 однофазного тока и С-35 и С-75 трехфазного.

Ванна С-25 конструктивно отличается от ванн других типов тем, что в ней расплавленная соль находится в тигле из жаро­ упорной стали, помещенном в шамотную рабочую камеру.

В электродно-соляных ваннах всех типов нижние концы электродов поставлены на 25 мм выше пода, а верхние выве­ дены на заднюю сторону печи и присоединены к шинам спе­ циального многоступенчатого понизительного однофазного и трехфазного трансформатора с напряжением на низкой стороне 5,5—17,4 в. Тем самым избегают короткого замыкания через под печи. Электроды для ванн употребляются прямоугольного, квадратного или круглого сечения (2500 мм2). Их нужно изго­ товлять из стали Х23Н13, но можно использовать нержавею­ щую сталь марок 1Х18Н9 и 2Х18Н9.

Трансформатор имеет шесть ступеней переключения напря­ жения: 17,4; 14,7; 12,7; 11,0; 7,8 и 5,5 в. На последних двух ступенях допускается только кратковременная работа транс­ форматора— не более 1,5 часа, на остальных длительность работы не ограничена. Рабочим напряжением считается 14,7 в. Максимальная мощность трансформатора составляет 94 ква, но­ минальная— 60 ква. На двух первых (минимальных) ступенях

169

напряжения вторичный ток по отношению к номинальному

'Рис. 83. Электродно-соляные ванны:

а — электрическая схема; б--типа С-20 и С--15 (однофазного тока); в —типа С-35 и С-75

имеет патрубок, присоединяемый к системе вытяжной вентиля­ ции; по нему удаляются выделяющиеся из ванны газы.

лота) при общей глубине ванны 420—600 мм. Глубина погру­ жения долота в расплавленную соль должна составлять 100— 120 мм.

170

В зависимости от диаметра нагреваемых долот применяют тот или иной тип ванны. Отношение площади зеркала ванны к площади сечения рабочей части долота должно быть не менее

5—6.

Электродно-соляные ванны дают быстрый, равномерный и точно контролируемый нагрев стали, имеют большую мощ­ ность, работают бесшумно. По данным Магнитогорского руд­ ника, стойкость долот при нагреве их перед закалкой в элек­ тродно-соляных ваннах по сравнению с нагревом в топливных горнах увеличивается в 1,5—1,8 раза.

Однако она имеет невысокую температуру плавления, вслед­ ствие чего при погружении холодного долота в ванну на поверх­ ности соли образуется толстая твердая корка, которую иногда приходится разбивать ломом. 'Во избежание этого долота пред­ варительно нагревают до 350—450° в песочной ванне.

Хорошая нагревающая среда получается из смеси трех ча­ стей хлористого кальция и одной части поваренной соли; эта смесь плавится при температуре около 482° и поэтому не за­ твердевает при опускании долота в ванну.

Широко применяют хлористый барий. На Норильском ком­ бинате, кроме хлористого бария, используют фтористый натрий.

Другие соли применяются редко, так как стоят дорого и с трудом поддаются хранению вследствие большой гигроско­ пичности.

Соль в ванну все время подсыпают, так как она выгорает. Расход ее в ванне типа С-75 в смену составляет 11 кг. Элек­ троды действуют 7—8 суток.

171

Камерные нагревательные электропечи се­ рии Н (рис. 84) предназначены для нормализации, отжига, цементации, предварительного нагрева (перед заправкой и за­ калкой) металлических изделий, в том числе и долот. Нагрев в них происходит за счет излучения и конвекции нагретого воздуха от нагревательных элементов, по которым пропускается электрический ток.

Нагреватели для электропечей изготовляют круглого или прямоугольного сечения из сплавов Х15Н60, Х20Н80 и 1Х25Ю5

ив виде спиралей или петель укладывают на керамические полочки.

До включения электропечи необходимо заземлять ее каркас

иподовую плиту.

Индукционные нагревательные устройства. Индукционный способ нагрева считается наиболее целесообразным для ковки и перезаправки долот. Он дает возможность производить ча­ стичный нагрев долота (на необходимую длину), благодаря чему сокращается расход энергии. Он способствует также осу­ ществлению частичной автоматизации процесса и уменьшению окалины.

Индукционный нагрев можно производить используя токи различных частот. Чем больше сечение заготовок, тем ниже следует брать частоту тока, чтобы обеспечить необходимую равномерность нагрева по сечению заготовки и избежать чрез­ мерной продолжительности нагрева.

Теоретический расчет и опыт показывают, что максимальное значение полного (общего) к. п. д. нагревательного устройства, учитывающего электрические и тепловые потери, для цилиндри­ ческих заготовок любого сечения достигается тогда, когда отно­ шение диаметра заготовки к глубине проникновения тока нахо­ дится в пределах 3—6. Исходя из этого наиболее подходящей частотой при индукционном нагреве долот ориентировочно можно считать 500 гц. Однако для такой частоты отечествен­ ная промышленность не выпускает мощных (порядка 100 ква) источников энергии и аппаратуры для ее коммутирования. По­ этому практически наиболее подходящими частотами, которые можно использовать для нагрева долот, следует считать частоты

50 и 2500 гц.

Расчеты показывают, что стоимость термообработки одного долота диаметром 300 мм при частотах тока 50 и 2500 гц почти одинакова; то же самое можно сказать и об экономичности обоих вариантов (с учетом капитальных затрат). Поскольку высокочастотное оборудование более дефицитно, целесообразнее применять установки на частоте 50 гц, хотя фазы в ней и пере­ кошены. Окончательный выбор , той или иной частоты должен быть сделан с учетом конкретных местных условий.

Нагрев долот перед заправкой их на долотоковочном станке производится при помощи специального нагревательного поста,

172

основным рабочим элементом которого является сменный ин­ дуктор (рис. 85).

Индуктор изготовляют для каждого нагревателя в отдель­ ности, исходя из размеров и формы долота и условий работы обслуживаемого им ковочного механизма. Индуктор обычно делают в виде однослойной спирали из медной профилирован­ ной трубки, охлаждаемой в процессе работы проходящей внутри

Рис. 85. Индуктор для нагрева долот:

/— спиральная профилированная медная трубка; 2 —гиль­ за из миконита для изоляции; <9—• керамический вкладыш

водой. Число витков и размеры трубки определяются электри­ ческим расчетом. Для лучшего использования меди сечение трубки индуктора делают прямоугольным. К индуктору под­ водят ток высокой или обычной частоты для нагрева, воду для охлаждения его элементов и ток для питания цепей управ­ ления.

Установка с частотой 2500 гц для индукционного нагрева долот токами (рис. 86) по своему оборудованию существенно отличается от установки с частотой 50 гц (рис. 87). В цепи у первой имеется, например, двигатель-генератор и преобразо­ ватели частоты, а у второй их нет. Тем не менее, стоимость всей установки с 'нормальной частотой выше, чем с частотой

2500 гц.

Нагревательные посты с индукторами устанавливают в лю­ бом месте цеха, а автотрансформаторы и щиты управления в отдельном помещении распредустройства (см. рис. 86 и 87). Управление двигателем автотрансформатора производится с на­ гревательного поста..

Для обеспечения точной центровки долота в индукторе, а также для облегчения труда рабочего перед постом устанавли­ вают манипулятор специальной конструкции. Долото при по­ мощи подъемного механизма кладут на манипулятор; оно

174

автоматически зажимается на нем и подается в индуктор на строго установленную глубину, где занимает строго центриро­ ванное положение, необходимое для нагрева. После этого авто­ матически включается ток высокой или промышленной частоты, и конец долота индукционно нагревается под ковку. По дости­ жении заданной температуры нагрева ток отключается (также автоматически).

Рис. 86. Блок-схема и планировка оборудования

После отключения тока долото при помощи манипулятора выводят из индуктора и затем подъемным механизмом пере­ дают на долотозаправочный станок.

На индукционной установке (см. рис. 85) время нагрева под ковку одного долота диаметром 300 мм на длину до 0,5 м со­ ставляет 720 сек. При такой продолжительности нагрева обес­ печивается получение допустимой разницы температуры на по­ верхности и внутри долота (не более 100°).

Для обеспечения полной загрузки долотозаправочного станка необходимо через каждые 6 мин. подавать к нему нагретое долото. Следовательно, два индукторных поста вполне могут обеспечить бесперебойную работу станка. Во избежание каких-

175

либо случайностей в работе предусматривается третий — резерв­ ный — индуктор.

Расход воды на постах составляет: при частоте тока 2500 гц— около 2 №/час; при частоте 50 гц— около 1,5 м3/час.

Рис. 87. Блок-схема и планировка оборудования установки на ча­ стоте 50 гц для индукционного нагрева долот:

1ЦД-29— щит двустороннего. обслужива­ ния (380 в, 1500 а); ЩД-38 — щит дву­

стороннего обслуживания (380 в, 600 а); АОМК-200[0,5 — автотрансформатор; И —

Удельный расход высокочастотной электроэнергии на нагрев металла равен 0,4—0,5 квт-ч/кг, а от сети 50 гц — 0,6— 0,7 квт-ч/кг.

Расчетная стоимость электротермообработки долот на индук­ торных постах при работе в две 7-часовые смены в течение

§ 2. ДОЛОТОЗАПРАВОЧНЫЕ СТАНКИ

Долота при бурении скважин затупляются и их периодически заправляют. Заправка сводится к восстановлению формы го­ ловки и лезвия долота и приданию им при помощи ковки на специальных долотозаправочных станках или вручную необ­ ходимых размеров. В настоящее время имеется несколько типов долотозаправочных станков, работают они на электрической или пневматической энергии. К первым относятся станки типа ДС-1; ко вторым — ДПЗ (изготовляются на Новосибирском за­ воде «Труд») и WD (выпускает американская фирма «Ингерсоль Ранд»), Краткая техническая характеристика этих стан­ ков и данные об их производительности приведены в табл. 35.

При заправке ковочный механизм воздействует только на головку долота. Пластическая деформация нагретого металла не должна проникать далеко по оси долота, поэтому нагревают не все долото, а лишь конец его длиной 200—300 мм. В резуль­ тате температура конца долота падает быстрее, чем если бы долото нагревалось целиком. Это обстоятельство, а также

176

характер пластических деформаций требуют, чтобы ковочный механизм производил частые, но не сильные удары (действие наклепом). Таким условиям удовлетворяют приводно-механи­ ческие и пневматические молоты с упругой связью, дающие большое число ударов в единицу времени.

Эффективность ковки долота зависит от способа его закреп­ ления, так как степень жесткости закрепления определяет

Рис. 88. Кинематическая схема электрического долотозаправоч­ ного станка ДС-1

коэффициент полезного действия удара. Это основное требо­ вание должно быть учтено при выборе типа долотозаправочного станка, а также при конструировании его.

Долотозаправочный станок ДС-1 широко применяется в Со­ ветском Союзе. Он имеет два молота: горизонтальный 1 (рис. 88), производящий высадку головок долот и штамповку лезвий, и вертикальный 2, который осуществляет обработку боковых поверхностей и точную калибровку головок долот по

диаметру.

Приводной и рабочий механизмы станка приводятся в дей­ ствие электрическим двигателем 3 при помощи бесконечного ремня 4, огибающего рабочие шкивы 5, 6 и 7 с фрикционными муфтами внутри, служащими для плавного включения и вы­ ключения механизмов без остановки двигателя, и холостой

шкив 8.

Два рабочих шкива 5 и 6 через фрикционные конусы вра­ щают коленчатые валы 9, которые через ползуны 10 застав­ ляют внутренние диски левого 12 и правого 13 амортизаторов совершать при помощи кулис 11 качательные движения отно-

сительно неподвижных осей 14 и 15. Внутренние диски амор­ тизаторов передают качательное движение через резиновые сектора-шпонки 16 тарану 17 с горизонтальным молотом 1 (го­ ризонтальное движение) и радиальному молоту 2 (вертикаль­ ное движение). Таран подвешен шарнирно на резиновых втул­

амортизатора. Радиальный молот подвешен на нащечинах 21 правого амортизатора. Оба молота производят до 600 ударов в минуту.

Для заправки долот различной длины упорная бабка 22 может передвигаться по своим направляющим. Привод пере­ движной бабки осуществлен от третьего рабочего шкива 7 через реверсивную фрикционную коническую передачу 23, промежу-

178