Е. Боженов - Сверхзвуковая струйная термогазодинамическая обработка объектов. Впервые предложено применить сверхзвуковую газовую струю для направленной обработки объектов

© Е. П. Боженов, 2022

ISBN 978-5-0056-5525-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

СВЕРХЗВУКОВАЯ СТРУЙНАЯ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКВЯ ОБРАБОТКА ОБЪЕКТОВ.

Лаб. «Новых физические методы направленной обработки естес-твенных и искусственных минеральных сред, НФМНОЕИМС, примени-ла термогазодинамический метода в строительной индустрии и других областях народного хозяйства, [3], [4], [5 [, [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13]. (Ленинградский инж-строит. ин-т. Зав. Каф. ДМ. д.т. н. А.А.Жданко, ст. н. с. Е.П.Боженов). Термогазодинамический метод использует особые свойства сверхзвуковой (С\з-й) газовой струи, иногда одно или много фазной, для обработки объектов. С\з-я струя, рис.1, это сложный, неоднородный поток скоростей, давлений, температур в сдвинутых слоях газодинамических характеристик, сверхзвуковых и дозвуковых, рис.1. Она даже на слух и визуально, отличается от огнегазового факела, рис.2, как и конечный результат их воздействия на объект При её натекании происходит: 1. Комплекс термогазодинамического воздействия на объект, не только теплового. 2.Обратная реакция материала объекта на это воздействие. Параметры и строение С/з-х струй зависят от геометрии сопла Лаваля, рода газового тела, параметров термогазогенератора и окружающей среды. Метод изучался на созданных стендах, [1], [2]. Создана новая область применения С\з-й струи: 1. Патент 171421,«Устройство для закреп-ления грунта в стенках тоннелей, скважин и подобных сооружений», [3],рис.2,63г;2.Патент 299370, «Газоструйный инструмент», для нане-сения декоративных, антикоррозионных покрытий и для упрочнения грунтов и иных поверхностей, нанесением тех. агентов, [4], рис. 40. 69г.

Ранее, С\з-я струя сопла Лаваля применялась в ракетных двига-телях (РД), а затем для бурения, резки твердых горных пород. В СССР работы Чл. Кор. АН Каз. ССР, д.т.н, проф. А. В. Бричкин, Каз. П ин-т и его последователей.

Способ возник после долгих дискуссии с экспертизой до призна-ния заявок на: «Устройство для закрепления грунта в стенках тонне-лей, скважин и подобных сооружений», «Газоструйный термоинстру-мент» изобретениями, [3], [4]. В то время, идея применить сверхзву-ковую (С/З) газовую струю для обработки объектов с целью измене-ния их физико-химических свойств и для нанесения покрытий не воспринималась, изменившись постепенно к началу ХХ1 века.

РАЗДЕЛ-1.

1. ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ, УПРОЧНЕНИЕ ГРУНТА СКВАЖИН.

Сроки стройки растягиваются из-за отсутствия местных стройма-териалов и дорожной сети. Существующие методы улучшения грунтов ограничены грунто-геологическиими условиями, видом, генезисом гр-унов стройки. Тепло удаляет из грунта свободную воду, при обжиге ча-сть химически связанной воды, что меняет свойства грунтов, умень-шает или ликвидирует просадочность, их размокаемость, набухание. Но, применение термических способов путем нагнетание горячих продуктов сгорания, воздуха или сжигания факела топлива в скважи-нах, рационально до глубин не более 12—16 м. Термогазодинами-ческий способ меняет ситуацию, [3], [9], [10], [11], [12], [13], и позво-ляет упрочнять грунты на любой глубине. Он прост, надежен и лишен недостатков известных способов упрочнения, уплотнения грунтов. Применено типовое оборудование (компрессоры, шланги, переходни-ки, вентили и т.п.) для подачи топлива к термогазогенераторам или воздуха к электронагревателям с соплами Лаваля, создающих горячую газовую струю в полости скважины. Конструкция термогазогенерато-ров проста в изготовлении- токарно-слесарная обработка 4-ого класса по обычным конструкционным сталям.

Патент 171631, [3],рис.3. Впервые для упрочнения грунта скважин применен Особый Сопловой блок, он состоит из: 1. Выходного среза сопла Лаваля или значительной сверхзвуковой части этого сопла; 2. Газоотражателя с разной формой поверхности; 3. Общего наружного кожуха. Рабочий газ, через окна, сопла, отверстия, прорези в стенках наружного кожуха, направляется на грунт для его прогрева и упрочняя с температурой около Т=700 С. Он заполняет скважину продуктом сгорания или воздухом из электонагревателя. Сопло Лаваля-2, в отли-чии от термических спобов, делает процессы сгорания топлива, неза-висимыми от размеров скважины и давления в ней. Время работы на горизонте зависит от скорости физико-химических изменений в закрепляемом грунте. Патент 550003, рис.3, [14], закрепляет грунт и может создавать их уширение в местах остановки.

На рис.4 даны схемы термических способов и термогазодинами-ческого, который эффективней и мобильней их. Газогенератор-14, двигаясь в скважине, рис.4, стоит на любом горизонте, что увели-чивает эффект термохимического упрочнения грунта.

Известно, что грунты -ты при Т= 750—850°С упрочняются. Ниже, процесс затухает при Т=350°С. Выше Т=850°С верхний слой оплавится и газ не пройдет в грунт. Поэтому созданы газогенераторы, [15], [16], [17], [18], рис.5. с регулируемой нужной температурой рабочего газ-ового потока с давлениями в камере сгорания до 40—60ати. Темпера-тура факела их форсунки 1400—1500°С Воздух, из отверстий в стен- ках камеры сгорания, дожигает горючее в факеле. Воздух из следующего ряда отверстий снижают температуру газа до нужных величин. Так же его можно снижать регулируя коэф. «избытка окисли-теля» в их форсунке. Применение сменных форсунок, сопел Лаваля и насадок на срезе сопла, позволяет менять вид обработки.

Для подачи топлива к термогазогенераторам на стройплощадке, применен компрессор, ЗИФ-55, ДК-9, рис.6, с дополнительными баком горючего и щитком регулировки режима работы, рис.6, [19]. Воздух из ресивера, через щиток регелировки, вытесняет бензин из бака в шланг подачи к термогазогенератору. Модернизированная ходовая часть ЗИФ-55 позволяет перевозить его со скоростью до 60 км./час.

1.2. Закрепление водонасыщенных скважин, рис.7.

Известно, сопло Лаваля работает в воде. Устройство, рис.7, создано на базе патента 527085, [15]. Из С\з-х сопел Особого Соплового блока продукты сгорания или нагретый воздух отжимают воду. В полости скважины и на её забое образуется постоянно возобновляемый горячий «газовый пузырь, который вытесняет воду и прогревает водонасыщенный грунт. Образуется газовая зона-6, по контуру Особого Соплового блока-4 и лба. Газовый поток тормозится на лбе с отсоединенным скачком уплотнения-5. За ним возник рабочий поток с температурой и давлением, близкими к их значению при входе в сопло Лаваля. Затем газ обжимается в кольцевом конфузоре и резко расширяют в диффузоре-8.

Впервые применены: кольцевые С\з-е сопла, образованные стен-ками скважины и контуром обечайки-2. В отличии от сопел РД, обычных термогазогенераторов и термобуров.