Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время ряд полезных ископаемых добывается на морском шельфе. С этой целью разрабатывается специальная техника, обеспечивающая технологию подводной добычи, подъем на поверхность полезного ископаемого в смеси с морской водой и обезвоживание смеси перед использованием.
Вопросами разработки технологий для подводной добычи на шельфе и устройств для их осуществления занимались такие учёные, как В.В. Ржевский, Г.А. Нурок, И.П. Тимофеев, В.Б. Добрецов, Б.С. Маховиков, Л.Л. Лифшиц, В.Г. Лешков, Г.М. Лезгинцев, Дж. Кенни, П. Кауш, а также целый ряд различных научно-исследовательских институтов.
Потребность в технике для подводной добычи полезного ископаемого все более возрастает. Однако ее создание связано с решением целого ряда задач. Одной из которых является разработка системы привода машин, способного эффективно работать в морской воде, сохраняя экологию ее флоры и фауны. Привод такой машины осуществляется при помощи гидравлических двигателей, способных работать в морской воде, например, гидравлическая турбина. Прототипом ее служит многоступенчатая осевая гидротурбина турбобура, подтвердившая высокую работоспособность и надежность. Второй задачей является возможность использования пьезометрического напора моря для обеспечения работы барабанного исполнительного органа горной машины, а также использования напора для подъема полезного ископаемого на поверхность.
Разработка техники для добычи твердых полезных ископаемых с поверхности морского дна остается актуальной задачей.
Цель работы заключается в определении рациональных параметров осевой многоступенчатой гидротурбины привода барабанного исполнительного органа использующего энергию гидростатического давления и объемного гидропривода для передвижения машины.
Идея работы заключается в использовании совокупности прямоточной многоступенчатой гидротурбины для вращения барабанного исполнительного органа и объемного гидравлического привода для движения подводной добычной машины по морскому дну, имеющих схожие механические характеристики.
Задачи исследований:
анализ опыта эксплуатации современных комплексов для добычи полезных ископаемых с поверхности морского дна.
исследовать процессы отделения твердых полезных ископаемых от донной поверхности барабанным исполнительным органом.
определить динамическую устойчивость привода машины на основе кинематической связи режущей и подающей ее частей.
разработать математическую модель функционирования привода подводной добычной машины.
исследовать параметры движения твердых частиц к приемному соплу подводного гибкого трубопровода.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Увеличение числа рабочих колес многоступенчатой прямоточной турбины от 1 до 25 при использование энергии гидростатического напора воды, пропорционального глубине моря, для привода гидротурбины с диаметром ротора 600 мм, радиальной длиной лопастей 60 мм и основными характеристиками, обеспечивающими ее максимальные эксплуатационные показатели: углом потока на выходе из статора и решетками лопастей на выходе и входе в ротор и статор соответственно , ; , ведет к повышению гидравлического КПД в диапазоне 0.736 – 0.873, при этом функциональная зависимость гидравлического КПД от числа ступеней является линейной.
-
Объем полезного ископаемого погруженного с донной поверхности с твердыми включениями барабанным исполнительным органом без его принудительного внедрения, имеет наибольшее значение при отношении скорости подачи и окружной скорости барабанного исполнительного органа равном 0.5, при этом энергия, полученная включениями от исполнительного органа достаточна для попадания их в сопло-ловитель, установленный на расстоянии 1/3 траектории свободного движения твердых включений при номинальной линейной скорости вращения барабанного исполнительного органа равной 5,25 м/с.
Метод исследований – включает теоретические и экспериментальные исследования на лабораторном стенде с обработкой результатов методами математической статистики и проверкой адекватности теоретических положений.
Научная новизна исследования заключается в определении параметров подводной горной машины обеспечивающих добычу твердых полезных ископаемых и подачу их в сопло-ловитель гибкого гидроподъемного трубопровода. В разработке алгоритма для расчета механической характеристики многоступенчатой прямоточной гидротурбины.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется достаточным количеством экспериментальных исследований, применением при обработке полученных данных теории планирования эксперимента и законов математической статистики, доказательством адекватности созданной математической модели, воспроизводимостью полученных результатов при повторных измерениях.
Практическая значимость работы: разработана методика расчета и программное обеспечение для определения механических характеристик многоступенчатой прямоточной гидротурбины и объемного гидропривода самоходной тележки.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на ежегодных конференциях молодых учёных СПГГИ (ТУ) в 2002 - 2006 г.г., на конференции посвященной уральской горно-геологической декаде в 2004 году.
Личный вклад в разработку научных результатов: создание математической модели объемного гидравлического привода подающей части добычной машины; составление и решение дифференциальных уравнений; систематизация результатов экспериментальных исследований; разработка методики экспериментальных исследований.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, в том числе 2 патента РФ. В изданиях рекомендованных ВАК РФ для кандидатских диссертаций опубликовано 2 работы.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 88 наименований и 5 приложений, изложена на 105 страницах машинописного текста, включает 25 рисунков и 6 таблиц.
