Menu

Енергетичні закони руйнування (диспергування) крихких тіл

В основу визначення витрати енергії на подрібнення (диспергування) твердих тіл покладено енергетичні закони руйнування Ріттінгера і Кірпічова.

За законом Ріттінгера (1867 р.) “робота, витрачена при подрібненні, пропорційна заново отриманій (оголеній) поверхні подрібненого матеріалу або ступеню подрібнення”.

За законом Кірпічова (1874 р.) “енергія, необхідна для однакової зміни форми геометрично подібних і однорідних тіл, змінюється як об’єми або вага цих тіл”. Цей закон інколи називають законом подібності і формулюють іншими словами: енергія, що витрачається на подрібнення геометрично подібних тіл при однаковому напруженому стані пропорційна об’ємам тіл, котрі руйнуються.

За цими законами припускається, що при механічному руйнуванні фізична природа тіла залишається незмінною, а самі тіла структурно однорідні.

В 20х роках минулого століття Ребіндер запропонував об’єднати ці два закони і користуватися єдиним законом – законом Ребіндера, за яким вся робота подрібнення А складається з роботи AV, котра витрачається на деформування тіла, що подрібнюється, і роботи AS, котра витрачається на утворення нової поверхні:

[image] (32)

 

С.Є. Андрєєв, досліджуючи подрібнення руд, показав, що

 

[image] (33)

 

[image] (34)

 

де k1, k2 – коефіцієнти пропорційності, величина яких залежить від здатності матеріалу подрібнюватися і ступеню його подрібненості;

D – діаметр тіла, що подрібнюється.

Вирішальний вплив на витрати енергії в процесі руйнування має дисперсність (величина, обернена лінійним розмірам тіла) продуктів руйнування.

 

1 – за законом Ріттінгера; 2 – за законом Кірпічова

Рисунок 7 – Залежність роботи руйнування від

дисперсності продуктів руйнування

Це пов’язано з тим, що площа утворених поверхонь при кожній наступній стадії подрібнення зростає лінійно, а сумарна робота згідно закону Ріттінгера із збільшенням дисперсності збільшується за ступеневим законом. Якщо ж виходити із закону подібності, то залежність роботи руйнування від дисперсності продуктів руйнування буде лінійною (рис7), оскільки об’єм тіла і робота руйнування – постійні, а сумарна робота до заданої дисперсності дорівнюватиме добутку постійної величини роботи на число стадій подрібнення.

У випадку подрібнення тіла великих розмірів, тобто при малій дисперсності, витрати роботи за законом подібності будуть більшими, ніж за законом Рітгладжу. Точка А перетину кривих на рис. 7 відповідає розміру частин 0,5 – 1,0 мм.

В зв’язку з цим Шрейнер Л.А. показав, що у випадку використання закону подібності потрібно враховувати масштабний фактор, тобто необхідно враховувати збільшення міцності тіла при зменшенні його лінійних розмірів.

Роботу руйнування одиниці об’єму за законом Кірпічова можна представити так:

[image] (35)

 

де [image]– міцність на стиск при певних лінійних розмірах тіла, що подрібнюється.

Зміну [image] із зміною лінійних розмірів тіла Шрейнер Л.А. представляє у виді:

[image] (36)

 

де а – постійний коефіцієнт;

l – лінійні розміри тіла;

sст – міцність на стиск відносно великих зразків, коли масштабним фактором можна знехтувати.

Підставивши у вираз (33) замість [image]його значення з виразу (35), отримаємо:

 

[image] (37)

 

Сформульований таким чином закон подібності більше відповідає процесу механічного подрібнення. За формулою (37) можна визначити величину роботи руйнування одиниці об’єму при подрібненні для відомих початкових розмірів частин.

За розмірами частин, що утворилися при бурінні свердловин, можна робити висновки про ефективність руйнування порід різним прородоруйнівним інструментом при різних режимах його роботи. Так, якщо під час буріння в продуктах руйнування переважає дрібна фракція, то, очевидно, з енергетичної точки зору процес руйнування малоефективний, оскільки в цьому випадку багато енергії витрачається на утворення нової поверхні, яка в продуктах руйнування буде дуже великою. Дрібні фракції продуктів руйнування гірських порід в процесі буріння створюють додаткові труднощі, забруднюючи промивальні рідини і змінюючи їх властивості.

Повністю уникнути отримання дрібних і дуже дрібних фракцій при бурінні не можна, так як їх утворення є закономірним наслідком самого процесу руйнування гірських порід. Однак, з енергетичної точки зору при виборі типу продоруйнівного інструменту і режиму його роботи потрібно намагатися, щоб частка дрібних фракцій в продуктах руйнування була якнайменшою.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4891 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8080 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4927 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Водні рідини глушіння з твердою фазою

До рідин глушіння на водній основі з твердими частинками відносяться глинисті розчини невисокої густини та обважнені (з додаванням обважнювачів), розчини мінеральних солей з додатками твердих частинок – кольматантів та обважнювачів...

19-09-2011 Просмотров:4513 Підземний ремонт свердловин

4.8. Принципы создания КГХ-мифов

Настало время обратиться к вопросу о том, что же должно составлять КГХ-миф, служащую определенным целевым установкам в практической деятельности. Этому были призваны служить все наши предыдущие рассуждения, применившие наработки гуманитарных...

03-03-2011 Просмотров:4335 Комплексные географические характеристики

Складки, обусловленные геологическими ус…

Складки, обусловленные геологическими условиями   Складки образуются в разнообразных геологических обстановках. В приповерхностных участках земной коры могут образовываться складки, обусловленные нетектоническими, экзогенными процессами (экзогенная складчатость), и конседиментационные складки (конседиментационная складчатость). В верхних...

01-10-2010 Просмотров:5093 Геологическое картирование, структурная геология