Сколль. Холод и мгла
Электроимпульсное бурение отличается малым износом бурового инструмента и допускает его изготовление из недорогих сталей. В отличие от механических способов, к коронке не требуется прилагать значительных усилий. Достаточно обеспечивать стабильный контакт инструмента с массивом породы. На первом этапе для проходки тоннелей мы планируем использовать раму с головками, установленную на колёсный или гусеничный ход. При необходимости наборную головку можно прикрепить к манипулятору робота или стреле экскаватора, весит она немного.
После этих слов глаза у Дмитрия расширились и стали похожи на блюдца, а профессор, довольный производимым эффектом, как ни в чём не бывало продолжил:
— Эффект электроимпульсного пробоя используется и в разработанных мной установках резания камней. При этом глубина щели ровна шестидесяти сантиметрам, а производительность — восемь квадратных метров в час. Энергозатраты на квадратный метр составляют от двух до восьми Квт*часов. По сравнению со взрывными работами щелевая резка и последующий скол массива кварцитов ЭГ-ударом повысят выход годного камня с трёх процентов до восьмидесяти. Резак можно использовать как для дноуглубительных работ, так для резки льдов. Сфера его применения отлично подходит для наших задач.
Вторая важная составляющая головки — электрогидроимпульсный дезинтегратор. Он разрушает каменные породы в два раза эффективней, чем механические дробилки и намного быстрей. Дезинтеграция (разрушение) проходит, по границам минеральных зёрен, достигается высокая степень раскрытия сростков, зёрен и кристаллов минералов без их разрушения, ошламования и размазывания. Идёт работа над выделением узких фракций минералов по классам крупности с дальнейшей обработкой частиц в ЭГ-дезинтеграторе, что позволит нам радикально сократить число обогатительного оборудования.
— Профессор, а все эти ваши чудеса уже работают? Руками потрогать можно!
— С нашей стороны всё готово. Ожидаем сверхпроводящие ленты из Японии. Три-четыре месяца, и первую партию головок можно отправлять на испытания. Модули СВЧ, ультразвукового и гидроимпульсного бурения готовы полностью.
— Если всё, о чём вы нам рассказали, работает, современное буровое оборудование можно выкидывать на помойку. И если можно, в двух словах о других ваших модулях. Хочу понять, как всё работает в связке?
— В двух словах, наверное, не выйдет, — профессор немного задумался. — Что сказать, эти модули критически важны. С их помощью мы увеличили производительность ЭИ-бурения на порядок. В СВЧ (сверхвысокочастном) модуле передача электромагнитного импульса в породу происходит в режиме резонанса. До девяносто пяти процентов энергии импульса передаётся в породу, в результате чего она ослабляется и разрушается по каналам теплового пробоя. Мы пока подбираем наиболее эффективные комбинации импульсов промывочной жидкости, мощности и частоты импульсов тока, СВЧ и ультразвука. Посмотрите, — Антон Игоревич вывел на экраны новые модели странной формы. — Перед вами генератор СВЧ в сборе, а вот этот медный цилиндр — проходной объёмный резонатор. От него, через гибкий волновод, энергия попадает в буровую коронку. Так мы и мощность сохраняем, и потери энергии сводим к нулю. Для конкретной породы, по фазе коэффициента отражения, механик-оператор производит настройку резонатора без демонтажа головки, путём изменения длины за счёт изменения количества регулировочных колец.
— Антон Игоревич! — прервал я. — Давайте без лишних подробностей.
— Хорошо, я действительно немного увлёкся. Перейдем к следующему модулю. Многие слышали про разрушение горных пород ультразвуком.
— А некоторые даже и работали! — вставил Дмитрий своё слово.
— Тогда вам и понять будет значительно проще. Что такое звук?
— Упругие колебания воды, воздуха, любой среды.
— Верно. Увеличение частоты колебаний приводит к росту мощности звуковой волны. При распространении ультразвуковых колебаний в жидкости появляются давления и разряжения, сопровождающиеся возникновением растягивающих усилий. В местах разрывов образуются многочисленные малые пустоты — кавитационные пузырьки. При смене разряжения давлением они как бы «схлопываются», генерируя гидравлический удар в несколько тысяч атмосфер. Доработкой модуля занимается фирма «Промтех». Их конструкторы на этом деле не одну собаку съели, — он вопросительно посмотрел на меня.
— Переговоры с собственником только начались, но принципиальное согласие на продажу озвучено, — пояснил я.
— Отличная новость! — профессор вновь повернулся к слушателям. — Сами колебания генерирует магнитострикционный излучатель из железокобальтового сплава, установленный в торце буровой головки. Под влиянием переменного магнитного поля она сжимается или растягивается с амплитудой сто микрон. Это много. Инженеры работают над увеличением амплитуды импульсов, — и осмотрев зал, Антон Игоревич пояснил, — увеличение амплитуды всего в два раза приводит к росту интенсивности ультразвука в квадрате, соответственно глубина проникновения ультразвуковых колебаний в призабойную зону значительно возрастает. Уже достигнута плотность энергии звука, эквивалентная давлению четыреста атмосфер.
На экранах появилось новое изображение.
— Поршневой насос гидроимпульсного модуля, — продолжил профессор, — генерирует струи жидкости с давлением тысяча атмосфер, а вот это роторно-пульсационное устройство, — он показал новый узел, — сглаживает и генерирует импульсы нужной нам частоты, заодно поднимая давление в несколько раз. В этом аппарате, а он, как и сам насос, слава богу, серийный, ничего дорабатывать не пришлось. Здесь и здесь, — он выделил рукой несколько последовательно установленных ступеней роторов и статоров, — небольшой зазор между ступенями, где находится активная рабочая зона. В аппарате обработке подвергается не весь объём жидкости, а её небольшая часть, которая проталкивается через отверстия в роторе и статоре, и кавитация возникает за счёт вихреобразования и турбулентности потока.
Струи жидкости с высокой скоростью и давлением не только вымывают частиц породы из забоя, но сами являются дополнительным разрушающим фактором, оказывающим как механическое, так и ударное, срезывающее, истирающее воздействие. Гидродинамические воздействия наиболее сильные — сдвиговые напряжения, турбулентность и пульсации давления.
Если вопросов по модулю нет, переходим к моему любимому детищу, — он в предвкушении потёр руки. — Способы бурения, о которых шла речь, лишь формируют шестиугольный забой, а вот керн, образующийся при таком процессе, разрушает электрогидравлический дезинтегратор. Совместно с электроимпульсным он производит девяносто процентов полезной работы.
В основе электрогидравлического эффекта лежит мало исследованное явление резкого увеличения гидравлического и гидродинамического эффектов и амплитуды ударного действия, при осуществлении импульсного электрического разряда в ионопроводящей жидкости, при условии максимального укорочения длительности импульса, максимально крутом фронте импульса и форме импульса, близкой к апериодической.
— И что это значит? — вопрос из зала.