Мобильный комплекс рекультивации нефтезагрязненных почв

The results of experimental research of the operation of the isothermal pressure welding of high strength aluminum and titanium alloys in the mode of short-term creep are presented. It is shown that the connection technology structural elements of highpressure aluminum and titanium alloys dramatically reduces the complexity of the production of complex parts, and the exclusion of the operations of fusion welding and brazing provides the necessary quality of products in strength.

Key words: deformation temperature, pressure, welding technology, modes, item, high strength material press.

Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Matasov Igor Igorevich, postgraduate, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 551.468.2-763

МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ

Ю.Ф. Кайзер, А.В. Лысянников, М.А. Мерко, О.А. Кайзер, Н.Н. Лысянникова

Проведен анализ рассматриваемой проблемы. Определены основные преимущества и недостатки машин и механизмов, работающих в местах ликвидации нефтяных загрязнений. Разработана конструкция мобильного комплекса рекультивации нефтезагрязненных почв, применение которого позволит повысить эффективность рекультивации за счёт универсальности с точки зрения базовой машины.

Ключевые слова: мобильный комплекс, нефть, нефтезагрязненная почва, рекультивация, загрязнение окружающей среды.

Нефть является одним из основных факторов мирового экономического развития и важнейшим энергоресурсом. Большие объемы потребления нефти и нефтепродуктов, отсутствие адекватной политики по охране окружающей среды приводят к весьма значительным потерям, последствием которых является загрязнение окружающей среды (почва и водная акватория).

Нефтяное загрязнение, как по масштабам, так и по токсичности представляет собой общепланетарную опасность. Проливы нефти и нефтепродуктов, попадая в почву, влекут за собой значительные, а порой необ-

ратимые изменения ее свойств, что приводит к ее деградации, происходит отравление и гибель организмов, а естественное самоочищение природных ресурсов от нефтезагрязнений - это длительный процесс, особенно в условиях Сибири из-за пониженного температурного режима [1]. В результате нарушения почвенного покрова и растительности усиливается эрозия, деградация и криогенез почв.

При обнаружении аварийного пролива нефти на почву необходимо срочно принимать организационные меры по локализации и ликвидации источника пролива, сбору пролитой нефти и рекультивации загрязненной почвы. Для успешного осуществления таких мероприятий необходимо обладать комплексом технических средств, позволяющих в короткие сроки провести работы по ликвидации последствий чрезвычайной ситуации.

Мероприятия по ликвидации последствий нефтяных загрязнений на поверхности грунта являются одними из сложнейших задач, что связано с насыщением пролитой нефти механическими примесями (песок, глина и т. д.), обводнением, смешением со снегом и льдом, насыщением поверхностных слоев почвы нефтью, повышением пожаровзрывоопасности в районе проливов и т. д. [2].

Арсенал существующих методов и средств по борьбе с разливами нефти на поверхности почвы весьма разнообразен и включает в себя механические, биологические и химические средства, которые обычно применяются в комплексе для обеспечения более качественной ликвидации последствий загрязнений.

Ликвидация последствий аварийных проливов нефти с поверхности грунтов производится с помощью следующих основных технологических приемов [3]:

- локализация пролива;

- откачка нефти с рельефа поверхности;

- удаление поверхностного слоя загрязненного грунта;

- транспортирование снятого слоя грунта к месту его регенерации;

- рекультивация нефтезагрязненного грунта.

В качестве средств для локализации проливов, которые могут не только задерживать распространение нефти, но и обеспечивать её частичный сбор, используются природные и искусственные сорбенты: торф, полимерные материалы, песок и т. д.

При наличии потока нефти на его пути устраиваются ямы-накопители (ловушки), земляные амбары и т. д. Размеры и количество ловушек диктуются мощностью потока, наличием поверхностей или грунтовой воды, профилем местности. По мере накопления нефти в ловушках производится его откачка в сборные емкости и вывоз.

Сбор жидкой массы нефти производят с помощью вакуумных или центробежных насосов в емкости для нефти.

ГосНИИ МО РФ проведены исследования путей и способов сбора проливов нефтепродуктов с грунта. Было установлено, что в практике неф-тепродуктообеспечения двумя наиболее приемлемыми способами сбора нефтепродуктов являются вакуумирование и забор пролитого горючего с помощью насосов. Они позволяют осуществить эффективный сбор проливов при содержании нефтепродукта в грунте до 40 % с возможностью последующего восстановления его качества [4].

Наиболее сложным и трудоемким является этап механического срезания слоя и сбора нефтезагрязненного грунта. Для этих целей применяют следующие устройства: бульдозеры, экскаваторы, скреперы, погрузчики, грейдер-элеваторы, землеройно-фрезерные машины, шнековые и комбинированные агрегаты.

Бульдозеры, скреперы и грейдеры, работающие с базовыми тракторами, являются землеройно-транспортными машинами, так как они разрабатывают грунт слоями, параллельными поверхности забоя, а также могут транспортировать его на значительные расстояния.

Применение землеройно-транспортных машин возможно на грунтах, обладающих достаточной несущей способностью и создающих сцепление с движителями, нужное для развития тяги.

Работа землеройно-транспортных машин может быть выполнена в слоях слабозагрязненной земной поверхности, расположенных выше уровня грунтовых вод. В зоне грунтовых вод, где грунты переувлажнены, а также при наличии сильнозагрязненных грунтов работа землеройно-транспортных машин невозможна. В таких местах необходимо предварительно провести влагопонижающие мероприятия или использовать специальные машины.

При движении бульдозера вперед отвал опускают и врезают передней оснащенной ножами кромкой в грунт, срезая его нефтезагрязненный слой. Грунт при этом снимается и накапливается перед отвалом в виде призмы до высоты, равной высоте отвала. Затем отвал выглубляют так, что его режущая кромка выходит на поверхность несрезанного грунта, и в этом положении продолжают перемещать грунт к месту его погрузки в транспортные средства.

Операции набора и перемещения нефтезагрязненного грунта - наиболее трудные с точки зрения управления машиной. За час работы машинисту бульдозера приходится до 1000...1500 раз управлять отвалом при гидроуправлении [5].

Скреперы применяются также для послойного горизонтального копания нефтезагрязненных грунтов и их транспортирования.

Скреперы используют для разработки разнообразных грунтов - от чернозема и песка до тяжелой глины. При очень плотных грунтах скрепер срезает грунт стружкой малой толщины 3.5 см [5], поэтому в данных условиях необходимо проводить предварительное рыхление.

Возможность применения скреперов определяется дальностью транспортирования нефтезагрязненного грунта от 100 до 800 и максимально 1000 м. Чем больше вместимость скрепера, чем быстроходнее его базовый трактор, тем на большую дальность транспортирования целесообразно применять агрегат. Однако при дальности транспортирования 1 км прицепные скреперы уступают в рентабельности автомобилям-самосвалам, загружаемым одноковшовыми экскаваторами. Если дальность транспортирования менее 100 м, выгоднее применять более простые и дешевые бульдозеры на базовых гусеничных тракторах [5].

Полуприцепные скреперы, агрегатируемые с базовыми быстроходными колесными тягачами, применяют в благоприятных условиях при дальности транспортирования от 300 до 3000 м и более. При расстоянии менее 300 м целесообразно использовать более дешевый прицепной скрепер с гусеничным трактором, так как в этих условиях основное преимущество самоходного скрепера (быстроходность) не может быть использовано [5].

Для разработки переувлажненных, заболоченных и сильнозагряз-ненных грунтов скреперы не применяют. На этих грунтах колеса скрепера вязнут, что повышает его сопротивление качению, а тяговое усилие движителей тягача уменьшается за счет снижения сцепления с грунтом. Уменьшение тяги и увеличение сопротивления качению приводят к плохому заполнению ковша, вследствие чего работа скреперного агрегата малоэффективна, либо невозможна. При работе на чрезмерно влажных и сильнозагрязненных грунтах затруднена разгрузка из-за обильного налипания грунта на щит заслонки, боковые стенки и днище ковша. Скреперы возможно применять тогда, когда грунт просыхает до нормальной влажности и не достигает переувлажненного состояния. При затяжных дождях даже слабозагрязненные грунты могут оказаться в таком состоянии, что скрепер не сможет работать. Звенья гусениц трактора будут разрушать размокшую поверхность пути и не развивать тягового усилия, достаточного для наполнения ковша и движения груженого скрепера.

Зимой скреперы могут разрабатывать мерзлые грунты только после разрушения рыхлителями верхнего мерзлого слоя и работать круглосуточно, чтобы исключить промерзание вскрываемых слоев забоя.

Скреперные агрегаты перевозят грунты, щебень, гравий и другие сыпучие грузы, не вызывающие затруднений при выгрузке. Погружают эти грузы в ковши скреперов экскаваторами, одно- или многоковшовыми погрузчиками. При перевозке нефтезагрязненных грунтов происходит налипание перевозимой массы на стенки ковша.

Для снятия нефтезагрязненных грунтов возможно применять грейдеры. Основным рабочим органом грейдера служит отвал, который с помощью поворотного круга и тяговой рамы присоединен к передней части рамы машины.

В транспортном положении отвал поднят над землей и не препятствует движению машины. Для работы отвал опускают и внедряют в нефте-загрязненный грунт. При движении машины отвал нижними ножами режет грунт и перемещает его. Грейдеры работают на режиме низких передач (3.4,5 км/ч) [5].

Особенности выполнения работ при ликвидации последствий нефтяных загрязнений бульдозерами, прицепными грейдерами и скреперами предъявляют к базовым тракторам и тягачам ряд требований. Базовые машины должны длительное время создавать тяговое усилие при условии увеличения их массы на 60 % за счет навесного оборудования и действия на рабочем органе больших горизонтальных и вертикальных переменных нагрузок. Время работы трактора в таком режиме может достигать 70.75 % и более от общего времени работы. По условиям технологии работ, особенностям механизмов управления и ходовой части рабочая скорость при этом не должна превышать 2,5.3 для гусеничных машин и 3.3,5 км/ч -для колесных [5].

Для ликвидации нефтяных загрязнений применяются цепные траншейные многоковшовые и скребковые экскаваторы, которые осуществляют отделение нефтезагрязненного грунта от массива, подъем на определенную высоту и укладку его в отвал или в транспортные средства.

Экскаваторы во время работы непрерывно передвигаются, причем передвижение экскаватора и движение рабочей цепи происходит в одной плоскости.

Основным недостатком траншейных экскаваторов для использования их при ликвидации нефтяных загрязнений, является небольшая ширина захвата грунта и малая рабочая скорость.

Землеройно-фрезерные машины относятся к категории землеройных машин послойного резания, разрабатывающих поперечное сечение выемки за несколько проходов.

Принцип действия землеройно-фрезерной машины заключается в следующем. Цилиндрическая фреза, консольно закрепленная впереди машины, разрыхляет грунт и подает его на подгребающий нож. С подгребающего ножа грунт поступает на приемный транспортер, поднимающий грунт в направлении продольной оси машины на некоторую высоту, необходимую для обеспечения его подачи на выдающий транспортер, расположенный перпендикулярно к направлению движения машины.

Недостаток землеройно-фрезерных машин в том, что рабочий орган расположен консольно, он повторяет в увеличенном масштабе неровности поверхности нефтезагрязненного грунта.

Применение указанных землеройно-фрезерных машин для удаления нефтезагрязненного слоя грунта недопустимо, так как при использовании в качестве силовой установки дизель-генератора трехфазного тока, а

также электродвигателей механизма привода фрезы возникает опасность взрыва смеси углеводородов нефти с воздухом или возгорания нефти и нефтепродуктов.

Для механизированной очистки местности, промышленных зон предприятий нефтяной и химической промышленности от жидких и сыпучих материалов (песок, щебень, нефть, нефтепродукты и т. д.) разработан мобильный пневмотранспортный комплекс (МПК) по сбору и перемещению жидких и сыпучих материалов с поверхности твердых грунтов и искусственных покрытий [6]. Большим достоинством МПК является его многофункциональность, а также уровень производительности работ.

Наряду с этим высокое удельное давление МПК на грунт и низкая проходимость по пересеченной местности не позволяют применить его для сбора пролитой нефти с поверхности рыхлых грунтов, болотных почв и мхов. Смонтированные на пневмотранспортном шасси устройства и агрегаты не предназначены для снятия слоя грунта без дополнительного рыхления.

В результате проведенного литературного обзора машин и механизмов, работающих в местах ликвидации нефтяных загрязнений установлено, что применяемые в настоящее время технические средства для удаления нефтезагрязненного слоя грунта не в полной мере обеспечивают эффективную и качественную очистку нефтезагрязненной почвы.

Недостатком применения этих средств является то, что они не только не обеспечивают снятие необходимой толщины загрязненного грунта, создают неровности рельефа, в углублениях которого скапливается нефть, но и перемещают и перемешивают слой грунта с незагрязненной почвой.

Возникает необходимость создания новых технических средств для рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Совместно с ОАО «Судостроительный завод» разработана самоходная машина рекультивации почв (СМРП) (рис. 1) [7 - 10].

СМРП снабжена технологическим оборудованием, позволяющим срезать и обработать биопрепаратами нефтезагрязненный слой грунта, равномерно распределить его на прежнем месте или загрузить в транспортные средства для удаления к месту рекультивации.

Базой для СМРП является гусеничный плавающий транспортер средний ПТС-М, который серийно выпускался ОАО «Красноярский судостроительный завод». Однако в настоящее время выпуск ПТС-М прекращен.

Предлагается разработка более универсального мобильного комплекса для рекультивации нефтезагрязненных почв с точки зрения базовой машины.

Мобильный комплекс (рис. 2) представляет собой полунавесную установку, которая агрегатируется с тягово-силовым агрегатом - гусеничным или колесным трактором.

Рис. 1. Самоходная машина рекультивации почв: 1 - фреза; 2 - гидроцилиндрперекосафрезы; 3 - транспортерудалениягрунта; 4 - гидроцилиндрподъема-опусканияфрезы; 5 - транспортер перемещениягрунта; 6 - патрон-поглотителълегколетучих углеводородов; 7 - бункер-дозаторбиопрепарата; 8 - гидробак; 9 ~ агрегатукладкигрунта; М - гидромотор

Рис. 2. Мобильный полунавесной комплекс для рекультивации нефтезагрязненных почв: 1 - тягово-силовой агрегат; 2 - фреза для снятия нефтезагрязненного грунта; 3 - опорное колесо; 4 - агрегат укладки грунта; 5 - дозатор-смеситель биологического препарата; 6 - система привода агрегатами комплекса; 7-кардан от вала отбора мощности

Принцип действия мобильного комплекса заключается в следующем.

С помощью механизма навески трактора полунавесной комплекс присоединяется к силовому агрегату 1. Крутящий момент от вала отбора мощности трактора передается на систему привода 6, посредством которой приводятся в движение фреза 2, дозатор-смеситель 5 и агрегат укладки грунта 4.

При движении по спирали, после первого круга, трактор и опорные колеса 3 движутся по очищенной от нефтезагрязненного слоя почве. Высота срезаемого слоя почвы регулируется с помощью опорных колес 3. В дозаторе-смесителе 5 происходит обработка загрязненной почвы биологическим (нефтеокисляющим) препаратом, деструктурирующим нефть, далее обработанная почва через агрегат укладки 4 распределяется на очищенную поверхность грунта.

Разработанный мобильный комплекс для ликвидации нефтяных загрязнений почв по сравнению с СМРП обладает преимуществом в плане повышения эффективности рекультивации за счёт универсальности базовой машины, так как в качестве тягово-силового агрегата можно использовать трактор, соответствующий по тяговому классу, имеющий навесной механизм и вал отбора мощности.

Список литературы

1. Результаты применения биопрепарата «Дестройл» в технологическом процессе зачистки резервуаров складов авиационных горючесмазочных материалов / Ю.Ф.Кайзер, А.В. Лысянников, Р.Б.Желукевич [и др.]. // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: http://www.science-education.ru/120-15345.

2. Кайзер Ю.Ф., Подвезенный В.Н. Исследование процесса рекультивации нефтезагрязненной почвы биопрепаратом «Дестройл» // Вестник Красноярского государственного технического университета. Вып. 20. Транспорт / под ред. В.И. Пантелеева. Красноярск: КГТУ, 2000. С. 127-129.

3. Кайзер Ю.Ф. Влияние легколетучих фракций нефти на свойства рабочей жидкости и резиновых уплотнений гидрофицированных машин: дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2000. 125 с.

4. Особенности сбора проливов нефтепродуктов с грунта. Транспорт и хранение нефтепродуктов. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1998. № 11. С.29-33.

5. Плешков Д.И., Хейфец М.И., Яркин А. А. Бульдозеры, скреперы, грейдеры. М.: Высшая школа, 1980. 271 с.

6. Разработка мобильного комплекса для сбора и перемещения жидких и сыпучих материалов. Транспорт и хранение нефтепродуктов / В.И. Лифар, М.Т. Будовский, С.В. Баканов [и др.]. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1995. № 9. С.5-7.

7. Подвезенный В.Н., Кайзер Ю.Ф. Разработка амфибийной установки для ликвидации последствий загрязнения рыхлых грунтов и болотных почв нефтью // В сб.: Вестник КГТУ. Красноярск: КГТУ, 1997. С.168-171.

8. Кайзер Ю.Ф., Подвезенный В.Н. Установка для удаления нефте-загрязненных грунтов: Тезисы докладовнаучно-практической конференции и выставки «Достижения науки и техники - развитию города Красноярска». Красноярск, 1997. С.120.

9. Кайзер Ю.Ф., Подвезенный В.Н., Кучеренко А.Д. Амфибийная установка для снятия нефтезагрязненного слоя почвы с поверхности грунтов. ИЛ № 400-98. Красноярск: ЦНТИ, 1998. 3 с.

10. Кайзер Ю.Ф. Влияние легколетучих фракций нефти на свойства рабочей жидкости и резиновых уплотнений гидрофицированных машин: автореф. ... дис. канд. техн. наук. Красноярск, 2000. 24 с.

Кайзер Юрий Филиппович, канд. техн. наук, доц., kaiserl70174@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Лысянников Алексей Васильевич, канд. техн. наук, доц., av. lysyannikov@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Мерко Михаил Алексеевич, канд. техн. наук, доц., m.merko@mail.ru, Рос-сия,Красноярск, Сибирский федеральный университет, Политехнический институт,

Кайзер Оксана Алексеевна, магистрант, okkaiser@mail. ru, Россия, Красноярск, Красноярский государственный аграрный университет,

Лысянникова Наталья Николаевна, канд. техн. наук, доц., nataly.nm@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа

MOBILE SYSTEMRECLAMA TION OILY SOIL

Yu.F. Kaiser, A. V. Lysyannikov, M.A. Merko,O.K. Kaiser, N.NLysyannikova

This paper presents analysis of the problem. The main advantages and disadvantages of machines and mechanisms operating in the field of oil pollution elimination. The design of mobile complex remediation of oil-contaminated soil, the application of which will improve the effectiveness of remediation due to the flexibility in terms of the basic machine.

Key words: mobile complex, oil, oil-contaminated soils, reclamation, pollution.

Kaiser Yuri Filippovich, candidate of technical sciences, docent, kaiserl 70174@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Lysyannikov Alexey Vasilievich, candidate of technical sciences, docent, av. lysyannikov@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Merko Mikhail Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, m. merko@,mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Polytechnical Institute,

Kaiser Oksana Alekseevna, undergraduate, okkaiser@,mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, State Agricultural University,

Lysyannikova Natalya Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, nata-ly.nm@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas

УДК 655.3.023

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ КАЧЕСТВА ФАЛЬЦОВКИ

Н.Е. Проскуряков, А.С. Колесникова

Рассмотрены технологические факторы, влияющие на результат выполнения операции фальцовки, исследовано влияние характеристик окружающей среды, используемых материалов и особенностей технологического процесса. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса, способствующие снижению брака и повышению качества выполняемых операций.

Ключевые слова: качество фальцовки, характеристики бумаги, статическое электричество, температура и влажность.

Напоказателикачествасфальцованныхтетрадей

оказываютвлияниетехнологическиефакторыирежимыфальцовки. Под режимами фальцовки подразумевается величина зазора между фальцевальными валиками и скорость работы фальцмашины, определяющие величину, время и энергию силового воздействия на фальцуемую бумагу. К технологическим факторам относятся толщина, объемная масса, зольность и влажность бумаги, направление раскроя, число сгибов и варианты фальцовки тетради, деформационные свойства бумаги и полуфабриката [1].

Качество фальцовки и локальная способность тетрадей к раскрыва-ниюзависят от толщины бумаги, ее плотности, зольности и машинного направления, а также влагосодержания и числа фальцев.

При фальцовке тонкого листа количество бумажной массы нераз-рушаемой надмолекулярной структуры в нем всегда меньше, чем в более толстом. Поэтому тонкому листу присущи меньшие внутренние напряжения и при прочих равных условиях тетради из тонкой бумаги имеют меньшую способность к раскрыванию и обладают более плотной затяжкой фальцев.