Ресурсосберегающая электрогидроимпульсная технология утилизации полых железобетонных конструкций

Современные технологии - транспорту

Петербургского государственного университета путей сообщения. - 2006. - Вып. 4 (9). - С. 100-104.

6. Один из способов повышения КПД паровоза / А. А. Тимофеев, И. Г. Киселев, А. С. Краснов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2009. -Вып. 2 (19). - С. 71-77.

7. Пат. 68063 Российская Федерация, МПК F 01 в 31/30. Автосифон / Буянов А. Б., Киселев B. Г., Тимофеев А. А., Краснов А. С.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения». - № 2007125030/22; заявл. 02.07.07; опубл. 10.11.07, Бюл. № 31. - 1 с.: ил.

Статья поступила в редакцию 30.03.2009;

представлена к публикации членом редколлегии А. В. Грищенко.

Общетехнические и социальные проблемы

УДК 621.319.53

О. И. Г ромов, А. А. Костроминов, А. М. Костроминов, А. П. Ледяев,

Э. Н. Фоминич

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПОЛЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Рассмотрена технология утилизации полых железобетонных конструкций, в частности выработавших ресурс и выведенных из эксплуатации железобетонных опор контактной сети, основанная на разрядно-импульсных процессах в жидкой среде. Приведены результаты экспериментальных исследований этой технологии разрушения опор, выполнена оценка технико-экономических показателей.

электрогидроимпульсная технология, утилизация железобетонных полых конструкций, технико-экономические показатели.

Введение

Железобетонные конструкции, с середины 1960-х годов широко применяемые во многих отраслях страны, за 40 с лишним лет выработали свой ресурс. В полной мере эта ситуация характерна и для железнодорожного транспорта. Многочисленные опоры контактной сети из-за старения железобетона потеряли несущую способность, что стало угрозой для безопасности движения поездов, т. к. по сети дорог их многие сотни тысяч. Опоры интенсивно заменяют на новые, но весьма

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Современные технологии - транспорту

225

актуализировалась проблема утилизации старых опор.

1 Историческая справка

Первые работы в области технологии, названной разрядно-импульсной (РИТ), принадлежат инженеру Л. А. Юткину (1950-е годы), который отталкивался от исследований И. В. Федорова (1932 г.). С начала 1960-х годов интерес к РИТ возрос как в СССР, так и за рубежом для целей штамповки деталей, запрессовки труб, очистки отливок, сейсмоакустических исследований на море.

Позднее важнейшими областями применения РИТ стали литейное производство, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтяная и газовая промышленность. По данным П. П. Малюшевского (ПКБ электрогидравлики АН УССР), по состоянию на 1983 год в промышленности работало около 1000 установок РИТ различного назначения. Вместе с тем, по его признанию, теоретическая база РИТ разработана весьма слабо и технологические возможности РИТ далеко не раскрыты.

2 Физические основы разрядно-импульсной технологии

Если к двум электродам, погруженным в жидкость (слабый электролит) приложить напряжение 10...70 кВ от заряженного конденсатора, то между электродами возникнет явление пробоя, сопровождающееся образованием высокопроводящего канала электрического разряда. В образовавшийся канал быстро, за 10...100 мкс, вводится энергия, накопленная конденсатором. Температура в зоне канала достигает до 20 000... 40 000 К, а давление в канале поднимается до 300...1000 мегапаскалей. Под действием этого давления канал с большой скоростью расширяется, передавая энергию жидкости и создавая в ней фронт волны сжатия до (1,6...2,9)-105 см/с при токе 12...650 кА.

3 Результаты экспериментальных исследований в направлении применения РИТ для утилизации железобетонных изделий

Поскольку исследований о применении РИТ к такой прикладной области не было, инициативной группой в составе ученых Военно-инженерного технического университета (ВИТУ) и Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) в середине 1990-х годов были организованы и проведены исследования по разрушению пустотелых железобетонных осветительных опор и опор контактной сети (рис. 1), получены следующие результаты:

а) б)

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Современные технологии - транспорту

Рис. 1. Пробное разрушение железобетонной опоры с заполнением ее водой: а - момент электрогидроимпульсного взрыва; б - результат разрушения опоры: арматура очищена от бетона осуществляется полная очистка арматуры от бетона (уникальность этой технологии, рис. 1, б);

арматура не имеет деформаций (рис. 1, б) и может быть использована повторно при изготовлении различных железобетонных изделий; степень дробления бетона такова, что куски бетонного камня можно использовать в качестве щебня, причем размеры фракций можно задавать.

4 Укрупненные характеристики утилизационного блока

а) Характеристики фракций разрушенной бетонной оболочки:

5-20 мм...............................................30%

20-50 мм..............................................60%

50-100 мм.............................................10%

б) Степень очистки арматуры от бетона.................100%

в) Степень деформации арматуры в процессе утилизации..Нет

г) Время подготовки генератора к разрушению очередного

объекта утилизации..................................4-5 мин

д) Мощность, необходимая для питания ЭГИ-генератора...10-15 кВт

е) Характеристики первичного источника питания:

число фаз ............................................1 или 3

напряжение............................................220/380 В

ж) Масса силовой части ЭГИ-генератора.................1800 кг

з) Объем, занимаемый силовой частью с учетом пространства

на профилактическое обслуживание и ремонт...........2,0*2,0*2,0 м

и) Возможность деления объема на модули...............Есть

к) Наработка на отказ..............................1,5*104 циклов

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Современные технологии - транспорту

227

В более позднем и с технологической точки зрения более удобном варианте утилизация железобетонных конструкций осуществлялась в погруженном в воду состоянии. В любом варианте электрогидроимпульсное разрушение опор завершалось выходом следующих вторичных продуктов: 1) арматуры недеформированной с возможностью повторного ее использования без каких-либо дополнительных технологических операций по очистке от остатков бетона; 2) размельченного бетонного камня с целью использования в качестве щебня в различных строительных производствах.

5 Экономический эффект

Освобождение площадей, занимаемых выведенными из эксплуатации опорами, и использование их для активной полезной деятельности. Полагая площадь, занимаемую этими опорами, 10 000 кв. м (реальная ситуация), а эффект от ее освобождения примерно 100 руб/кв.м (согласно «Бюллетеню недвижимости» от 21.04.2008), имеем доход 1,0 млн. руб. Повторное использование арматурного железа. Рыночная стоимость 1 тонны высокопрочной арматуры составляет примерно 12 тыс. руб. (согласно строительному еженедельнику «СтройБизнесМаркет» от 21.04.2008). Полагая вес арматуры в одной опоре 70...100 кг и считая объем утилизации 10 000 опор в год, имеем доход по этой статье 8,4...12 млн. руб. в год.

Использование размельченного бетона в качестве щебня. Рыночная цена щебня из бетонного камня составляет около 400 руб/т (согласно строительному еженедельнику «СтройБизнесМаркет» от 21.04.2008). Полагая выход товарного щебня 1,0 т с одной условной опоры, имеем при указанном выше объеме утилизации 4 млн. руб. в год.

6 Варианты утилизационных комплексов

Утилизация по первому варианту осуществляется на мобильной установке, смонтированной, например, на железнодорожных платформах; такой мобильный перерабатывающий комплекс (МПК) позволяет осуществлять утилизацию снятых с эксплуатации опор на территориях, тяготеющих к железным дорогам; благодаря подъездным путям промышленных предприятий МПК может обслуживать эти предприятия, перерабатывая отслуживший железобетон. Это относится и к специализированным предприятиям по производству железобетонных конструкций, где часть железобетонных изделий, имеющих производственные дефекты, не находит сбыта, загромождая территорию и создавая дополнительные проблемы.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Стременные технологии - транспорту

Утилизация по второму варианту осуществляется на стационарной установке, расположенной, например, на одной из крупных станций железной дороги. Данный вариант следует рассматривать как мини-завод по утилизации железобетона со значительным ежегодным объемом переработки и поэтому с высокой рентабельностью. При модульном исполнении основных элементов утилизационной установки стационарный комплекс можно преобразовать в мобильный, расположив модули на железнодорожных или на автомобильных платформах.

При утилизации по обоим вариантам должны соблюдаться экологические нормы и нормы охраны труда и техники безопасности.

Утилизация предусматривает полную непрерывную технологическую цепь, на вход которой подается подлежащий утилизации железобетон, а на выходе получается готовый к реализации продукт. При этом процесс утилизации должен быть максимально автоматизирован и иметь минимальные эксплуатационные затраты; значит ЭГИ-технология должна быть существенно эффективнее любых других альтернативных технологий.

Рассмотрим более подробно реализацию первого варианта.

Схема компоновки мобильного утилизационного комплекса по первому варианту приведена на рисунке 2.

4

А

1 2 3

Кондиционер

В

гп £ 1 п ЕН

5 6

оо оо оо оо

С

I и 7

ал

тг

АН

оо оо

7

Рис. 2. Компоновка МПК: А - силовой модуль с элементами автоматики, управления и блокировки; В - утилизационный модуль; С - грузовая платформа с подготовленными для утилизации опорами; 1 - высоковольтный энергоблок;

2 - блок коммутации, автоматики и блокировки; 3 - блок управления;

4 - кабина оператора; 5 - утилизационная ванна; 6 - буферная ёмкость для воды; 7 - доставленные для утилизации железобетонные опоры

Силовой модуль А (см. рис. 2) содержит высоковольтный энергоблок 1, блок коммутации, автоматики и блокировки 2 и блок 3 управления с местом для обслуживающего персонала. Высоковольтный блок 1 может получать энергоснабжение от генератора дрезины либо от внешнего источника по трёхфазной системе с использованием гибкой кабельной линии. При этом помимо высоковольтного блока 1 по упомянутой линии получают электроснабжение все потребители мобильной утилизационной установки.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Современные технологии - транспорту

229

Процесс разрушения опор осуществляется в ванной 5, заполненной водой. Для создания искрового канала внутрь опоры вводится специальная электродная система, которая затем с помощью блока коммутации 2 подключается к энергоблоку 1.

Возможны два варианта удаления из ванны размельчённого бетона:

1) с помощью металлической сетки-контейнера, на которой накапливается размельчённый бетон. Очевидный недостаток этого способа -невозможность установки сетки на прежнее место из-за наслоения на дне ванны мелких фракций, несомненное достоинство - не требуется слива воды;

2) путём слива воды и опрокидывания ванны за борт платформы, при этом размельчённый бетон ссыпается по специальному фартуку за борт платформы. Этот способ удаления продукта дробления бетона, в свою очередь, возможен в двух вариантах: со сливом воды за борт и заполнением ванны свежей водой перед очередным циклом утилизации; с замкнутым циклом использования воды, при котором задействована буферная ёмкость для временного хранения воды на период удаления продуктов дробления бетона. Второй вариант является предпочтительным как с экологической точки зрения, так и с точки зрения общего расхода воды в технологическом процессе. Кроме того, этот вариант имеет надёжную технологическую реализацию: достаточно ванну поднять, и вода самотёком перейдёт в буферную ёмкость; после освобождения ванны от продуктов дробления бетона и её опускания на прежнее место заполнение ванны водой осуществляется автоматически из буферной ёмкости (рис. 3). Принцип этого варианта сохраняется, если поднимать и опускать буферную ёмкость относительно ванны.

Ванна

Буферная

ёмкость

Ванна

Рис. 3. Схема удаления воды из утилизационной ванны перед освобождением её от продуктов дробления бетона

7 Сравнение с известными решениями

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Современные технологии - транспорту

Сегодня в России и за рубежом для утилизация железобетонных и бетонных конструкций, изготавливаемых ДСК и используемых в гражданском и промышленном строительстве, используют в основном методы разрушения с помощью копров, взрывчатых веществ, а также ресалтинга - механического дробления, установки для которого выпускаются главным образом в Г ермании и в Финляндии. Помимо дороговизны, все эти методы отличаются значительной металло- и энергоемкостью и экологически опасны.

Наименее эффективными из применяемых в настоящее время являются машины ударного действия, совершающие работу разрушения и дробления строительных конструкций (с деформацией арматуры) за счет ударного действия при направленном движении бабы - ударника массой до 20-30 тонн, подъем которого выполняется с помощью электрического или механического привода.

Более эффективны механические мельницы и грохоты, выполняющие разлом и дробление в результате непрерывного ударного и трущего воздействия, сопровождающегося разрушающими напряжениями изгиба, сдвига и кручения. Как правило, это стационарные, громоздкие механические системы весом от 10 т и выше, стоимостью до нескольких миллионов долларов США. Например, выпускаемое в Г ермании и в Финляндии оборудование этого класса производительностью до 30 куб. м в час весит более 15 тонн и предназначено только для стационарной установки. Его стоимость составляет до 800 тысяч долларов в зависимости от степени дробления бетона. При этом металлическая арматура подлежит утилизации только как металлолом. Следует отметить, что при общем ресурсе этих установок 7-8 лет ресурс дробящих инструментов, составляющих до 30 % стоимости установки, не превышает 2-3 месяца, после которых необходима их замена. При этом энергозатраты на таких установках обходятся более чем в 7 кВт/куб. м (помимо зарплаты 5 чел. обслуживающего персонала, амортизации оборудования и запасных частей).

Из отечественных известна установка МКУ-1 производства компании «Дробмаш» (Нижегородская область), занимающаяся выпуском дробильной техники для горняков. Из опубликованных материалов известно, что производительность машины - три-четыре опоры в час, при этом отмечается, что машина сильно пылит. Приобретенная Октябрьской ж. д. установка для утилизации опор контактной сети производства «Дробмаш», по имеющимся сведениям, работает неудовлетворительно.

Заключение

Предлагаемая технологическая установка имеет ресурс не менее 25-30 лет и примерно на порядок эффективнее по сравнению с механическими аналогами, причем обслуживается всего двумя операторами, а замена отдельных элементов, цена которых составляет доли процента общей стоимости, осуществляется не чаще одного раза в несколько лет

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4

Современные технологии - транспорту

2 3 1

эксплуатации (первый показатель ресурсосбережения - снижение эксплуатационных расходов). Важно также, что продукты утилизации являются товарным продуктом, полностью подлежащим возврату в хозяйственный оборот (второй показатель ресурсосбережения - вторичное использование ресурсов).

Предлагаемая технология экологична, т. к. имеет замкнутое водоснабжение, не шумит и не пылит, чем выгодно отличается от механических аналогов. Анализ накопленного опыта показал, что РИТ можно использовать для утилизации, например, железобетонных шпал и других цельнотелых армированных железом изделий, причем с высокой производительностью и высокой степенью автоматизации процесса утилизации.

Библиографический список

п

1. Пат. 56220 Российская Федерация, МПК B 03 B 13/00. Устройство для утилизации полых железобетонных изделий / Костроминов А. М., Ледяев А. П., Громов О. И. и др.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения». - № 2006113009/22; заявл. 17.04.2006; опубл. 10.09.06, Бюл. №25. - 4 с. : ил.

2. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности / Л. А. Юткин. - Л. : Машиностроение, 1986. - 253 с.

3. Основы разрядно-импульсной технологии / П. П. Малюшевский. - Киев : Наукова думка, 1983. - 273 с.

Статья поступила в редакцию 20.05.2009;

представлена к публикации членом редколлегии Л. Б. Сватовской. .

УДК 51.510 Б. Н. Квасников

ОБ ОДНОЙ ОСОБОЙ ПРЕДЕЛЬНОЙ ТОЧКЕ аэ = оо АНАЛИТИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ В РАДИКАЛАХ ОБЩЕГО

АЛГЕБРАИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ ЗА «БАРЬЕРОМ П > 5 НЕРАЗРЕШИМОСТИ» ТЕОРЕМЫ Н. АБЕЛЯ

Асимптология М. Крускала, асимптотические методы и теория возмущений [ 1 ]—[62] последних лет позволяют доказать справедливость теоремы Абеля в классической (традиционной) алгебре (область ос > 0) и существование особой предельной точки аэ = оо, где она (теорема) теряет силу. Этой проблеме посвящена данная статья.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС 2009/4