Оценка экономической эффективности технологии разрезания геоматериалов водоледяными струями

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2009. Вып. 1. С. 201-204

= Науки о земле =

УДК 622.236.22.5:005.962.131

Оценка экономической эффективности технологии разрезания геоматериалов водоледяными струями

М.А. Бурнашов

Аннотация. Дается сравнительная экономическая оценка применения гидроструйных установок для реализации технологий гидрорезания и водоледяного резания искусственных материалов.

Ключевые слова: экономическая оценка, гидроструйное оборудование, гидрорезание, водоледяное резание, искусственные материалы, технология.

На протяжении последних 30 лет в технике, главным образом в индустриально развитых странах, широкое применение нашла технология разрезания твердых материалов с применением энергии тонких (0,15-0,50 мм) высоконапорных (до 450 МПа) сверхзвуковых жидкостных и абразивно-жидкостных струй [1]. Однако анализ литературных источников показал, что приобретение новой техники для реализации технологий гидравлического и гидроабразивного резания затруднено как из-за значительной стоимости самих установок, так и больших расходов для их эксплуатации [2].

Одним из способов повышения эффективности процесса гидрорезания искусственных материалов является применение в качестве режущего инструмента не водяной, а водоледяной струи [3]. Получение льдинок в водоледяной струе достигается подачей жидкого азота в специальную камеру смешивания. Еще большей эффективностью обладает водоледяная струя, полученная путем увлечения заранее приготовленных и просеянных льдинок определенного размера высоконапорной водяной струей. Однако значительная доля затрат на хранение, подготовку, просеивание, подвод и теплоизоляцию ледяных гранул делает этот способ формирования водоледяной струи слишком сложным и дорогим с организационной точки зрения.

В табл. 1 приведена техническая характеристика гидроструйных установок (I и II варианты), проанализированных в работе Лабуса (США) [4], и установки, созданной фирмой «НИТЕП» (Россия) [5], в исполнении с системой водоледяной резки. В табл. 2 приведена стоимость расходных материалов (карбидной насадки и электроэнергии) при эксплуатации указанных установок, а в табл. 3 — часовая стоимость заменяемых частей. Затраты

па эксплуатацию установок в течение 1 ч при резании одной гидроструйпой головкой приведены в табл. 4.

Таблица 1. Технические характеристики гидроструйных установок

Гидроструйная установка I вариант (Лабус) II вариант (Лабус) Фирма «НИТЕП»

Диаметр водоструйной насадки, мм 0,178 0,356 0,4

Рабочее давление, МПа 315 305 100

Расход воды через насадку, л/ч 46,1 184,6 192

Долговечность карбидной насадки, ч 60 30 80

Требуемая мощность, кВт/ч 6,18 2,47 7,5

Таблица 2. Стоимость расходных материалов

Стоимость, долл., в установках

Расходные материалы Ла.буса. фирмы

I вариант II вариант «НИТЕП »

Карбидная насадка 27,5 27,5 27,5

Электроэнергия 0,62 2,47 0,125

Таблица 3. Часовая стоимость заменяемых частей

Заменяемая часть (долговечность, ч; первоначальная стоимость, долл.) Стоимость, долл./ч, в установках

Лабуса. фирмы «НИТЕП»

I вариант II вариант

Контрольный клапан (1500; 40) 0,03 0,03 0,13

Насадка из сапфира (150; 15) 0,1 0,1 0,1

Заглушка высокого давления (1000;20) 0,02 0,02 —

Насосные фильтры (500; 21) 0,04 0,04 0,04

Стоимость комплекта оборудования, рассматриваемого Лабусом, составила 65 тыс. долл. при мощности насосной установки 30 кВт. Фирма «НИТЕП» использовала источник воды высокого давления мощностью 35 кВт па базе преобразователя давления мультипликаторпого типа общей стоимостью 40 тыс. долл., при этом приводной насосный блок и преобразователь давления стоили 20 тыс. долл. каждый.

Анализ данных, приведенных в табл. 1-4 показывает, что уровень затрат па эксплуатацию гидроструйпой установки, оснащенной системой подачи жидкого азота, в России близок к мировому, тогда как стоимость комплекта оборудования значительно ниже. Таким образом, можно рассчитывать па то, что па российском рынке внедрение гидроструйного резания, в случае общего оздоровления экономики, имеет определенную перспективу. Однако вопрос снижения эксплуатационных затрат требует углубленного исследования.

Таблица 4. Затраты на эксплуатацию установок в течение 1 ч

Затраты, долл./ч при эксплуатации установок

Статьи затрат Ла.буса. фирмы

I вариант II вариант «НИТЕП»

Запчасти и энергия 0,81 2,66 0,40

Жидкий азот — — 0,46

Карбидные насадки 0,46 0,91 0,34

Всего 1,27 3,57 1,20

Кроме общей часовой стоимости при формировании цепы па выполнение работ по гидроструйном резании необходимо учитывать затраты па амортизацию оборудования, фонд оплаты труда, накладные расходы и пр. Однако для настоящего анализа часовая стоимость принята как обобщенный показатель.

Из табл. 1-4 видно, что 90% стоимости составляют расходные материалы — сменные детали инструмента.

Список литературы

1. Summers D.A. Waterjetting Technology. Oxford: Alden Press, 1995.

2. Wightman D. F. Waterjetting on the Cutting Edge of Machining /7 SME MS86. Flexible Manufacturing Systems. Chicago, 1986. V. 2. P.171.

3. Бурнашов M.A., Головин К.А. Экспериментальные исследования применения водоледяного инструмента для раскроя рулонных и листовых материалов // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: матер. Межд. конф./ ТулГУ. Тула, 2008. С. 117-121.

4. Lo,bus T.J. Fluid Jet Technology Fundamentals and Applications // A Short Course of 5th American Wa.terjet Conference, Toronto, 1989. P. 145-168.

5. Пушкарева E.B. Экономический анализ затрат при гидроабразивной резке материалов // Технология и механизация горных работ: сб. на.учн. трудов. М.: Изд-во АГН, 1998. С. 39-42.

Поступило 23.12.2008

Бурнашов Михаил Анатольевич (arshin72@mail.ru), к.т.п., доцент, кафедра технологии машиностроения и конструкторско-технологической информатики, Орловский государственный технический университет.

Evaluating economical efficiency of cutting man-made materials by high-pressure water-glacial jets technology

M.A. Burnashov

Abstract. Comparative economical evaluation of using hydro-jets equipments for realizing hydro-cutting and water-glacial cutting man-made materials technologies is shown.

Keywords: economical evaluation, hydro-jets equipments, hydro-cutting, water-glacial cutting, man-made materials, technology.

Burnashov Mihail (arshin72@rnail.ru), candidate of technical sciences, associate professor, department, of machine-building technology and design-technology, Orel State Technical University.