Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Podstawy stosowania wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej do wydobywania konkrecji polimetalicznych z dna oceanu

Borkowski P. J., Borkowski J. A., Jędrysek M. O.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2017

|

z. 89 [295], nr 4

423--433

PL

W pracy scharakteryzowano konkrecje polimetaliczne zalegające dno oceaniczne oraz ich zasoby i miejsca występowania, zwłaszcza w przyznanym Polsce obszarze pomiędzy uskokami dna pacyficznego o nazwie Clarion-Clipperton. Zaprezentowano koncepcję zastosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej, wspomaganej fizycznym oddziaływaniem granulek suchego lodu CO2, do podmorskiego urobku takich konkrecji. Wskazano na bardzo przydatną cechę zastosowanego lodu, dzięki której jego cząstki nie podlegają zbrylaniu się w środowisku wodnym. Ponadto granulki takiego lodu pod wpływem mechanicznych udarów, występujących w strefie obróbki, ulegają gwałtownej sublimacji. Objętość pęcherzyków fazy gazowej CO2, powstających z częściowego przesublimowania granulek suchego lodu w warunkach panujących na dnie oceanicznym, jest bardzo niewielka. Największe pęcherzyki mają średnice od 1,7 do 2,1 mm. Ich ogromna mnogość sprawia jednak, że strefa robocza staje się obszarem agresywnej erozji, zbliżonej do kawitacji. W artykule tym przedstawiono także podstawy hydropneumatycznego transportu konkrecji polimetalicznych na powierzchnię, określając, na jakiej głębokości należy wtłaczać do rury sprężone powietrze w celu zapewnienia odpowiedniej wydajności tego procesu. Scharakteryzowano także struktury przepływów występujących w różnych przekrojach rury transportowej oraz określono odpowiednie zależności teoretyczne. Przedstawione zależności pozwalają na dokonywanie wyboru najważniejszych parametrów, które decydują o skuteczności opracowanej metody. Przedstawione teoretyczne podstawy odspajania i wydobywania konkrecji polimetalicznych z dna oceanicznego, oparte na wykorzystaniu erozyjnych właściwości wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej CO2 oraz transportowania urobku metodą iniekcji pneumatycznej powinny w istotnym stopniu przyczynić się do zwiększenia skuteczności wydobywania tych konkrecji.

EN

The paper presents characteristics of polymetallic concretions deposited on the bottom of the ocean and their resources as well as areas of deposition, especially in the Clarion-Clipperton area, the Pacific zone of Polish concession. The concept of high-pressure waterjet implementation, supported with physical influence of CO2 dry ice pellets for concretions’ output is presented. A very useful feature of ice used in the process that causes relatively neglected effect of clumping in the water environment is pointed out. Moreover, CO2 pellets, undergoing mechanical impact occurred in the machining zone, sublimate violently. The volume of CO2 gas bubbles at the bottom of the ocean is very small. The largest ones are 1.7 up to 2.1 mm in diameter. However, the huge number of those bubbles causes that the work area undergoes aggressive erosion similar to cavitation effect. The basis of concretions’ hydro-pneumatic transportation from the ocean bottom is given too, pointing out the issue of air pressure inlet depth to the main transportation tube, in order to achieve proper efficiency. The flow structures in respective cross-sections of the tube, as well as theoretical analysis of the problem are also characterized in this paper. Presented relations allow to choose important parameters, deciding about a quality of the developed method. Finally, the theoretical basis presented in this paper, based on erosive properties of high-pressure water-ice (CO2) jet technique of exploitation should essentially contribute to an increase in the efficiency of poly-metallic concretions output.

2

Ocena przydatności stosowania cząstek suchego lodu CO2 w obróbce powierzchni strugą wodno-lodową

Chomka G.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 7

656--659

PL

W artykule przedstawiono wyniki termodynamicznych analiz cząstek suchego lodu w czasie kreowania wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej. Zaprezentowano efekty badań eksperymentalnych wpływu wydatku suchego lodu na wydajność usuwania powłok lakierniczych strugą wodno-lodową. Dokonano oceny stanu powierzchni podłoża, które po obróbce nie wykazuje żadnych zmian w stosunku do stanu pierwotnego.

EN

The paper covers theoretical analyses and experimental results aimed at an evaluation of the usefulness of CO2 dry ice particles for the removal of varnish coats. In the first section, there is performed a thermodynamic analysis of CO2 dry ice particles of the temperature lower than the sublimation temperature, during the creation of a water-ice jet. In this case, there was determined the impact of individual treatment parameters (Figs. 2 and 3) that are of significance to the mechanical properties of dry ice particles. Furthermore, a thermodynamic analysis of a high-pressure water-ice jet for ice particles of the temperature being equal to the sublimation temperature is conducted. It was established that during the transport of dry ice particles from a tank to a concentric multi-hole nozzle, a maximum of 4.7% of CO2 could be sublimated. Additionally, in a high-pressure water-ice jet, where 30% of dry ice will be sublimated, the water jet temperature will be reduced by a maximum of 1.03 K, when the initial air temperature is 293 K and the initial water temperature is also 293 K. In the further part of the paper, the influence of the dry ice expenditure on the treatment efficiency (Fig. 6) is discussed. There was found the occurrence of the maximum limiting expenditure of dry ice particles, with the use of which the best cleaning results are obtained. There was also carried out an analysis of the macro- and micro-structure of the substrate surface, from which varnish coats were removed with the aid of a high-pressure water-ice jet.

3

Interpretacja wyników pomiarów powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych strugą wodno-lodową

Chomka G., Bil T.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2011

|

R. 57, nr 5

538-541

PL

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów powierzchniowej wydajności usuwania powłok lakierniczych wysokociśnieniową strugą wodno-lodową przy zastosowaniu różnych dysz. Wyniki badań eksperymentalnych poddano aproksymacji z zastosowaniem iloczynu funkcji wykładniczych. Aproksymacje wykonano z zastosowaniem metody optymalizacji nieliniowej funkcji wielu zmiennych. Odpowiednio dobrana funkcja aproksymująca pozwoliła na ekstrapolację wyników i wybór dysz, które należy poddać dalszym badaniom.

EN

New realizations of technical coatings require regeneration of the structures already in service. In this case the significant importance is to carefully remove the old coating, to ensure intactness of the substrate material. One method is to use air jets doped ice particles, or jets such as the stream of cryogenic liquid nitrogen or ammonia. Measurements results of the surface coating removal efficiency by high-pressure stream of water ice using different nozzles are presented in the paper. It was found that irrespective of the pressure water jets, and expense of dry ice treatment, best performance is obtained for the four-hole nozzle having a hole diameter of water amounting to dw = 1,2 mm. Measurement results were approximated using the optimization method for the nonlinear function of many variables. Mathematical description of the measurement results by multiplying the efficiency ratio, ratio dependent on the pressure, and rate-dependent sufficient number of layers removed correctly is given in the paper (approximation error of about 9%). Suitably chosen approximating function allowed for the extrapolation and for the choice of nozzles. They should be subjected to further experiments. Research should be conducted for the maximum pressures possible to application, because the use of lower pressures is not justified in the described experiments. Extreme values of hole diameters less influence on pressure. Similarly, the layer number does not affects the value of the optimum parameters.

4

Efektywność usuwania powłok lakierniczych wysokociśnieniową strugą wodno-lodową

Borkowski P., Chomka G.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2007

|

Vol. 27, nr 2

53-62

PL

W artykule zaproponowano obróbkę opartą na specjalnej odmianie wysokociśnieniowej strugi wodnej domieszkowanej cząstkami suchego lodu CO2. Zaprezentowano wyniki najnowszych badań własnych nad przydatnością wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej do usuwania powłok lakierniczych z materiałów stosowanych w konstrukcjach lotniczych.

EN

Lacquer coating removing with high-pressure water-ice jet is a new problem. It is very important especially in coating removing of the fuselage, while its fatigue strength couldn't become reduced during such operation. Proposed treatment method is based on a special kind of high-pressure water-dry-ice CO2 jet usage. The new research results of such a kind treatment of aircraft materials are also presented.

5

Thermodynamical aspects of high-pressure water-ice jet surface treatment.

Borkowski P.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2004

|

Vol. 28, nr 2

79-90

EN

Theoretical analysis of thermodynamical conditions of water-ice jet formation is presented in the paper. It was assumed in this study ball-shaped ice model made of different sizes. The analysis mostly concerns the conditions of transport of such "ice abradant" to the cryo-sprinkler and for pre-cooling of high-pressure water jet in the cryogenic technological plant. This study and examinations is aimed to establish main directions of research focused of erosiveness intensification of the jet, and by the same taken a more efficient cutting tool.

PL

W pracy zaprezentowano teoretyczną analizę termodynamiczną kształtowania strugi wodno-lodowej. W rozważaniach przyjęto kulisty model ziarna lodu o różnej średnicy. Przeprowadzona analiza dotyczy głównie warunków transportu takiego "ścierniwa lodowego" do kriotryskacza oraz schładzania wysokociśnieniowej strugi wodnej w kriogenicznej instalacji technologicznej. Przeprowadzone rozważania i wyniki badań mają na celu ustalenie priorytetów kierunków intensyfikujących erozyjność strugi, a tym samym zwiększenie wydajności narzędzia obróbkowego.

6

Thermodynamical aspects of high-pressure water-ice jet formation

Borkowski J., Borkowski P., Chomka G.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2002

|

Vol. 2, no 1

35-46

EN

Theoretical analysis of thermodynamical conditions of water-ice jet formation is presented. It was assumed that ice material constitutes the model of grain made of ball-shaped particles of crushed ice H2O of different sizes. The conditions of transport of such “ice abradant” to the cryo-sprinkler and of pre-cooling of high-pressure water jet in the cryogenic technological plant are thoroughly analysed. This study is aimed at establishing main directions of research undertaken in order to construct experimental devices allowing formation of an effective water-ice jet. This work will make the jet increasingly erosive and will by the same token make a cutting tool more efficient.

PL

Usuwanie z powierzchni technicznych różnego rodzaju zanieczyszczeń stanowi czasami istotny problem. Do skutecznego czyszczenia stosuje się obecnie metody oparte na wykorzy-staniu wysokociśnieniowej strugi wody domieszkowywanej często ziarnami ściernymi czy cząstkami lodu bądź wysokociśnieniową strugę kriogeniczną, jak np. struga ciekłego azotu lub amoniaku. Ostatnio szczególne zainteresowanie budzi metoda czyszczenia strumieniem ziaren lodu, w tym również obróbka powierzchniowa wysokociśnieniową strugą wodno-lodową. Skuteczność takiej obróbki istotnie zależy od temperatury końcowej ziarna lodu, która powinna być jak najniższa. Dzięki temu bowiem wzrasta skuteczność erozyjna strugi wodno-lodowej, a tym samym i wydajność obróbki. Aby określić temperaturę cząstek lodu, posłużono się modelem nieustalonego przewodzenia ciepła w układzie o małym oporze cieplnym. Na tej podstawie przeprowadzono termodynamiczną analizę strugi wodno-lodowej, której wyniki pozwoliły określić przydatność ziaren lodu w procesie czyszczenia. Opierając się na analizach teoretycznych, stwierdzono, że początkowa temperatura ziaren lodu jest czynnikiem najsilniej oddziałującym na ich temperaturę końcową. Następnymi w kolejności pod względem wielkości wpływu na końcową temperaturę ziaren lodu jest ich wielkość oraz długość strugi wodno-lodowej między tryskaczem a materiałem obrabianym. Mniejszy wpływ na temperaturę końcową wywiera temperatura wody, a następnie ciśnienie wody, które oddziałuje na prędkość strugi, a więc i na czas ,,podgrzewania” ziaren lodu. W małym zaś stopniu na temperaturę końcową ziaren lodu wpływa temperatura powietrza, a w najmniejszym stopniu – długość przewodu ssawnego. Wszystko to jest istotne, aby poprawnie skonstruować eksperymentalną instalację technologiczną przeznaczoną do wytwarzania strugi wodno-lodowej, a także efektywnie ją stosować.

7

Physical basis of surface treatment with high-pressure cryogenic multiphase liquid jet

Borkowski P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2001

|

Vol. 1, no 1

19-37

EN

The paper presents theoretical analysis of dry-ice grains (CO2) behaviour in a high-pressure multiphase liquid jet. The velocities of ice grains at the cryo-sprinkler outlet and in the collision zone were calculated. Their kinetic energy and thermodynamic properties of water-ice jet were also calculated. Experiment methodology concerning two test stands, cryo-sprinkler and dry-ice (CO2) pellets characteristics were discussed. The results obtained allow us to establish specific surface treatment mechanism using such water-ice jet. Very explosive dry-ice sublimation in the collision zone and cleaning process wavy character were also stated.

PL

W artykule przedstawiono teoretyczny opis fizykalnych podstaw obróbki powierzchni dokonywanej z zastosowaniem wysokociśnieniowej strugi kriogenicznej płynu wielofazowego. Taka struga składa się głównie z napowietrzonej strugi wodnej, powstającej z wielu strumieni koherentnych, oraz z cząstek suchego lodu CO2 transportowanych przez strumień zasysanego powietrza. Teoretyczna analiza fizykalnych zjawisk występujących podczas tworzenia strugi kriogenicznej pozwoliła określić rozkłady prędkości ziaren lodowych i ich energii kinetycznej w strefie obróbki, a także termodynamiczne warunki tworzenia takiej wysokociśnieniowej strugi wielofazowej. W wyniku tej analizy stwierdzono, że w strefie obróbki ziarna lodu osiągają prędkości rzędu 150–300 m/s, które nawet przy bardzo dużym napowietrzaniu strugi (do ok. 30% zawartości wody) obniżają się jedynie w nieznacznym stopniu. Dzięki temu energia kinetyczna poszczególnych cząstek lodowych jest bardzo duża, dochodząc – przy ciśnieniu strugi wody rzędu 50 MPa – do poziomu 1 J. Zaprezentowano także oryginalne oprzyrządowanie i urządzenia technologiczne własnej konstrukcji, w których ciśnienie w strudze dochodzi do 330 MPa i w rezultacie możliwa jest wysokowydajna obróbka hydrostrumieniowa. Badania czyszczenia powierzchni za pomocą tych urządzeń wykazały, że dominującym mechanizmem urobku jest hydrodynamiczne oddziaływanie ziaren suchego lodu CO2, które, uderzając o powierzchnię materiału obrabianego, przedostają się pod warstwę zanieczyszczeń, gdzie ulegają sublimacji, powiększając około 500-krotnie swoją objętość. Gwałtowny, nieomal eksplozyjny, charakter tego procesu intensyfikuje skuteczność obróbki, powodując jednocześnie „zadymienie” strefy obróbki skondensowanym gazem CO2. Równocześnie wysokociśnieniowa struga wody przedostaje się do powstających szczelin, wywołując odspajanie cząstek materiału. Taka erozja ma falisty charakter. Stwierdzono także, że skuteczność obróbki zależy od jakości cząstek lodowych, co narzuca konieczność schładzania wysokociśnieniowej strugi wodnej.