Обработка натурального камня: термогазодинамический способ

Метод обработки камня, основанный на использовании энергии скоростного газового потока, называется термогазодинамическим (ТГД).

Обработка натурального камня

Термогазодинамическая обработка камня осуществляется под термическим (температура около 1300–1700 градусов Цельсия) и динамическим (скорость 2200–2500 м/с) действием сверхзвуковой газовой струи, которая направляется на обрабатываемую поверхность, где происходит отделение и отслоение верхнего слоя камня.

Действие скоростной струи на материал сопровождается рядом явлений (акустических, термических, ударно-динамических, газодинамических, физико-химических, механических).

Обработка минеральной среды зависит от комплекса взаимосвязанных процессов, которые протекают в системе подачи и камере сгорания, внутри сверхзвуковой струи, в месте взаимодействия струи с породой и в самой обрабатываемой среде.

Обработка натурального камня

Можно выделить два основных вида воздействия струи на камень: термическое и газодинамическое. Первый вид предопределен значением теплоемкости и способностью теплопередачи скоростной струи газа, второй — образованием струи и спецификой ее взаимодействия с породой.

На базе ТГД развились термомеханический и термогазодинамоабразивные способы.

Последний способ характеризуется использованием термогазодинамических свойств сверхзвуковой струи, усиленных механическим воздействием свободных твердых элементов (металлическихчастиц), которые добавляют в струю как абразив.
В этих способах сохраняется структура принципиальной технологической схемы термогазодинамической обработки, поскольку свойства сверхзвуковой горячей газовой струи и способы ее получения лежат в их основе.

Обработка натурального камня

Процессы, протекающие в системах топливоподачи и камере сгорания, в теле сверхзвуковой струи и в зоне ее взаимодействия с камнем, характеризуются низко- и высокочастотными колебаниями.

Квазипериодичность пульсации потока ведет к изменению температуры и давления в зоне взаимодействия струи с породой, к увеличению и неравномерному изменению теплопередачи по радиусу взаимодействия, определяющего нестационарность нагрева.

В фиксированной точке поверхности по мере разрушения возникают местные препятствия разной формы.

Давление, температура и скорость газовой струи при этом быстро меняются, что способствует возникновению и накоплению разрушительных напряжений и усиливает газодинамическое действие.

Физическая суть процесса обработки

Обработка натурального камня

Термогазодинамический способ базируется на процессе теплоотдачи от струи к породе и направлении кинетической энергии этой струи на разрушение. Это осуществляется путем непосредственного силового газодинамического действия, выполняемого термогазоструйными горелками.

Весь комплекс явлений нужно рассматривать по этапам в порядке их развития и взаимозависимости для выявления значения отдельных факторов и их влияния на технологию обработки и конечный результат.

В случае высокоскоростной газовой струи резко возрастает интенсивность теплопередачи, что существенно меняет характер разрушения и повышает влияние неоднородностей породы.

Обработка натурального камня

В зонах макро- и даже микронеоднородностей термические напряжения возникают в значительно большей степени, нежели при воздействии низкоскоростным потоком газа.

Наличие инородных включений и трещин способствует накоплению разрушительных напряжений в обрабатываемом камне.

При резке и обработке струя раскаленных газов не отбивается от нагреваемой поверхности, а растекается по ней, создавая условия для полного использования энергии струи.

Поверхностный слой породы теряет устойчивость и разрушается, когда его температура достигает определенного значения (температура разрушения).

Такой характер тепловой нагрузки обеспечивает разрушение поверхности породы более толстыми слоями.