Коэффициент жесткости

Сделаем ряд допущений: наибольший возможный коэффициент извлечения теплоты — 20%; преобразование теплоты в электрическую энергию осуществляется с КПД=20 %; теплота извлекается равномерно в течение 20 лет.

В этом исследовании проводились оценки будущих потенциальных резервов углеводородов; при этом было отмечено, что резервы, которые будут обнаруживаться и разрабатываться в будущем, зависят от взаимодействия экономических, политических и технологических факторов. После агрегации данных о первичных запасах нефти в недрах по категориям известных, вероятных, возможных и умозрительных ресурсов, конечном коэффициенте извлечения, зависящем от разных факторов, авторы этого исследования использовали достаточно произвольную категорию «ожидаемых» (expectable) резервов, которые определяются как известные+ + вероятные -f- возможные -f- 50 % от 27,1 млрд. т потенциальных резервов в добавление к 31,8 млрд. т конечного извлечения из известных резервов при коэффициенте извлечения 60 %. Другими словами, предстоит открыть больше, чем уже открыто, но предположение о том, что будет обнаружено лишь 50 % умозрительных резервов и что конечный коэффициент извлечения не превысит 60 %, уменьшает открываемые в будущем резервы до величины, меньшей, чем уже известные. Это прекрасный пример такого типа рассуждений, которые должны играть важную роль в геологическом методе после всех предварительных тщательных сравнений. Математический метод был сформулирован в конце 40-х годов М. Кинг Хаббертом, который особо подчеркивал конечность всех невоспроизводимых ресурсов в противоположность оптимистическому подходу «открытых границ». Кинг Хабберт использовал данные о затратах на бурение и степени успеха при открытии месторождений по промышленности США в прошлом для построения симметричных логистических кривых производства. Применительно к нефти метод Хабберта основывался на предположении, что при

Возможно, статья в «Форчун» во многом ориентировалась на данные симпозиума по методам третичного извлечения, состоявшегося в июне 1974 г. в США. Эти данные таковы: первоначальные запасы в недрах составляли 434 млрд. баррелей нефти, около 100 млрд. баррелей из них уже было извлечено, менее 36 млрд. баррелей можно добыть современными первичными и вторичными способами, менее 5 млрд. баррелей извлекаемы в будущем за счет закачки жидкостей, т. е. 293 млрд. баррелей останется в недрах (при учтенном в этом расчете коэффициенте извлечения 32 %). Отмечалось, что изменения характеристик резервуаров приводят к колебаниям коэффициента извлечения в пределах 13,5—46%. Если верить данным 24 компаний, согласно которым можно извлечь еще 50—60 млрд. баррелей (6,7—8 млрд. т) дополнительно, то средний по США коэффициент извлечения составит 44—46 %, в то время как журнал «Форчун» исходит из коэффициента 61 %. Дополнительные 6,7—8 млрд. т значительно больше прежних оценок — 3,35 млрд. т. Реальную трудность представляет суммирование всех скважин, поскольку резервуары отличаются друг от друга. Добычные скважины дают от 0,4 до 81 баррелей (Луизиана), а в среднем по США— 18 баррелей в день. Маловероятно, чтобы можно было добиться роста производительности скважин, скажем, в Техасе. Действительно, много нефти остается в земле, однако, стоимость ее извлечения неизвестна. Высказывалось предположение, что общий коэффициент извлечения нефти может составить 90 % Для 383 неглубоких нефтяных месторождений США с глубиной добычи менее 150 м. По другим данным, если удастся разработать методы третичного извлечения нефти, это примерно вдвое увеличит объем пригодной к добыче неф,ти, т. е. примерно до 14 млрд. т в США и 39 млрд. т для всего мира [22]. Последняя цифра — скорее гипотетическая, ориентировочная, но она говорит нам о том, что чем больше нефти мы умеем извлекать, тем больше ее будет извлечено. Имеется, однако, опасность, состоящая, во-первых, в мнении, что наиболее скромные цифры преднамеренно уменьшены и, во-вторых, в необоснованном убеждении, что стоит лишь поднять цены и нефть здесь же появится.

Без сомнения, рост цен на нефть вызывает увеличение объема разведки новых месторождений и стимулирует разработку новых методов, повышающих коэффициент извлечения нефти. Несколько новых технологий, по-видимому, предполагается опробовать на Среднем Востоке, в Кувейте. В'полне возможно, что в США эти новые технологии, применяемые к целым месторождениям, а не скважинам, заинтересуют управляющих. По мере роста коэффициента извлечения запасов каждого месторождения увеличиваются

Эти расчеты справедливо могут считаться необъективными, эмпирическими и прагматичными, а некоторые — ненаучными и бессмысленными. Но ранее отмечалось, что и обычно публикуемые данные о полных ресурсах угля США не столь точны, как это может показаться, а коэффициент извлечения, принимаемый обычно равным 50 %, также не имеет больших обоснований. Точно так же следует напомнить, что обычно приводимая величина ресурсов угля КНР, равная 1 трлн. т, базируется на оценке 1880 г., выполненной фон Рихтофеном во время его путешествия по Китаю и повторяемой периодически в литературе. В этой связи предыдущие расчеты вполне отражают общую ситуацию с энергоресурсами; это необходимо помнить, хотя они могли бы быть и много-много лучше, если бы удалось собрать более точные данные.

Чрезвычайно сложен выбор величины переводного коэффициента для разнообразных малоисследованных видов нефти, извлекаемых из вязких и тяжелых нефтей, нефтеносных песков и горючих сланцев. Характеристики извлекаемых товарных нефтей зависят от технологии извлечения. В СССР и КНР горючие сланцы зачастую добываются, измельчаются и сжигаются в бойлерах, их теплота сгорания в этом случае принимается равной 27,43 ГДж/т. Коэффициент извлечения углеводородов при этом колеблется также в очень широких пределах. Сообщалось, что только на месторождении нефтяных песчаников Атабаска может быть извлечено 3,6 млрд. т нефти из доказанных резервов песчаника и 11 млрд. т — из вероятных его резервов. Только в СССР, Бразилии и КНР сланцы перерабатываются в нефтепродукты, поэтому лишь в этих странах резервы сланцев действительно относятся к доказанным. Даже для богатейших запасов сланцев бассейна Пай-синз (США) еще не выполнена технико-экономическая оценка. Имеется так много неясностей в целом по этим видам «нетрадиционных» запасов нефти, разработка которых невозможна обычными средствами, что расчеты могут быть лишь ориентировочными. Мы будем пользоваться величиной их теплоты сгорания 40 ГДж/т.

Более того, проделана большая работа по изучению методов извлечения ресурсов более глубоких месторождений, что делает возможной их оценку. По данным Совета по энергоресурсам Альберты, количество битума в недрах на глубинах 46—610 м равно 88,6 млрд. т. Обширные полевые исследования начались в 1958 г., и к 1974 г. они проводились на территории 14 га, разбитой на 12 участков — от 1 до 1,74 га со скважинами для закачки и извлечения. Было обнаружено, что при методе подземного сжигания выгорает 7 % нефти, 30 % нагревается до температуры 150 °F и более, а извлекается из них — примерно 55 %. По одной из оценок, вполне возможно извлечение до 50% нефти в недрах [18]. Д-р Г. В. Говье, председатель Совета по энергоресурсам Альберты, утверждал в 1973 г., что даже если коэффициент извлечения битума не превысит 20 %, то и в этом случае можно будет добыть

ЮАР обладает крупными угольными месторождениями, недостаточно изученными и оцененными. От добывающих компаний в ЮАР требуют представления в правительство определенных данных, однако систематический анализ и публикации этих данных отсутствуют. Консультативный комитет по углю в 1969 г. сообщил (доклад Ван Ренсбурга), что запасы угля не столь велики, как предполагалось, коэффициент извлечения низок и настоятельно необходимо беречь уголь, поскольку это единственный энергетический ресурс страны. Для изучения ситуации была создана комиссия Петрика, и в 1976 г. после значительной задержки был опубликован ее отчет [51]. В этом детальном отчете есть ряд оценок, очень важных для исследования сырьевой базы. Однако они не проясняют положения с ресурсами и не могут служить ориентиром потенциальной добычи, как это было бы возможно, не будь авторы в плену прошлых оценок и методик. Принятые ограничения и допущения при разработке оценок очень важны для их понимания. Это еще раз показывает, с какой тщательностью необходимо рассматривать показатели по ресурсам, чтобы не допускать неточных сравнений. В отчете оценки ограничиваются территориями, где уголь уже обнаружен, но нет экстраполяции, охватывающих территории, где уголь может быть, но его еще не обнаружили. Общие ресурсы битуминозного угля, которые могли бы разрабатываться с учетом определенных ограничений, оцениваются в 92 млрд. т. В угольных месторождениях ЮАР широко распространены породные интрузии и дайки по возрасту более молодые, чем уголь. Они пронизывают угольные пласты, в некоторых местах перемежаются с ними или перекрывают их. Проникнув снизу, интрузия горячего расплавленного долерита часто приводила к выжиганию угля или потере им летучих фракций, что делает его нетоварным. По этой причине запасы угля в 92 млрд. т были определены с учетом геологических потерь, так как даже Комиссия по электроснабжению, получающая уголь для своих электростанций непосредственно из шахт без его предварительной переработки,

рывность поставок, возможность скрытого сооружения и многоцелевого использования земли, отсутствие порожнего возврата и относительная экономичность. Затраты на транспорт энергии по углепроводу оценивались в 0,4 цента за 1 кВт-ч при производительности 4 млн. т в год и 0,15 цента за 1 кВт-ч при производительности 18 млн. т угля в год. Это сопоставимо со стоимостью транспортирования угля по железной дороге — 0,3 цента за 1 кВт-ч (или 0,4 цента за 1 т-км) при грузопотоке 6 млн. т в год. В упомянутом докладе предусматривался рост добычи угля открытым способом в западных штатах США с 60 млн. т в 1973 г. до 560 млн. т в 1985 г., что с учетом выбытия за этот период мощностей в размере 20 млн. т в год потребовало бы ввода новых мощностей по добыче угля 520 млн. т в год. Для обеспечения столь значительного прироста добычи необходимо было бы открыть сто новых разрезов мощностью 5 млн. т в год каждый, набрать и обучить 45 тыс. новых горняков и изготовить сто экскаваторов с ковшом вместимостью 76 м3. Существуют, однако, общепризнанные ограничения для роста добычи в США. Неопределенность в перспективной конкурентоспособности различных импортных и внутренних источников энергии затрудняет заключение новых долгосрочных контрактов и производство новых инвестиций. Возникает также неопределенность в условиях нового горного законодательства и в проблемах водообеспечения. Поэтому нелегко привлечь необходимые новые капитальные вложения порядка 21 млрд. долл. без правительственной помощи и без повышения цен на 1 т угля с 4 до 6 долл. Ограничивают и потребности в оборудовании. В 1974 г. в США имелись всего две фирмы, производящие крупные экскаваторы, «и обе они ограничили поставки в I кв. 1979 г. Текущая производственная мощность предприятий всей отрасли оценена в один экскаватор в месяц ...» [9]. Отсутствуют, видимо, ограничения в ресурсах угля на Западе США: угли некоксующиеся, с низким содержанием серы, залегают мощными горизонтальными пластами близ поверхности. При наличии мощного оборудования имеется возможность обеспечить высокий коэффициент извлечения угля и большую производительность труда на карьерах.

Значительные запасы разнообразных энергетических ресурсов распространены по всему миру. Оценки этих ресурсов весьма неточны; отсутствуют, как правило, и подходы к достижению сопоставимости оценок в условиях различий.понятий и технологий, хотя такая сопоставимость необходима при росте взаимозависимости при использовании энергоресурсов. Предстоит еще немало труда для правильной оценки действительно надежных запасов даже таких традиционных видов энергоресурсов, как уголь, нефть, природный газ и уран. Подобную оценку можно рассматривать как первоочередную задачу в настоящее время. Сейчас так широко распространены теории, базирующиеся на недостаточной информации, что могут быть приняты решения, представляющие опасность для всего человечества, если не будет достигаться лучшее понимание действительности. Что касается более неопределенных областей потенциальных и вероятных ресурсов, то здесь необходимо настойчивое продолжение исследований с большей тщательностью, дисциплинированностью и на более высоком научном уровне. В то же время необходимо оказывать всяческую поддержку геологам в их поисках новых месторождений и инженерам в их попытках увеличить коэффициент извлечения энергоресурсов, поскольку месторождения не обнаруживаются экономистами или политиками. Итак, первоочередная задача — углубление наших знаний об обеспечении энергопотребления, т. е. о разведанных запасах энергетических ресурсов.

нефти при II варианте. Развитие процессов горения сланца и разложения керогена в зоне интенсивной тре-щиноватости очевидно связано с большими трудностями, чем в зонах дробленого сланца, и может сильно понизить коэффициент извлечения нефти.

где /пр — приведенный момент инерции привода; то — масса крюка; Мо — приведенный к валу привода момент нагрузки с учетом к. п. д. лебедки и талевой системы ц (для подъема Мо = М7о/1\, для спуска Мо = ЛГуоТ); i — номер звена цепной системы и соответствующего участка колонны; z — число звеньев, представляющих колонну; Мл, MKi — моменты, обусловленные соответственно силами упругости и силой веса колонны (с учетом сил сухого трения); Mmi — момент, обусловленный силой жидкостного трения (ЛГЖ,- = Я,»*, где Hi — приведенный коэффициент жидкостного трения); к>{, /* — скорость и момент инерции звена цепной системы; а — коэффициент жесткости,

коэффициент жесткости в направлении линии центров

коэффициент жесткости в направлении, перпендикулярном линии центров,

конструкции может быть определена по формуле /0=(1/2п)^/~Щ7п, где А—коэффициент жесткости конструкции, Н/м, определяемый как отношение силы к деформации, вызванной этой силой; т — масса конструкции, кг. Поведение конструкции при воздействии механических колебаний зависит от соотношения действующей и собственной частот конструкции, называемого коэффициентом расстройки: у=///0. Для виброизолирующих систем коэффициент расстройки стараются выбрать более 1,41, а для жесткозакреплен-ных компонентов—равным 0,8...0,3. При у=1 режим соответствует резонансному. ОДНОЙ ИЗ основных причин вибраций и резонан-сов является наличие зазоров между деталями и люфтов в соединениях. Чем выше частота колебаний, тем при меньшем зазоре может возникнуть резонанс. Зоны контакта деталей при их соударении являются центрами возбуждения механических колебаний.

Восстанавливающие силы Кх возникают при отклонениях системы виброизоляции от положения равновесия и стремятся вернуть ее в это положение. Колебательные свойства систем виброизоляции обусловлены в основном наличием восстанавливающих упругих сил. Количественным показателем, характеризующим восстанавливающие свойства амортизатора, является статический коэффициент жесткости К, устанавливающий связь между восстанавливающей силой и деформацией амортизатора х. Демпфирующие силы h зависят от знака, знака и скорости или знака и амплитуды колебаний. Эти силы всегда направлены нрет«вопо4шжно направлению скорости или перемещения, что способствует гашению, колебаний за счет поглощения энергии. Инерционные силы (тх) обусловлены массой колеблющейся системы и ее ускорением.

где h — коэффициент демпфирования; К—коэффициент жесткости амортизатора с линейной характеристикой. В случае сухого трения /i = (i7Vsgnx, где ц — коэффициент трения; N—нормальная к поверхности сила; sgn — знак, означающий, что сила направлена противоположно скорости движения (для сухого трения) или противоположно направлению перемещения (для вязкого трения). В случае вязкого трения h = xsgnx\ в случае нелинейного демпфирования с использованием вязкой жидкости /z = i2sgnx, т. е. пропорционален квадрату скорости и противоположен перемещению. Иногда применяют амортизаторы с нелинейной характеристикой, особенностью которых является зависимость частоты их свободных колебаний от амплитуды.

Представляем систему виброизоляции в виде системы с одной степенью свободы ( 5.1). В этом случае коэффициент жесткости всей системы виброизоляции, включающей четыре амортизатора, К= 57200 Н/м. Считаем, что до приложения ударного импульса система находилась в равновесии: Х0 = х0 = х0=0. Для проведения масштабирования на основе предварительных расчетов принимаем: х„,ах = 0,005 м; xmux=0,4 м/с; хти=100 м/с2. Выбираем длительность ударного импульса в машине т„аш=1 с. Поведение системы описывается уравнением (5.1).

Введем понятия приращения момента М и скорости п в процентах от номинальных значений УИ110М и пноы: dM% и d«%. Тогда коэффициент жесткости р1 механической характеристики определится абсолютным значением котангенса угла наклона у механической характеристики (в общем случае — угла на-

энергию в сеть, «вращающий момент будет тормозным. Характеристики двигателя нелинейные, но рабочей частью характеристик обычно является участок при относительно небольших скольжениях. Коэффициент жесткости для этого участка JHOM можно считать приблизительно равным отношению номинального момента УИНОМ, принятому за 100%, к изменению скорости при номинальной нагрузке, равному номинальному скольжению в процентах

•-------, коэффициент жесткости 374

где kM = Ма/Дг/ — коэффициент жесткости установки.