книги из ГПНТБ / Ящерицын, П. И. Шлифование с подачей СОЖ через поры круга

иШ ]1] + 2 N idi

При вычислении значения каналыюсти по формулам (16), (17) могут быть небольшие различия, обусловлен­ ные особенностями определения активной пористости по методу пропитки. В нашем случае Кк по формуле (16) составляет 0,42 при т а= 0,38, по формуле (17) — 0,43, а

по рис. 11—41 %.

Рис. П. Кривые распределения размеров пор (1) и поровых каналов (2), соединяющих поры

Из совместного рассмотрения уравнений Дарси и Пуазейля при ламинарном течении воды через капилляр и при замене пористости каналыюстью имеем

где К — проницаемость, мдарси; Кк — каналыюсть в до­ лях единицы; dY — условный диаметр, мкм.

40

В нашем примере /( = 0,54 дарси. Экспериментальное значение проницаемости составляет 0,50—0,60 дарси.

Таким образом, статистический метод определения проницаемости шлифовального круга по микрофотогра­ фиям его произвольных сечений является достаточно точ­ ным, но и достаточно трудоемким.

7. Размеры пор

Следует учитывать, что поскольку пористость в шли­ фовальных кругах в основном открытая и все поры со­ ставляют некоторую капиллярную систему, то понятие размера пор является условным. Оно лишь дает пред­ ставление о некоторой гидравлически подобной капил­ лярной системе. Несмотря на условность, это понятие позволяет судить о таких свойствах шлифовальных кру­ гов, как проницаемость, теплопроводность, влагоемкость, водопоглощение и водонасыщение, зависящих от степени развития капиллярной системы и размеров капилляров.

Наиболее приемлем метод определения среднего раз­ мера пор по скорости фильтрации жидкости на основе закона Пуазейля, который разработан Ф. И. Котяховым, Б. Ф. Ремневым и Н. П. Буториным [96] применительно к анализу кернов нефтяных пластов. Этот метод наибо­ лее прост по сравнению с другими и дает возможность установить зависимость между размерами пор, прони­ цаемостью и пористостью породы.

Согласно этому методу, расход СОЖ через пористый материал по закону Пуазейля представляется формулой в следующем виде:

пт* Д РА

(19)

8jxL

где

ДР = Рн + 0,5рой>2(Ян - R i)

— перепад давления СОЖ, создаваемый насосом (Р„) и центробежным полем; Р = Р ,—Р вн — путь фильтрации;

41

то формула (19) выражается в следующем виде:

получим скорость фильтрации

тагпАР

8pL

(22)

откуда средний радиус пор порового пространства опре­ деляется по формуле

(23)

По закону Дарси скорость фильтрации выражается в следующем виде:

Итак, по методу Ф. И. Котяхова и др. [96] формула­ ми (26) и (27) установлена зависимость между средним размером пор, проницаемостью и пористостью.

Приведенные экспериментальные исследования наи­ более вероятного размера пор, активной пористости и проницаемости позволили проверить пригодность фор­ мул (26) и (27) для расчета среднего радиуса пор по известной проницаемости и активной пористости. Разли­ чие между экспериментальным значением наиболее ве-

42

роятного размера пор и вычисленным по формуле (27) для шлифовальных кругов не превышает 10—15%.

Таким образом, метод определения среднего размера пор кернов нефтяных пластов, разработанный Ф. И. Котяховым и др., пригоден и для определения среднего раз­ мера пор шлифовальных кругов по известным активной пористости и проницаемости.

8.Определение количества

ираспределения размеров пор шлифовальных кругов методом укрупненных показателей С. А. Салтыкова [83]

Метод укрупненных показателей С. А. Салтыкова яв­ ляется обобщенным, основная формула которого имеет следующий вид:

(28)

где N — общее количество пор всех размеров в единице объема круга; п — среднее количество пор на единице

Среднее количество пор п определяется по скорректи­ рованному С. А. Салтыковым методу Джеффриса, кото­ рый заключается в следующем.

На микрофотографию накладывается квадрат или прямоугольник, вычерченный на кальке, и подсчитывает­ ся количество целых пор Z внутри контура прямоуголь­ ника, количество пор W, пересеченных линиями контура (за вычетом угловых пор), и количество угловых пор U. Т огда приведенное количество пор определяется по скор­

Среднее количество пор п на единице площади микро­ фотографии представляет собой отношение приведенного количества пор х к площади микрофотографии, заклю­ ченной в контуре прямоугольника и выраженной нату­ рально, т. е. с учетом увеличения микроскопа. 2S и 2 1/ определяются методом случайных секущих в комбинации

43

с точечным методом А. А. Глаголева и вычисляются по формулам (11) и (12) соответственно.

Средний диаметр пор определяется отношением

N

а среднее квадратическое отклонение диаметра пор — по формуле

(31)

Таким образом, по данному методу определяется не только количество пор в единице объема круга, но и па­ раметры распределения их размеров.

Более объективные данные о пористости, размерах пор, их количестве и удельной поверхности порового про­ странства шлифовальных кругов получаются при исполь­ зовании современных приборов.

Для измерения удельной поверхности пористых и по­ рошкообразных материалов (руды, керамических мате­ риалов, минералов, древесного угля, синтетических во­ локон и др.) французской фирмой «Кольтер Коунтер» выпускается аппарат мод. 2200. Принцип действия этого аппарата основан на адсорбции жидкого азота при низ­ кой температуре по системе БЭТ (Брюнауэр, Эммет и Теллер). Испытание заключается в определении точки изотермы, при которой образуется мономолекулярный слой адсорбированного азота на поверхности образца по­ ристого материала. При этом фиксируются количество адсорбированного азота и давление газа в сорбционной камере. По количеству газа, адсорбированного на внут­ ренней поверхности образца, числу молекул в этом количестве газа и поверхности, занимаемой одной моле­ кулой, рассчитывается удельная поверхность пористого образца. Поверхность, которую занимает одна молекула азота, составляет 16,2 Â2. Прибор отрегулирован для работы при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт.ст.) и допускает его отклонение до 15 мм рт. ст. без существенных ошибок измерения.

Аппарат мод. 2200 отличается высокой точностью из­ мерения и воспроизводимостью. Все операции измерения на данном приборе осуществляются автоматически, вре­ мя одного анализа 1 час, одновременно можно анализи­

44

ровать три образца. Если для анализа используются предварительно дегазированные сухим азотом образцы, то время измерения удельной поверхности (один-три об­ разца) сокращается до 20 мин. По своим возможностям аппарат позволяет производить измерение удельной по­ верхности от 1 до 1500 мг/г, а результат измерения авто­ матически показывается на цифровом счетчике с точ­ ностью до 0,1 ж2.

Для гранулометрического анализа абразивных зерен может быть применен прибор этой же фирмы мод. ТА или его модификация — прибор мод. ZBC. Эти приборы по принципу работы относятся к категории так называе­ мых счетчиков КУЛЬТЕРА.

Прибор мод. ТА представляет собой 16-канальный анализатор для анализа распределения частиц по грану­ лометрическому составу от 0,4 до 800 мкм. Данные об анализируемых частицах распределяются по 16 каналам с геометрической прогрессией по диаметру со знамена­ телем 1,26. Время анализа одного образца с выдачей ре­ зультатов на самописце по полному распределению час­ тиц по размерам осуществляется за 20 сек. Точность и время измерения не зависят от формы, плотности и цвета частиц.

при помощи встроенной вычислительной машины, кото­ рая показывает время и общее количество частиц, на ко­ торых выполнен этот анализ. Распределение по диаметру анализируемых частиц показывается на экране осцилло­ графа в течение всего анализа. Вычислительная машина прибора снабжена запоминающим устройством, в кото­ ром хранится информация о гранулометрическом составе анализируемого образца бесконечно до сбрасывания ее оператором. Конечная информация о выполненном ана­ лизе представляется в виде интегральной или дифферен­ циальной кривой распределения, а также возможно по­ лучение обеих кривых одновременно. Эти кривые реги­ стрируются на автоматическом самописце, а цифровая информация записывается с помощью печатающего устройства на бумажную лепту.

45

Прибор мод. ZBC отличается от прибора мод. ТА меньшим диапазоном анализируемых по диаметру час­ тиц (от 0,5 до 300 мкм) и отсутствием самописца. Итого­ вая информация на этом приборе представляется на циф­ ровых показателях с указанием результатов по каждому каналу, общего количества подвергнутых анализу частиц и времени анализа.

Благодаря наличию в приборе мод. ТА встроенной вычислительной машины на нем возможно производить следующие операции:

сравнение реальных кривых распределения грануло­ метрического состава частиц с идеальной кривой распре­ деления, а также изменение реальных кривых относи­ тельно эталонной кривой в процессе всего анализа;

сложение и вычитание получаемых результатов по от­ ношению к помещенным ранее в память величинам.

Эти возможности прибора позволяют выполнять сравнительный анализ различных методов грануломет­ рических исследований, например данные ситового ана­ лиза с данными счетчика КУЛЬТЕРА.

Особый интерес для исследования структуры шлифо­ вальных кругов представляют прибор мод. QMS фирмы «Bausch Lomb» (США) и приборы мод. Квантимет-720 и Квантимет-360 фирмы «Иманко» (Англия).

Прибор мод. QMS состоит из оптического микроско­ па, секции контроля и обработки, телевизионной секции воспроизведения и тарировочного устройства. Оптический микроскоп работает как на отраженном, так и на прохо­ дящем свете и снабжен сканирующей системой, связан­ ной с электронной секцией обработки и контроля. Сигна­ лы из сканирующей системы оптического микроскопа по­ ступают в секцию обработки, где пороговым контуром осуществляется отчетливое воспроизведение между фи­ гурами наблюдаемых элементов структуры и фоном. Эта операция может выполняться оператором, автоматически или полуавтоматически. Далее производится подсчет на­ блюдаемых элементов структуры в процентах или их средних значений. Здесь же осуществляется измерение длины контуров исследуемых элементов структуры и их площади. Полученные результаты измеренных значений длины контуров и их площадей могут быть рассортиро­ ваны на 10 рангов в пределах 24 различных шкал. В про­ цессе измерений наблюдаемая структура образца вос­

46

тическое движение столика осуществляется с шагом от 0,05 до 3,2 мм. Максимальная площадь исследования равна площади предметного столика (50X25 мм).

В микроскопе имеются бинокулярная система для не­ посредственного наблюдения исследуемой структуры и воспроизводящая изображение телевизионная камера для выбора участка исследования структуры и облегче­ ния настройки (фокусировки) оптической системы мик­ роскопа. Сканирующая система производит построчное обозрение исследуемого участка структуры и выдает сиг­ налы в счетно-решаюшую систему. Результаты исследо­ вания указываются на электронно-цифровом табло теле­ визионного экрана. Кроме того, результирующая инфор­ мация может быть отпечатана на электрической пишу­ щей машинке. Вместе с суммарными данными может производиться классификация измерений по восьми раз­

ных элементов структуры, полученные от 100 отдельных полей обозрения. Предельная скорость исследования со­ ставляет 4000 измеренных частиц структуры (абразив­ ных зерен или пор) в минуту.

Учитывая высокие требования к качеству приготовле­ ния шлифов для исследования на приборе Квантимет-720, ноледний может быть укомплектован специальным эпи­ диаскопом. В этом случае исследование производится не на шлифах, а на заранее изготовленных микрофотогра­ фиях структуры шлифовальных кругов.

Для исследования структуры шлифовальных кругов второго и третьего порядков и особенно для изучения структурного строения абразивных зерен пригоден при­ бор мод. Квантимет-360 этой же фирмы. Составной частью этого прибора является электронный микроскоп. В данном приборе сочетаются широкие возможности электронной микроскопии и количественно-статистиче­ ского анализа телевизионно-сканируюших систем.

Квантимет-360 обеспечивает измерение 2000 полей за 2 мин на одном образце. Результаты измерений фик­ сируются цифро-печатающим устройством.

Приборы фирм «Иманко» и «Bausch Lomb» основа­

ны на статистических методах анализа строения слож­ ных структур.

48

Применение рассмотренных приборов в исследовани­ ях структуры шлифовальных кругов обеспечивает зна­ чительное снижение трудоемкости опытов, повышение точности и достоверности измерений.

9. Фильтрация СОЖ через пористые шлифовальные круги

Движение любой жидкости (в нашем случае СОЖ) через пористый материал (шлифовальный круг) назы­ вается фильтрацией.

Шлифовальный круг вместе с СОЖ, заполняющей его поры, представляет собой сложную гетерогенную (имеющую поверхности раздела) термодинамическую систему.

На движение и равновесие СОЖ через пористые шли­ фовальные круги оказывают влияние силы взаимодей­ ствия частиц СОЖ и черепка шлифовального круга, си­ лы взаимодействия между СОЖ и воздухом с парами ее и силы воздействия внешних полей (сила гравитации, давление СОЖ во внутренней полости круга, центро­ бежная сила и др.).

Причина возникновения первых двух сил кроется в различном строении СОЖ, черепка круга и паровоздуш­ ной смеси и проявляется в результате разного рода меж­ молекулярных связей. Так называемые ван-дер-ваальсо­ вы силы проявляются в телах во всех их агрегатных со­ стояниях. Силы же межмолекулярного взаимодействия имеют электрическую природу. Различают два рода сил межмолекулярного взаимодействия: силы когезии, соот­ ветствующие явлению сцепления между однородными молекулами, и силы адгезии, соответствующие явлению сцепления между разнородными молекулами. Силы ад­ гезии обычно превосходят силы когезии менее поверх­ ностно-активного вещества из пары взаимодействующих и уступают силам когезии более активного вещества. Чем меньше работа когезии жидкости и ее поверхност­ ное натяжение, а также чем больше работа адгезии жидкости к твердому телу, тем лучше жидкость смачи­ вает поверхность твердого тела и наоборот. Степень смачиваемости твердого тела шлифовального круга во­ дой, или степень гидрофильности поверхности его поро-