Effects of bit face design on penetration rate in casing advancement systems
Muhafazali delgi sistemlerinde matkap alın dizaynının performansa olan etkisinin incelenmesi
- Tez No: 554397
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖMÜR ACAROĞLU ERGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Delgi işi madencilik ve inşaat sektörlerin de çok önemli bir yere sahiptir , toplam iş maliyetinin azalıp ya da çoğalmasında çok önemli rol oynar. Delme patlatma, tahkimat uygulamaları, kuyu açımı ve sondaj delik delme işleminin madencilik sektöründe kullanıldığı ana alanların başında gelir. Zemin güçlendirme , ankraj, kuyu açımı, şemsiye kemer uygulamaları da delme işleminin inşaat sektöründe kullanıldığı başlıca alanlardır. Uygulama alanlarına göre uygulama yöntemleri de değişmektedir ve ürünler iki ana gruba ayrılmaktadır. Tekrar kullanılabilir sistem, muhafaza borusunun kullanıldığı fakat işlem sonunda kuyudan geri cekildigi bir sistem iken, tek kullanımlık sistem, muhafaza borularinin kuyu içinde birakildigi bir uygulama çesididir. Su kuyuları uygulayıcının tercihine gore iki sisteminde kullanilabilecegi bir ugulama alanı iken, ankraj sadece tekrar kullanılabilir sistemin kullanıldıgı şemsiye kemer ise sadece tek kullanimlik sistemin kullanildıgı bir uygulama alanıdır. Bu iki sistem teknik detaylarinda farklılıklar gösterse de genel calısma prensibi olarak aynılardır. Delgi işleminde üç ana yöntem söz konudur. Bunlardan ilki döner (rotari) delme , ikincisi darbeli delme üçüncüsü ise döner darbeli delme yöntemleridir. Her bir yöntemin farklı zemin ve uygulamalarda farklı avantajları mevcuttur. Bu tez döner darbeli sistemlerin altında bulunan döner darbeli muhafazalı delme sistemlerinde alın dizaynının penetrasyon hızına etkisini ele almıştır. Döner darbeli sistemler de kendi içerisinde iki ana başlığa ayrılmaktadır, bunlardan bir tanesi üsten darbe sistemi diğeri ise delik dibi tabanca sistemidir. Üstten darbeli sistemde tabanca deliğin dışında, delgi makinesinin kulesine monte şekildedir ve darbeyi delik kaç metre derinlikte olursa olsun tepeden vermektedir. Bu sistem çok pratik ve hızlıdır fakat daha küçük ve sığ derinliklerde tercih edilir. Delik dibi tabanca sistemi ise darbeyi deliğin dibinde üretir ve matkap vasıtası ile zemine iletir, bu sistemde de delik kaç metre derinlikte olur ise olsun darbe deliğin dibinde üretilir. Bu sistem daha büyük çaplarda ve derinlikler de tercih edilir. Delgi sistemi ne olursa olsun sektörde enerji tüketimi ve sarf malzemeler ile ilgili en önemli parametrelerde biri penetrasyon hızıdır. Penetrasyon hızının bu denli önemli olmasının ana sebebi maliyetinizi direk etkileyen bir faktör olmasıdır. Delgi hızı arttığında metre başına işçilik, yakıt ve sabit giderler azalmakta ve bunların yanında doğa daha az kirletilmektedir. Yapılan bu tez çalışması muhafazalı delgi sistemlerinin penetrasyon hızını arttırma amacı ile yapılmış bir araştırma geliştirme projesini ele almaktadır. Yapılan bütün testler ve tüm araştırma geliştirme çalışmaları Finlandiya'da yapılmıştır. Yapılan bu testlerde pilot matkap alın dizaynı dışındaki parametreler sabit tutulmuştur. Testlerde 139.7 milimetre çapında muhafaza boruları, Epiroc Terrenox 4 delik dibi tabanca, 88.9 milimetre çapında tij, Atlas Copco XRYS 577 kompresör, Comachio MC 450 delgi makinası kullanılmıştır. Bunların yanı sıra testlerde kullanılan ring matkap setinin de dizaynı aynı tutulmuş sadece pilot matkabın alın dizaynı ile oynanmıştır. Alın dizaynı değiştirilen matkapların buton dizilimi aynı tutulmuştur. Bu çalışma için on farklı pilot matkap prototipi dizayn edilmiş ve üretilmiştir ve bu matkapların tamamı referans matkabı olan, yıllardır piyasada bulunan Epiroc Symmetrix pilot matkabı ile karşılaştırılmıştır. Yapılan testler üç aşamada tamamlanmıştır her aşamada üç ya da dört ilk örnek üretilip alınan sonuçlara göre bir sonraki seviyedeki prototipler geliştirilip üretilmiştir ve süreç bu şekilde ilerlemiştir. Muhafazalı delgi sistemlerinin performans göstermesi beklenen en önemli formasyon toprak örtüsüdür, bunun sebebi muhafazalı delgi sisteminin, yıkılan kuyularda kuyu yıkılmasını önlemek için kullanılan bir sistem olması ve bu problemin en fazla toprak örtü tabakasında gerçekleşmesidir. Öte yandan bu sistemlerin kaya delgisinde de performans göstermesi beklenmektedir. Bu sebeplerden dolayı ana amaç sistemin toprak örtüsünü delmesi sırasında performansı arttırmaktır. Testler esnasında bazı yeni konseptler ve daha önceden standart delik dibi tabanca yönteminde kullanılan konseptler birlikte denenmiştir. İç bükey, düz alın, daha fazla hava kanalı, daha geniş hava kanalı, keski yüzeyi dizayn konseptleri bu testler esnasında denenmiş ve sonuçları gözlenmiştir. Yapılan testler Finlandiya'nın Kuru bölgesinde yapılmış ve testler toprak delgisi ve kayaç delgisi olarak ikiye ayrılmıştır. Kayaç delgisi dünyada da yaygın olarak bilinen Kuru granitinde yapılmıştır. Toprak diye adlandırdığımız örtü tabakası ise çakıl parçaları , kum, kil ve buzul tası bulunduran bir tabakadır. Yapılan testlerin daha sağlıklı sonuç vermesi için her üç aşamada da referans matkap test edilmiş ve ondan alınan değerler referans değerler olarak kabul edilmiştir, sonrasında prototipler denenip gözlemlenmiştir. Tezde belirtilen tüm veriler Epiroc Şirketi'nin gizlilik politikası gereğince belirli bir katsayı ile çarpılıp matkap penetrasyon hızı sabiti haline getirilmiştir. Bu testlerin yapılmasındaki ana sebep yeni bir dizayn geliştirerek pazara yeni jenerasyon bir ürün ile fayda sağlamaktır. Yapılan testlerin ilk aşamasında iç bükey alın dizaynı ve daha fazla hava kanalı seçenekleri üzerine yoğunlaşırmıştır ve her dizayn hem toprak hem de kayaç zeminde test edilmiştir. Referans matkap düz alınlı ve üç standart hava kanalına sahiptir. İç bükey matkap konsepti standart delik dibi tabanca delgilerinde deviasyonu engelleyen ve her formasyonu delebilen matkaplar olarak bilinirler. Bu konsept ilk asama testinde de hem örtü tabakasında hem de kayaç formasyonunda verim sağlamış penetrasyon hızını yukarıya taşımıştır. Aynı iç bükey konsepti hava kanalı sayısı üçten beşe çıkınca kayaç delgisinde verim sağlarken toprak delgisinde verim sağlamamış aksine büyük bir performans düşüklüğüne sebep olmuştur. Gözlemler neticesinde beş hava kanalının kayaç delgisi için yeterli büyükte olduğu fakat toprak örtü tabakası delgisine gelince tıkanmalar olduğu ve operasyon hızını bir hayli düşürdüğü gözlenmiştir. Toprak tabakasından kopan kayaca göre daha büyük parçalar hava kanallarından geçememiş ve içerisindeki kil yüzünden çeperlere yapışmış ve tıkanmaya sebep olmuştur. İkinci safhaya geldigimizde birinci safhadaki tecrübelere dayanarak bes hava kanalı konseptinden vazgeçilmis, farklı açılarda iç bükey dizayn konsepti ve keski yüzeyi konsepti üzerine gidilmistir. İç bükey dizaynının denenme sebebi birinci aşamadaki performans artısıdır. Sirket 2011 senesinde kil için özel bir pilot matkap üretip özel kil formasyonlarında basarı saglamıstır, bu konsepti genele yayabilir miyiz düsüncesi ile keski yüzeyli konseptler bu safhada denenmistir. Keski yüzeyi konseptinin altında darbeli sistemlerin yumusak formasyonlari kırma işinde zorlanması yatmaktadır ve kırma islemine yardımcı olarak kesme işleminin yine aynı matkap ile yapmasını hedeflenmektedir. Farklı açılardakı iç bükey pilot matkapları bu asamada da verim saglarken, kil matkabı konsepti toprak zeminde performans düsüklügüne sebep olmustur. En son denenen V hava kanallı (keski yüzeyli ) matkap dizaynı diger tüm dizaynların üzerinde bir performans sergilemistir. Bu performansı sergilerken asıl farkı keski yüzeyinden faydalanması beklenen örtü tabakasında saglamıstır. Üçüncü safhaya geldigimizde V hava kanalı konseptinin basarısı ele alınmıs ve tüm prototipler bu konsept üzerine kurulmustur. Bu konsept üzerine ilk asamadan alınan delik tıkanması tecrübesi eklenmistir. Bu tecrübe ısıgında 30 milimetre olan hava kanalı açıklıgı üçüncü asamanın tüm prototiplerinde 40 milimetreye çıkartılmıstır. Bu sayede daha efektif delik temizliği hedeflenmiştir. V hava kanallı iç bükey matkaplar verim saglamıs ve hem toprak delgisinde hem de kayaç delgisinde penetrasyon hızını arttırmıstır. Son olarak denenen birinci jenerasyon matkaptaki gibi düz alın yüzeyine sahip fakat 40 milimetre açikliginda V hava kanallarına sahip olan matkap tüm diger prototipleri ve referans matkabı geride bırakarak büyük bir performans artısı saglamıstır. Yapılan bu çalısmaların sonunda on dokuz numaralı matkap konsepti kayaç delgisinde %4.5 toprak tabakası delgisinde ise %53.1 penetrasyon hızı artışı göstermistir. Bu konsept Epiroc firmasinin güncel ikinci jenerasyon Symmetrix matkaplarında kullanılmaktadır. 2017 sonunda tamamlanan bu süreç sonunda dünyanın çok farklı yerlerinde delgi işi yapan yüzlerce farklı firma bu ürünleri kullanmaktadır.
Özet (Çeviri)
Drilling industry is one of the most important branch of mining and construction business areas that effects the total productivity and total cost of the operation significantly. Drilling and blasting, bolting, well drilling, exploration are some of the important drilling applications in mining industry where pilling, anchoring, well drilling, piperoofing are some of the important drilling applications for construction industry. Rotary cutting, rotary crushing and rotary percussion are the drilling methods that are in use in drilling industry. All of these different methods have some advantages and disadvantages in specific applications and specific conditions. This thesis focuses on the effects of bit face design on penetration rate in rotary percussive casing advancement systems. Rotary percussive systems have two main branches , one is the top hammer system where it creates the impact energy on the top of the drill string and second one is down the hole hammer system where it creates the impact energy at the bottom of the hole. Both systems have a sub branch of ring set pilot bit of casing advancement systems which works with same principle except the location of impact energy. In this thesis all the tests were made with specific size of casing advancement systems, which works with down the hole hammer system. Independently from the drilling method, penetration rate is one of the key points in drilling because it has an direct effect on the cost per meter. Increase of penetration rate means, lower labour cost, lower fuel consumption, lower fixed costs per meter. This decreases the carbon footprint of the operation as well. This thesis is based on a research and development process for ring bit set pilot bit type of casing advancement system's bit face design. All the test and R&D process were held in Finland. Ten different pilot bit prototypes were designed and tested against the reference bit which was in the market for many years. Ten different prototypes were designed in three different stages, every new stage was done after examination of the precious stages. All eleven different designs of pilot bits were tested in two different formations, so drilling in rock and drilling in soil were tested and examined. For casing advancement systems performance in soil is more important because system is design for overburden formations that has a risk of hole collapsing, but at the same time, efficient rock drilling capability is a must. Drop centre face design, more flushing channel face design, larger flushing channel face design and V shape flushing channel design consepts were tested to achive higher penetration rate. In first stage more flushing channel and drop centre concepts were tested against the reference bit. Reference bit has three standard flushing grooves and flat front face design. Drop centre (Concave) face design performed better than the reference pilot bit in both rock and soil formations but when more flushing grooves were added to the drop centre design, performance had dropped dramatically in soil formation due to the clogging problem. In second stage different angles of drop centre designs were tested with standard three flushing grooves and they gave good results also. Then clay face design with some cutting edges tested but bad resulst were observed. As a last part V shape flushing groove consept was tested and it gave the best result among all. In third stage flat front and two different drop centre versions of V shape flushing groove design pilot bits were tested. One of the big difference in this stage was the width of the flushing grooves were forty milimeters instead of thirty milimeters for more efficient flushing. Forty mm flushing groove concept performed very well and again flat front V shape flushing groove version was the fastest among others. In the light of these tests and R&D works, Epiroc has launched its second generation casing advancement products with flat fornt V shape flushing groove face design.
Benzer Tezler
- Deney tasarımı yöntemlerinin karşılaştırmalı kullanımı ile sert seramik kaplı matkap uçlarının performans değerlendirmesi ve optimizasyonu
Comparative analysis of design of experiment techniques on the performance evaluation and optimization of hard ceramic coated driil bits
METİN SAVAŞKAN
Doktora
Türkçe
2003
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ TAPTIK
- La construction du style de vie à travers des sites d'achat groupé: L'exemple de Groupon
Grup satın alma siteleri üzerinden yaşam tarzı inşası: Groupon örneği
ECE NEZİHE DERİCİOĞLU
- PC ler arasında veri iletişimini sağlayan bir yazılım
A Software about data communication between PCs
OSMAN NURİ ÖZPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. MİTHAT UYSAL
- Hidrofoillerde derinlik ve kat-kat etkisinin incelenmesi
An Investigation of depth and cascade effect on hydrofoils
AYDIN ŞALCI
- Virtual landscape in serious games: A framework for enhancing the player interaction focusing on the learning rate
Ciddi oyunlarda sanal peyzaj: Öğrenme oranına odaklanarak oyuncu etkileşimini geliştirmek için çerçeve
SEPEHR VAEZ AFSHAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IKHWAN KIM
