Одним из способов добычи сыпучих строительных материалов является гидромеханизация с использованием землесосных снарядов, оборудованных грунтонасосом. Основные недостатки такого способа - невысокая подача по твердому материалу (консистенция пульпы не более 10%) и ограниченная глубина разработки грунта - от 4 м до 10 – 15 м в зависимости от типа земснаряда.
Эрлифтно – землесосные комплексы (ЭЗК), в отличие от земснарядов, оборудованных грунтонасосом, имеют большой диапазон по подаче пульпы с высокой консистенцией, иногда доходящей до 70%, и высокой крупностью твердого материала. Глубина разрабатываемого грунта составляет от нескольких десятков до нескольких сотен метров, а в некоторых случаях, при добыче конкреций со дна Мирового океана, до нескольких километров.
При добыче песка из-под толщи воды, в силу перечисленных выше достоинств, целесообразно использовать ЭЗК.
При разработке грунта с больших глубин возникает вопрос о глубине установки смесителя эрлифта ЭЗК, при которой будут обеспечены наименьшие энергозатраты.
Для определения оптимального значения геометрического погружения смесителя, в качестве примера, были взяты исходные данные: максимальная глубина разработки =190 м, минимальная глубина разработки =120 м; высота подъема эрлифта Н = 5 м; консистенции гидросмеси с = 10-50% (плотность песка pт = 2500 кг/м3 ), подача эрлифта Qэ = 600 м3/ч. Все расчеты проводились на ПЭВМ по разработанной программе [1-3].
Основное уравнение стационарного восходящего движения водовоздушной смеси в вертикальной трубе для раздельного течения можно представить в виде [1-3]
где р(z) – давление в сечении трубы на расстоянии z от смесителя; - касательное напряжение; - массовые скорости соответственно жидкости и газа; - плотность водовоздушной смеси; - истинное газосодержание водовоздушной смеси; g – ускорение свободного падения.
Устойчивая работа эрлифтов для всех выполненных вариантов расчетов имеет место при геометрических погружениях не менее h=> 90 м. При h < 90 м, согласно расчетных данных, устойчивая работа эрлифта не представляется возможной из-за, по всей видимости, значительных гидравлических потерь в подающей трубе при ее значительной длине.
Подтверждением изложенному является устойчивая расчетная работа эрлифтов при увеличении диаметров подающих труб (т.е. уменьшении их гидравлического сопротивления) по сравнению с принятыми значениями (D1 = 200 мм, d1 = 175 мм; D2 = 250 мм, d2 = 225 мм; D3 = 300 мм, d3 = 250 мм). Однако при этом возникает вопрос обеспечения надежного транспортирования твердого материала в подающей трубе, т.е. обеспечения необходимых транспортных скоростей.
Согласно расчетных данных из диапазона геометрических погружений h = 90 - 185 м энергетически оптимальным значением геометрического погружения смесителя для рассматриваемой гидравлической схемы глубоководного эрлифта является величина h = 185 м.
Подтверждением энергетической оптимальности геометрического погружения h = 185 м для рассматриваемых условий являются результаты расчета мощности воздушного потока N", выполненные, как пример, для значений D2 = 250 мм, d2 = 225 мм, Qэ = 600 м3/ч в диапазоне геометрических погружений смесителя h = 90 - 185 м.
При геометрическом погружении смесителя h = 185 м мощность потока сжатого воздуха составляет N`` = 41,9 кВт (Ng – мощность, необходимая для преодоления силы тяжести; N' – мощность потока вода на входе в подъемную трубу).
Таким образом, проведенные расчеты показывают, что наиболее оптимальным геометрическим погружением смесителя, для рассмотренных условий, является его максимально возможное значение h = 185 м.. Также для данных условий получен критерий устойчивой работы по значению геометрического погружения смесителя h > 90м.
Список источников.
1. Кононенко А.П. Модель рабочего процесса эрлифта со снарядной структурой водовоздушного потока // Промислова гідравліка і пневматика. - 2006. - №1 (11). - С. 34-37.
2. Бойко Н.Г., Кононенко А.П. Расчетные характеристики эрлифта со снарядной структурой водовоздушной смеси // Наукові праці ДНТУ. Серія: "Гірничо-електромеханічна". Випуск 104. - Донецьк: ДонНТУ. – 2006. - С. 17-29.
3. Кононенко А.П. Тиски та потужності снарядного водоповітряного потоку в піднімальній трубі ерліфта // Науковий журнал "Вісник ДонДУЕТ". Серія "Технічні науки". - Донецьк: ДонДУЕТ. - 2006. - №1(29). - С. 20-30.