РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ШЛАМА В ГИДРОЦИКЛОНЕ ШЛАМОВОЙ ТРУБЫ

канд. техн. наук Н.Т Филимоненко, ст.гр ТТРм-10 Настаченко А.А
Донецкий национальный технический университет

Рис. 1 Силы, приложенные к частице шлама при ее перемещении в канале гидроциклона.

   Вертикальные составляющие сил, приложенных к частице шлама при ее перемещении по стенке канала гидроциклона, показаны на рис. 1. Одна группа сил способствует движению частицы (вертикальная составляющая транспортирующей силы Fтрн и выталкивающая сила Fа. Другая препятствует (сила лобового сопротивления F_с движениючастицы, сила веса частицы F, сила трения F_т о вертикальную стенку канала гидроциклона, возникающая вследствие прижатия частицы к стенке гидроциклона центробежной силой F_ц).

   Дифференциальное уравнение вертикальной составляющей перемещения частицы шлама в канале гидроциклона выносе потоком жидкости имеет вид:

   В результате решения дифференциального уравнения с помощью программы Mathcad была определена вертикальная составляющая абсолютной скорости движения частиц шлама в канале гидроциклона шламовой трубы. Расчет выполнялся при следующих исходных данных: суммарный расход эжектирующей и эжектируемой неньютоновской жидкости Q = 78 л/мин; плотность жидкости р = 1100 кг/м3; динамическое напряжение сдвига жидкости τ₀ = 1,5 Па;структурная вязкость жидкости η = 0.002 Пас; плотность частицы шлама рч = 2500 кг/м3; эквивалентный диаметр частиц шлама dч принимался дискретно (0,0025 м, 0,001 м, 0,0001 м, 0,00001 м); площадь сечения канала гидроциклона обеспечивало абсолютную скорость жидкости в нем 10 м/с.

   Поскольку точное значение коэффициента трения k частицы шлама о вертикальную стенку канала гидроциклона определить очень сложно, то значение k при расчете принималось 0,5 и 0,99.

   На рис. 2 приведена зависимость Vв = f(dч) вертикальной составляющей Vв абсолютной скорости движения частиц шлама в канале гидроциклона от эквивалентного диаметра частиц dч при разных значениях угла наклона канала гидроциклона к горизонтальной плоскости. На рис. 5,(а) показана зависимость Vв = f(dч) при k =0,5. На рис. 5,(б) – зависимость Vв = f(dч) при k =0,99.

   Рис. 2 Зависимость Vв = f(dч) при разных значениях угла наклона канала гидроциклона к горизонтальной плоскости: k =0,5 (а); k =0,99 (б)

   Из анализа вышеприведенных зависимостей следует:

   1. Для крупных частиц шлама dч (от 0,0025 м, 0,0002м и 0. 001 м) увеличение Vв незначительно. Так при α = 10^о, 30^о и 60^о и k = 0,5 спектр изменения Vв для таких частиц соответственно (0,059 – 0,069 м/с), (0,071 – 0,079 м/с) и (0,131 – 0,138 м/с). Для случая, когда k = 0,99 спектр изменения Vв частиц эквивалентным диаметром dч от 0,0025 м, 0,0020 м и 0. 001 м будет соответственно (0,042 – 0,049 м/с), (0,051 – 0,079 м/с) и (0,093 – 0,098 м/с).

    2. Для мелких частиц шлама dч (от 0,0001 м до 0. 00001 м) наблюдается значительное увеличение Vв. Так при α= 10^о, 30^о и 60^о и k = 0,5 спектр изменения Vв для таких частиц соответственно (0,157 – 0,473 м/с), (0,178 – 0,537 м/с) и (0,307 – 0,609 м/с). Для случая, когда k = 0,99 спектр изменения Vв частиц эквивалентным диаметром dч от 0,0001 м до 0,00001 м будет соответственно (0,111 – 0,335 м/с), (0,126 – 0,381 м/с) и (0,218 – 0,657 м/с).

   3. Вертикальная составляющая Vв абсолютной скорости движения мелких частиц шлама (это основная часть шлама) канале гидроциклона примерно в 10 раз меньше вертикальной составляющей абсолютной скорости рабочей и всасываемой жидкости, которая равна 6,5 м/с. Это будет позитивно влиять на сбор шлама во внутреннюю шламовую трубу, поскольку после выхода ее из канала гидроциклона с небольшой скоростью происходит дальнейшее снижение скорости жидкости, а, следовательно, и скорости частицы за счет увеличения площади сечения канала, в который она входит. В результате шлам под действием гравитационных сил будет лучше отделяться от потока неньютоновской жидкости с разрушенной в гидроциклоне структурой и осаждается на дно трубы.

   4 Снижение Vв наблюдается при уменьшении угла наклона канала гидроциклона к горизонтальной плоскости.

   5. Создание разряжения в полости внутренней шламовой трубы способствует улучшению сбора шлама