УДК 621.646.94
Эрлифт для добычи песка со дна водоемов
Авторы: М. Ю. Карпушин студент, А. П. Кононенко, доцент, к. т. н.
Определено энергетически оптимальное значение геометрического погружения смесителя эрлифта для гидроподъема песка со дна водоема
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.
Основное уравнение стационарного восходящего движения водовоздушной смеси в вертикальной трубе для раздельного течения можно представить в виде
где р(z) – давление в сечении трубы на расстоянии z от смесителя; 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.