Підвищення ефективності роботи пневматичного насоса витіснення

Реферат за темою випускної роботи

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2019 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Содержание

• Введення
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
• 3. Огляд досліджень і розробок
• 4. Аналіз насосних апаратів
• 5. Струменево-ерліфтна установка
• Список джерел

Введення

Для відкачування рідини з свердловин і водозбірників використовують не тільки гідродинамічні і об'ємні насоси, а так само ГІДРОПНЕВМОАПАРАТ - насоси витіснення, ерліфти, струменеві апарати. В умовах шахт кошти гідротранспорту представлені спеціальними засобами водовідливу і гідроочищення, такими як ерліфти різної конструкції, гідроелеватори, шламові насоси, і ін. Застосування цих засобів в гірських роботах & ndash; один з перспективних способів їх комплексної механізації.

1. Актуальність теми

Як зазначено вище, в даний час ведеться багато робіт, пов'язаних зі збільшенням продуктивності насосних агрегатів, пошуком агрегатів, які при відносно невеликих габаритах будуть давати хорошу продуктивність. У шахтах, де експлуатаційні роботи вести важко, використовують ерліфти, але вони не дуже актуальні в наш время.В магістерській роботі буде розглянута струменево-ерліфтна установка, яка поєднує в собі переваги ерліфта і струминного апарату. За деякими даними, установка зможе замінити ерліфт як транспортувальника води, органу золошлаки-очищення.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою роботи є розгляд струменево-ерліфтної установки як такої. Побудова математичної моделі установки. Отримання результатів параметрів для оптимальної роботи.

Основні завдання дослідження:

1. Розгляд струминного апарату, розгляд ерліфта зі струменевим апаратом;
2. Побудова математичної моделі струменево-ерліфтної установки;
3. Аналіз отриманих даних. Перевірка отриманих даних за допомогою програмного забезпечення.
4. Обгрунтувати економічну ефективність експлуатації даної установки;

Об'єкт дослідження: струменево-ерліфтна установка.

Предмет дослідження: побудова математичної моделі струменево-ерліфтної установки.

3. Огляд досліджень і розробок

У монографії[1] узагальнено теоретичні основи, досвід розробки та застосування заглибних пневматичних насосів витіснення для відкачування рідини при проведенні гірничих виробок і промивання свердловин в умовах поглинання очисного агента. Наведено результати наукових досліджень автора, присвячені розробці, підвищенню надійності теорії розрахунку робочого циклу і подачі пневматичних насосів, що застосовуються для всередині свердловини. Книга призначена для фахівців, які практикують вся в області дослідження, розробки і впровадження насосних установок в гірську галузь і буріння свердловин, працівників науково-дослідних організацій цього профілю, а також може бути корисна гірських вузів і факультетів.

У книзі [2] даються основи теорії, розрахунку і порядок експлуатації ерліфта, що застосовуються для підйому твердого з підземних виробок шахтного водовідливу, чищення підземних ємностей видалення золи та шлаку на теплових на станціях. Наводяться основи автоматизації. Викладений матеріал підготовлений для студентів гірничих і металургійних спеціальностей і може бути використаний інженерами при проектуванні і експлуатації ерлфітних установок.

У книзі[3] викладаються основні питання теорії і практики періодичного газліфта, розроблені вітчизняними та зарубіжними дослідниками. Проаналізовано положення теорії періодичного газліфта, і на основі великих стендових дослідів по-новому висвітлюється сутність процесів, що відбуваються при викиді стовпа рідини, крім того встановлюються нові закономірності між різними параметрами і показниками процесу викиду. Пропонується система класифікації, що дозволяє точно і надійно вибрати тип періодичне установки, найбільш підходящий для даних умов, а також новий розрахунок параметрів установки і метод досвідченого встановлення режиму працюючої свердловини.

У книзі [4] викладена теорія методика розрахунку струменевих апаратів. Основні розрахункові рівняння ілюструється прикладами. Наведено номограми для визначення досяжних параметрів і оптимального відносини перетинів апаратів з циліндричною камерою змішання. Запропоновано класифікацію струменевих апаратів. Наведено результати експериментальних досліджень, які обґрунтовують правильність розрахункових залежностей і рекомендованих досвідчених коефіцієнтів для струменевих апаратів з пружними і не пружними середовищами.

4. Аналіз насосних апаратів

Пневматичні насоси витіснення є апарати, що працюють з повним або частковим використанням потенційної енергії стисненого повітря Пневматичні насоси витіснення рекомендується класифікувати на основі енергетичного показника - коефіцієнта корисної дії. За цим показником їх диференціюють на насоси:

1. Працюючі з повним або частковим використанням потенційної енергії стисненого повітря (насоси першого класу камерного типу);
2. Працюючі без використання потенційної енергії стисненого повітря (насоси другого класу камерного елітного типу з подачею рідини стаціонарним і нестаціонарним витратою).

Такий принцип класифікації визначає якісні характеристики насосів і пов'язує їх в певну систему на базі основного енергетичного показника - коефіцієнта корисної дії.

При відкритті повітряного вентиля стиснене повітря проходить через кільцевої ежектор в атмосферу, створюючи вакуум в корпусі насоса. При цьому куля клапана на всмоктуючому трубопроводі відкочується від сідла до крайнього положення, відкриваючи отвір всаса. Під дією атмосфери рідина надходить по всмоктуючому шлангу в насос. У міру заповнення насоса рідиною поплавок переміщується вгору до крайнього положення. При цьому поршень перекриває вихід повітря в атмосферу, а стиснене повітря через шліцьові пази в корпусі ежектора надходить всередину і створює тиск на поверхню води в насосі. Куля клапана на всасе закриває отвори усмоктувального трубопроводу, і рідина з корпусу насоса витісняється в нагнітальний трубопровід. У міру витіснення рідини в нагнітальний трубопровід поплавок опускається. В крайньому нижньому положенні він відводить поршень в нижнє положення, стиснене повітря знову надходить в ежектор, і цикл повторюється.
Переваги даного апарату тільки в тому, що він не вимагає мастила, а так само є саморегулюючим.

До недоліків можна віднести:

1. Низький коефіцієнт корисної дії (ККД);
2. Малий обсяг камери (що є причинного малої продуктивності);
3. Обмеження висоти підйому;
4. Періодичне використання.

Метою підвищення продуктивності можна поєднати два пневматичних насосів в одному агрегаті. У цьому випадку необхідна наявність загального апарату управління, роль якого полягає в почергової подачі стисненого в одну або в іншу камеру установки. Двокамерні установки можуть бути використані для відкачування та перекачування рідин з зубів і дільничних водозбірників.
Із застосуванням подушки стисненого повітря в нагнітальний трубопровід такі установки можна застосовувати також для відкачування рідини з камер при проведенні вертикальних стволів і для перекачування води з горизонту на горизонт.

Ерліфт –пневматичний насос, який здійснює відкачку рідини за допомогою використання енергії закачується повітря або газу (газлифт).
Переміщення суміші (повітря і рідини) відбувається за рахунок різниці потужностей потоку повітря, що вводиться в ерліфт, і суміші, що виходить з нього. Необхідна різниця потужностей створюється компресором.

Повітропровід підключається до компресора, який створює тиск в змішувачі, достатню для того, щоб витіснити рідина повітропровід і забезпечити її транспортування через підйомну трубу ерліфта в воздухоотделітель. У воздухоотделітель відбувається поділ повітря і рідини. Потім рідина стікає по зливному трубопроводу.
Подача ерліфта залежить від глибини занурення, та від відносного занурення:

До основних переваг ерліфтов можна віднести:

1. Простота конструкції;
2. Відсутність рухомих частин.

До недоліків відносять:

1. Низький ККД (коефіцієнт корисної дії);
2. Проблеми з подачею при малих глибинах занурення;
3. Відсутність мобільності.

Для тих випадків, коли α < 0.15, використовуються спеціальні типи ерліфтов – ерліфти з елементами струминного апарату.

Ерліфтна установка, обладнана змішувачем з елементами струминного апарату, містить підйомний трубопровід 7, повітропровід 8, з'єднаний з циліндричним колектором 2, на якому встановлений конічний насадок 4 з підставою, виконаним у вигляді решітки 3, вхідний шланг 1, циліндричну камеру змішання 5. Камера змішування містить початковий ділянку 9 і перехідний ділянку 6. Вихідна перетин труби, що підводить 1 розташовані в одній площині з місцем переходу конічного насадка 4 в початковий ділянку 9 камери змішання і утворює з ним кол цевую щілину для впуску стисненого повітря в камеру змішання. Конструкція змішувача сприяє упорядкуванню структури та створення раціонального поля швидкостей потоку стисненого повітря перед входом в кільцевої ціп; дозволяє використовувати кінетичну енергію стисненого повітря в кільцевої щілини.
Недолік такого ерліфта - низький ККД і необхідна глибина занурення змішувача ерліфта (h).

У випадках неможливості забезпечити глибину занурення, застосовують струменеві апарати .

ССтруменевий апарат, пристрій для нагнітання або відсмоктування рідких (газоподібних) речовин, засноване на обміні механічною енергією двох потоків речовин в процесі їх змішування. Потік з більш високим тиском називається робочим (або потоком робочого середовища).
Їх використання доцільне, наприклад, при наявності робочої рідини, що знаходиться під великим надлишковим тиском (зокрема, в теплофікаційних мережах), а також при неприпустимість пропуску підсмоктуватиметься рідини через робочий орган чинного нагнітача (наприклад, при перекачуванні пульпи або відсмоктування вибухонебезпечних газів ).
При перебігу, струменя через сопло в ньому різко збільшується швидкість і динамічний тиск, внаслідок чого відповідно зменшується статичний тиск. У місці витікання рідини, де швидкість максимальна, створюється значне розрідження, завдяки чому в кільцевої зазор між соплом і приймальні камерою спрямовується підсмоктуватиметься рідина, яка перемішується з робочою рідиною і нагнітається в мережу [ 6 ].
Залежно від виду робочої рідини (газу, пари або води) струменеві нагнітачі називаються ежекторами, інжекторами і елеваторами. Будь-який такий апарат може переміщати газ або воду, т. Е. Може виконувати роль насоса, вентилятора, компресора. Здійснюється це значно менш економічно, хоча і незрівнянно простіше.
Перевага струменевих апаратів в тому, що для них не обов'язкова глибина занурення, а з недоліків низький ККД.

5. Струменево-ерліфтна установка

У представленій установці повітря подається з компресора 1 за допомогою повітропроводів 3, 2 на струменевий апарат 4 і змішувач 7, потім з водозбірника 5 починає за рахунок різниці тисків откачиваться рідина. Далі водоповітряних суміш потрапляє в нагнітальний трубопровід 6, створюючи штучне занурення. Потім, через змішувач, по підйомній трубі 8, суміш потрапляє в воздухоотделітель 9, звідки вода відводиться за призначенням по трубопроводу 10.
Основу математичної моделі робочого процесу струминно - ерліфтної установки складають наступні залежності[4]:

1. Відносне занурення струменево - ерліфтної установки
   

   где p_см– надлишковий тиск в змішувачі; L– довжина підйомної труби ерліфта;

2. Відносний тиск (за газодинамічними таблицями[4])
   f₃–площа вихідного перетину камери змішування;f_p*–площа критичного перетину сопла;Δp_c=p _c-p_н–перепад інжектіруемого і вихідного тисків; - значення відносного тиску (П_p*≈0,528);φ₁,& phi;₂–коефіцієнти швидкості потоку; q_р.н.-Приведена швидкість робочого потоку;λ _р.н. -газодінаміческая функція;
3. Граничне значення тиску мережі (тиск на виході з апарату)
   
4. Коефіцієнт інжекції

   u = u_т - u_г
   так як газоводяного струменевий апарат всмоктує рідина не змішану з газом, тоu_г=0, отже: u = u_т;

5. Коефіцієнт інжекції по твердому
   

   где φ₃–коефіцієнт швидкості потоку, k_p–показатель адиабаты.;

Рішення математичної моделі робочого процесу струминно - ерліфтної установки дозволить визначити раціональні режими її роботи.

З графіка вище видно, що коефіцієнт інжекції залежить від тиску на вході в ерліфт (тиск на виході з струминного апарату). Для збільшення коефіцієнта інжекції апарату при розрахунковому режимі слід вибрати відношення перетину з умови рівності розрахункового і граничного тиску стиснення pс_пр=p_с=0,3 МПа .

Список джерел

1. Филимоненко Н.Т. Пневматические насосы вытеснения: монография/ Н.Т. Филимоненко. - Донецк: из-во «Ноулидж» (Донецкое отделение) 2012.- 294 стр.
2. Эрлифтные установки: Учебное пособие/ Гейер В. Г., Козыряцкий Л. Н., Пащенко В. С., Антонов Я. К. - Донецк : ДПИ, 1982. 64 стр.
3. Белов. И.Г. Теория и практика периодического газлифта. М., «Недра», 1975, 144стр.
4. Соколов Е. Я., Зингер Н. М., Струйные аппараты, Изд. 2, М., «Энергия»,1970. 288 стр.
5. Божко Р.И., Обоснование параметров рабочего процесса эрлифтной установки для гидроочистки шахтных водоотливных емкостей [электронный ресурс]: http://masters.donntu.ru/2014/fimm/bozhko/diss/index.htm.
6. Строительный информационный портал, [электронный ресурс]: http://www.stroitelstvo-new.ru/nagnetateli/tipy-strujnyh-apparatov.shtml.