ДонНТУ   Портал магистров

  

  Атрощенко Денис Александрович

  Электротехнический факультет

  Кафедра горнозаводского транспорта и логистики

  Специальность «Электромеханическое оборудование энергоемких

  производств»

 Обоснование режимных параметров эрлифтной установки

  Научный руководитель: д. т. н., профессор Кондрахин Виталий Петрович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел
Реферат по теме выпускной работы
Введение
         1.  Актуальность темы
         2.  Цель и задачи исследования
         3.  Обзор исследований и разработок
         4.  Расчет эрлифтной установки
              4.1.  Определение расходных характеристик эрлифта
              4.2.  Расчет расходной характеристики эрлифта
              4.3.  Влияние диаметра подающей трубы на энергозатраты при работе эрлифта
         Выводы
         Список источников
Введение
В Украине насчитывается 47,3 тыс. промышленных предприятий, из них 37,6 тыс. малых. На предприятиях работает 18,8% всего занятого населения и производится продукции и услуг для более чем 70 подотраслей промышленности.
         Промышленное производство Украины обеспечивает более трети общего объема валового внутреннего продукта, почти 50% товаров и услуг, а также 80% экспортной продукции.
         Промышленные предприятия являются основными системообразующими элементами многих других жизненно важных сфер государства: экономической - базис образования стоимости; бюджетной - источники наполнения; территориальной - градообразователи; научной и образовательный - двигатели развития, потребители и источники знаний; социальной - места реализации человеческих возможностей и обеспечения средствами существования; налоговой - источники поступлений; в финансовой - мультипликаторы денег [1].
         Угольная промышленность Украины представлена главным образом предприятиями Донецкого, Львовско-Волынского каменноугольных и Днепровского буроугольного бассейна. Основной базой каменного угля Украины по-прежнему остаётся Донбасс. Уголь добывают в Донецкой области.
         Угольная промышленность является одной из наиболее крупных отраслей народного хозяйства Украины. Доля угля составляет не менее 94-96% в общем объеме потребляемых собственных энергоносителей страны. Обеспечение необходимого и достаточного количества добываемого угля является гарантией энергетической независимости государства.
         На современном этапе развития промышленности важную роль занимает гидротранспорт в горнодобывающей промышленности, сельском хозяйстве.
         Важную роль  в гидротранспорте занимает эрлифтный гидроподъем.  Очень важным является улучшение их параметров и характеристик.
1.  Актуальность темы
Большой вклад в исследование эрлифтных установок внесли ученые: Игнатов А. В.,Козыряцкий Л. Н., Кононенко А. П., Гейер В. Г., Алексеев В. В., Алферов М. Я., Антонов Я. К., Логвинов Н. Г., Усков Е. В., Зелинский В. М., Михайлов В. И., Лезгинцев Г. М.
Вопросами о работе и пуске эрлифтной установки занимались такие организации: Донецкий национальный технический университет, Сумской государственный университет, Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Московский горный институт.
         Выполненный анализ литературы показывает, что для расчета эрлифтных установок существует множество методик, т.е. единой методики не существет, причем большинство из них не  адаптированы для ЭВМ. В большинстве методик расчета большое внимание уделяется анализу потерь, влияющих на работу эрлифта. Рассмотрение влияния динамического относительного погружения позволит повысить точность расчетов. Важным является обоснование рациональных параметров эрлифта, а также возможность их определять с помощью ЭВМ. Поэтому разработка методики и дальнейшее ее совершенствование являются актуальными.
2.  Цель и задачи исследования
Целью работы является определение рациональных параметров и разработка методики расчета эрлифтной установки.
         Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
-  анализ литературы по данному вопросу;
-  составление математической модели эрлифтной установки;
-  построение расходных характеристик эрлифта при постоянном расходе сжатого воздуха;
-  исследование энергозатрат.
3.  Обзор исследований и разработок
В источниках показаны основные схемы эрлифтных установок, их анализ, приведены основные зависимости, предоставлены основные параметры для расчета эрлифта [12, 27].
         Приведены некоторые существующие устройства эрлифтных установок. Освещены вопросы теории эрлифтов с рассмотрением зависимостей их производительности. Показана  область применения эрлифтных установок. Приведен пример расчета эрлифта при постоянном расходе сжатого воздуха [27.]
         В источнике изложены описания и анализ конструкций, применямых для добычи полезных ископаемых со дна водоемов эрлифтных установок; изложены основы теории расчета эрлифтных установок, приведены основные характеристики эрлифтов и области их применения для различных условий эксплуатации; даны  рекомендации по выбору оптимальных параметров и расчету [22, 26].
         Рассмотрены схемы эрлифтного гидроподъема, которые применяются в для добычи полезных ископаемых со дна морей. Приведено описание наиболее распространенных схем эрлифтов. Изложены результаты исследований по теории и расчету эрлифтных установок. Освещены вопросы проектирования эрлифтов для различных условий эксплуатации [22].
         Приведена методика проектирования эрлифтных установок: определена последовательность проектирования, выбор параметров для проектирования. Предложены описания, характеристики оборудования эрлифтных установок. Предложен метод расчета эрлифта [23].
         Рассмотрены вопросы о применении эрлифта на глубоководных водоемах, предложены способы усовершенствования конструкции эрлифта для применения их при добыче полезных ископаемых. Предложен расчет, рекомендации по расчету конструктивных узлов эрлифта [5].
         В книге показаны и проанализированы исследования по применению эрлифта на водоемах большой глубины с целью повышения эффективности работы эрлифта. Приведены экспериментальные зависимости, которые отражают работу эрлифта на больших глубинах, а также при работе с твердым материалом [11].
         В книге описаны исследования эрлифта, предложена методология проектирования и расчета эрлифта для работы его на больших глубинах [2, 3].
         В работе рассмотрены вопросы моделирования рабочего процесса эрлифта при помощи ЭВМ, освещены вопросы барботажного режима эрлифта и предложена математическая модель процесса барботажа, проведены уточненные расчеты параметров, при этом показаны зависимости расходных характеристик эрлифта [29].
Предложена классификация эрлифтов, используемых для транспортирования жидкостей и гидросмесей в горнодобывающей промышленности [30].
4.  Расчет эрлифтной установки
4.1.  Определение расходных  характеристик эрлифта
С ростом экономики страны возрастает потребность в ресурсах. Это связано с тем, что с увеличением мощностей предприятий или ввод новых предприятий в действие требуются энергетические ресурсы, такие как уголь, что в свою очередь связано с увеличением добычи последнего.
         Увеличение добычи угля – базовое направление развития энергетического комплекса нашей страны, так как запасы угля в Украине достаточно большие и их целесообразно развивать. Для добычи полезного ископаемого в последние годы большинство шахт уходит на большие глубины, что влечет за собой проблему быстрого и качественного водоотлива. Немаловажное значение представляет проблема очистки шахтных емкостей таких как зумпфов от твердого материала. Такого рода жидкость с пульпой могут откачать не все насосы, тем более с большой глубины.
         Все это ведет к значительным капитальным затратам на покупку нового и дорогого оборудования, его обслуживание и ремонт. Наиболее дешевым и простым средством для решения данных проблем является применение эрлифтных установок.
         Эрлифтные установки являются одними из самых простых по конструкции, просты в управлении, могут работать на больших глубинах, работают с твердым материалом. В связи с этим можно сказать, что эрлифт достойно конкурирует с другими водоотливными установками. Схема эрлифта показана на рисунке 2.1.
Схема эрлифта. Анимация: 7 кадров; 15 повторов; 76,8 кб
1 – воздухоотделитель; 2 – подающая труба; 3 – воздухопровод; 4 – смеситель.
Рис. 4.1.1 Схема эрлифта
(анимация: 7 кадров; 15 повторов; 76,8 кб.)
Производительность эрлифта определяется эмпирической зависимостью:
,                                                                                          (4.1.1)
где  С  и  dn   –  соответственно  коэффициент  подачи  (производительности)  и  диаметр подъемной трубы эрлифтной установки.
Объемная производительность эрлифта существенно уменьшается с увеличением плотности транспортируемой пульпы, а массовая производительность меньше подвержена этим изменениям.
         В связи с этим при определении эксплуатационных параметров эрлифта используется зависимость:
,                                                                                       (4.1.2)
где Gn – массовая производительность эрлифта, т/с;
           - относительное погружение смесителя:
,                                                                                           (4.1.3)
где h - глубина погружения смесителя, м;
        H - высота подъема жидкости над ее уровнем в емкости, м.
Избыточное давление в смесителе эрлифта при рабочем режиме определяется зависимостью:
,                                                                      (4.1.4)
где  - плотность пульпы в подводящем трубопроводе с учетом скольжения твердых частиц относительно жидкой фазы, кг/м3;
         - гидравлический уклон подающей трубы при движении в ней только жидкости.
Скорость относительного скольжения твердых частиц:
,                                                                              (4.1.5)
         
где  - скоростьстесненного падения одиночных фракций в условиях однофазного потока, м/с.
,                                                                          (4.1.6)
где  - коэффициент сопротивления движению твердого тела.
         После преобразований получим:
.                                                (4.1.7)
или
,                                                                       (4.1.8)
Из (4.1.8) относительное погружение будет иметь вид:
.                                                                   (4.1.9)
Подставив (4.1.9) в (4.1.4), получим:
,                             (4.1.10)
где  - скорость движения жидкости, м/с;
        где
.
Тогда выражение для определения давления в смесителе примет вид:
.                              (4.1.11)
Учитывая, что гидравлический уклон определяется ,  получим:
,                              (4.1.12)
где .
Выполнив соответствующие преобразования имеем:
,                                       (4.1.13)
Из (4.1.13) следует, что:
,                                              (4.1.14)
Решая уравнение (4.1.14) можно вычислить Gn для различных , что позволяет исследовать влияние этих факторов на параметры эрлифта и определить их оптимальные с экономической точки зрения значения.
         Pасход воздуха, приведенный к нормальным условиям, определяется по зависимости:
,                                                                                (4.1.15)
где q – удельный расход воздуха.
,                                                                          (4.1.16)
где  - динамическая высота подъема, м;
        - изотермический КПД эрлифта;
        - атмосферное давление, Па.
.                                                                          (4.1.17)
4.2.  Расчет расходной характеристики эрлифта
Для расчета расходной характеристики по формулам (4.1.2)-(4.1.17) и уравнения (4.1.14) были взяты следующие исходные данные:
-  Постоянные коэффициенты ;
-  Плотность жидкости ρ=1026 кг/м3;
-  Плотность твердого тела =2500 кг/м3;
-  Атмосферное давление Ра=101325 Па;
-  Высота подъема жидкости над ее уровнем в емкости Н=20 м;
-  Глубина погружения смесителя h=2050 м;
-  Коэффициент гидравлического трения =0,021;
-  Диаметр поднимающей трубы =0,2 м;
-  Постоянные коэффициенты ;
-  Коэффициент сопротивления движению =0,0526.
         Расчет расходной характеристики велся при помощи ЭВМ, была составлена программа для решения уравнения (4.1.14).
Рис.4.2.1 Расходная характеристика эрлифта
Из полученной зависимости производительности эрлифта можно сделать вывод, что при расходе сжатого воздуха от 0 до16 м3/мин производительность эрлифта резко возрастает, в дальнейшем с увеличением расхода воздуха производительность эрлифта изменяется незначительно.
4.3.  Влияние диаметра подающей трубы на энергозатраты при работе эрлифта
Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. В топливно-энергетическом комплексе Украины угольная промышленность – одна из самых перспективных веток развития экономики страны. В связи с тем, что строительство шахты начинается с прохождения стволов, а также шахты «углубляются», и притоки воды растут, то не обходимо использовать более экономичные и эффективные способы водоотлива.
         
,                                                                                  (4.3.1)
где  - коэффициент производительности эрлифта;
          - диаметр подающей трубы, м.
 
,                                                        (4.3.2)
,                                   (4.3.3)
Полезная мощность будет определятся из выражения:
,                                                                (4.3.4)
Затраченная мощность при этом:
                                                              (4.3.5)
где  - расход воздуха, м3/с.
         Ниже представлены результаты анализа влияния диаметра поднимающего трубы на полезную мощность и КПД установки. Анализ проводился для диаметров: dn=0,2; 0,24;0,26; 0,28; 0,3; 0,33 м, а также для расхода воздуха Qв=0,4 м3/с, в результате чего получились следующие зависимости (рис. 2, 3).
Рис. 4.3.1 – зависимость КПД от высоты подъема при изменении диаметра поднимающей трубы.
 
Рис. 4.3.2 – зависимость по-лезной мощности от высоты подъема при изменении диа-метра поднимающей трубы.

Как показали результаты исследования, при увеличении диаметра поднимающей трубы установки увеличивается полезная мощность Nn и КПД η эрлифта. Правильный выбор диаметра поднимающей трубы ведет к уменьшению энергозатрат.
   
Выводы
В результате выполненной работы были сделаны следующие выводы:
 1.   Был проведен анализ существующих конструкций эрлифтных установок, схем откачки жидкости (гидросмеси) для выбора рациональных параметров эрлифта, а также для условий его эксплуатации;
 2.   Была составлена математическая модель эрлифта и произведен расчет его расходной характеристики;
 3.   Была дана оценка производительности эрлифта при постоянном расходе сжатого воздуха. При расходе сжатого воздуха от 0 до16 м3/мин производительность эрлифта резко возрастает, в дальнейшем с увеличением расхода воздуха производительность эрлифта изменяется незначительно;
 4.  Как показали результаты исследования, при увеличении диаметра поднимающей трубы установки увеличивается полезная мощность Nn и КПД η эрлифта. Правильный выбор диаметра поднимающей трубы ведет к уменьшению энергозатрат.
Список использованной литературы

1.   Промышленность Украины сегодня [электронный ресурс] - Режим доступа: http://upr-search.com.ua
2.   Гейер В.Г., Данилов Е.И. Эрлифтный зумпфовый водоотлив с ма­лой относительной глубиной погружения // Уголь Украины. - I 1978. - № 9. - С. 28-29.
3.   Гейер В.Г., Миргородский В.Г., Усков Е.В. Эрлифтный водоотлив стволов глубоких шахт // Разраб. месторождений полезных искoпаемых: Респ. межд . науч.-техн. сб. - 1971. - Вып. 24. - I С. 42-45.
4.   Антонов Я.К. Совершенствование эрлифтных подъемов для выдачи горной массы из глубоких шахт.: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Донецк, 1985. - 18 с.
5.   Метревели В.Н. Применение эрлифтных установок в условиях обо­гатительных фабрик Чиатурского месторождения // Труды ХУ научн.-техн. конференции ГрузПи. - 1970. - Вып. 16. - С. 61-69.
6.   Качан В.Г., Купчинский И.А. Бурение шахтных стволов и сква­жин. - М.: Недра, 1984. - 278 с.
7.   Козыряцкий& Л.Н. Исследование и разработка уточненного расчета эрлифтных установок горной промышленности: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Донецк, 1976. - 20 с.
8.   Гейер В.Г., Логвинов Н.Г. Математическое описание безразмер­ных характеристик эрлифтов // Разработка месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1972. - Вып.
9.   Малыгин С.С., Сорокин JI.H. Определение удельного расхода воз­духа и подачи коротких эрлифтов // Разраб. месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1983. - Вып. 64. - С. 83-86.
10.  Алексеев В.В., Алферов М.Я. Расчет характеристики эрлифтной установки. - М., 1982. - 9 с. - Деп. в ВИНИТИ 02.03.83, № 1093-83.
11.  Адамов Б.И. Исследование и разработка глубоководных эрлифтных установок для подъема твердого материала: Дис. канд. техн наук. - Донецк, 1982. - 192 с. d67. Скорынин Н.И. Исследование и разработка глубоководных много­смесительных эрлифтных установок для подъема горных масс: Дис. ... канд. техн. наук. - Донецк, 1983. - 205 с.
12.  Костанда B.C., Логвинов Н.Г., Скорынин Н.И. Определение основных эксплуатационных параметров эрлифта с длинной подающей трубой и несколькими смесителями. - Донецк, 1982. - 12 с. - Деп. в ГРНТБ УкрНИИНТИ 20,03.82, № 3463.
13.  Костанда B.C. Исследование и разработка эрлифтных и углесос- но-эрлифтных подъемов гидрошахт: Дис. канд. техн. наук. - Донецк, 1963. - 213 с.
14.  Чеченев А.И. Расчет характеристик насосно-эрлифтной установки // Разраб. месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1975. - Вып. 41. - С. 93-96.
15.  Стифеев Ф.Ф. Разработка эрлифтов для подъема пульп повышенной плотности: Дис. ... канд. техн. наук. - Донецк, 1985. - 189 с.
16.  Логвинов Н.Г., Скорынин Н.И. Процесс переключения подачи воздуха с верхнего на нижний смеситель эрлифта // Разраб. месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - Вып. 58. - С. 78-81.
17.  Логвинов Н.Г. Самовозбуждагощиеся колебания в воздушных подъем­никах // Разраб. месторождений полезных ископаемых: Респ. меж;вед. науч.-техн. сб. - 1973. - Вып. 31. - С. 88-98.
18.  Логвинов Н.Г., Стегниенко А.П. Исследование процессов пуска эрлифтного гидроподъема // Разраб. месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1975. - Вып. 41. - С. 85-90.
19.  Козыряцкий Л.Н., Федоренко Б.А. Расчет удельного сопротивления в подъемной трубе эрлифта // Разраб. месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1981. - Вып. 58. - С. 65-68.
20.  Усков Е.В. Исследование эрлифтов как средств водоотлива из глубоких шахт: Автореф. дис. ... кавд. ?ехн. наук. - Донецк, 1972. - 20 с.
21.  Белов Б.А. Исследование и разработка технологических параметров и конструктивных схем эрлифтных снарядов для бурения неглубоких скважин в море: Дис. ... канд. техн. наук. - М., - 194 с.
22.  Триллер Е.А. Разработка схем и средств транспорта горной массы из подземных технологических емкостей: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Донецк, 1984. - 16 с. 23.   Кононенко А. П. Рабочий процесс эрлифта и его моделирование (Монографія) ISBN 978-966-377-095-6. Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ”, 2010. – 171 с.
24.  Кононенко А. П. Модель  рабочего  процесса  эрлифта  со  снарядной  структурой  водовоз душного потока. Промислова гідравліка і пневматика. - Вінниця. - 2006. - №1 (11). - С. 34-37.
25.  Модель  рабочего  процесса  эрлифта  с  эмульсионной  структурой  водовоздушного потока.  Наукові  праці  ДНТУ.  Серія:  "Гірничо-електромеханічна".  Випуск  101.  - Донецьк: ДонНТУ. – 2005. - С. 58-67.
26.  O принципе  действия  эрлифта.    Наукові    праці    Донецького    національноготехнічного  університету.  Серія "Гірничо-електромеханічна".  -  Донецьк:  ДонНТУ.  – 2007. – Вип. 13 (123) - С. 91-100.
27.   Модель  рабочего  процесса  эрлифта  в  условиях  переменных  притоков  жидкости(гидросмеси).  Наукові  праці  ДНТУ. Серія  "Гірничо-електромеханічна".  Випуск  16 (142). - Донецьк: ДВНЗ "ДонНТУ". – 2008. - С. 149-158.
28.  Кононенко А. П. Энциклопедия  эрлифтов.  (Монографія).  ISBN5-900818-12-8.  М.: ИнформСвязьИздат, 1995. - 592 с.
29.  Малеев В. Б., Игнатов А. В. Работа эрлифта при постоянном расходе сжатого воздуха. Наукові праці ДонНТУ. Серія "Гірничо-геологічна" №7(135). 2008 г. 108–113/
30.  Кононенко А. П., Козыряцкий Л. Н., Мизерный В. И. Классификация эрлифтов. Наукові праці ДонНТУ. Серія "Гірничо-геологічна" Вип. 7. 1999  г.  – С. 130-137.

         Замечание! При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2013 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора после указанной даты.

 

Резюме  Биография  Библиотека  Ссылки  Отчет о поиске  Индивидуальный раздел