Атрощенко Денис Олександрович

  Електротехнічний факультет

  Кафедра гірничозаводського транспорту і логістики

  Специальність "Електромеханічне обладнання енергоємких

  виробництв"

 Обгрунтування режимних параметів ерлифтної установки

  Науковий керівник: д. т. н., професор Кондрахін Віталій Петрович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи
В Україні налічується 47,3 тис. промислових підприємств, з них 37,6 тис. малих. На підприємствах працює 18,8% всього зайнятого населення і проводиться продукції і послуг для більш ніж 70 підгалузей промисловості.
         Промислове виробництво України забезпечує більш за третину загального об'єму валового внутрішнього продукту, майже 50% товарів і послуг, а також 80% експортній продукції.
         Промислові підприємства є основними системообразуючими елементами багатьох інших життєво важливих сфер держави: економічною - базис утворення вартості; бюджетною - джерела наповнення; територіальною - градозасновники; науковою і освітній - двигуни розвитку, споживачі і джерела знань; соціальною - місця реалізації людських можливостей і забезпечення засобами існування; податковою - джерела надходжень; у фінансовій - мультиплікатори грошей [
1].
         Вугільна промисловість Украины представлена головним чином підприємствами Донецького Львівсько-Волинського кам’яновугільних і Дніпровського буровугільного басейна. Основною базою кам'яного вугілля України як і раніше залишається Донбасс. Вугілля здобувають в Донецькій області.
         Вугільна промисловість є одній з найбільш крупних галузей народного господарства України. Частка вугілля складає не менше 94-96% в загальному об'ємі споживаних власних енергоносіїв країни. Забезпечення необхідної і достатньої кількості вугілля, що здобувається, є гарантією енергетичної незалежності держави.
         На сучасному етапі розвитку промисловості важливу роль займає гідротранспорт в гірничодобувній промисловості. Важливу роль в гідротранспорті займає ерліфтний гідропідйом.
         Дуже важливим є поліпшення його параметрів і характеристик.
Великий внесок до дослідження ерліфтних установок внесли вчені: Ігнатов О. В., Козиряцький Л. Н., Кононенко А. П., Геєр В. Р., Алексєєв В. У., Алферов М. Я., Антонов Я. Д., Логвінов Н. Р., Уськов Е. У., Зелінський В. М., Міхайлов В. І., Лезгинів Р. М., Малєєв В. Б. Питаннями про роботу і пуск ерліфтної установки займалися такі організації: Донецький національний технічний університет, Сумський державний університет, Східноукраїнський національний університет імені Владимира Даля, Московський гірський інститут.
        Виконаний аналіз літератури показує, що для розрахунку ерліфтних установок існує безліч методик, тобто єдиної методики не существет, причому більшість з них не адаптовані для ЕОМ. У більшості методик розрахунку велика увага приділяється аналізу втрат, що впливають на роботу ерліфта. Розгляд впливу динамічного відносного занурення дозволить підвищити точність розрахунків. Важливим є обгрунтування раціональних параметрів ерліфта, а також можливість їх визначати за допомогою ЕОМ. Тому розробка методики і подальше її вдосконалення є актуальними.
Метою роботи є визначення раціональних параметрів і розробка методики розрахунку ерліфтної установки.
         Для досягнення вказаної мети поставлені наступні завдання:
-  аналіз літератури з даного питання;
-  складання математичної моделі ерліфтної установки;
-  побудова витратних характеристик ерліфта при постійній витраті стислого повітря;
-  дослідження енерговитрат.
У джерелах показані основні схеми ерліфтних установок, їх аналіз, приведені основні залежності, надані основні параметри для розрахунку ерліфта [12, 27].
         Приведені деякі існуючі пристрої ерліфтних установок, які застосовуються у вітчизняній промисловості. Освітлені питання теорії эрлифтов з розглядом залежностей їх продуктивності. Показана область застосування ерліфтних установок в промисловості. Приведений приклад розрахунку ерліфта при постійній витраті стислого повітря [27].
         У джерелі викладені описи і аналіз конструкцій, применямых в гірській промисловості ерліфтних установок; викладені основи теорії розрахунку ерліфтних установок, приведені основні характеристики эрлифтов і області їх застосування для різних умов експлуатації; даны рекомендації по вибору оптимальних параметрів і розрахунку [22, 26].
         Розглянуті схеми ерліфтного гидроподъема, які застосовуються у вітчизняній промисловості. Приведений опис найбільш поширених схем эрлифтов. Викладені результати досліджень по теорії і розрахунку ерліфтних установок. Освітлені питання проектування эрлифтов для різних умов експлуатації [22].
         Приведена методика проектування ерліфтних установок: визначена послідовність проектування, вибір параметрів для проектування. Запропоновані описи, характеристики устаткування ерліфтних установок. Запропонований метод розрахунку ерліфта [23].
         Розглянуті питання про застосування ерліфта на збагачувальних фабриках, запропоновані способи удосконалення конструкції ерліфта для застосування їх на збагачувальних фабриках. Запропонований розрахунок, рекомендації за розрахунком конструктивних вузлів ерліфта [5].
         У книзі показані і проаналізовані дослідження по застосуванню ерліфта на шахтах великої глибини з метою підвищення ефективності відкачування і очищення зумпфов і інших ємкостей. Приведені експериментальні залежності, які відображають роботу ерліфта на великих глибинах, а також при роботі з твердим матеріалом [11].
         У книзі описані дослідження ерліфта, запропонована методологія проектування і розрахунку ерліфта для очищення шахтних ємкостей [23].
         У роботі розглянуті питання моделювання робочого процесу ерліфта за допомогою ЕОМ, освітлені питання барботажного режиму ерліфта і запропонована математична модель процесу барботажу, проведені уточнені розрахунки параметрів, при цьому показані залежності витратних характеристик ерліфта [29].
         Запропонована класифікація эрлифтов, використовуваних для транспортування рідин і гідросумішей в гірничодобувній промисловості [30].
Із зростанням економіки країни зростає потреба в ресурсах. Це пов'язано з тим, що із збільшенням потужностей підприємств або введення нових підприємств в дію потрібні енергетичні ресурси, такі як вугілля, що у свою чергу пов'язане із збільшенням здобичі останнього.
         Збільшення видобутку вугілля – базовий напрям розвитку енергетичного комплексу наший країни, оскільки запаси вугілля в Україні достатньо великі і їх доцільно розвивати. Для здобичі корисної копалини останніми роками більшість шахт йдуть на великі глибини, що спричиняє за собою проблему швидкого і якісного водовідливу. Важливе значення представляє проблема очищення шахтних ємкостей таких як зумпфов від твердого матеріалу. Такого роду рідина з пульпою можуть відкачати не всі насоси, тим більше з великої глибини.
         Все це веде до значних капітальних витрат на покупку нового і дорогого устаткування, його обслуговування і ремонт. Найбільш дешевим і простим засобом для вирішення даних проблем є застосування ерліфтних установок.
         Ерліфтні установки є одними з найпростіших по конструкції, прості в управлінні, можуть працювати на великих глибинах, працюють з твердим матеріалом. У зв'язку з цим можна сказати, що ерліфт гідно конкурує з іншими водовідливними установками. Схема ерліфта показана на рисунку 4.1.
Схема ерліфта. Анімація: 7 кадрів; 15 повторів; 78,6 кб
1 – повітровіддільник; 2 – труба для підйому водоповітряної суміші; 3 – повітропровід; 4 – змішувач.
Рис. 4.1.1 Схема ерліфта
(анімація: 7 кадрів; 15 повторів; 76,8 кб.)
Продуктивність ерліфта визначається емпіричною залежністю:
,                                                                                          (4.1.1)
де  С  и  dn   –  відповідно коефіцієнт подачі (продуктивності) і діаметр підйомної труби ерліфтної установки.
Об'ємна продуктивність ерліфта істотно зменшується із збільшенням щільності пульпи, що транспортується, а масова продуктивність менше схильна до цих змін.
         У зв'язку з цим при визначенні експлуатаційних параметрів ерліфта використовується залежність:
,                                                                                       (4.1.2)
де Gn – масова продуктивність ерліфта, т/с.
           - відносне занурення змішувача:
,                                                                                           (4.1.3)
де h - глибина занурення змішувача, м;
        H - висота підйому рідини над її рівнем в ємкості, м.
Надмірний тиск в змішувачі ерліфта при робочому режимі визначається залежністю:
,                                                                      (4.1.4)
де  - щільність пульпи в трубопроводі, що підводить, з урахуванням ковзання твердих частинок щодо рідкої фази, кг/м3;
         - гідравлічний ухил подаючої труби при русі в ній тільки рідини.
Швидкість відносного ковзання твердих частинок:
,                                                                              (4.1.5)
где  - швидкість обмеженого падіння одиночних фракцій в умовах однофазного потоку, м/с.
,                                                                          (4.1.6)
где  - коефіцієнт опору руху твердого тіла.
Після перетворень маємо:
.                                                (4.1.7)
або
,                                                                       (4.1.8)
З (4.1.8) відносне занурення матиме вигляд:
.                                                                   (4.1.9)
Підставивши (4.1.9) у (4.1.4), отримаємо:
,                             (4.1.10)
де  - швидкість руху рідини, м/с;
         де
.
Тоді вираз для визначення тиску в змішувачі прийме вигляд:
.                              (4.1.11)
Враховуючи, що гідравлічний ухил визначається ,
,                              (4.1.12)
де .
         
Виконав перетворення маєемо:
,                                       (4.1.13)
З (4.13) маємо:
,                                              (4.1.14)
Вирішуючи рівняння (4.1.14) можна обчислити Gn для різних , чщо дозволяє досліджувати вплив цих чинників на параметри ерліфта і визначити їх оптимальні з економічної точки зору значення.
         Витрата повітря, приведена до нормальних умов, визначається по залежності:
,                                                                                (4.1.15)
де q – питома витрата повітря.
,                                                                          (4.1.16)
де  - динамічна висота підйому, м;
        - ізотермічний ККД ерліфта;
        - атмосферний тиск, Па.
.                                                                          (4.1.17)
Для розрахунку витратної характеристики по формулах (4.1.2)-(4.1.17) і рівняння (4.1.14) були узяті наступні початкові дані:
-  Постійні коефіцієнти ;
-  Щільність рідини ρ=1026 кг/м3;
-  Щільність твердого тіла =2500 кг/м3;
-  Атмосферний тиск Ра=101325 Па;
-  Глибина занурення змішувача, Н=50 м;
-  Висота підйому рідини над її рівнем в ємкості h=1050 м;
-  Коефіцієнт гідравлічного тертя =0,021;
-  Діаметр піднімаючої труби =0,2 м;
-  Постійні коефіцієнти ;
-  Коефіцієнт опору руху =0,0526.
         Розрахунок витратної характеристики вівся за допомогою ЕОМ, була складена програма для вирішення рівняння (4.1.14).
Рис.4.2.1 Витратна характеристика ерліфта.
З отриманої залежності продуктивності ерліфта можна зробити вивід, що при витраті стислого повітря від 0 до16 м3/хв продуктивність ерліфта різко зростає, надалі із збільшенням витрати повітря продуктивність ерліфта змінюється трохи, тобто для відкачування 1,3 м3 рідини, необхідно витратити 12 м3 повітря.
У паливно-енергетичному комплексі України вугільна промис-ловість – одна з найперспективніших віток розвитку економіки кра-їни. У зв'язку з тим, що будівництво шахти починається з прохо-дження стовбурів, а також шахти «заглиблюються», і притоки води ростуть, то не обходжений використовувати економічніші і ефекти-вніші способи водовідливу.
         
,                                                                                  (4.3.1)
де  - коефіцієнт продуктивності ерліфта;
          - діаметр подаючої труби, м.
 
,                                                        (4.3.2)
,                                   (4.3.3)
Корисна потужність буде визначаться з виразу:
,                                                                (4.3.4)
Витрачена потужність при цьому:
                                                              (4.3.5)
де  - витрата повітря, м3/с.
         Нижче представлені результати аналізу впливу діаметру що під-німає труби на корисну потужність і ККД установки. Аналіз прово-дився для діаметрів: dn=0,2; 0,24;0,26; 0,28; 0,3; 0,33 м, а також для витрати повітря Qв=0,4 м3/с, внаслідок чого вийшли наступні залеж-ності (рис. 2, 3).
Рис. 4.3.1 – Залежність ККД від висоти підйому при зміні діаметру труби, що піднімає.
 
Рис. 4.3.2 – Залежність корисної потужності від висоти підйому при зміні диаметра труби, що піднімає.

Як показали результати дослідження, при збільшенні діаметру піднімаючої труби установки збільшується корисна потужність Nn і ККД з ерліфта. Правильний вибір діаметру піднімаючої труби веде до зменшення енерговитрат.
   
В результаті виконаної роботи були зроблені наступні виводи:
 1.   Був проведений аналіз існуючих конструкцій ерліфтних установок, схем відкачування рідини (гідросуміші) для вибору раціональних параметрів ерліфта, а також для умов його експлуатації;
 2.   Була складена математична модель ерліфта і проведений розрахунок його витратної характеристики;
 3.   Була дана оцінка продуктивності ерліфта при постійній витраті стислого повітря. при витраті стислого повітря від 0 до10 м3/мин продуктивність ерліфта різко зростає, надалі із збільшенням витрати повітря продуктивність ерліфта змінюється трохи;
 4.   Як показали результати дослідження, при збільшенні діаметру піднімаючої труби установки збільшується корисна потужність Nn і ККД з ерліфта. Правильний вибір діаметру піднімаючої труби веде до зменшення енерговитрат.

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. техн. 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.

         Зауваження! При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січень 2013 Повний текст роботи та матеріали за темою можуть бути отримані у автора після зазначеної дати.

 

Резюме  Біографія