Автор:
Кукиб С.В., студент, Кононенко
А.П., доктор технических наук, профессор.
Источник:
Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія:
гірничо-електромеханічна. Випуск 101 - Донецьк, ДонНТУ, 2005.
В настоящее время широкое применение во многих отраслях нашли эрлифты и газлифты разнообразных параметров и конструктивных схем. Область применения очень широка – скважинная добыча нефти, подъём угля на гидрошахтах, удаление золы и шлака на тепловых электростанциях, чистка фарватеров, добыча металлов способом выщелачивания. Перспективной является технология эрлифтной добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов.
Общим недостатком эрлифтов является более низкий КПД в сравнении с объёмными и динамическими насосами. Поэтому важнейшим направлением совершенствования эрлифтов является повышение их КПД. Для этого необходимо рассмотреть рабочий процесс эрлифта и исследовать баланс энергии в нем.
Исследованиями многих авторов [1],[2],[3] доказано, что во всех эрлифтах, независимо от их параметров, процесс расширения газообразной фазы близок к изотермическому. Зная это, всегда можно определить мощность, подводимую к смесителю эрлифта.
Рабочая характеристика эрлифта приведена на рис. 1. По оси абсцисс откладывается расход подводимого к смесителю сжатого воздуха (газа) QВ, а по оси ординат – подача жидкости QЭ при постоянном относительном погружении.
На характеристике нанесены четыре характерные точки:
Рабочая часть характеристики эрлифта находится между точками 2 и 3. На участке 1-2 эрлифт работает в период пуска. Участок 3-4 – нерабочий.
Для исследования баланса мощности принимаем оптимальный режим работы (точка 2).
При составлении уравнения энергетического баланса воспользуемся мощностью, отнесенной к 1 м3/с жидкости поднимаемой в эрлифте (удельная мощность).
где N - полная удельная мощность подводимого к смесителю воздуха;
Nпол - полезная мощность, затрачиваемая на подъём в эрлифте 1 м3/с жидкости;
N'ин - мощность, затрачиваемая на разгон 1 м3/с жидкости от скорости в смесителе до скорости в воздухоотделителе;
N"ин - мощность, затрачиваемая на разгон сжатого воздуха, необходимого для подъёма 1 м3/с жидкости;
Nдл - мощность, затрачиваемая на преодоление гидравлического сопротивления по длине подъёмного трубопровода, отнесенные к 1 м3/с поднимаемой жидкости;
Nсм и Nво - мощности, затрачиваемые на преодоление местный сопротивлений в смесителе и воздухоотделителе соответственно, отнесенные 1 м3/с поднимаемой жидкости;
Nод - мощность, затрачиваемая на относительное движение фаз, отнесенная 1 м3/с поднимаемой жидкости.
Перечисленные затраты мощности, кроме затрат на относительное движение фаз, имеют место также при движении однородных жидкостей и газов. Поэтому их можно определить по известным зависимостям.
Затраты мощности на относительное движение фаз имеют место только при движении многофазовых потоков. Они обусловлены процессом передачи энергии от энергоносящей (в эрлифте – газ или воздух) к энергопотребляющей среде (в эрлифте – поднимаемая жидкость).
Этот процесс сложен и до настоящего времени недостаточно изучен. Поэтому эту составляющую будем определять как разность полной подводимой мощности и расчётных, т.е.:
Для 30 эрлифтов, испытанных в ДПИ и на промышленных предприятиях подачи составляли от 20 до 150 м3/ч, диаметры подъёмных труб от 0,1 до 0,2 м, глубины погружения от 3 до 68 м, относительные погружения от 0,12 до 0,6. Из эксперементальных данных видно, что наибольшее значение на КПД оказывает относительное погружение, однако увеличивать его не всегда представляется возможным. Понизить потери на разгон фаз и потери по длине можно применив подъёмные трубы, расширяющиеся к верху. Для определения снижения затрат на относительное движение фаз необходимо провести дополнительные эксперементы.