Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Обгрунтування основних параметрів ерліфтно–земснарядного комплексу для видобутку піску з дна обводненого кар'єра

 

Зміст

Введення

Одним з перспективних напрямків технічного прогресу на транспорті є розвиток трубопровідного транспорту. Найбільш перспективним є гідравлічний транспорт, при якому потоки води або суміші несуть з собою по трубах сипучі матеріали, або переноситься за допомогою нагнітача гомогенна середу. Завдяки відомим достоїнств, ці види транспорту знаходять застосування при переміщенні: корисних копалин (вугілля, піску, гравію, нафти і нафтопродуктів, розчинів солей та багато іншого) від & nbsp; місця видобутку до споживача відходів збагачувальних фабрик; золи та шлаку теплових електростанцій у відвали; порожньої породи до місця складування та ін.

Як показала практика і численні теоретичні та експериментальні дослідження, проведені в ДонНТУ та ін. Університетах, одним з найбільш ефективних і раціональних способів видобутку корисних копалин з дна водойм і обводнених родовищ, є ерліфтно–земснарядний комплекс.

1. Актуальність теми

Тема магістерської роботи тим більше актуальна, що заплановано проводити видобуток піску з дна обводнених кар'єрів за коштами ерліфтно-земснарядного комплексу, з використанням ерліфта, що є найбільш вигідним, ніж видобуток піску за коштами земснаряда з використанням грунтонасоса.   Проведений в магістерській роботі розрахунок ЕЗК з метою відшукання оптимальних параметрів роботи комплексу в конкретних умовах, може бути використаний підрядною організацією з метою більш раціонального використання енергетичних, матеріальних та людських ресурсів.

2. Мета і завдання роботи

Метою цієї роботи є обгрунтування основних параметрів робочого процесу ерліфтної установки для видобутку піску з дна обводнених кар'єрів, побудова витратних характеристик, визначення коефіцієнтів опору, розрахунку гідравлічної крупності, визначення раціональних параметрів роботи установки.

3. Земснарядний комплекс

Земснарядный комплекс

Рисунок 1 – Земснарядный комплекс

Метод видобутку корисних копалин заснований на перекачуванні спеціальним насосом (грунтонасосом) рідин з високим вмістом частинок грунту (пульпи) за спеціальним пульпопроводу на великі відстані. Основним робочим органом земснарядів є грунтососів–насосний агрегат з високою абразивної стійкістю проточної частини.

Грунтососів, як правило, розташовуються в трюмі судна, щоб була можливість опустити вісь насоса нижче рівня води. Це дозволяє уникнути виникнення процесу кавітації, значно скорочує термін служби насоса. Отже, саме цей грунтовий насос всмоктує з дна частинки грунту разом з водою, і перекачує їх по трубах на берег.

Земснарядний способ (Рис. 1) має суттєві недоліки:

1. Малу подачу по твердому

2. Обмежену глибину розробки

.

4. Ерліфтно–земснарядний комплекс

Установка ерліфта на земснарядний комплекс (рис. 2) дає якісно нові можливості: значну глибину розробки (сотні метрів), а також великий діапазон по подачі твердого матеріалу.

Эрліфтно-земснарядный комплекс

Рисунок 2 – Эрліфтно-земснарядный комплекс


ЕЗК продуктивніше традиційного земснаряда в 2,0 ... 2,5 рази, перекачує гідросуміш більшої концентрації і більшого розміру розмір твердої фракції. А при рівній концентрації збільшується дальність гідротранспортування на 20–30% через зменшення опору на всасе грунтонасоса та ін.

Ерліфт має більш високу надійність і довговічність, обумовлені простотою конструкції, відсутністю обертових або рухомих механічних деталей. Крім того, для ЕЗК характерні простота експлуатації та ремонту, автоматична робота без спеціальних засобів автоматизації.

4.1 Гідравлічна схема ЕЗК

Гідравлічна схема ЕЗК

Рисунок 3 – Гідравлічна схема ЕЗК


На рис. 3 приведена гідравлічна схема ЕЗК, принцип дії якого полягає в наступному. Стисле повітря від компресора 1 через повітропровід 17 поступає в змішувач, поєднаний в загальний вузол 22 зі всмоктуючим пристроєм спеціальної конструкції для видобутку шламу високої концентрації, який переміщується як в одному, так і в іншому напрямку.

Гідросуміш (пульпа і повітря) по підйомному трубопроводу 16 надходить в воздухоотделітель 9 оригінальної конструкції, де відбувається виділення повітря в атмосферу, а пульпа по зливної труби 10 опускається в проміжну ємність 14, куди додається заборная вода і далі за допомогою грунтонасоса 12 пульпа подається за пульповодів 13 на берег, а з берега вуглесоси транспортується до збагачувальній фабриці.

5. Эрліфти

Велика кількість конструктивних і схемних рішень ерліфтів, обумовлена їх застосуванням у різних галузях виробництва, загальними елементами апарату, які реалізують процес підйому рідини, є (рис. 4): підйомна труба 1, повітроподавального труба 2, змішувач 3, повітро або газовідділювачами 4, джерело стисненого повітря 5.

Принципова схема ерліфта

Рисунок 4 – Принципова схема ерліфта

Пускові режими і принцип дії ерліфта

Рисунок 5 – Пускові режими і принцип дії ерліфта (позиції: 1 – повітроподавального труба; 2 – змішувач; 3 – труба, що підводить; 4 – підйомна труба; 5 – воздухоотделітель), анімація: (кількість кадрів – 21, кількість повторень необмежена, розмір 109КВ, створений в Easy GIF Animator 2.0)

У ерліфтах, призначених для підйому гідросуміші з твердим матеріалом, нижня частина підйомної труби, з'єднаної зі змішувачем, стикується з допомогою підводного трубопроводу 6 з всмоктуючим пристроєм 7. Для нормальної роботи ерліфта - необхідно якийсь геометричне занурення h змішувача (відстань від рівня води у водоймі до місцю входу стислого повітря в змішувачі), розмір якого залежить від висоти підйому Н (відстань від рівня води у водоймі до місця зливу пульпи з воздухоотделітеля) гідросуміші і коливається від декількох метрів до десятків і сотень метрів. При цьому з економічної точки зору відносне занурення повинно бути більше 0,15.

5.1 Принцип дії

За принципом дії ерліфти відносяться до динамічних насосів тертя. У них гідросуміш піднімається під дією сил, що виникають при відносному русі повітря і гідросуміші. Переміщення суміші повітря і пульпи (аерогідросмесі) відбувається за рахунок різниці потужностей потоку повітря, що вводиться в ерліфт, і суміші, що виходить з нього.

Фази пуску ерліфта

Рисунок 6 - Фази пуску ерліфта

На рис. 6 наведено чотири основні фази пуску ерліфта. Фаза а – подача ерліфта дорівнює нулю, статичний тиск в змішувачі визначається зануренням змішувача h.

(1.1)


де p – щільність рідини навколо підйомної труби.

При подачі повітря в повітроподавального трубу 1 починається процес витіснення рідини з останньої через змішувач 2 в підйомну трубу 4 і далі через її нижню частину (вхідний шланг 3) у водойму, що визначає поступове підвищення тиску стисненого повітря, максимальне значення якого досягається в момент підходу переднього фронту повітря в змішувач (фаза б).

(1.2)


де hп – перевищення стовпа повітря в підйомній трубі в період пуску, величина якого залежить від опору тракту витіснення рідини від змішувача до виходу її у водойму і швидкості руху витісняється рідини.

Після повного витіснення рідини з воздухоподающей труби повітря надходить в змішувач, де відбувається процес змішування повітря (газу) з рідиною та освіти гідросуміш починає заповнювати підйомну трубу. При безперервному нагнітанні повітря в змішувач підйомна труба заповнюється сумішшю рідини і повітря, щільність якої буде менше щільності рідини, тому рівень суміші в підйомній трубі встановиться вище рівня рідини зовні труби. Подальший хід процесу руху гідросуміші в підйомній трубі залежить від витрати стисненого повітря. У практиці експлуатації використовується поняття нульовий режим роботи, під яким зазвичай розуміється випадок, коли при певній витраті газу (повітря Qво), рівень газорідинної суміші в підйомній трубі знаходиться на рівні слива, але викид рідини не відбувається (рис. 6 в). Тиск у змішувачі Рсм при цьому буде приблизно дорівнювати тиску стовпа рідини на рівні змішувача.

Подальше збільшення витрати повітря призводить до витоку водовоздушной суміші з підйомної труби (рис. 6 г) в воздухоотделітель 5, де відбувається поділ повітря і рідини (Qв.р і Qe.p). Тиск у змішувачі Рcм. р при цьому буде нижче тиску навколишнього стовпа рідини на величину втрати тиску від руху в трубі, що подає 3 ерліфта.

5.2 Характеристики ерліфтів

Видаткова та енергетична характеристики ерліфта


Рисунок 7 – Видаткова (1) та енергетична (2) характеристики ерліфта


Залежність Qе = f1 (Qв) називається видаткової характеристикою ерліфта (рис. 5.4). Ця характеристика має кілька характерних точок. Початок подачі гідросуміші, при досягненні певного витрати повітря Qв.о - оптимальна точка К, знаходиться в місці зіткнення дотичній, проведеної з початку координат і відповідає максимальному к.к.д. на енергетичній η = f2 (Qв) характеристиці ерліфта. Точка М, відповідає максимальній подачі (горбу), після якої йде зниження подачі ерліфта при збільшенні витрати повітря. Робоча зона АВ відповідає оптимальному ККД, т. Е η опт = 0,85 η max, де робота ерліфта економічно доцільна.

5.3 Дослідження руху твердих тіл у вертикальному потоці

У ерліфтно-земснарядном комплексі крім гідропідйому за допомогою ерліфта, мається грунтонасос, куди ерліфт перекачує пульпу і далі, грунтонасос транспортує пульпу на карту намиву. У грунтонасосе є вертикальні ділянки труби, (наприклад всмоктуючий трубопровід) де переміщається тверда фракція в гомогенної середовищі, тому для розрахунків цих потоків, необхідно знати деякі параметри (такі як гідравлічна крупність, коефіцієнт опору при русі твердої фракції та ін.), Для чого в Донецькому національному технічному університеті була створена установка обладнана необхідними контрольно вимірювальними приладами, а найголовніше, двома вертикальними прозорими трубами, з метою спостереження за поведінкою руху твердих тіл в цих трубах з можливістю фото та відео зйомки.

Незважаючи на безліч проведених досліджень у цій області (руху гомогенної твердої фракції), необхідно уточнити деякі параметри для даних умов роботи ерліфтно-земснарядного комплексу.

Сила опору визначається безліччю факторів. У загальному випадку, сила залежить від швидкості обтікання частинки потоком рідини і режиму обтікання (ламинарного або турбулентного), щільності і в'язкості рідини, розмірів, форми і якості поверхні частинки. Формування сили обумовлено двома факторами: гідродинамічним взаємодією тіла і рідини, і силами рідинного тертя.

Встановлено, що сили рідинного тертя значно проявляються при русі тонких, довгастих або тел обтічної форми. При русі в рідині тіл не обтічної форми, до яких відносяться породні або вугільні частинки, дія сил тертя незначно в порівнянні з дією гідродинамічних сил і їй можна знехтувати. При турбулентному режимі обтікання частинки рідиною силу гідравлічного опору можна визначити за формулою. Частинки корисних копалин і породи характеризуються складною геометричною формою, але для розрахунків та аналітичних досліджень їх можна умовно представляти тілами шароподбоной форми і обсягом, який дорівнює обсягу частинки і деяким діаметром. Отримані залежності дозволяють визначити швидкість падіння твердої частинки в рідині, тобто її гідравлічну крупність.

Коефіцієнт опору, який залежить від форми тіла, що рухаються в рідині, і від режиму обтікання тіла рідиною, визначається експериментально.

Для цього дослідним шляхом визначають гідравлічну крупність деякого тіла або класу тіл (наприклад, куль різних розмірів і щільності, або часток породи) і за отриманою формулою визначають коефіцієнт опору для цього класу. Експериментальні дослідження, проведені над тілами різної форми, показали всі значення коефіцієнта гідродинамічного опору.

6. Розрахунок ерліфта ЕЗК

 

Конструктивні елементи ерліфтів ЕЗК істотно відрізняються від звичайних стаціонарних ерліфтів, відрізняються і умови роботи, а отже, розрахунок ерліфтів необхідно уточнити. Для цих цілей був створений експериментальний ЕЗК, обладнаний необхідними КВП і випробуваний на річці Югане (Західний Сибір). При цьому була отримана одна з основних експериментальних кривих q = f (α), де q – питома витрата стисненого повітря, α – Відносне занурення ерліфта (рис.1), яка дає можливість визначати витрата стисненого повітря (крива 1).

Експериментальна крива 2, отримана для умов вугільної промисловості при абсолютному зануренні h = (4 ... 10) м і значень α < 0.5, не може бути використана в розглянутих умовах.

Нижче наведені відмінні риси розрахунку ерліфта ЕЗК для видобування корисних копалин ..

Подача эрліфта:

(2)


де k – коефіцієнт подачі ерліфта;

g – прискорення вільного падіння;

D – діаметр підйомної труби ерліфта.

Залежності питомої витрати повітря від відносного занурення змішувача для ерліфтно–земснарядних комплексів

Рисунок 8 - Залежності питомої витрати повітря від відносного занурення змішувача для ерліфтно–земснарядних комплексів, отримані експериментальним шляхом


коефіцієнт подачі:

(3)


де: ψ – питомий коефіцієнт опору ерліфта, який визначається експериментально або за формулою:

(4)


α – відносне занурення ерліфта h

(5)

q – питома витрата стисненого повітря, що розглядається як відношення витрат повітря Qв і подачі ерліфта Q, тобто

може бути розрахований за формулою:

(6)

Підставляючи значення параметрів, отриманих за формулами (3) ... (6), у формулу (2), і виконавши необхідні перетворення, обчислюють діаметр підйомної труби D ерліфта.


7. Вибір основного обладнання


Згідно відомим методикам ведеться розрахунок і вибір необхідного обладнання такого як: насос розливу; грунтонасос; компресор; насадки і.т.д.

Висновки

В результаті проведених досліджень і розрахунків отримані: коефіцієнт опору при русі твердих тіл в підйомній трубі ерліфта, при відносному зануренні α<0. 5, що не обходимо для розрахунку гідравлічної крупності; оптимальні параметри ерліфта ЕЗК; різні конструктивні вузли; необхідне обладнання ерліфтної-земснарядного комплексу; витратні та енергетичні характеристики ерліфта і. д. р

Що в результаті всіх теоретичних та експериментальних досліджень було отримано.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2015 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати

Список джерел

  1. Энциклопедия эрлифтов / Папаяни Ф. А., Кононенко А. П., Козыряцкий Л. Н. и др. – Донецк, Москва: Информсвязьиздат,1995. – 598 с.
  2. Финкельштейн З. Л. Средства гидромеханизации: учеб.пособ. / З. Л Финкельштейн, Л. Н Козыряцкий . – Алчевск: Донгту,  2013. –168 с.
  3. Гідромеханізація: навчальний посібник. М. Г. Бойко, В. М. Моргунов, Л. М. Козиряцький, О. В. Федоров. – Донецьк: ДНВЗ ДонНТУ, 2011. – 554 с.
  4. Эрлифтные установки: учебное пособие// В. Г. Гейер, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, Я. К. Антонов. Донецк, ДПИ, 1982. – 63 с.
  5. Антонов Я. К., Козыряцкий Л. Н., Малашкина В. А. и др. Гидроподъем полезных ископаемых. – М: Недра, 1995. – 225 с.
  6. Козыряцкий Л. Н. Моделирование и критерии подобия эрлифтов. Депонирована в ЦНИЭИуголь, № 407, 975 с.
  7. Малеев В. Б. Исследование и разработка сифонно-вакуумного эрлифта для очистки шахтных водоотливных емкостей. Автореф. дисс. канд. техн. наук. – Донецк: ДПИ, 1980. – 20 с.
  8. Кононенко А. П. Теория и рабочий процесс эрлифтов. Дис. докт. техн. наук. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. – 565 с.
  9. Ерліфти та гідроелеватори в гірничій промисловості. Навчальний посібник. Козиряцький Л. М., Моргунов В. М., Яковлєв В. М., Геммерлінг, О. А. Донецьк – ДонНТУ. 2012. – 134 с.
  10. Костанда В. С. О кинематической структуре водовоздушной смеси в эрлифте. Труды ДПИ, том 62, вып. 12, 1961.
  11. Гейер В. Г.; Логвинов Н. Г. О свойствах безразмерных характеристик эрлифтов // В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. – Киев: Техника. 1979, вып. 31