ДонНТУ   Портал магистров

Лебедь Инна Олеговна

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра энергомеханических систем

Специальность Гидравлические и пневматические машины

Повышение эффективности работы эрлифтной установки со струйным аппаратом в воздухопроводе

Научный руководитель: д.т.н., проф. Кононенко Анатолий Петрович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Устройство и принцип действия эрлифтной установки со струйным аппаратом
• 4. Обзор исследований и разработок
• Выводы
• Список источников

Введение

Одним из направлений технического прогресса является развитие гидравлического транспорта, при котором потоки жидкости несут с собой сыпучие или твердые частицы.

В шахтных условиях средства гидротранспорта представлены специальными средствами водоотлива и гидроочистки, такими как эрлифты различной конструкции, шламовые насосы и др. Применение этих средств в горных работах – один из перспективных способов их комплексной механизации.

Эрлифт (воздушный подъемник) является гидравлическим аппаратом для подъема капельной жидкости, или капельной жидкости и твердого материала посредством использования сжатого в нагнетателе и смешанного с этой капельной жидкостью воздуха (газа, пара).

Эрлифты также применяются для:

1) подачи активного циркуляционного ила и подъёма сточной жидкости на небольшую высоту на канализационных очистных сооружениях;

2) подачи химических реагентов на водопроводных очистных сооружениях;

3) подъема воды из скважин различной глубины;

4) откачивания нефти из подземных источников;

5) добыча полезных ископаемых со дна рек, озер, морей и океанов;

6) золошлакоудаление на ТЭС, работающих на твердом топливе.

Опыт показал, что наряду с некоторыми недостатками (основной – низкий КПД) эрлифты обладают рядом преимуществ: простота устройства, отсутствие движущихся частей, возможность содержания взвеси в транспортируемой жидкости.

Струйный аппарат – устройство для нагнетания или отсасывания жидких (газообразных) веществ, основанное на обмене механической энергией двух потоков веществ в процессе их смешения.

КПД струйного аппарата не превышает 30%, однако возможность повышения давления подсасываемого потока при движущихся деталях, простота конструкции, надёжность работы обеспечили применение струйного аппарата во многих отраслях техники. При значительных расходах сжимаемой среды и при больших напорах используются более экономичные, но и более сложные механические нагнетатели (насосы, компрессоры, вентиляторы и др.).

1. Актуальность темы

Избыточное давление в шахтных пневматических сетях – 0,5...0,6 МПа, что, как правило, больше необходимого давления для работы эрлифта, используемых для избыточного давления в пневматической сети в шахтных условиях. Эрлифтная установка со струйным аппаратом в воздухопроводе позволяет уменьшить расход сжатого воздуха из пневмосети и повысить энергетическую зависимость работы установки.

2. Цель и задачи исследования

Целью магистерской диссертации является повышение энергетической эффективности работы эрлифтной установки за счет утилизации избыточной энергии сжатого воздуха, поступающего из шахтной пневмосети в струйном аппарате.

Основные задачи исследования:

1. моделирование и анализ особенностей работы эрлифтной установки со струйным аппаратом;
2. расчет и моделирование рабочего процесса газоструйного компрессора;
3. построение зависимостей коэффициента инжекции струйного аппарата от давлений рабочего и инжектируемого потоков;
4. рассмотрение способов повышения эффективности работы газоструйного компрессора при:

   • пульсирующей подаче рабочего потока;

   • усовершенствовании конструкции струйного аппарата (рабочего сопла, камеры смешения и др.).

3.Устройство и принцип действия эрлифтной установки со струйным аппаратом

На рисунке 1 показана схема эрлифтной установки со струйным аппаратом в воздухопроводе, на которой показаны основные конструктивные элементы, а также геометрические параметры.

Использование струйного аппарата в составе эрлифтной установки позволяет достичь сокращения расхода сжатого воздуха за счет утилизации избытка давления в сети над давлением в смесителе.

Сжатый воздух от компрессора 1 поступает в струйный аппарат 2, в котором происходит его смешение с атмосферным воздухом и сжатие смешанного газа до давления, определяемого геометрическим погружением смесителя. При подаче воздуха в воздухопровод 3 начинается процесс вытеснения жидкости через смеситель 4 в подъемную трубу 6, а также через подающую трубу всасывающего устройства 5.

После полного вытеснения жидкости из воздухоподающей трубы воздух поступает в смеситель, где происходит процесс смешения воздуха (газа) с жидкостью и образуемая аэросмесь начинает заполнять подъемную трубу.

Последующее увеличение расхода воздуха приводит к истечению водовоздушной смеси из подъемной трубы в воздухоотделитель 7, где происходит разделение воздуха и жидкости. Давление в смесителе при этом будет ниже давления окружающего столба жидкости, т.к.

Критическое сечение расширяющегося сопла [2].

где:p_p – давление рабочего потока;

G_р – массовый расход газа;

K_р – коэффициент адиабаты.

Для построения зависимости коэффициента инжекции от давления рабочего и инжектируемого давлений [p_c/p_н=f(u)] необходимо знать два основных геометрических параметра – отношение сечений f_p1/f_p* и f₃/f_p*, также внешние параметры двух потоков: рабочего и инжектируемого (p_p, p_н, Т_н, Т_р) или рабочего и сжатого,

где: p_p, p_н, Т_н – давление рабочего, инжектируемого и сжатого газов;

Т_н, Т_р – температура рабочего и инжектируемого потоков.

Площадь выходного сечения сопла f_p1 определяется из зависимостей [2].

где:q_p1 – приведенная массовая скорость рабочего потока;

f_р* – критическое сечение рабочего потока.

Площадь выходного сечения камеры смешения f₃ [2].

где:K_c – показатель адиабаты сжатого потока;

П_с* – относительное давление сжатого потока в критическом сечении;

q_с3 – приведенная массовая скорость сжатого потока.

Выполненоное сопоставление экспериментальных характеристик p_c/p_н=f(u) с расчетной зависимостью для достижимого коэффициента инжекции при f₃/f_p* = 7,6; 14,2; 21,6 мм; p_p/p_н=6, (рис.4) адекватность аналитического метода расчета параметров работы струйного аппарата [2].

.

Рисунок 4 – Сопоставление аналитических и экспериментально полученных характеристик p_c/p_н=f(u) струйного аппарата с расчетной зависимостью для достижимого коэффициента инжекции:

Сплошными линиями (рис. 4) нанесены экспериментальные характеристики p_c/p_н=f(u) газоструйного компрессора трех различных геометрических параметров, штриховой линией – расчетная зависимость p_c/p_н=f(u).

При уменьшении степени сжатия коэффициент инжекции аппарата увеличивается до определенного предела Uпр. При работе на предельном режиме коэффициент инжекции газоструйного компрессора остается постоянным. При этом режиме аппарат развивает максимально возможную производительность при данном давлении рабочего потока p_p.

Способы увеличения эффективности работы струйных аппаратов

Эффективность работы струйного аппарата можно увеличить с помощью:

• совершенствования геометрических форм проточной части струйного компрессора (рабочего сопла, камеры смешения и др.);

• создания инжекторов с прерывистой подачей активного потока, что является одним из наиболее эффективных методов.

• применения многоступенчатых конструкций для получения больших степеней сжатия;

• применения в устройствах принципа непрерывного регулирования за счет введения иглы в сопло путем установки на выходе из сопла эластичной полой втулки, обжимаемой при вращении сопла.

Обзор исследований и разработок

В источнике [1] , [2] , [7] , [5] изложены основы теории и расчета эрлифтов, результаты многочисленных экспериментальных исследований эрлифтов различного назначения, конструктивного и схемного решения установок, работающих на гомогенных жидкостях и гидросмесях, описаны параметры и характеристики действующих эрлифтных установок и вопросы перспективного использования эрлифтов. В [3] , [8] , [10] рассмотрены расходные и энергомеханические характеристики эрлифтов на основе теории размерностей, даны критерии подобия их моделирования, приведена классификация эрлифтовых и эрлифтноземснарядных установок и комплексов, их назначение, принципы работы, конструктивные особенности, расчет и основы проектирования. В источнике [4] , [6] , [9] описаны новые схемы газовых эжекторов с улучшенными характеристиками, их создание и применение. В источнике [17] изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований двухфазных струйных аппаратов различных типов, рассмотрены физические особенности течения двухфазных сред в проточной части аппарата.

Выводы

Эрлифтная установка со струйным аппаратом в воздухопроводе применяется для утилизации избыточного давления в пневматической сети в шахтных условиях. Среди рассмотренных выше способов повышения эффективности газоструйного компрессора, одним из самых эффективных является пульсирующая подача рабочего потока.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июль 2019 года. Полный текст работы и материалы по теме можно получить у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников