Аннотация
Кукиб С.В., Кононенко А.П. Рассмотрены причины потерь энергии в эрлифте, представлены способы увеличения КПД.
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.
В настоящей работе предлагается метод учёта пространственной волны в приёмной камере на основе баланса энергии и массы газа в проточной части газоструйного аппарата.
На характеристике нанесены четыре характерные точки:
1. начало работы эрлифта;
2. оптимальный рабочий режим;
3. работа с максимальной подачей;
4. работа с нулевой подачей.
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.
Список использованной литературы
1. Арманд А.А., Невструева Е.И. Исследование механизма движения двухфазной смеси в вертикальной трубе. Изв. ВТИ. 1950, №2.
2.Аргунов П.П. Исследование работы эрлифта и его расчёт. В сб. Строительное водопонижение, гидромеханика и физика грунтовых вод. М., 1953, №20.
3. Гейер В.Г. Определение основных параметров эрлифтной установки для откачки затопленных шахт. Труды ДПИ, юбилейный сборник, 1946.