Волобуєв Андрій Геннадійович

Підвищення енергетичної ефективності роботи ерліфтної установки з обмеженою глибиною занурення змішувача

Зміст

• Вступ
• 1. Загальні відомості про ерліфт
• 2. Гідравлічна схема ерліфта
• 3. Обслуговування при аварійних режимах
• 4. Фізична модель робочого процесу ерліфта
• Список джерел

Вступ

У вугільній промисловості, як і в інших галузях народного господарства, спостерігається прагнення до механізації всіх основних і допоміжних процесів, де це тільки можливо, з метою підвищення продуктивності праці, зниження собівартості продукції, зменшення матеріалоємності та енерговитрат, поліпшення умов праці та підвищення техніки безпеки, а так же, по можливості, виключення важкого некваліфікованої праці.

У наш час все більша увага приділяється механізації допоміжних процесів, тому що вони механізовані практично в 2 рази менше, ніж основні. З допоміжних процесів у вугільній промисловості питома обсяг припадає на очищення зумпфів, водозбірників, попередніх водоотстойнікі, шахтних колодязів та інших аналогічних обʼєктів, а так само на відкачування забрудненої води з прохідницьких вибоїв і на очищення різного роду відстійників на збагачувальних фабриках.

Несвоєчасне очищення зумпфів стовбурів, водозбірників і приймальних колодязів від твердого призводить до затоплення гірничих виробок, що порушує нормальний ритм роботи шахт і призводить до значних витрат матеріальних і трудових ресурсів.

Найбільш прогресивними і відповідними до сучасних вимог є установки з гідроелеваторнимі (водоструминними) апаратами і ерліфти. При цих способах очищення поєднуються в один процес очищення і відкачування води. Основним обладнанням, яке забезпечує очищення за новою технологією, є гідроелеватор або ерліфт. Ці апарати не мають обертальних частин, які рухаються, прості у виготовленні, мають невелику масу і габарити, їх застосування виключає постійну присутність в зумпфах обслуговуючого персоналу, забезпечують високу надійність відкачування в умовах завалів апаратів великими обсягами твердого та підвищує продуктивність праці в порівнянні з механічними способами . Ці якості при низьких капітальних і експлуатаційних витратах і високій подачі забезпечують надійну і довговічну роботу в складних і стислих підземних умовах. З досліджень, проведених в НДІГМ ім. М. М. Федорова виявлено, що зазначені недоліки усуваються з використанням дво-, а іноді триступеневий схем установок.

1. Загальні відомості про ерліфт

Одним з напрямків технічного прогресу в транспорті є розвиток трубопровідного транспорту. Найбільш перспективний - гідравлічний транспорт, при якому потоки води або суміші несуть з собою по трубах сипучі матеріали або переносяться за допомогою нагнітача в однорідну середу. Завдяки відомим достоїнств ці види транспорту знаходять застосування при переміщенні: корисних копалин (вугілля, піску, гравію, нафти, розчинних солей, і багато чого іншого) від місця добування до споживача; відходів збагачувальних фабрик; золи і шлаків теплових електростанцій у відвали; порожньої породи до місця складування і ін. У багатьох схемах гідротранспорту є вертикальні і нахилені долі, наприклад, підйом твердого матеріалу з підземних виробок або з дна різних водойм при видобутку корисних копалин; підйом крапельної рідини (води, нафти та ін.) на денну поверхню. Як показали теоретичні і експериментальні дослідження ДонНТУ та інших наукових центрів, так само досліди експлуатації створених ними гідросистем, іноді досить цілком використовувати ерліфтні установки.

Процеси, які протікають в підйомній трубі ерліфти представляють сукупність повʼязаних між собою процесів гідродинаміки, теплообміну і фізико-хімічної взаємодії повітря з домішками. Кожен процес є складних, що ускладнює його опис. Ще не створена теорія, яка описує хоча б приблизно процеси руху двофазних потоків, тому вивчення цих процесів і їх закономірностей йде по шляху нагромадження експериментального матеріалу. Для теоретичного опису процесу руху водоповітряної суміші в трубах необхідно знати структуру потоку при різних режимах роботи ерліфтної установки.

Для подачі води з глибинних свердловин знайшли застосування пневматичним підйомників або ерліфти; вони так само зручні для подачі кислот і інших хімічних рідин і сумішей з твердими частинками (пульпи). Принцип роботи полягає в тому, що в водопідіймальні трубу, вкладену в обсадної трубі, через форсунку подається стисле повітря від компресора по трубі. При цьому створюється суміш повітря і води. Рух водоповітряної суміші вгору відбувається внаслідок підйомного дії бульбашок повітря, які випереджають рух води, прослизаючи через потік, що рухається, захоплюючи з собою воду.

Процес руху газорідинної суміші в піднімає трубі ерліфта має складний характер, для опису якого використовують параметри: середня швидкість потоку, його щільність, співвідношення обсягів заповнених рідиною і газом, швидкість фаз та інші. Істотну роль відіграє так само режим течії або структура газорідинного потоку. Для нормальної роботи ерліфта необхідне деяке геометричне занурення h змішувача (відстань від рівня води в зумпфі до місця входу стислого повітря в змішувач), величина якого залежить від висоти підйому H (відстань від рівня води в зумпфі до місця зливу пульпи з повітрозабірника) гідросуміші і коливається від декількох метрів до десятків і сотень метрів.

На малюнку 1.1. приведена гідравлічна схема натурної експериментальної ерліфтної установки. Вона містить змішувач 1, підведення стисненого повітря, яке здійснюється за воздухопроводу 2, підйомна труба 3 Ø 0,15 м і довжиною 15,21 м. Занурення ерліфтної установки здійснювалося за допомогою металевого бака 8. За допомогою чотирьох зливних засувок 17, підтримувалася необхідна глибина занурення 0,76; 1,21; 1,52; і 2,23 м, відповідає відносним зануреннях 0,05; 0,08; 0,1; 0,15. Під час експерименту вода без зупинки подавалася в бак насосом 15, подача якого регулювалася засувкою 16. Залишок води з бака зливався через одну з засувок 17 в зумпф 19, ніж забезпечувалося сталість геометричного занурення змішувача ерліфта під час експерименту. Вимірювання подачі ерліфта проводилося обʼємно-ваговим способом, для чого служив мірний бак 5 з показником рівня, з одиницями обсягу, вантажний динамометр ГД 7 і секундомір З 6 для відліку часу наповнення мірного бака. Обсяг мірного бака W = 0,358 м. Обрано з умовою, щоб час його наповнення на всіх режимах роботи установки було б не менше 1-2 хв. Джерелом стисненого повітря була турбогазодувка ТГ-50-1,9, на схемі 14, трата стисненого повітря в ерліфтної установці регулювалася засувкою 12, встановленої на повітропроводі 2 Ø 0,15 м і засувкою 13, яка має вихід через глушник шуму в атмосферу.

2. Гідравлічна схема ерліфта

Вимірювання витрати стисненого повітря проводився за допомогою нормальної діафрагми 8, діаметром 90 мм. Вимірювання перепаду тиску на діафрагмі і тиску перед діафрагмою проводилося, по аналогії з лабораторної установкою, за допомогою U-образних Монометр 10.

Гідравлічна схема лабораторної ерліфтної установки зображена на рис. 1.2. З метою отримання більш детальної інформації про процеси, які відбуваються в ерліфті при роботі з малими абсолютними і відносними зануреннями, всі основні його елементи (підводить і підйомної труби, змішувач) були виконані прозорими (з оргскла). Діаметр підйомної труби 3 ерліфти дорівнює 0,14 м, довжина - 4,67 м.

Для створення занурення ерліфта використовувався металевий бак 6. Вода в бак подавалася по трубопроводу Ø 0,0105 м за допомогою насоса 7. Контроль занурення змішувача ерліфта здійснювався за допомогою водомірного скла 17, встановленого на баку.

Як джерело стисненого повітря була використана турбогазодувка 9 ТГ-50-1,9 з максимальним зайвим тиском 9×10-3 МПа. Регулювання витрати стисненого повітря, що надходить в ерліфт по воздухопроводу (поз. 2) Ø 0,105 м, здійснювалося за допомогою засувки 15, встановленої на повітропроводі, і засувки 10 для викидання надлишку повітря в атмосферу.

Для вимірювання витрати стисненого повітря в ерліфті використовувалася нормальна діафрагма 12, Ø 67,2 мм з кільцевими камерами. Вимірювання перепаду тиску на діафрагмі і тиску перед діафрагмою проводилося за допомогою U-образних Монометр 13, заповнених відповідно водою і ртуттю.

Гідравлічна схема лабораторної ерліфтної установки замкнута: вода, яка піднімається ерліфтом, після повітроохолоджувача 4 направляється в трикутний водозлив 5, а потім скидається в бак.

3. Обслуговування при аварійних режимах

Перехід на роботи резервним ерліфтом:

1. Схема передбачає можливість переходу на роботу резервним ерліфтом;
2. Резервний ерліфт запускається згідно пуск ерліфта;
3. Зупинити робочий ерліфт згідно зупинка ерліфта.

Порядок допуску до огляду, ремонту і випробуванню ерліфтної установки:

1. Допуск до огляду ерліфтної установки проводиться з дозволу начальника зміни. При огляді дозволяється робити запис свідчень, виявлені дефекти, опитування обслуговуючого персоналу з експлуатації обладнання;
2. Ремонт ерліфтної установки робити за нарядами;
3. Випробування ерліфтної установки робити за затвердженою програмою знизу;
4. Порядок виведення в ремонт ерліфтної установки;
5. Допуск до ремонту робити згідно П.Т.Б.

• Перейти на резервну ерліфтну установку згідно перехід на роботи резервним ерліфтом;
• Переконатися в стійкому і надійному устаткуванні;
• Виконати захід з приводу виведення ерліфтної установки в ремонт;
• Закрити і розібрати ел. схеми, перевести верб. привід арматур на ручне управління, замкнути ланцюга, вивісити плакати Не відкривати, працюють люди;
• Вивісити плакати на непрацюючій установці! - Працювати - тут;
• Вивісити плакати а працює ерліфтної установці! - Обережно - працює обладнання.

4. Фізична модель робочого процесу ерліфта

Кільцеву структуру багато дослідників поділяють на кільцеву і дисперсно-кільцеву. Кільцеву структуру характеризують так, при якій по стінці труби (каналу) рухається рідиною вигляді плівки, а центральну частину займає газове ядро ??з незначними краплевидними рідинними включеннями. При дисперсно-кільцевий структурі в газовому ядрі утримується значна кількість віднесених крапельно рідини. Відзначається, що значне віднесення рідини газовим ядром має місце в швидкісному кільцевому потоці. Однак кількісного критерію значущості або незначущості не існує, в тому числі через відсутність достовірної кількісної оцінки віднесення. До того ж, існування кільцевої структури без крапельного віднесення представляється проблематичним.

Виходячи з викладеного, в даній роботі під кільцевою структурою водоповітряного потоку у вертикальній підйомної трубі ерліфта будемо розуміти таку, при якій плівка рідини товщиною z рухається по внутрішній стінці, а газ з крапельними і близькими до них включеннями рідини створює ядро потоку. Між газорідинним ядром потоку і плівкою рідини має місце массообмен за рахунок віднесення і осадження крапель.

Для водоповітряних потоків поділяють динамічне (хвильової) віднесення або зрив і ударне бризговинесеніе. Динамічне віднесення здійснюється в результаті зриву частини рідини з гребенів велікомасштабних хвиль, які виходять на рідинної плівці. Ударне бризговинесеніе обумовлено вибивання вторинних крапель від удару крапель, які осідають з ядра потоку на плівці рідини.

Осідання крапель викликано турбулентними пульсаціями і поперечними силами в градієнтному полі швидкостей газової складової.

Виділяють три режими поверхні плівки: хвильова з велікомасштабнимі хвилями, хвильова з брижами і режим гладкою плівки. Тертя між плівкою і ядром потоку визначається шорсткостью або структурою хвильової поверхні рідинної плівки, яка формується переважно її товщиною. Спостерігається криза гідравлічної опори, коли збільшення швидкості газового потоку призводить до зменшення гідравлічної опори через зниження шорсткості предстенной плівки.

Розділяють ламінарій і турбулентний режим руху рідини в плівки. Ламінарний режим реалізується при Re <300: 400, турбулентний - при Re> 400, де число Рейнольдса плівки визначається із залежності.

В [32] показано, що в розвиненому турбулентному режимі (Re> 103) рідина в тонкій предстенной плівці переноситься в основному в хвилях, тобто хвилі практично не переміщаються щодо плівки.

У порівнянні зі снарядної, кільцева структура є менш вивченою і кількісно оцінюється теорією двухфазного роздільного течії з великою кількістю припущень і норм.

Питання прийнятих припущень гідродинамічних параметрів при побудові рівнянь збереження для кільцевого двофазного потоку розглянуті в [11, 16, 32]. Створені моделі кільцевих течій для газліфтних свердловин і пароводяних потоків в зазначених установках характеризуються умовами застосування і не можуть бути однозначно використані для розрахунків робочого процесу в загальновиробничих ерліфті.

Методологія просторово-часового поділу швидкостей компонентів кільцевого течії, за аналогією з [11], ілюструється зміною епюр швидкостей повітря і води, які створюють двофазний потік.

У рівняннях нерозривності руху і кількості руху водоповітряного потоку з кільцевою структурою, використовуються гідродинамічні параметри (швидкості, тиску, щільність і ін.), Усереднені за часом і поперечним перерізом підйомної труби.

Список джерел

1. Эрлифтные установки: Учебное пособие / В. Г. Гейер, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, Я. К. Антонов – Донецк: ДПИ, 1982. – 64 с.
2. Энциклопедия эрлифтов / Ф. А. Папаяни, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, А. П. Кононенко – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с.
3. Данилов Е. И. Исследование и разработка эрлифта для гидромеханизированной очистки водоотливных емкостей: Дисс, …канд. Техн. Наук: 05.05.06 – Донецк: ДПИ, 1979. – 298 с.
4. Мусияченко Е. В. Расчет и проектирование машин непрерывного транспорта (Электронный ресурс) – Электронные данные (13 Мб)
5. Путилов В. Я., Путилов И. В. Расчет абазивного износа трубопроводов пневмотранспортных установок золы и угольной пыли ТЭС/Теплоэнергетика, №9, 2003 – с. 60-67
6. Кононенко А. П. Ограничения в подаче эрлифта // Вестника Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. Сборник научных трудов: Технология, организация, механизация и геодезическое обеспечение строительства. Выпуск 2005-7(55). Макеевка: ДНАСА – 2005. – С.71-81
7. Папушин Ю. Л. Илонакопители, Сборник трудов кафедры ОПИ ДонНТУ.
8. Стифеев Ф. Ф. Разработка эрлифтов для подъема пульп повышенной плотности: Дисс … канд. Техн. Наук: 05.05.06 – Донецк: ДПИ, 1985 – 262 с.
9. Куталадзе С. С., Стирикович М. А. Гидродинамика газожидкостных система. – М.: Энергия, 1976 – 296 с.
10. Нигматуин Р. И. Динамика многофазных сред. Ч.И. – М.: Наука, гл. ред. физ. мат. лит., 1987 – 360с.
11. Гриценко А. И., Клапчук О. В., Харченко Ю. А. Гидродинамика газожидкостных смесей в скважинах и трубопроводах. – М: Недра, 1994 – 238с.