Файл: Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
ции < 0 ,0 4 (0,07) мм от общего количества могут обусловливать (например, для угля) свойства стабильности. Количество тонких классов, необходимое для создания стабильности гидросмеси, зависит от вида породы и крупности других классов.
Поэтому для стабильных гидросмесей при содержании их обычно в пределах 10—30% формулу (IV.31) можно преобразовать так
i = %1 ц 2 У1 |
и, Убр |
(IV.33) |
2 gD |
|
|
где А,о и Aj — коэффициенты гидравлического сопротивления для воды и гидросмеси (при Re = у ( и ^ — соответственно плотность (кН/м3) и динамический коэффициент вязкости (Нс/м2) смеси воды с частицами 0—0,04 (0,07) мм; р.х определяется по фор муле (11.24); s0, и s2 — доли концентрации частиц тонких классов, фракции 0,07—0,2 (0,5) мм и 0,2 (0,5) — 3 мм от общей величины s.
Рабочая скорость транспортирования в случае стабильной гидро
смеси определяется по |
граничной скорости (IV.22). |
В о с х о д я щ и е |
п о т о к и г и д р о с м е с е й . В соответ |
ствии с уравнением (IV.7) экспериментальные данные целесообразно обрабатывать в координатах (i — i 0)/si0, Fr* — (и — u^Y/agD. Из уравнения (IV.7) следует также, что в первом приближении допол нительные гидравлические сопротивления, обусловленные наличием твердых частиц в потоке, определяются в основном соотношением инерционных сил и силы тяжести. При этом соотношения между указанными безразмерными параметрами зависят от значений чисел
ft:. |
1, т. е. |
При Fr* > 1 0 характерно (i — i0)/asi0 = const = |
|
i = i0(1 -f- as). |
(IV.34) |
Данный режим движения имеет место при значительных ско ростях и > и.,, и больших числах Fr*. В этом случае гидросмесь можно представить в виде фиктивной однородной жидкости повы шенной плотности, для которой дисперсный состав частиц практи чески не влияет на гидравлические сопротивления. В то же время дополнительные гидравлические сопротивления, обусловленные при сутствием частиц в потоке, определяются архимедовыми силами и концентрацией частиц, как и в тонкодисперсных гидросмесях.
При 1 < Fr* < 10 имеет место соотношение
i = i« [ 1 + 1 0 “ s - 5 ^ r ] - |
<IV-35> |
Для этого режима движения характерны скорости и > и*, зна чительные числа Fr* и существенное влияние на дополнительные гидравлические сопротивления, помимо величии а и s, дисперсного состава частиц, диаметра трубы и скорости движения (значения и* зависят от dcp и s).
В диапазоне приведенных значений чисел Fr* находятся зна чения скоростей и, при которых для гидросмеси с заданными пара метрами достигаются минимальные значения гидравлических сопро тивлений. Эти скорости, определяющие практически наиболее опти мальный режим по затратам энергии, могут быть найдены из условия приближенного подобия процесса переноса частиц в этой фазе дви жения гидросмесей. Если, как и прежде, предположить, что отно шение дополнительных затрат энергии вследствие присутствия твердых частиц в гидросмеси к полным затратам энергии при ее движении величина постоянная, то такое соотношение дает значение критической скорости
|
|
икр = и* + 31/м£5. |
|
(IV.36) |
|
При Fr^ < |
1 имеет место третий режим движения смесей, |
когда |
|||
реализуются |
условия постепенного (по мере |
уменьшения |
числа |
||
Fr*) образования |
взвешенного |
слоя. |
|
|
|
Р а с ч е т п а р а м е т р о в д в и ж е н и я г и д р о с м е с е й |
|||||
в о т к р ы т ы х |
п о т о к а х |
(желобах и |
др.) принципиально |
||
не отличается от таковых для напорного транспорта и в отношении «кР и г производится по приведенным выше формулам. Однако при этом подлежит дополнительному обоснованию выбор попереч ных размеров желобов.
Расчет параметров установок
Исходными данными для расчета гидротранспортных установок обычно являются: производительность установки по гидросмеси У пли твердому У5, м3/ч, или расход воды У 0, м3/ч, расстояние по горизон тали L и по вертикали h, м, удельный вес материала и его грануло метрический состав. Задача состоит в определении рабочей скорости и потребного напора гидротранспортирующего агрегата, мощности привода N, кВт и типоразмера насоса. Возможен и такой случай, когда для данной транспортной системы с трубопроводом D и мощ ностью привода N определенного типа насоса требуется найти максимальную производительность по материалу и потребный расход воды. Естественно, что на практике могут встретиться и другие случаи.
При гидравлическом транспорте эффективность работы установки определяется, помимо технологических факторов, в первую оче редь тем, насколько длительно и рационально использована мощ ность транспортных агрегатов. В любом случае расчетом должны быть установлены основные характеристики транспортирования, обеспечивающие наиболее эффективный режим движения гидро смеси при минимальном расходе энергии, максимальной произво дительности по материалу и возможно больший срок службы труб и оборудования. Поэтому метод расчета должен базироваться на установлении критической скорости движения гидросмеси и соот
10S
ветствующих этому режиму потерь напора. Режим транспортиро вания с критической скоростью является оптимальным с точки зрения обеспечения минимальных энергетических затрат и наимень шего износа оборудования.
Для тонкодисперсных гидросмесей рекомендуется (с учетом
условий устойчивости) |
режим транспортирования |
со |
скоростью |
и = (1,05—1,1) Мцр. Для |
грубодисперсных гидросмесей |
режим со |
|
скоростями и — (1,1—1,15) икр. В благоприятных |
случаях при |
||
транспортировании абразивных материалов и стабильных условий загрузки материала (по концентрации и крупности) может при меняться режим транспортирования с заилением. При этом должно быть предусмотрено увеличение до 2 0 % запаса напора, развиваемого насосом, по сравнению с расчетным.
Для полидисперсных гидросмесей рекомендуется принимать режим транспортирования со скоростью и = (1,1—1,2) икр. Эффек тивным режимом движения для восходящих потоков является такой, при котором имеют место минимальные затраты энергии на транспортирование; рекомендуется режим при и = (1,15—1,2) икр.
Расчету основных гидравлических параметров для эффективных режимов должны предшествовать обоснования важнейших техно логических параметров гидротранспорта. При этом общая расчетная схема должна включать:
1 ) выбор режима транспортирования по горизонтальному (или вертикальному) трубопроводам; расчеты трубопроводов, подни мающихся до 45°, ведутся как для горизонтальных, а для подни мающихся выше 45—75° — как для вертикальных;
2 ) определение критической скорости гидросмеси для заданной концентрации s (или значение s для заданной скорости и);
3)выбор диаметра трубопровода по критической скорости; для желобов — высоты наполнения;
4)определение рабочей скорости движения для фактически при нятого диаметра трубопровода;
5)определение расчетных потерь напора или уклона желоба. Местные сопротивления учитываются введением поправочного коэф фициента 1,05;
6 ) выбор типоразмера землесоса по Q, i и L. По выбранным вели чинам s и у выполняется пересчет рабочих и кавитационных характе ристик насоса; полный потребный напор определяется: Н — L -i -f- 4-0,05 Li + hy. Тип насоса должен обеспечивать заданный расход материала по всасыванию, потребные расход Q и напор Н, а также наибольший для данного насыщения гидросмеси к. п. д. т);
7) мощность двигателя N = HVy/ЗбТр.
Отметим, что одним из самых радикальных способов повышения эффективности гидравлического транспорта является увеличение концентрации транспортируемого материала и обеспечение условий для ее поддержания возможно более длительное время.
Для обеспечения нормальных условий транспортирования диа метр горизонтальных труб обычно требуется меньший, чем верти
109
кальных. При определении диаметра |
труб в общем случае должно |
выполняться условие D/dm&%= 2,5—3. |
|
Для г и д р о п о д ъ е м н ы х |
у с т а н о в о к , в которых |
основным по протяженности является вертикальный участок трубо провода, выбранный режим работы по значению основных параметров может быть существенно отличным, чем для установок с основным
горизонтальным участком (вследствие меньших потребных |
скоро |
|
стей, чем для горизонтальных труб). |
з а |
|
Расчетная схема для режима работы с ч а с т и ч н ы м |
||
и л е н и е м |
следующая: |
|
1 ) устанавливается насыщение (концентрация) гидросмеси в соот |
||
ветствии с |
требованиями технологии; |
|
2 ) определяется критическая скорость и диаметр труб для незаи-
ленного режима, а также |
критический |
уклон; |
и |
диаметр |
труб |
|||||
3) |
задается |
степень высоты слоя |
заиления |
|||||||
с заилением |
(причем |
< Z ) 2). |
По |
опыту |
эксплуатации и |
|||||
на основе наблюдений рекомендуется высоту |
слоя |
брать в пре |
||||||||
делах |
не более |
10—15% |
от внутреннего диаметра, при |
этом |
||||||
размер |
наиболее |
крупной |
фракции |
должен |
быть |
менее |
(1/5— |
|||
1/10 D)\
4) сопоставляются скорости, вычисленные для режима с заиле нием и по заданному расходу гидросмеси; если они не совпадают, задается другой диаметр труб;
5) определяется уклон для режима с заилением в трубе D г\
6 ) сопоставляются вычисленные значения потерь напора (если, они равны или достаточно близки для труб обоих диаметров, то это значит, что режим работы с частичным заилением установлен правильно); если потери намного больше, чем при критическом режиме
внезаиленных трубах, то нужно уменьшить высоту слоя заиления
иповторить расчет.
Р а с ч е т п а р а м е т р о в с а м о т е ч н о г о г и д р а в л и ч е с к о г о т р а н с п о р т а также ведется в зависимости от производительности установки и характеристики горной массы. Для определения рабочей скорости и потребного уклона должны быть выбраны поперечные размеры желоба.
При перемещении тонкодисперсных гидросмесей, по аналогии
с чистой водой, можно |
принимать наивыгоднейшим |
отношение |
b/h — 2 (где Ъ— ширина |
лотка по дну; h — глубина |
лотка); для |
грубодисперсных гидросмесей наиболее экономично b/h = 3 —4. Вы сота наполнения желобов обычно примерно соответствует глубине, а для кусковых материалов составляет не менее 2/3 поперечного размера максимального куска.
Приближенные расчеты лотков (обычно с гладкими металли ческими или деревянными стенками) можно производить по соот ветствующим (для данного вида смеси) формулам(для икр и i, зада
ваясь для тонкодисперсных |
шириной лотка |
b = |
1,25 D и высотой |
|
h0 = 1,2 D ; для более крупных материалов |
b = |
1,5Z> и h0 = |
1,2D. |
|
Трапецеидальная j форма |
лотков оказалась практически |
наибо |
||
110