Файл: Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие.pdf

путевым потерям при работе на воде и увеличенные на у , и 3) сил сопротивления при входе гидросмеси в рабочее колесо. Тогда соот­ ветственно сумма гидравлических потерь моясет быть определена так:

денной выше зависимости (V.2). В свою очередь, анализируя далее равенство (V.5), убеждаемся, что, резкое повышение величин у (например, снижением уровня воды) или длины всасывающей трубы при прочих равных условиях могут привести к уменьшению давле­ ния р в сечении I —I. Если это давление снизится до величины, равной давлению насыщения паров воды при данной температуре, жидкость закипит и произойдет разрыв сплошности потока или, как говорят, с р ы в в а к у у м а .

Поэтому для нормальной работы установки по всасыванию необ­ ходимо, чтобы давление во всасывающем трубопроводе всегда было выше давления паров перекачиваемой воды при соответствующей температуре.

Как отмечалось ранее (см. гл. I), кавитационные явления свя­ заны с образованием в воде при пониженном давлении пузырьков пара и газа. Вследствие этого возникает перемещение газовой среды вместе с водой в область повышенных давлений, где пары конденси­ руются. Частицы воды с очень большими скоростями устремляются в образовавшиеся пустоты, а это вызывает удары о поверхность деталей насосов и приводит к разрушению их. В гидротранспорт­ ных установках такое явление наступает обычно после достижения высоты Нвс, скорости ивс и концентрации гидросмеси (или у) — зна­ чений, нарушающих равенство (V.5). Таким образом, для каждого конкретного случая можно определить предельные значения ука­ занных параметров по условиям стабильного от нарушения процесса

в отношении геодезической высоты подачи гидросмеси из подводного забоя или приемника (зумпфа).

Аналогично можно определить всасывающую способность уста­ новки для заданных условий в отношении максимального значения концентрации s или у. Так, если обозначить: Н'вв = (ра — рп)/у — критический вакуум, Нтр — потери напора на трение и Нл — дина-

•118

При выполнении транспортных систем по схеме из насоса в насос (т. е. перекачиыми станциями) головная станция работает на вса­ сывание, а остальные — с подпором.

П р и р а б о т е г и д р о т р а н с п о р т н о й у с т а н о в к и о т п о д в о д н о г о з а б о я с использованием самоходнога плавучего основания (по схеме рис. 38 также могут разрабатываться и затопленные забои) встречаются три схемы расположения вса­ сывающего патрубка относительно уровня жидкости. По условиям, всасывания наиболее рациональна, согласно (V.4), схема на рис. 38, в._

Рис. 38. Схемы расположения всасывающего патрубка по отношению к уровню-.

При прочих равных условиях по этой схеме достигается наибольшая, глубина разработки (до 40—50 м). Выбор той или иной схемы зависит от конкретных условий производства геологоразведочных или гор­ ных работ.

В отличие от установок с приемниками гидросмеси процесс всасывания плавучих установок происходит при осуществлении по­ дачи, или иначе п а п и л ь о н а ж а . В этом случае всасывание частиц породы может, например, производиться отдельными углубле­ ниями (воронками), когда наконечник всасывающей трубы погру­ жается до заданной глубины; затем наконечник всаса поднимается, производится поперечное перемещение всасывающей трубы в сто­ рону и снова образуется углубление, расположенное рядом с пре­ дыдущим, и т. д. При таком способе работы обеспечиваются наиболееблагоприятные условия для всасывания несвязных горных пород.

124

Д л я п о в ы ш е н и я в с а с ы в а ю щ е й с п о с о б н о с т и установок применяют струйные насосы для дополнительного инжек­ тирования потока во всасывающей трубе (линии). Целесообразность включения во всасывающую линию струйного насоса часто диктуется условиями производства: глубиной разработок в подводном забое, удлиненными всасывающими трубопроводами или наличием трудпотранспортируемых (обычно гравийных) отложений. В этих случаях работа установок происходит при высоких значениях вакуума и ока­ зывается часто неустойчивой. Простейшие схемы установок со струйными насосами для инжектирования потока приведены на рис. 39.

По уравнению (V.4) использование струйного иасоса обеспе­ чивает получение дополнительного вакуума во всасывающей трубе. Следовательно, возможны большая величина # пс или повышенные гидравлические потери без нарушения устойчивости режима (т. е-. без срыва вакуума). Иначе говоря, при прочих одинаковых условиях можно увеличить концентрацию гидросмеси в забое или длину всасывающей трубы.

При совместной работе грунтового и струйного насосов, помимо дополнительного вакуума в области всасывающей трубы до входа инжектируемой струи, на стороне суммарного потока создается подпор (т. е. повышенное по сравнению с атмосферным давление), что снижает величину вакуума насоса. Если режим установки в це­ лом характеризуется величиной вакуума, близкой к критической, за счет подпора достигается снижение этой величины и более устой­ чивая работа.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при распо­ ложении насадки на расстоянии около 2,5 м от патрубка; ширина кольцевой щели 5— 6 мм. В этом случае наиболее благоприятно действие подпора (до 1—1,5 м вод. ст.) и в то же время достигается надлежащее перемешивание гидросмеси с поступающим потоком воды.

Недостатки схемы: наличие дополнительного оборудования и рас­ хода энергии, менее благоприятные условия для работы иасоса па всасывающей стороне (увеличение скоростей входа потока и частиц).

входе гидросмеси.

Опытным путем установлено, что площадь поперечного сечения наконечника должна быть на 20—30% больше площади поперечного сечения всасывающей трубы. Наименьшие гидравлические потери имеют наконечники круглой или эллиптической формы, конфигу­ рация которых обеспечивает плавный вход гидросмеси в устье снизу (а не с боков). Этому условию удовлетворяют наконечники, выпол­ ненные по схеме рис. 40. При такой конфигурации поперечного сечения (см. рис. 40, а) гидросмесь подтекает из зоны непосредствен­ ного контакта наконечника с материалом.

122

—общаясхема; б—применениекольцевойнасадки; J—водовод, —камера, —наса­ а док, 4 —псасывающаятруба, о —грунтовыйнасос2 3

О

а —профпльвдольтрубыРис. 40. Схемы; б—наконечнэллиптичесийнаконечникков:

прочных монолитных ковшовых фрез, располагается приемник с всасывающим наконечником.

На породах с включениями валунов применяют тяжелые ценные рыхлители. Во всех случаях механические рыхлители выполняют из высокопрочных сортов стали.

§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВСАСЫВАНИЯ

Выполнению расчетов параметров или их обоснованному выбору предшествует определение категории пород в осадках по трудности разработки подводным забоем. Тем самым устанавливается необхо­ димая гранулометрическая характеристика осадков по крупности (или ожидаемый диапазон изменения крупности).

В случае гидротранспортных установок с приемниками гидро­ смеси по результатам предварительных изысканий устанавливается ожидаемый диапазон изменения гранулометрической характеристики рыхлых пород. В табл. 8 приведена в сокращенном виде класси­ фикация пород в осадках по трудности разработки подводных забоев гидравлическим всасыванием (принята Госстроем СССР).

Скорость всасывания иис во всасывающей трубе наиболее жела­ тельна 3,5—4 м/с. Если всасывающая линия имеет горизонталь­ ную часть, то в ней должно выдерживаться условие ивС ^>икр; в поднимающемся участке при а > 45—75° это соотношение должно сохраняться по критической скорости для вертикальной трубы. По заданной величине расхода вычисляется диаметр всасывающего трубопровода D.

П р е д е л ь н о е р а с с т о я н и е h„ от всасывающего нако­ нечника до поверхности породы устанавливается опытным путем в зависимости от вида породы, скорости подачи ип (или папильонажа) и заглубления всасывающего наконечника.

В а к у у м м е т р и ч е с к а я в ы с о т а всасывания для опре­ деленного типа насоса и заданного расхода Нвв должна [приниматься

значит, что вакуумметрическая высота всасывания у лучших типов насосов не превышает 7—7,5 м вод. ст. Как уже отмечалось, более устойчивые режимы достигаются при меньших значениях Н вв.

Р а с ч е т в с а с ы в а ю щ е й с п о с о б н о с т и ведется ме­ тодом последовательных приближений по заданным значениям па­ раметров Иве, ип, D и принятой последовательности заглубления всасывающего устройства. При этом в зависимости от технологи­ ческих требований рассчитывается величина Я вс по задаваемой концентрации (обычно для установок с приемником гидросмеси) или Нвс выбирается (для установок с подводным забоем), а расчету подлежит максимально достижимая концентрация (или у гидросмеси) по уравнению (V.4).

Подсчеты гидравлических сопротивлений ведутся с учетом ре­ комендаций § 2 и § 3 настоящей главы. Данный расчет является

126