obschee

Для облегчения выбора насоса, который обеспечил бы заданные подачу и напор, удобно использовать сводные графики рабочих зон на которых изображены рабочие зоны насосов некоторого типоразмерного ряда.

Для выбранного насоса определяют рабочий режим при работе на данную сеть. Рабочий режим является решением системы уравнений

	H	fн	(Q);	(4.16)
	H	fс (Q);

где первое уравнение является напорной характеристикой насоса, а

второе – характеристикой сети, которая в общем виде определяется зависимостью (4.1). Для определения рабочего режима насоса характеристику сети представляют в виде

H Hг a Q2 ,

(4.17)

где a – сопротивление трубопровода.

Характеристика насоса обычно не имеет аналитического выражения и задается графически. Решение системы (4.16) находят графическим способом (рис. 4.7). В системе координат Q – H строят графики характеристик насоса Hн (Q) и трубопровода Hт (Q). Точка пересечения характеристик (точка А) является рабочей точкой насоса и определяет напор и производительность насоса при данной характеристике сети и постоянной частоте вращения вала насоса. Для определения к.п.д. и расчета мощности насоса при работе на сеть, на том же поле строят график к.п.д. насоса.

Если необходимо получить другую производительность насоса,

применяют один из способов регулирования подачи. Самый простой

101

способ уменьшения подачи – увеличение сопротивления трубопровода частичным перекрытием установленного на нем вентиля или задвижки.

При этом характеристика трубопровода изменится и примет вид кривой

H`т (Q), рабочая точка насоса переместиться из точки А в точку В

(см. рис. 4.7). Однако, несмотря на простоту, такой способ не является эффективным, поскольку ведет к непроизводительным затратам энергии на создание повышенного давления H`р , часть которого теряется на задвижке. Более эффективные методы с точки зрения затрат энергии представлены в [1, стр. 236].

рабочий режим

Рисунок 4.7 – Определение рабочего режима насоса и регулирование его подачи

102

7 РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ ПО ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ И

ГИДРОПНЕВМОСТРАНСПОРТУ

Комплексная механизация земляных работ заключается в

механизации разработки, транспортировки и укладки грунта.

Гидромеханизация земляных работ – это единственный непрерывных технологический процесс разработки, транспортировки и

укладки грунта при помощи воды.

Гидромеханизация является наиболее эффективным способом комплексной механизации земляных работ, а также добычи и переработки песчано-гравийных материалов. Непрерывность процессов гидромеханизации является важной особенностью этого способа,

который обеспечивает высокую производительность и эффективность.

Перспективным направлением развития гидромеханизации

является применение эрлифтно-земснарядных комплексов, в которых подъем грунта совершается эрлифтом в промежуточную емкость, а

грунтовой насос совершает откачку пульпы на карту намыва или к потребителю. Эрлифтно-земснарядные комплексы по сравнению с традиционными земснарядами имеют такие преимущества: высокую производительность, меньшую трудоемкость и стоимость добычи,

возможность разработки грунта на глубине нескольких сотен метров,

добыча грунта с высоким содержанием твердого материала, плавного регулирования подачи эрлифта, работы грунтового насоса с постоянной концентрацией пульпы.

К недостаткам эрлифтов следует отнести низкий к.п.д.

установки (обычно, не больше 30%), невозможность транспортировки жидкости по горизонтальным участкам и потребность в значительной глубине резервуара, с которого ведется откачка, для обеспечения

103

необходимого погружения смесителя эрлифта. Мощные эрлифты

требуют очень больших объемов сжатого воздуха.

7.1 Гидравлическая схема эрлифтно-земснарядного

комплекса

Гидравлическая схема эрлифтно-земснарядного комплекса

показана на рисунке 7.1.

H	на карту намыва

h

hр

движение воздуха	движение аэрогидросмеси
движение воды или пульпы

Рисунок 7.1 – Гидравлическая схема эрлифтно-земснарядного

комплекса

104

Комплекс включает: всасывающее устройство 1, подводящую трубу 2, смеситель 16, подъемную трубу 3, воздухоподающую трубу 4 и

воздухоотделитель 10. Насосом 6 чистая забортная вода по трубопроводу 15 подается в насадки всасывающего устройства 1,

которые обеспечивают размыв и разрыхление грунта. Из всасывающего устройства гидросмесь (пульпа) по подводной трубе 2 поступает к смесителю 16, где смешивается с сжатым воздухом, который подается в смеситель компрессором 5 по воздуховоду 4. Образованная трехфазная аэрогидросмесь по подъемной трубе 3 поднимается к воздухоотделителю 10, где разделяется на две фазы: воздух направляется в атмосферу, а гидросмесь (пульпа) сливается по пульпосбрасывающей колоне 11 в промежуточную емкость 14. В

последней происходит разбавление пульпы забортной водой до концентрации, необходимой для перекачивания ее грунтонасосом. Из промежуточной емкости пульпа грунтонасосом 12 перекачивается по пульпопроводу 13 на карту намыва.

7.2Гидравлический расчет эрлифта эрлифтно-

земснарядного комплекса

7.2.1 Входные данные, необходимые для гидравлического

расчета эрлифтной установки

Входными данными для гидравлического расчета эрлифта эрлифтно-земснарядного комплекса являются: необходимая производительность по твердому материалу QТ, м3/час; вид добываемого материала и его физические свойства: плотность ρт, кг/м3,

форма и размер твердых частиц dк; высота подъема гидросмеси H;

минимальная hр min и максимальная hр max глубина разработки.

105

Физико-механические свойства добываемого материала приведены в приложении 1. Варианты заданий приведены в

приложении 6.

7.2.2 Выбор схемы эрлифтной установки

Гидравлическая схема для расчета эрлифта эрлифтно-

земснарядного комплекса приведена на рисунке 7.1. При максимальной

глубине разработки hр max менее чем 70 м рекомендуется применять схему со всасывающим устройством и смесителем, конструктивно совмещенными в одном узле. В такой схеме подводящая труба будет отсутствовать, а минимальная и максимальная глубины погружения

смесителя hmin = hр min и hmax = hр max.

При максимальной глубине разработки hр max свыше 70 м

необходимо применять схему с раздельными всасывающим устройством и смесителем, при этом максимальная глубина погружения смесителя hmax не должна превышать 70 м (это обусловлено тем, что высокопроизводительные компрессорные станции, которые

используются в эрлифтных установках, создают избыточное давление не более чем 0,8…0,9 МПа). В таком случае высота подводящего трубопровода hПТ, м

hПТ hp max 70,

(7.1)

а минимальная и максимальная глубины погружения смесителя

hmin hp min hПТ ; hmax hp max hПТ .

(7.2)

106

Высота подъема гидросмеси H определяется конструкцией и размерами воздухоотделителя и пульпосбрасывающей колоны, а также длиной секции подъемной трубы. При расчетах можно принимать

H = 3…5,5 м.

7.2.3 Относительное погружение эрлифта

Эрлифт должен обеспечивать надежную бесперебойную работу

по всему диапазону глубин погружения от hmin до hmax.

Относительное минимальное и максимальное погружение

смесителя эрлифта

		hmin	;	max	hmax	.	(7.3)
	min	H hmin			H hmax

Расчет эрлифта нужно вести для αmin, то есть для худших условий работы, поскольку при αmin необходим больший расход сжатого воздуха.

7.2.4 Необходимая производительность эрлифта по пульпе

Необходимая производительность эрлифта эрлифтно-

земснарядного комплекса по пульпе определяется исходя из заданной производительности по твердому

QЭ QT S ,

(7.4)

где S – объемная концентрация твердого материала в жидкости; для песка, глину и пород S = 0,15…0,25; для угля S = 0,20…0,30.

107

7.2.5 Удельный расход сжатого воздуха

Удельный расход сжатого воздуха для подъема 1 м3 пульпы для эрлифта эрлифтно-земснарядного комплекса (при относительном погружении, который лежит в диапазоне α = 0,4…0,95)

q 1,6	1,8.	(7.5)
	min

7.2.6 Определение расхода воздуха и выбор компрессора

Расход воздуха в оптимальном режиме, приведенный к

нормальным условиям
QВ q QЭ.	(7.6)

Производительность компрессорной станции должна быть на

20…25% выше, чтобы обеспечить возможность регулирования производительности эрлифта.

Пусковое давление воздуха при максимальном погружении смесителя, Па

pсм.п.max

g hmax .

(7.7)

В зависимости от величины необходимого расхода воздуха и максимального пускового давления выбрать тип и количество компрессоров (один или несколько), приложение 3. Привести основные технические характеристики компрессора: производительность,

избыточное давление и др.

108

7.2.7 Определение числа и длин ступеней подъемной трубы

Снижение давления при подъеме аэрогидросмеси в подъемной трубе приводит к расширению воздуха и значительного (в несколько раз) увеличения скорости потока в верхней части трубы. Для уменьшения неравномерности скорости потока аэрогидросмеси вдоль подъемной трубы, последняя может использоваться из нескольких ступеней разного диаметра. Разбиение на ступени делается по условию равности степени расширения воздуха во всех ступенях: отношение давления на входе в ступень и на выходе из нее для всех ступеней должны быть постоянны (рис. 7.2). Количество ступеней определяется зависимостью

n ln pa g hmax , (7.8)

ст	pa

где pа – атмосферное давление, Па; ρ – плотность транспортируемой жидкости (воды), кг/м3; g – величина ускорения свободного падения, м/с2.

Полученное значение количества ступеней nст округляется к ближайшему большему. Если nст ≤ 1 – разбиение на ступени не делается. Степень снижения давления в одной ступени

	pa	g hmax	1 nст
			.	(7.9)
		pa

Расчет длин ступеней производится следующим образом. По зависимости

109

	1		pa	1
	zi	zi 1			, i 2...nст ,	(7.10)
			g	max

определяются вертикальные координаты начала ступеней. Тут zi –

вертикальная координата начала i-ой ступени, zi-1 – координата начала предыдущей ступени. Расчет ведется, начиная с z2, при этом z1=H+hmax.

Длины ступеней определяются зависимостью

li zi zi 1.

(7.11)

Рисунок 7.2 – Распределение давления и скорости потока вдоль подъемной трубы эрлифта

110