obschee

7.2.8 Расчет и выбор подъемной трубы эрлифта

Эквивалентный диаметр подъемной трубы эрлифта, м

		QЭ							0,4
DЭ									,					(7.12)
	KQ					g
где KQ – безразмерный коэффициент подачи, который для коротких
эрлифтов определяется зависимостью
					q				1	1
KQ 3,68													.	(7.13)
					1				q

Для подъемной трубы постоянного диаметра (nст = 1) в

соответствии с ГОСТ 8732-88 (прил. 2) выбрать трубу с внутренним диаметром, ближайшим к эквивалентному, и толщиной стенки

7…10 мм.

Для ступенчатой подъемной трубы выбор диаметров труб ступеней делается из условия обеспечения одинаковых скоростей подъема аэрогидросмеси в начале каждой ступени (которые равняются скорости в начале подъемной трубы, рис. 7.2) и равности гидравлического сопротивления ступенчатой подъемной трубы и подъемной трубы с диаметром DЭ. Диаметр первой ступени определяется зависимостью

			nст			1
		l1		li kDi	5	5
D1	DЭ		i 2			,	(7.14)
			H	hmax

111

а остальных

Di D1 kDi , i 2...nст ,

(7.15)

где

k

1

q

pa

1

q

pa

, i 2...n ,

(7.16)

Di

pi

p1

ст

p1 pa

g hmax и

pi

pa

g

max zi

– абсолютное давление в

начале 1-ой и i-ой ступеней подъемной трубы.

Для каждой ступени в соответствии с ГОСТ 8732-88 (прил. 2)

выбрать трубу с внутренним диаметром, ближайшим к расчетному, и

толщиной стенки 7…10 мм.

7.2.9 Расчет скорости аэрогидросмеси в подъемной трубе

эрлифта

Для обеспечения устойчивого режима работы эрлифта по подъему твердого, скорость потока аэрогидросмеси на входе в подъемную трубу должна быть больше критической.

Критическая скорость транспортировки твердого материала аэрогидросмеси по вертикальному трубопроводу, м/с

uкр uр K az Sz g Dвн ,			(7.17)

где uр – скорость сжатого падения частиц в жидкости, м/с; K –

исследовательская константа, которая зависит от размера твердых

112

частиц dк (при 0 < dк < 3 мм K = 2,5; при 3 < dк < 10 K = 2,5…3; при

10 < dк < 18 K = 3…3,5); az – дифференциальная относительная плотность потока в z-ом сечении подъемной трубы; Sz – объемная концентрация твердого в аэрогидросмеси в z-ом сечении подъемной трубы; Dвн – внутренний диаметр подъемной трубы, м.

az	т	qz 1 1,	(7.18)

	Sz	S		,	(7.19)
		qz	1

где ρт – плотность транспортируемого твердого материала, кг/м3; qz –

удельные расходы воздуха, приведенные к давлению в z-ом сечении подъемной трубы

qz	q		pa		,	(7.20)
		pa
				pz

где pа – атмосферное давление, Па; pz – давление в z-ом сечении подъемной трубы, Па; pz g z . Расчет критической скорости транспортировки ведем для входа в подъемную трубу при

максимальной		глубине	погружения	смесителя,	поэтому
pz pсм	g hmax .

Скорость сжатого падения частиц твердого материала в жидкости, м/с

113

			dк	2
	2				(7.21)
	uр uр 1 Sz	1		,
			Dвн

где uр – скорость свободного падения частиц в жидкости, м/с

	uр	4	g	dк	az ,		(7.22)
		3		C0

где C0 – коэффициент сопротивления движения твердых частиц в водовоздушном потоке; C0 = 0,86 [3].

Действительная скорость потока аэрогидросмеси на входе в подъемную трубу, м/с

uвх.д	4 QЭ 1	qz	.	(7.23)
	D2
	вн

Если в результате расчета получено, что uвх.д > uкр, то это означает, что в начале движения по подъемной трубе достигнута скорость, которая обеспечивает устойчивый режим работы по подъему твердого в эрлифте, а поскольку с продвижением вверх скорость аэрогидросмеси повышается вследствие расширения сжатого воздуха,

то и по всей высоте подъемной трубы скорость потока аэрогидросмеси будет выше критической. Если же условие uвх.д > uкр не выполняется, то диаметр подъемной трубы эрлифта выбран неверно. Следует выбрать трубу с меньшим внутренним диаметром и повторить расчет.

Для ступенчатой подъемной трубы расчет критической и действительной скоростей выполнить для каждой из ступеней.

114

Скорости рассчитываются на входе в ступень, где величина действительной скорости минимальная.

7.2.10 Расчет подводящего трубопровода

Расчет подводящего трубопровода выполняется в случае, если выбрана схема эрлифта с раздельным всасывающим устройством и смесителем (см. п. 7.2.2). Если для эрлифтной установки принята схема со всасывающим устройством и смесителем, конструктивно совмещенными в одном узле, приведенный ниже расчет выполнять не нужно.

Подводящая труба выбирается в соответствии ГОСТ 8732-88

(прил. 2) с внутренним диаметром, который равен 0,7…0,8·Dвн, и

толщиной стенки 7…10 мм. Выбранная труба проверяется на обеспечение устойчивого режима транспортировки твердого материала.

Скорость uП.кр, которая необходима для транспортировки твердого материала в подводящем трубопроводе, рассчитывается по зависимостям (7.17), (7.21) и (7.22) при таких значениях величин,

которые входят в них: дифференциальная относительная плотность потока

a	т	1;	(7.24)

объемная концентрация твердого в гидросмеси S (вместо Sz);

внутренний диаметр подводящей трубы DП.вн – в соответствии с выбранным типоразмером трубы; коэффициент сопротивления движения твердых частиц в однофазном потоке C0 = 0,64.

115

Действительная скорость движения гидросмеси в подводящей трубе при выбранном диаметре трубопровода, м/с

u		4 QЭ	.	(7.25)
	П.д
		D2
		П.вн

Необходимое условие для транспортировки материала в подводящей трубе обеспечивается при uП.д > uП.кр. если это условие не выполняется, необходимо выбрать подводящую трубу с меньшим внутренним диаметром и повторить расчет.

7.2.11 Расчет воздухоподающего трубопровода

Диаметр воздухоподающего трубопровода определяется исходя из того, что потери давления в воздухопроводе не превышали 10 %

давления в смесителе. Расчетный диаметр воздуховода, м

		8	вп.ср	l	ВП	Q2
DВП.р	5					В			,	(7.26)
		2 g 0,1 h					H
						вп.ср		ВП
			max

где λ – коэффициент Дарси, который равен 0,03; lВП – длина воздухопровода, м; HВП – длина вертикальной части воздухопровода, м (при ориентировочном расчете можно принять HВП = hmax + 4…5 м и lВП = hmax + 8…10 м); ρвп.ср – средняя плотность воздуха в воздухопроводу при постоянной температуре, кг/м3

вп.ср	п.в.ст	pа.ст	g hmax	,	(7.27)
			pа.ст

116

где ρп.в.ст – плотность воздуха при стандартных условиях, которая равна

1,2 кг/м3; pа.ст – стандартное атмосферное давление, которое равно

101325 Па.

В соответствии ГОСТ 8732-88 (прил. 2) для воздухоподающего трубопровода выбрать трубу с ближайшим внутренним диаметром и толщиной стенки 5…7 мм.

7.2.12 Расходная характеристика эрлифта

Для построения расходной характеристики эрлифта необходимо:

1.Построить безразмерную характеристику эрлифта.

2.На основе безразмерной характеристики получить действительную расходную характеристику эрлифта.

Безразмерная характеристика эрлифта – это зависимость

безразмерной производительности эрлифта QЭ от безразмерного расхода сжатого воздуха QВ

				QЭ				QВ
	QЭ				, Q				,	(7.28)
				QЭ.опт				QВ.опт
						В

где QЭ.опт и QВ.опт – производительность эрлифта и расход сжатого воздуха при оптимальном режиме работы эрлифта.

Безразмерная характеристика эрлифта (рис. 7.3) является

окружностью радиусом

R

2

с центром в точке А ( QЭ

0; QВ 2 ).

Точка В ( QЭ

1; QВ

1),

которая лежит

на этой

окружности,

соответствует оптимальному режиму работы эрлифтной установки.

Для преобразования безразмерной расходной характеристики в

действительную

необходимо

изобразить

шкалы

размерных

117

производительности эрлифта и расхода воздуха. Для перерасчета безразмерных параметров в размерные используются зависимости

QЭ QЭ QЭ.опт, QВ QВ QВ.опт.					(7.29)

Рисунок 7.3 – Пример построения расходной и энергетической характеристик эрлифта

Поскольку расчет эрлифта производился из условия его работы в оптимальном режиме, то QЭ.опт и QВ.опт принимаются равными производительности эрлифта и расхода сжатого воздуха, определенным по зависимостям (7.4) и (7.6).

На размерные шкалы нанести деления для отсчета значений подачи эрлифта (в м3/час) и расхода сжатого воздуха (в м3/мин).

118

7.2.13 Энергетическая характеристика эрлифта

Коэффициент полезного действия эрлифта эрлифтно-

земснарядного комплекса равен

	т		g hР.min S			QЭ	.	(7.30)
Э
		pa	g hmin			QВ
	pa ln
			pa

Для построения кривой к.п.д. эрлифта (рис. 7.3) необходимо для нескольких значений расхода воздуха определить по расходной характеристике значения подачи и рассчитать к.п.д. Рекомендуется взять следующие значения расхода воздуха: 0,586·QВ.опт; 0,8·QВ.опт;

QВ.опт; 1,25·QВ.опт; 1,5·QВ.опт и 2·QВ.опт.

7.2.14 К.п.д. эрлифтной установки и расход электроэнергии

на подъем грунта

Коэффициент полезного действия эрлифтной установки при работе в оптимальном режиме равен

ЭУ.опт

Э.опт К Д С ,

(7.31)

где ηЭ.опт – к.п.д. эрлифта при работе в оптимальном режиме; ηК – к.п.д. компрессора; ηД – к.п.д. электродвигателя компрессорной установки, ηД

= 0,90…0,92; ηС – к.п.д. элейстросети, ηС = 0,97…0,98.

Мощность, потребляемая с электросети

NЭУ	т	g hp Qт	.	(7.32)
		ЭУ.опт

119

Удельный расход электроэнергии на подъем грунта

w	NЭУ	.	(7.33)
У	т Qт

7.3 Расчет гидросети размыва грунта

Для интенсификации забора грунта всасывающие устройства эрлифтов ЭЗК оборудуются гидравлическими разрыхлителями,

которые имеют одну или, чаще, несколько (3…8) насадок. Гидросеть размыва грунта (рис. 7.4, а) состоит из насоса 1, всасывающего патрубка 2, напорного трубопровода 3 и разрыхлителя 4.

Рисунок 7.4 – Расчетная схема гидросети грунта (а), схема к расчету параметров струи (б) и определения параметров рабочего режима насоса графическим методом (в)

120