obschee

7.3.1 Определение диаметра и количества насадок

Скорость струи по всему ее рабочему участку должна быть достаточной для размыва грунта. Диаметр отверстия насадки, м

		l	c		16 Q	m2
	dн			1	Р.н		1 ,	(7.34)
		2 m			kv vр nн lc2

где lс – длина рабочего участка струи, м; для разрыхлителя с одной насадкой lс = 2·DП.вн, для разрыхлителя с несколькими насадками,

расположенными по окружности диаметром Dн = (2…2,5)·DП.вн вокруг

подводящей трубы (рис. 7.4, б) l	c	4 D2	0,25 D2	;
		П.вн	н

m – параметр растекания струи в водной среде, m = 2,9…3;

nн – количество насадок (меньшее количество насадок – для легкоразмывных грунтов, большая – для трудноразмывных или крупнокусковых грунтов: галька, гравий и др.);

QР.н – необходимый расход воды на размыв грунта; при разработке песчано-гравийных слабослежавшихся грунтов QР.н ≈ QТ; при разработке трудноразмывных грунтов расход воды необходимо увеличить в 1,5…2 раза;

vр – размывная скорость, м/с, таблица 7.1, по данным [4];

kv – коэффициент запаса по размывной скорости, kv = 1,4…1,6.

121

Таблица 7.1 – Значения размывной скорости для пород

Наименование породы	Скорость vр, м/с
Мул неплотный, песок мелкий	1,0
Песок средней крупности несцементированный	1,2…1,5
Песок крупный несцементированный, супесь	1,5…2,0
Гравий	1,8…2,0
Галька (до 75 мм)	2,0…2,5

7.3.2 Расчет и выбор трубопровода

Расчетный диаметр трубопровода для подачи воды в

разрыхлитель, м, определяется по зависимости
D		4 QР.н	,		(7.35)
Р.разр		vопт

где vопт – оптимальная скорость движения воды по трубопроводу,

которая равна 2…2,5 м/с.

По приложению 2 выбрать трубу с внутренним диаметром,

ближайшим к расчетному, и толщиной стенки 5…7 мм.

7.3.3 Выбор насоса

Насос для подачи воды в разрыхлитель выбирается в соответствии к необходимой подачи воды в разрыхлитель QР.н и

необходимого напора, м

H	Р.н	а	Р	Q2	,	(7.36)
				Р.н

122

где аР – сопротивление гидросети размыва грунта с учетом потерь напора на выходе из насадок, с2/м5

		8		D4		l	Р.max	l	Р.экв
aP				Р.вн						;	(7.37)
	g	2 DР2.вн		н2 nн2 dн4			DР.вн

DР.вн – внутренний диаметр трубопровода;

μн – коэффициент потерь; для конических насадок μн = 0,92…0,96;

λ – коэффициент Дарси-Вейсбаха, который равен (по методике И. Никурадзе)

		DР.вн		2
	1,74 2Lg			;	(7.38)
		2	э

э – эквивалентная абсолютная шероховатость стенок труб; новых стальных – 0,04…0,10 мм, новых чугунных – 0,25…1,0 мм, стальных и чугунных, которые были в эксплуатации – 1,0…1,5 мм, бетонных –

2,5…9,0 мм;

lР.max – максимальная длина трубопровода, м; lР.max = lР.вс + lР.гор + hР.max; lР.вс – длина всасывающего трубопровода, lР.вс = 2…3 м; lР.гор – длина горизонтального участка напорного трубопровода, lР.гор = 5…8 м;

ΣlР.экв – суммарная эквивалентная длина всех местных сопротивлений гидросети, м

lР.экв DР.вн ; (7.39)

123

QР2.н

где Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений гидросети; при упрощенном расчете можно принимать ΣlР.экв = (0,05…0,10)·lР.max.

В приложении 4 приведены параметры насосов типов К и Д.

7.3.4 Определение рабочего режима насоса

Рабочий режим насоса определяется графическим методом. Для этого в системе координат Q-H по зависимости HР.н аР строится график напорной характеристики гидросети (рис. 7.4, в), а также наносится напорная характеристика выбранного насоса и график зависимости его к.п.д. от подачи. Точка пересечения напорных характеристик насоса и гидросети соответствует рабочему режиму насоса (подача QР и напор HР). Подача насоса должна находится в пределах 0,95· QР.тр ≤ QР ≤ 1,2· QР.тр. В противном случае необходимо выбрать другой насос, или два насоса, которые работают последовательно. При этом суммарный напор двух насосов HНΣ = 2·HН.

Параллельное включение двух насосов не даст существенного увеличения подачи вследствие крутости напорной характеристики сети.

7.3.5 Выбор электродвигателя и определение энергозатрат

размыва грунта

Необходимая мощность приводного электродвигателя насоса

NP	g H P QP	,	(7.40)
	H

где ηН – коэффициент полезного действия насоса при подаче QP.

124

В зависимости от необходимой мощности и частоты вращения рабочего колеса насоса по приложению 5 выбрать приводной электродвигатель.

Удельные энергозатраты размыва породы

		wP	NP			,	(7.41)
			тв QT
				д	м
где	ηд –	коэффициент полезного			действия		электродвигателя,
ηд =	0,9…0,92; ηм – коэффициент			полезного действия электросети;
ηм = 0,97…0,98.
	Более	подробно расчет подводного размыва грунта изложен

в [4].

7.3.6 Пример гидравлического расчета эрлифта эрлифтно-

земснарядного компекса

Исходные данные:

необходимая производительность по твердому материалу, м3/час:

QТ = 40;

вид материала:

глина;

плотность добываемого материала (прил. 1), м3/кг:

ρТ = 2750;

форма и размер твердых частиц: dК = 0,003 мм;

высота подъема гидросмеси, м:

Н = 5;

минимальная hР.min и максимальная hР.max глубины разработки, м:

125

hР.min = 10; hР.max = 55.

Выбор схемы эрлифтной установки

При максимальной глубине разработки hР.max менее 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 = 10 (м); hmax = hР.max = 55 (м).

Относительное погружение эрлифта

Относительное минимальное и максимальное погружение

смесителя эрлифта определим по формуле (7.3)

	min		hmin					10		0,667 (м);
		H	hmin	5				10
			hmax					55		0,917 (м).
	max	H	hmax	5				55

Расчет эрлифта ведем для αmin, то есть для худших условий работы.

Необходительная производительность эрлифта по пульпе

Необходимая производительность эрлифта ЭЗК по пульпе определяется исходя из производительности по твердому материалу.

Таким образом, по формуле (7.4)

Q	QТ	40			160 (м3/час),
Э	S	0,25

где S = 0,25 – объемная концентрация твердого материала (глины) в

жидкости.

Удельный расход сжатого воздуха

Удельный расход сжатого воздуха для подъема 1 м3 пульпы для

эрлифта ЭЗК определим по формуле (7.5)

126

q	1,6	1,8	1,6	0,667	1,8	3,32.
		min

Определение расхода воздуха и выбор компрессора

Расход воздуха в оптимальном режиме, приведенный к нормальным условиям, определим по формуле (7.6)

QВ q QЭ 3,32 160 531 (м3/час).

Пусковое давление воздуха при максимальном погружении смесителя по формуле (7.7)

p	g h	1000 9,81 55 5,396 105 (Па ).
см.п.max	max

В зависимости от величины необходимого расхода воздуха и максимального пускового давления выбираем тип компрессора

(приложение 3). Приведем основные технические характеристики компрессора:

-тип компрессора: 202ВП-10/8;

-производительность: 10 м3/мин;

-конечное давление (избыточное): 0,8 МПа;

-масса: 1434 кг;

-габариты: 1300х1655х1350 мм;

-к.п.д.: 30%.

Определение числа и длин ступеней подъемной трубы

Количество ступеней определяется по зависимости (7.8)

nст ln	pa	g hmax	ln	98100 1000 9,81 55	1,872,
		pa		98100

где ра = 98100 – атмосферное давление, Па.

Округляем полученное значение до ближайшего большего. Принимаем nст = 2.

На рисунке 7.5 приведена схема распределения давления и скорости потока вдоль подъемной трубы эрлифта.

127

Рисунок 7.5 – Распределение давления и скорости потока вдоль подъемной трубы эрлифта

Степень снижения давления в одной ступени определим по формуле (7.9)

				1
p		g	h			98100 1000 9,81 55
	a				nст
			max
		pa				98100

1

2

2,55.

Исходя из формул (7.10) и (7.11), в нашем случае

z1

H

hmax

5 55 60 (м);

1

pa (

1)

1

98100 2,55 1

z2

z1

60

16,904 (м);

g

max

2,55

1000 9,81

0,917

l1

z1

z2

60

16,904 43,096

(м);

l2

z2

16,904 (м).

128

Расчет и выбор подъемной трубы эрлифта

Эквивалентный диаметр подъемной трубы эрлифта определим по формуле (7.12)

		QЭ	0,4			0,044				0,4
	DЭ									0,171 (м),
		KQ	g			1,168 9,81

где QЭ = 0,044 м3/с – необходимая производительность эрлифта;

KQ – безразмерный коэффициент подачи, который для коротких эрлифтов определяется зависимостью (7.13)

				q	1		1							3,32	1	1
							min									0,667
KQ 3,68										3,68 0,667									1,168.
	min				1 q							1			3,32

Диаметр первой ступени определим по формуле (7.14)

1

			nст
							5			5																			1
		l		l		k
					2		D2
		1													43,096				16,904					1,234				5	5
D1	DЭ		i	2						0,171																					0,164 (м);
			H	hmax															5 55
второй ступени по формуле (7.15)
				D2				D1			kD2		0,164 1,234								0,202 (м),
где
						kD2				1			q		pa			1	q			pa
															p2							p1
		1		3,32			98100								1			3,32			98100							1,234;
							2,501 105												6,377					105

р1 – абсолютное давление в начале первой ступени подъемной трубы,

равное	p	p	g h	98100 1000 9,81 55 6,377 105 (Па );
	1	a	max

129

р2 – абсолютное давление в начале второй ступени подъемной трубы,

p	2	p	g	max	z	2	98100 1000 9,81 0,917 16,904 2,501 105	(Па ).
		a

Для каждой ступени выбираем трубу с внутренним диаметром,

ближайшим к расчетному, и толщиной стенки 7…10 мм:

D1 0,168 (м); 1 0,0085 (м);

D2 0,203 (м); 2 0,0085 (м).

Расчет скорости аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифта

Критическую скорость транспортировки твердого материала аэрогидросмесью по вертикальному трубопроводу определим по формуле (7.17):

- для первой ступени

Uкр1 Up1 K az1 Sz1 g Dвн1

0,008355 2,5 3,154 0,165 9,81 0,151 2,207 (м/с);

- для второй ступени
Uкр2	Up2 K az2 Sz2 g Dвн2
0,012 2,5		5,331 0,109 9,81 0,186 2,582 (м/с),

где U p - скорость сжатого падения частиц в жидкости, м/с;

K – исследовательская константа, которая зависит от размера твердых частиц, равная 2,5 при 0 ≤ dк ≤ 3 мм;

аz – 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.

130