Гидроэлеваторы

Гидроэлеватор (эжектор) представляет собой струйный насос, применяемый на небольших расстояниях. Максимальная высота вертикального подъема таким устройством может достигать 100м. Однако на практике гидроэлеваторы обычно используют для подъема гидросмеси на 2030 метров, что обусловлено падением К.П.Д. при увеличении высоты подъема.

основные достоинства:

• возможность эжектирования гидросмеси высокой консистенции, вплоть до сухой загрузки в случае работы гидроэлеватора «из под слоя» (когда всасывающий наконечник находится под завалом);

• отсутствие движущихся частей;

• саморегулирование процесса грунтозабора и подъема гидросмеси, в условиях, исключающих опасность заиливания напорного трубопровода;

• исключение динамических нагрузок на силовые насосы даже в случае срыва работы гидроэлеватора;

• относительная простота конструкции и дешевизна, как самого устройства, так и его эксплуатации.

недостатки:

• низкий коэффициент полезного действия (0,3) [4];

• высокий абразивный износ некоторых узлов (конфузора и начального участка камеры смешения);

• снижение К.П.Д. гидроэлеватора при увеличении вакуумметрической высоты всасывания и высоты гидроподъема.

Гидроэлеваторы применяются на открытых горных работах, при скважинной гидродобыче, на водоотливе из шахт и котлованов, при очистке зумпфов, стволов шахт, добычных и дноуглубительных работах на различных акваториях, при удалении шлака и золы на тепловых электростанциях, на предприятиях химической и металлургической промышленности, при ловле и перекачке мелкой рыбы и т.д. Различные типы гидроэлеваторов представлены на рис. 24, 25.

В гидроэлеваторе происходят два процесса, органически связанные между собой: смешение потоков с последующей передачей энергии активного потока (жидкости из рабочей насадки) к пассивному (всасываемому). В качестве засасываемого (эжектируемого) потока может быть раствор, гидросмесь, газожидкостной поток и газовый поток с включениями твердых частиц.

Основными узлами гидроэлеватора являются: рабочая насадка, конфузор, камера смешения и диффузор (рис. 23).

Рабочая насадка трансформирует потенциальную энергию давления рабочего потока в кнетическую энергию струи. Величина потерь энергии в насадке зависит от скорости истечения, геометрии и качества обработки ее внутренней конической поверхности (оптимальный угол конусности которой составляет 1520⁰). Следует отметить, что толщина стенки насадки в выходном сечении должна быть по возможности меньше, с тем, чтобы уменьшить вероятность возникновения зарождающихся кавитационных очагов.

Конфузор гидроэлеватора служит для плавного подвода потока эжектируемой гидросмеси. Этот канал определяет величину сопротивления входу пульпы (потери на трение) и энергетические затраты на смешение (потери на смешение). Следует отметить, что в случае идеального условия входа (векторы скоростей рабочего и эжектируемого потоков параллельны) потери на смешение минимальны, но потери на трение при малых углах наоборот максимальны. Таким образом, оптимальный угол входа эжектируемого потока при условии минимума потерь на смешение и трение равен 13⁰.

В камере смешения происходит смешивание рабочего и транспортируемого потока. Достижение максимума статического давления соответствует длине камеры смешения равным четырем ее диаметрам, а полное выравнивание скоростей по сечению достигается на расстоянии восьми ее диаметров.

Диффузор служит для преобразования скоростного напора смешенного потока в энергию давления в выходном его сечении. Наибольшей эффективности соответствует диффузор с криволинейным профилем проточной его части, рассчитанный на основе равенства градиента давления по всей его длине. Однако, подобный диффузор сложен в изготовлении, и по этому наиболее широкое применение нашли конусные диффузоры. Минимум потерь при расширении потока у них достигается при угле конусности в 5,08,0⁰.