/
Автор: Папаяни Ф.А. Козьфяцкий Л.Н. Пащенко В.С. Кононенко А.П.
Теги: инженерия инженерное дело электромеханика издательство донецк эрлифты
Год: 1995
Текст
Научно-производственное
объединение «Хаймек»
Донецкий политехнический
институт
Ф.А. Папаяни Л.Н. Козьфяцкий
В.С. Пащенко
А.П. Кононенко
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
Москва 1995
Авторы:
ФА Папаяни, Л.Н. Козыряцкий, В.С. Пащенко, А.П. Кононенко
Рецензент:
Груба Владимир Иванович
академик Украинской технологической академии,
Заслуженный работник высшей школы Украины,
профессор, доктор технических наук,
заведующий кафедрой горной электромеханики Дон! "ГУ
Энциклопедия эрлифтов / Ф.А. Папаяни, Л.Н. Козыряцкий,
В,С. Пащенко, А.П. Кононенко. — Донецк, 1995. — 592 о.; ил.
Изложены основы теории и расчета эрлифтов, результаты
многочисленных экспериментальных исследований эрлифтов различного
назначения, конструктивного и схемного решения установок,
работающих на гомогенных жидкостях и гидросмесях, в различных
условиях эксплуатации и выполненных, в основном, большим
коллективом исследователей под руководством профессора В.Г. Гейера,
а также другими исследователями. Приведено большое разнообразие
конструктивных элементов эрлифтов, предлагаемых к внедрению,
применяемых в действующих установках и защищенных авторскими
правами. Описаны параметры и характеристики действующих
эрлифтных установок и вопросы перспективного использования
эрлифтов.
Книга будет полезна как проектировщикам, научным работникам и
студентам, так и инженерно-техническому эксплуатационному
персоналу эрлифтных установок.
ISBN5-900818-12-8
© Папаяни ФА, Козыряцкий Л.Н.,
Пащенко В.С., Кононенко А.П., 1995
Посвящается памяти нашего учителя и
основоположника школы эрлифтного гидроподъема
лауреата Государственной премии СССР,
заслуженного деятеля науки и техники Украины,
доктора технических наук, профессора
ГЕЙЕРА ВИКТОРА ГЕОРГИЕВИЧА
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЛАСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ЭРЛИФТОВ . . .8
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭРЛИФТОВ 12
2.1. Физическая сущность принципа действия эрлифтов . 12
2.2. Основные свойства, характеристики, структура потока
и особенности работы 19
2.3. Классификация и основные гидравлические схемы эрлифтов .... 25
2.4. Анализ существующих математических описаний работы 34
2.5. Принципы теории подобия и моделирования 41
2.6. Эрлифтные установки с пароструйными компрессорами 44
2.7. Изменение состояния газообразного рабочего тела
в подъемной трубе эрлифта 57
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ЭРЛИФТОВ 70
3.1. Экспериментальные испытания эрлифтной установки
Экибастузской ГРЭС-1 70
3.2. Промышленный экспериментальный эрлифт для откачки
ствола шахты «Игнатьевская» .75
3.3. Эрлифтная морская экспериментальная установка 81
3.4. Экспериментальные исследования движения гидросмеси
в подъемной трубе эрлифта с пароструйным компрессором 84
3.5. Исследование характеристик эрлифтов при относительных
погружениях от 0,5 до 1,0 . 95
3.6. Лабораторные эрлифты 113
3.7. Экспериментальные исследования вакуумнагнетательной
эрлифтной установки 128
3.8. Исследование эрлифтного подъема руды 135
3.9. Экспериментальные исследования газлифтов с подводом
теплопотенциальных и дымовых газов 139
4. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЭРЛИФТОВ 143
4.1. Особенности расчета и проектирования эрлифтов
для подъема сыпучих материалов 143
4.2. Гидравлическая крупность и коэффициент сопротивления
движению твердого тела в водовоздушном потоке . 143
4.3. Применяемые методики расчета эрлифтов 167
4
4.4. Гидравлический расчет подъемной трубы переменного
диаметра для длинного эрлифта . . 186
4.5. Проблема создания и теоретические основы проектирования
эрлифтных систем подъема судовых комплексов добычи
сырья со дна мирового океана 187
5. РАЗНООБРАЗИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЭРЛИФТОВ
И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ 212
5.1. Оригинальные эрлифтные установки .212
5.2. Смесители 269
5.3. Воздухоотделители 284
5.4. Всасывающие устройства 301
5.5. Способы 370
6. ЭРЛИФТНЫЙ ГИДРОПОДЪЕМ КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ . . .390
6.1. Материальный баланс в системе гидроподъема 391
6.2. Стабилизация стационарного режима 398
6.3. Статическая и динамическая оптимизация режима 405
6.4. Управление пусковым режимом и многосекционными
установками 409
7. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЭРЛИФТНЫЕ УСТАНОВКИ .415
7.1. Эрлифты в угольной промышленности 416
7.2. Эрлифтные установки систем золошлакоудаления
тепловых электростанций .448
7.3. Эрлифтно-земснарядные комплексы по добыче полезных
ископаемых внутренних водоемов . .461
7.4. Эрлифты при скважинной гидродобыче полезных ископаемых . . .491
7.5. Эрлифтный способ добычи нефти — газлифты 519
7.6. Глубоководные эрлифты по добыче полезных ископаемых
со дна морей и океанов . 526
8. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭРЛИФТОВ 538
8.1. Эрлифты для добычи сапропелей и пелоидов 538
8.2. Перспективы и область применения комплексной
газлифтной установки .558
ЛИТЕРАТУРА 561
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 571
ПРИЛОЖЕНИЯ 573
5
ВВЕДЕНИЕ
Одним из направлений технического прогресса в транспорте является развитие тру¬
бопроводного транспорта. Наиболее перспективным является гидравлический транс¬
порт, при котором потоки воды или смеси несут с собой по трубам сыпучие материалы
либо переносится с помощью нагнетателя гомогенная среда. Благодаря известным до¬
стоинствам эти виды транспорта находят применение при перемещении: полезных
ископаемых (угля, песка, гравия, нефти и нефтепродуктов, растворов солей и многое
другое) от места добычи к потребителю; отходов обогатительных фабрик; золы и шлака
тепловых электростанций в отвалы; пустой породы к месту складирования и др.
Во многих схемах гидротранспорта имеются вертикальные или наклонные участки,
например, подъем твердого материала из подземных выработок или со дна различных
водоемов при добыче полезных ископаемых; подъем капельной жидкости (воды, нефти,
соляных растворов) на дневную поверхность; для создания необходимого гидравличе¬
ского уклона при безнапорном транспорте гидросмеси; подъем горной массы при очистке
подземных водоотливных емкостей и др.
В этом случае, как показали теоретические и экспериментальные исследования
Донецкого политехнического института (с 1993 года Донецкий государственный техни¬
ческий университет) (Украина) и других научных центров, а также опыт эксплуатации
созданных ими гидросистем, иногда является весьма рациональным использование
эрлифтных установок.
Эрлифт (воздушный подъемник) представляет собой гидравлический аппарат для
подъема либо только капельной жидкости, либо капельной жидкости и твердого мате¬
риала посредством использования предварительно сжатого в нагнетателе и смешанного
с этой капельной жидкостью воздуха. В качестве рабочего агента может служить не
только воздух, но и газ или пар с температурой выше температуры конденсации для
данной капельной жидкости,
Сравнительно широкое применение эрлифты находят благодаря значительным
преимуществам перед другими видами гидроподъема:
— простота конструкции;
— отсутствие движущихся или вращающихся деталей;
■— высокая надежность и долговечность;
— возможность значительного погружения всаса эрлифта (десятки и сотни
метров), что делает его в этом применении вне конкуренции как с обычными,
так и погружными грунтонасосами;
— высокая концентрация и размер твердого материала в подъемной трубе;
— простота и легкость эксплуатации;
— саморегулируемость, что позволяет работать в автоматическом режиме;
6
Введение
малооперационность технологического процесса;
— непрерывность процесса;
— плавная и простая регулировка подачи (производительности);
— сравнительно небольшие расходы на монтаж, эксплуатацию и ремонт;
— сравнительно небольшой износ проточной части;
— экологически не вреден.
Основными недостатками эрлифта являются:
— меньший по сравнению с другими гидромашинами (насосом, углесосом, грун-
тонасосом) к. п. д.;
— малый напор;
— снижение подачи с уменьшением глубины погружения и с отклонением подъ¬
емной трубы от вертикального положения.
Таким образом, эффективность эрлифта предопределяются условиями его приме¬
нения.
Авторы искренне благодарят сотрудников Научно-производственного объединения
«Хаймек» Шубину Л .А. и Буцкого К.Б., взявшим на себя труд по оформлению рукописи.
Предлагаемая вниманию читателей монография является первой более или менее
полной попыткой обобщения некоторых теоретических, практических и особенно экс¬
периментальных данных по эрлифтному гидроподъему и поэтому авторы с благодар¬
ностью примут критические замечания и предложения.
Введение
7
1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ,
ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЛАСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ЭРЛИФТОВ
Открытие эрлифтного водоподъема относится к 1797 г. и принадлежит германскому
горному инженеру Карлу Лошеру. Вследствие слабого развития компрессорной техники
того периода эрлифтный способ гидроподъема развития не получил и был вытеснен
насосным способом.
В 1846 г. впервые были использованы эрлифты, которые носили название маммут-
насосов, в виде подъемных труб при перемешивании жидкости в сосудах и, в очень
незначительной мере, для подъема воды из скважин небольших глубин.
Практическое применение эрлифта для транспортировки жидкостей началось с
1882 г. К этому времени получила признание предложенная доктором Ю. Поле простей¬
шая конструкция эрлифта. Начиная с этого периода в литературе появляется ряд работ,
в которых освещается опыт применения эрлифтов, объясняются некоторые физические
процессы, проходящие в эрлифте, делаются первые шаги для разработки системы рас¬
чета эрлифтов.
Одно из первых известных в литературе исследований эрлифта, проведенное на
типовой установке в 1898 г. профессором высшей технической школы в Берлине Иоссе.
В результате этих исследований он установил некоторые особенности характеристики
эрлифта и некоторые кинематические свойства движения водовоздушной смеси*.
Известны случаи применения эрлифта для разгрузки рыбы из шаланд на Балтий¬
ском море.
Впервые широкое применение эрлифтов началось в нефтяной промышленности на
Бакинском месторождении нефти с 1897 г. Этот способ добычи нефти был предложен
русскими инженерами Шуховым и Бари, о чем писал еще в 1886 г. известный химик
Д.И. Менделеев. Вначале в качестве рабочего агента в этих эрлифтах применяли сжа¬
тый воздух, а в 20-х годах текущего столетия наряду с воздухом на нефтяных промыслах
нашел применение естественный или попутный газ, почему эрлифты получили назва¬
ние газлифты.
Первые попытки применения эрлифтов в США на промыслах в штатах Техас и
Луизиана начались с 1901 г., а с 1909 г. этот метод начали применять и в Калифорнии.
С 1927 г. по газлифтному принципу стали добывать нефть в Оклахамском штате в
Семиноле.
Первоначальное представление о принципе работы эрлифта сводилось к тому, что
подъем жидкости в подъемной трубе эрлифта происходит вследствие разности плотно¬
сти жидкости внешнего напора и водовоздушной смеси непосредственно в подъемной
трубе. Теория газлифта получила развитие после опубликования в 1909 г. работы
Лоренца, в которой движение газожидкостной смеси в вертикальной трубе рассчитыва¬
лось на основании дифференциального уравнения Бернулли для гомогенной сжимаемой
8
Глава 1
среды. В дальнейшем из представления о газожидкостной смеси как о гомогенной жид¬
кости исходили в своих работах: Перени (1911 г.), Кербе (1912 г.), Гибсон (1930 г.),
Лейбензон (1931 г.), В.Г. Гейер (1945 г.) и др.
В 1929 году Верслуис разработал математический анализ двухфазного потока в
качестве дополнения к теории о фонтанирующих скважинах. Исследуя структуры гид¬
росмеси, Дорапски и Шуберт установили, что четочная структура соответствует наибо¬
лее экономичной работе эрлифта.
В 1930 г. в Калифорнийском университете проводятся исследования по подъему
нефти на высоту 41,4 фута в трубе диаметром 2 дюйма.
В 1936 г. Гослайн определил производительность (подачу) эрлифта путем исполь¬
зования воды и нефти, а также скорость потока в вертикальной трубе. В этом же году
Крамер провел исследования, в которых была получена движущаяся смесь воды и
воздуха по вертикальной трубе. Были установлены следующие четыре вида двухфазно¬
го (водовоздушного) потока: жидкость, распыляемая с газом (воздухом); газ, рассеива¬
емый с жидкостью; газовые поршни, взаиморассеиваемые с жидкими блоками; кольце¬
образный поток капельной жидкости вдоль стенки трубы, окружающий газовое ядро,
относительно свободное от капельной жидкости. Были также исследованы воздействия
погружения эрлифта, соотношения воды и воздуха, температуры жидкостей на харак¬
теристики потока.
В начале 30-х годов немецкая фирма «А. Borzig» изготовила серию эрлифтных
снарядов для добычи гравия. Примерно в это же время во Франции был создан эрлифт-
ный снаряд системы de М. Henry Jandin для речного дноуглубления. В 1953 г. в Дорог-
ском угольном тресте (Венгрия) были начаты работы по применению эрлифта для
добычи песка из-под воды (эрлифтный снаряд системы F. Levardi.). В Венгрии были
изготовлены эрлифтные снаряды типа HP различной модификации, системы «Гидроп»
и «Гидроп зонд», экспериментальный «Немзет». Промысловое товарищество «Bohr und
Вой» в г. Мерзебурге (ГДР) с 1962 г. выпускает три типа эрлифтных земснарядов
системы НКА. Изготавливались и эксплуатировались эрлифтные снаряды в США: в
1949 г. Р.Т. Гофманом был запатентован эрлифтно-землесосный снаряд, снаряд «Сюбик
Бэй», снаряды фирмы «Ocean Scince and Engineering Inc.», снаряд «Дипси Майне»,
снаряды компании «Marin diamond corporation Ltd.» типа «Бадж», «Эмерсон», «Диаман-
ткус» и др. Английская фирма «Alluvial Mining and Sehaft Sinking Co, Ltd.» сконструи¬
ровала и серийно изготавливает снаряд типа «Амдрил». С 1956 г. проводились опыты
эрлифтными снарядами системы Минморфлота СССР на Азовском море, а с 1962 г.-ин¬
ститутом «ВНИИНеруд» и с 1975 г. - ДПИ.
В 1936 году Тупицын П.М. предложил метод скважинной гидродобычи (СГД) для
разработки рыхлых пород. В дальнейшем, как в СССР, так и за рубежом (США,
Польша) появилось много предложений по способам и оборудованию СГД в том числе
и с эрлифтным гидроподъемом. Начиная с 1964 года в Государственном научно-иссле¬
довательском институте горно-химического сырья (ГИГХС) ведутся исследовательские
работы по разработке и внедрению технологии скважинной гидродобычи на Кингисеп-
ском месторождении фосфоритов. Ими накоплен опыт, охватывающий целый комплекс
исследовательских работ по различным аспектам скважинной гидродобычи, в которые
входили лабораторные и теоретические исследования, конструкторские проработки и
промышленный эксперимент. Фирма «Маркона» (США) выпускает унифицированные
узлы для СГД (гидромонитор, пульповыдачное устройство, всасывающий патрубок,
устройство для дробления кусков твердого материала и др.). Оборудование
(передвижная платформа с буровыми установками, насосом, сепаратором и подъемным
механизмом) предназначено для гидродобычи урана, карналлита, нефти, битуминоз¬
Глава 1
9
ных песков, угля и других полезных ископаемых, которые не могут разрабатываться
открытым или подземным способом.
С 1943 г. в ДПИ начинаются работы по созданию и внедрению эрлифтов для
откачки затопленных шахт Донбасса. Начиная с этого периода действует школа «эр-
лифтчиков» и разработчиков различных гидротанспортных систем под руководством
Гейера В.Г.
После второй мировой войны на территории СССР эрлифты находят широкое
применение в различных отраслях промышленности: в угольной промышленности (для
откачки воды из затопленных послевоенных шахт, что явилось единственным способом
эффективного удаления воды из шахт и послужило толчком для внедрения эрлифтов в
других отраслях: для очистки различных шахтных водоотливных емкостей, таких как
зумпфы стволов, предварительные отстойники воды, колодцы и др.; для гидроподъема
горной массы; для водоотлива при проходке стволов; для участкового и погоризонтного
водоотлива), в строительном деле (для добычи и гидроподъема песка и гравия, скважин¬
ная добыча), на заводах и фабриках при перекачке агрессивных жидкостей и кислот, на
обогатительных и шрно-рудных комбинатах (подъем горной массы, водоотлив), на
тепловых электростанциях для гидроподъема и дальнейшего самотечного гидротранс¬
порта золы и шлака, в химических и металлургических производствах (обезжиривание
сосудов и деталей, гидроподъем шлака и окалины и др.), подъем полезных ископаемых
(конкреций) со дна водоемов, на сахарных заводах и т. д.
Начиная с этого периода в отечественной и зарубежной литературе появляется
большое количество работ, посвященных различным вопросам теории и практики эр¬
лифтов. Этими вопросами занимались такие отечественные ученые, как Аргунов П.П.,
Арманд А.А., Архангельский В.А., Багдасаров B.F., Бакланов В.Д.,Герман А.П., Гей-
ер В.Г., Газиев Н.Г., Герсеванов Н.М., Груба В.И.Достерин С.И., Козлов Б.К., Кутате-
ладзе С.С., Крылов А.П., Лутошкин Г.С., Логвинов Н.Г., Мамаев В.Л., Меликов В.С.,
Муравьев И.М., Пирверзян А.М., Пороло Л.В, Репин Н.Н., Телетов Г.С., Шшценко
Р.И. и многие другие.
Особое внимание следует уделить школе исследователей и разработчиков эрлифтов
различного назначения Донецкого политехнического института, руководителем и со¬
здателем которой был Гейер В.Г., а после его смерти продолжателями этого направления
стали Груба В.И., Логвинов Н.Г. и др. Практическим аспектам использования эрлифтов
посвящены работы исследователей этого института (кроме авторов) Адамова Б.И.,
Антонова Я.К., Винды Е.В., Глухман Л.Л., Того В.Б., Данилова Е.И., Деканенко В.Н.,
Каплюхина А.А., Костанды В.С., Костенко А.Г., Малеева В.Б., Малыгина С.С., Ми¬
зерного В.И., Миргородского Вал.Г., Миргородского Вл.Г., Скорынина Н.И., Стег-
ниенкоАД., СтифееваФ.Ф., ТриллераЕ.А., УсковаЕ.В., ЧеченеваА.И., ХубаеваВ.В.,
Шевченко В.Ф. и других.
Из доступной авторам информации следует упомянуть вклад зарубежных ученых:
M. Weber, М.Е. Dedegil, G. Clauss (Германия); N.N. Clark, RJ Dabolt, I. Stankovich,
K.Woolever, T.P. Meloy, R.L.C. Flemmer, J.N. Stone (США); К. Sekoguchi, K.Matsumura,
T. Nunako (Япония); B.P.A. Grandjean,F. Ajersch, PJ. Carrean, I. Patterson (Канада);
N. Apazidis (Швеция); F. Berleur, M. Giot (Бельгия); U. Sreedharan, S.B. Koganti, G.R.
Balasubramanian (Индия).
Все эти ученые в известной степени способствовали развитию теории и практиче¬
ского применения эрлифтов.
Исследованиями и разработками эрлифтов в той или иной степени, кроме ДПИ,
занимались: ВНИИНеруд, ГИГХС, МГИ, МГРИ, ВНИИГидроуголь, ВНИПИИСтром-
сырье, ВНИИпрозолото, ДГУ, ДГИ, ЛГИ, НИИ оснований и фундаментов Минстроя
10
Глава 1
СССР, ТатНИИ, ВНИИМоргео, ГИИ ВТ, ВНИИНефти, ЛенморНИИпроект и многие
дугие.
Основные трудности при изучении движения газожидкостной смеси заключаются
в многообразии параметров, а также в сложности экспериментального исследования
течения вследствие пульсации измеряемых величин (давления, скорости, относитель¬
ного содержания компонентов и др.). Абсолютная величина этих пульсаций значитель¬
но больше пульсаций аналогичных параметров в турбулентном потоке однородной
жидкости. В настоящее время накоплен большой опыт эффективного промышленного
применения эрлифтных установок, собран значительный экспериментальный матери¬
ал, развиты разносторонние представления о существенных сторонах протекания про¬
цесса.
Двухфазные потоки имеют место не только в эрлифтах, применяемых в приведен¬
ных выше отраслях промышленности, но и в других сферах производства (например,
течение паровоздушных смесей, а в будущем для магнитогидродинамического превра¬
щения тепла в электричество с помощью жидких металлов).
Многообразие режимов движения, большое количество переменных, определяю¬
щих движение газожидкостной смеси, наличие сложной связи между заданными и
отвечающими условиям движения параметрами ставит перед исследователями весьма
трудные задачи. Поэтому каждый исследователь предлагает свою систему обработки,
которая существенно отличается от других. Литература не только по эрлифтам, но и по
двухфазным потокам, протекающим в трубах, является довольно обширной. По этой
причине здесь дается материал в основном по течению двух- и трехфазных смесей в
подъемной трубе эрлифта.
Глава 1
11
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭРЛИФТОВ
2.1. ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРИНЦИПА
ДЕЙСТВИЯ ЭРЛИФТА
Несмотря на большое количество схемных и конструктивных решений эрлифтов,
обусловленное их применением в различных отраслях производства, общими элемен¬
тами аппарата, реализующими процесс подъема жидкости, являются (рис.2.1): подъем¬
ная труба 1, воздухоподающая труба 2,
смеситель 3, воздухо- или газоотделитель 4, ис¬
точник сжатого воздуха 5. В эрлифтах, пред¬
назначенных для подъема гидросмесей с
твердым материалом, нижняя часть подъемной
трубы, соединенная со смесителем, стыкуется
при помощи подводящего трубопровода 6 со вса¬
сывающим устройством 7.
Работа эрлифта возможна при погружении
подъемной трубы вместе со смесительным уст¬
ройством в жидкость на величину h (гео¬
метрическое погружение смесителя).
При отсутствии обратного клапана на ниж¬
нем конце воздухоподающей трубы последняя
также заполняется жидкостью на высоту h.
Воздухоподающая труба верхним концом
соединяется с источником сжатого воздуха.
На рис.2.2 приведены четыре основные фа¬
зы пуска эрлифта. Фаза а - подача воздуха равна
нулю, статическое давление в смесителе опреде¬
ляется погружением смесителя h.
Рем =Pmgh » (2.1)
ще/Эж- плотность жидкости вокруг подъемной трубы.
При подаче воздуха в воздухоподающую трубу 1 начинается процесс вытеснения
жидкости из последней через смеситель 2 в подъемную трубу 4 и далее через ее нижнюю
часть (подводящую трубу 3) в водоем, что определяет постепенное повышение давления
сжатого воздуха, максимальное значение которого достигается в момент подхода пере¬
днего фронта воздуха к смесителю (фаза б).
Рем шах = Рж S ( Л + ДЙП ) > (2.2)
где Aha- превышение столба воздуха в подъемной трубе в период пуска, величина
которого зависит от сопротивления тракта вытеснения жидкости от смесителя до выхода
ее в водоем и скорости движения вытесняемой жидкости.
-С^
Н
f
-03
Рис. 2.1. Принципиальная
схема эрлифта
12
Глава 2
Скорость движения вытесняемой жидкости зависит от расхода подаваемого сжато¬
го воздуха, что определяет возможность регулирования величины превышения макси¬
мального пускового давления в смесителе над статическим.
После полного вытеснения жидкости из воздухоподающей трубы воздух поступает
в смеситель, где происходит процесс смешения воздуха (газа) с жидкостью и образуемая
гидросмесь начинает заполнять подъемную трубу. При непрерывном поступлении воз¬
духа в смеситель подъемная труба заполняется смесью жидкости и воздуха, плотность
Рем которой будет меньше плотности жидкости, поэтому уровень смеси в подъемной
трубе установится выше уровня жидкости снаружи трубы. Дальнейшее течение процес¬
са движения гидросмеси в подъемной трубе зависит от расхода сжатого воздуха. В
практике эксплуатации используется понятие «нулевой режим работы», под которым
обычно понимается случай, когда при определенном расходе газа (воздуха Qeo>, уро¬
вень газожидкостной смеси в подъемной трубе находится на уровне излива, но выброс
жидкости не происходит (рис. 2.2в). Давление в смесителе Рсм при этом будет примерно
равно давлению столба жидкости на уровне смесителя.
Последующее увеличение расхода воздуха приводит к истечению водовоздушной
смеси из подъемной трубы (рис.2.2г) в воздухоотделитель 5, где происходит разделение
воздуха и жидкости (Qe.p и Q3.p). Давление в смесителе Рсм.р при этом будет ниже
давления окружающего столба жидкости на величину потери давления от движения в
подающей трубе 3 эрлифта.
Процесс движения газожидкостной смеси в подъемной трубе эрлифта имеет слож¬
ный и многосторонний характер, для описания которого используют обычно такие
усредненные во времени и пространстве параметры, как средняя скорость потока, его
плотность, соотношение объемов, заполненных жидкостью и газом, скорость фаз и
целый ряд других. Существенную роль играет также режим течения или структура
газожидкостного потока [71 ].
В настоящее время принято считать, что все разнообразие структур газожидкост¬
ных смесей может быть сведено к четырем основным группам (рис.2.3):
Глава 2
13
а) пузырьковое течение
- газовая фаза в виде отдель¬
ных пузырьков различной
величины и формы равно¬
мерно распределена в среде
жидкости (рис. 2.3 а), кото¬
рая является дисперсионной
средой;
б) пробковое (неточ¬
ное) или снарядное течение
- часть газовых пузырей
сливается и занимает почти
все поперечное сечение
подъемной трубы, обра¬
зовавшиеся крупные пузы¬
ри имеют характерную сна¬
рядообразную форму и следуют по трубопроводу друг за другом, разделенные слоем
жидкости или газожидкостной смесью (рис.2.3 б);
в) кольцевое (осевое) течение (стержневой режим) - на стенках трубопровода
имеется движущийся слой жидкости или пленка, в центре трубопровода движется
газовый поток (рис.2.3 в);
г) дисперсное течение (режим тумана) - все сечение подъемной трубы занято
газовым потоком со взвешенными в нем капельками жидкости (рис.2.3 г).
Отличие двухфазного течения типа воздух - жидкость от трехфазного течения типа
твердые частицы - воздух - жидкость состоит в том, что в трехфазном потоке внутри
жидкой фазы имеются твердые частицы (раздел «Гидравлическая крупность...»). В
процессе движения потока при некоторых условиях может происходить переход из
одного типа течения в другой. В некоторых случаях твердые частицы, вылетающие из
жидкой фазы в воздушную среду, под действием силы собственного веса пронизывают
воздушную фазу и вновь возвращаются в жидкую фазу.
Указанные режимы в известном смысле являются идеализированными и в'чистом
виде получить их удается лишь в отдельных случаях. В следующем разделе эти течения
двухфазных потоков увязываются с расходной характеристикой эрлифта.
На практике наиболее часто встречаются так называемые переходные режимы:
пузырьково - снарядный, снарядно - кольцевой и т. п. Переход из одного режима к
другому происходит, как правило, по мере увеличения объемного расхода газовой фазы.
Однако на формирование структуры оказывают влияние размеры подъемного трубоп¬
ровода, свойства и расход жидкости, конструкция узла ввода газа в жидкость и целый
ряд других факторов, практически не позволяющих теоретически оценить границы
перехода от одного режима к другому. Тем не менее подобная классификация сыграла
положительную роль в разработке теории эрлифтнош способа подъема и в ходе иссле¬
дования различных структур установлено их доминирующее влияние на эффектив¬
ность эрлифтного способа подъема. Так, наиболее высокий к. п. д. эрлифтнош способа
подъема обеспечивается при неточном режиме течения.
Многообразие форм течения газожидкостной смеси в подъемной трубе эрлифта
определило, в свою очередь, и различные концепции трактовки физической сущности
процесса подъема жидкости. Анализ работ по теории движения двухфазных (вода,
воздух) смесей, начиная с момента появления первой работы Г. Лоренца [97 ], позволяет
сделать вывод о существовании по крайней мере четырех точек зрения на физическую
сущность движения аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифта:
Рис. 2.3. Структура газожидкостных смесей
в подъемной трубе эрлифта
14
Глава 2
1) подъем жидкости происходит за счет энергии расширения газа. Эта энергия через
трение и лобовое давление передается жидкости и тем самым осуществляется ее конвек¬
ционный перенос;
2) первопричиной подъемного действия газа является относительная скорость жид¬
костной и газовой фаз гидросмеси;
3) комплекс газовых пузырей работает как негерметичный поршень, теряющий по
пути часть поднимаемой жидкости;
4) вводимый в подъемник газ, смешиваясь с жидкостью, создает столб смеси,
плотность которой меньше плотности жидкости. За счет снижения плотности смеси в
подъемной трубе при сохранении неизменным давления на входе в смеситель возникает
возможность подъема жидкости на большую высоту.
Различие точек зрения на физическую сущность процесса подъема жидкости в
эрлифте может быть связано с тем, что либо каждая из указанных формулировок
отражает разные стороны одного и того же явления, либо некоторые из них неверны.
При осуществлении эрлифтирования жидкости газ, как правило, вводится в сме¬
ситель, расположенный в нижней части подъемной трубы, и по мере подъема к верхней
ее части в области меньших давлений расширяется, совершая работу. Согласно первой
точке зрения, подъем жидкости в трубах происходит за счет энергии расширяющегося
газа. Предположив, что это так, можно утверждать, что для подъема жидкости в трубах
нельзя применять в качестве рабочего агента вещество, практически несжимаемое.
Однако указанное утверждение легко опровергается простым экспериментом, схема
которого представлена на рис.2.4.
Предположим, что подъемная труба погружена в водный бассейн неограниченных
размеров, чем обеспечено постоянство давления у смесителя при любых количествах
жидкости, поднимаемых по трубе эрлифта. Далее предположим, что через трубу А
посредством насоса в смеситель (подъемную трубу) вводится рабочая жидкость, плот¬
ность которойрр меньше плотности/)* поднимаемой жидкости (углеводородные жид¬
кости). При этом режим ввода рабочей жидкости исключает реализацию принципа
работы гидроэлеватора (струйного насоса). При установлении определенного расхода
рабочей жидкости через трубу А плотность смесирсм в подъемной трубе уменьшается,
вследствие чего уровень жидкости внутри подъемной трубы В повышается на величину
Н. При этом высота подъема может быть определена из условия
рсм8(Н +h)=pxgh. (2.3)
Если на определенной высоте подъемной трубы сделать слив, то смесь будет исте¬
кать из подъемной трубы в емкость, расположенную над уровнем жидкости в бассейне.
В рассмотренном примере не может быть и речи о работе расширяющегося рабочего
агента в подъемной трубе. Тем не менее жидкость из бассейна была поднята на высоту
Н. Следовательно, работа расширяющегося газа не является необходимым и достаточ¬
ным условием при осуществлении эрлифтного способа подъема жидкости.
В добавление к вышесказанному следует отметить, что при разработке техниче¬
ских средств добычи твердых полезных ископаемых со дна Мирового океана предложена
гидравлическая схема подъема, в которой в смеситель подается не сжатый воздух, а
прочные сферы, плотность которых меньше плотности морской воды (этлифтная систе¬
ма подъема) [215]. В этой системе перепад давлении, необходимый для компенсации
потерь давления при движении гидросмеси в транспортном трубопроводе, создается за
счет подачи соответствующего количества легких несжимаемых сфер в смеситель, в
результате чего в подъемной трубе выше смесителя создается столб гидросмеси (вода +
сферы), плотность которого ниже плотности морской воды. Эффекта расширения рабо-
Глава 2
15
чего тела в этой системе нет, но подъем
жидкости вместе с твердым полезным ис¬
копаемым реализуется. Расчеты показы¬
вают, что к. п. д. такой системы выше эр-
лифтной.
Относительная скорость фаз, являю¬
щаяся первопричиной подъемного дейст¬
вия газа согласно второй точке зрения на
физическую сущность подъема в эрлифте,
может служить реальной причиной подъ¬
ема жидкости в том случае, если величина
этой скорости будет достаточной для со¬
здания гидродинамических сил и сил тре¬
ния, обеспечивающих вынос жидкости из
трубы, причем относительная скорость
должна сохраняться на всей высоте подъ¬
емной трубы эрлифта. Поэтому, если про¬
цесс подъема можно реализовать при от¬
сутствии относительной скорости одной из
фаз гидросмеси, то можно утверждать, что
этот фактор не является основой физиче¬
ской сущности процесса подъема жидко¬
сти в подъемной трубе эрлифта.
Вернемся к схеме опыта, представ¬
ленной на рис.2.4. Условия опыта оставим
теми же, но в качестве рабочей жидкости
в трубу А будем подавать растворяющую¬
ся в воде легкую жидкость, например, метиловый или этиловый спирт. В зависимости
от объемного соотношения рабочей и поднимаемой жидкостей, при сохранении погру¬
жения смесителя h высота подъема Н может быть найдена из соотношения
Ьрж =(_h+H) <2.4>
где Сж и Сс - соответственно процентное содержание воды и спирта.
Таким образом, если через трубу А вводить жидкость малой плотности, но способ¬
ную в неограниченном количестве растворяться в транспортируемой жидкости, то уро¬
вень жидкости в подъемной трубе может быть поднят на определенную высоту при
сохранении постоянного давления на входе в смеситель. Как следует из схемы опыта,
относительное движение фаз сведено к нулю, а подъем жидкости осуществляется в
результате замены столба тяжелой жидкости в подъемной трубе более легкой смесью.
При достаточно большом диаметре подъемной трубы и малых скоростях движения смеси
потерями давления на трение можно пренебречь, сохранив расчетную точность, доста¬
точную для практических целей.
Однако в реальном эрлифте, в котором в качестве рабочего тела подается воздух,
относительная скорость воздуха всегда существует вследствие разности плотностей
воздуха и жидкости. Величина ее зависит от режима течения. При пузырьковом и
пробковом (снарядном) режимах относительная скорость воздушных пузырьков и про¬
бок не превышает 0,3 м/с [25], а процесс переноса воды воздухом реализуется при
относительной скорости не менее 2 м/с. Вместе с тем; указанные режимы обеспечивают
достижение максимальных значений к.п.д. эрлифта. Но при этих режимах относитель¬
Рис. 2.4. Схема эрлифта
16
Глава 2
ная скорость фаз влияет на плотность гидросмеси в подъемной трубе. Характер этого
влияния можно уяснить на основе анализа формул средней плотности гидросмеси,
которая определяется как отношение массы смеси к ее объему:
Рем — + уг* ~ Ф)Рм <р (Рж Рг) — ^2 5)
= рж ~~ (Рж~Рг) 1
где <р - среднее истинное газосодержание ,<р
к
/
где/- полное сечение подъемной
трубы, /г - часть сечения трубы, занятая газом.
Плотность смеси без учета относительной скорости (расходная плотность газа)
определяется в виде
Рем — Рж. ft (рж Рг ) »
(2.6)
где уЗ = _— _ объемное расходное газосодержание.
иг + и*
Между средними величинами истинного газосодержания, расходного газосодержа-
ния и относительной скорости газа существует зависимость [47 ]
<Р
1 +(1-/*)-®^ '
(2.7)
где 0)г, сож- скорости газа и жидкости.
При (0г=0),ж <р = /?, а средняя и расходная плотность гидросмеси равны. При
(Ог > 0)ж <р < /?, а средняя плотность смеси меньше расходной.
Таким образом, проведенный анализ показывает, что относительная скорость газа
не только не является первопричиной физической сущности принципа действия эрлиф¬
та, но и отрицательно влияет на среднюю плотность столба гидросмеси.
При стержневом режиме и режиме тумана, которые наступают при больших пода¬
чах воздуха, относительная скорость воздуха может достигать значений, обеспечиваю¬
щих вынос жидкости. Но к.п.д. эрлифтов, эксплуатируемых в таких режимам, значи¬
тельно ниже, чем при пузырьковом и снарядном. Практически в этом случае
реализуется процесс пневмотранспорта. К тому же, известен еще один режим нулевой
подачи эрлифта, кроме барботажного, который может быть осуществлен тогда, когда
объемный расход воздуха настолько велик, что в смеситель не поступает жидкость и в
подъемной трубе движется только воздух.
Третья точка зрения состоит в том, что газовые пузырьки рассматриваются как
негерметичные поршни, теряющие по пути часть поднимаемой жидкости.
В большинстве работ по исследованию кинематики всплывания пузырей [44 ] де¬
лается вывод о равномерной скорости всплывания пузырей, не зависящей от размера
пузыря. Исключение составляет короткий промежуток разгона (0,1-0,3 см). Этот вывод
позволяет утверждать, что всплывающий пузырь нельзя рассматривать как негерме¬
тичный поршень, так как результирующая сила, действующая на пузырек, практиче¬
ски равна нулю и архимедова сила, возникшая в результате действия жидкости на
пузырек газа, компенсируется реакцией сил трения со стороны жидкости. Если бы сила,
действующая на пузырек газа, имела реакцию не со стороны жидкости, а со стороны
другого тела, поршневое действие пузырька было бы очевидно. Другими словами, для
поршневого действия к пузырьку газа должна быть приложена внешняя сила, а не сила,
возникшая в результате взаимодействия пузырька и жидкости и являющаяся внутрен¬
ней силой системы.
Глава 2
17
✓
/
“ /
/
_/
✓
■ ✓
— ■ ✓
— • /
. — ✓
„. — • /
!
✓
/
“ ✓
• /
"О
Схема поршневого действия тела на жидкость представлена на рис. 2.5 а.
Для того, чтобы жидкость, находящаяся над поршнем, была поднята на заданную
высоту без нарушения сплошности среды, сила F должна быть равна
F — Ahp*gf + G + Fip , (2.8)
где Ah- высота подъема уровня жидкости в цилиндре, отсчитываемая от его равно¬
весного положения;
G - вес поршня;
Ftp- сила трения, препятствующая движению поршня;
/- площадь сечения.
Таким образом, для того, чтобы пузырек газа обладал поршневым действием, к
нему должна быть приложена внешняя сила F (рис. 2.5 б).
Из рассмотренных примеров ясно,
что подъем жидкости эрлифтным спосо¬
бом может происходить в случае, когда в
качестве рабочего агента применяются
несмешивающиеся и смешивающиеся
жидкости, газ или твердые тела. Однако
подъем может быть осуществлен только
при условии, если рабочий агент будет
иметь меньшую плотность, чем поднима¬
емая жидкость, причем получаемые при
этом смесь или раствор обладают меньшей
плотностью, чем поднимаемая жидкость.
Следовательно, четвертая точка зрения,
заключающаяся в том, что вводимый в
подъемную трубу эрлифта рабочий агент
приводит к снижению плотности смеси в
подъемной трубе и создает возможность
подъема жидкости, более приемлема для
объяснения физической сущности описы¬
ваемого процесса.
Поскольку дана оценка физической
сущности процесса подъема жидкости в эрлифте, можно сформулировать и основные
направления в его практической реализации.
1) . Создание наименьшей плотности смеси при наименьшем расходе рабочего аген¬
та. Очевидно, что чем меньше плотность рабочего агента, тем, при прочих равных
условиях, можно получить наименьшую плотность смеси.
2) . Достижение наименьшего расхода рабочего агента возможно при отсутствии
относительной скорости фаз смеси и применении практически несжимаемого рабочего
агента.
3) . Применение хорошо сжимаемого рабочего агента (газа) в эрлифте при больших
перепадах давления между смесителем и верхней частью подъемной трубы (при боль¬
ших погружениях смесителя) приводит к тому, что плотность и скорость смеси в подъ¬
емной трубе изменяются по длине трубопровода, причем плотность смеси зависит от
относительной плотности фаз.
цшш
■ ✓
• /
/
/
X
/
;
/
- ✓
- у
/
- ✓
-/
_ /
- ✓
_ /
а б
Рис. 2.5. Схема поршневого
действия тела на жидкость
18
Глава 2
2.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ,
СТРУКТУРА ПОТОКА И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
Рис. 2.6. Гидравлическая
схема эрлифта
Рис. 2.7. Экспериментальная
зависимость q —f (а)
Основные конструктивные элементы эр¬
лифта (рис.2.6): всасывающее устройство 1,
предназначенное для обеспечения равномер¬
ной и дозированной подачи твердого материала
в подводящую трубу (хвостовик) 2; смеситель
3, предназначенный для смешивания жидкости
и сжатого воздуха с возможно более полной
отдачей энергии воздуха к жидкости; подъем¬
ная труба 4, предназначенная для перемеще¬
ния трехфазной гидросмеси (воды, воздуха,
твердого материала) от смесителя 3 к воздухо¬
отделителю 5; воздухоотделитель 5, предназ¬
наченный для разделения трехфазного потока
гидросмеси на двухфазный (воздух, пульпа),
при этом пульпа направляется в сливной тру¬
бопровод 6, а воздух - в атмосферу; воздухопо¬
дающего трубопровода 7, предназначенного
для подачи сжатого воздуха от компрессора 8 к
смесителю 3.
Для нормальной работы эрлифта необхо¬
димо некоторое геометрическое погружение h
смесителя (расстояние от уровня воды в водо¬
еме до места входа сжатого воздуха в смесите¬
ле), величина которого зависит от высоты
подъема Н (расстояние от уровня воды в водо¬
еме до места слива пульпы из воздухоотделите¬
ля) гидросмеси и колеблется от нескольких
метров до десятков и сотен метров. При этом с
экономической точки зрения относительное
погружение а = должно быть бо¬
лее 0,15.
Основными параметрами эрлифта, кроме
названных выше h и Н являются: подача эр¬
лифта Q3, исчисляемая от нескольких м3/час,
до нескольких тысяч м3/час, расход сжатого
воздуха Qe, удельный расход воздуха
q = Qe/Q3 и диаметр подъемного трубопрово¬
да D. Между величинами qua существует
функциональная зависимость q =f(a)
(рис.2.7), экспериментально полученная в До¬
нецком политехническом институте (ДПИ) и
используемая для расчета эрлифта. Причем,
как видно из графика, с увеличением относи-
Глава 2
19
тельного погружения а
удельное газосодержа-
ние (удельный расход '
воздуха) Q уменьшает- 'шах
ся при постоянном абсо- ^
лютном погружении h, Р
а при постоянном отно¬
сительном погружении
а удельный расход воз¬
духа возрастает с уве¬
личением абсолютного
погружения h эрлифта.
Зависимость
Оэ =/(<2в) называет¬
ся расходной характе¬
ристикой эрлифта
(рис. 2.8). Эта характе¬
ристика имеет несколь¬
ко характерных точек.
Начало подачи гидро- q
смеси при достижении
некоторого расхода воз¬
духа Qe.o- Оптималь¬
ная точка К, находяща¬
яся в месте соприкосновения касательной, проведенной из начала координат и соответ¬
ствует максимальному к. п. д. на энергетической tj =/( Qe ) характеристике эрлифта.
Точка М, соответствующая максимальной подаче ("горбу"), после которой идет сниже¬
ние подачи эрлифта при увеличении расхода воздуха. Рабочая зона АВ , соответству¬
ющая оптимальному к. п. д., т. е. Т)0т = 0,85 Щпах, где работа эрлифта экономически
целесообразна.
Процессы, протекающие в подъемной трубе эрлифта, представляют комплекс тес¬
но связанных между собой процессов гидродинамики, теплообмена и физико-химиче¬
ского взаимодействия воздуха и воды с примесями. Каждый процесс, входящий в этот
комплекс, является сам по себе очень сложным. Все это затрудняет теоретическое
описание процесса и поэтому, несмотря на сравнительно обширные экспериментальные
исследования, выполненные на двухфазных смесях в различных областях науки в
Советском Союзе, США, Англии, Японии и в других странах, до последнего времени
еще не создано теории, описывающей хотя бы приближенно процессы движения двух¬
фазных потоков. Поэтому изучение этих процессов и их закономерностей пока идет по
пути накопления экспериментального материала.
Для теоретического описания процесса движения водовоздушной смеси в трубах
весьма необходимо знать структуру потока при различных режимах работы эрлифтной
установки. Любой вывод о работе эрлифта следует делать исходя из структуры потока
водовоздушной шеей и режима работы эрлифта.
Изучением закономерности образования структур водовоздушной и газожидкост¬
ной смеси занимались Аргунов П.П., Арманд АА., Невструева Б.И., Крылов А.П.,
Козлов Б.К., Костерин С.И., Костанда В.С. и другие исследователи. Изучением движе¬
20
Глава 2
ния водовоздушной шеей по вертикальной трубе вниз в гидрокомпрессоре яянимя пга
проф. Гейер В.Г. Имеются работы в этой области и у зарубежных исследователей.
В ДПИ велись многочисленные наблюдения за структурами водовоздушных пото¬
ков при исследовании работы лабораторных установок с использованием кино- и фото¬
съемки [1,3,72,176].
Водовоздушная смесь представляет неоднородную механическую смесь с неравным
содержанием компонентов в двух выделенных смежных объектах. Это неоднородное
смешение компонентов, а также сложное распределение скоростей движения по попе¬
речному сечению трубы создает трудности в использовании усредненных физических и
кинематических характеристик. В связи с этим возрастает сложность в изучении про¬
цесса движения газожидкостной смеси по сравнению с движением однородной жидко¬
сти. При движении однородной жидкости исследуемым параметром является перепад
давления. В случае движения газожидкостной смеси, кроме перепада давления, требу¬
ется экспериментальное определение содержания компонентов в единице объема смеси,
отвечающего динамическим условиям.
Компоненты двухфазной смеси могут заполнять объем проводящего сосуда как
пофазно непрерывно, так и с дискретным распределением одной фазы в другой. Обычно
различают несколько наиболее характерных форм распределения компонентов, назы¬
ваемых формой течения или структурой потока. Это многообразие структур газожид¬
костного потока, когда распределение одной фазы в другой не имеет единой границы
раздела, сильно затрудняет выбор надежных физических предпосылок для составления
исходных уравнений, описывающих движение смеси. В таких условиях приходится
обращаться к эксперименту и теории подобия [73 ].
Законы изменения основных гидравлических характеристик - общего перепада
давления, коэффициента сопротивления, относительной скорости, величины пульса¬
ции потока и ее частоты - зависят от режима работы установки и от формы движения
двухфазной жидкости [13,14].
Следует отметить, что некоторые авторы в своих работах не рассматривают режи¬
мов и форм движения смеси. Другие полагают, что существует две формы состояния
смеси, а именно: состояние вспенивания и состояние распыления. Первое состояние
может существовать в том случае, когда объем жидкости в смеси больше, чем объем газа.
Второе — когда жидкость занимает меньшую часть объема, чем газ. Это подразделение
не охватывает всего многообразия форм движения смеси, является в значительной
степени искусственным. Большинство авторов в своих работах уделяют должное вни¬
мание структуре потока в газожидкостной шеей.
Анализ литературных источников [4,11, 14,16, 42, 43, 65, 71, 78, 86, 87, 97, 106,
126,132, 215, 216 ] и многочисленные наблюдения в лаборатории ДПИ дают основание
сделать вывод, что при движении водовоздушной смеси в различных условиях возмож¬
ны следующие основные, как было сказано выше, и одна часто встречающаяся проме¬
жуточная структуры, которые увязываются с расходной характеристикой эрлифта:
— пузырьковая—газовая фаза в виде отдельных пузырьков распределяется внутри
жидкости, которая занимает основной объем трубы. Эта структура соответствует лома¬
ной линии ОС на расходной характеристике эрлифта (рис. 2.8). Для этой структуры
газовая фаза оказывает относительное подъемное действие на жидкую фазу. В подъем¬
ной трубе эрлифта появляется барботажный слой и подача равна нулю. Когда количе¬
ство газового потока увеличивается, подъемное действие становится более выраженным
и структура приближается к состоянию зарождения поршня, что соответствует линии
выше точки С по расходной характеристике (рис. 2.8);
— неточная (пробковая, поршневая) — газовая шесь образует газовые подъемные
поршни, которые поднимают пробки жидкости, т. е. по трубе движутся чередующиеся
Глава 2
21
пробки жидкости и газа. Это соответствует примерно линии АК на расходной характе¬
ристике. Когда поднимается газовый поршень, вокруг него наблюдается значительное
проскальзывание жидкости. Повышение скорости газа приводит к наполнению жидкого
блока небольшими газовыми пузырями, а также к увеличению длины и скорости про¬
хождения пробок. Дополнительное повышение скорости газа приводит к разрушению
поршней и вызывает переход системы в следующую структуру. Этот режим соответст¬
вует линии несколько выше точки К;
- неточно - диспергированная, являющаяся промежуточной по отношению к четы¬
рем основным - часть жидкости из центра сечения трубы отбрасывается потоком газа к
стенке, затормаживается и потом вновь включается в общий поток двухфазной смеси.
Воздух в этом режиме принимает переменную пробко - диспергированную структуру.
Аналогичному дроблению подвергаются и пробки жидкости. В процессе дробления воды
и воздуха между центральной зоной трубы и ее стенкой создается движущийся вверх
возвратно - поступательный поток жидкости, что соответствует линии КВ на расходной
характеристике;
- осевая (кольцевая) - сплошной поток газа с каплями жидкости занимает среднюю
часть поперечного сечения трубы. Вдоль стенки кольцеобразно движется жидкость. Это
соответствует линии ВМ и несколько далее по нисходящей на расходной характеристи¬
ке. Любое последующее увеличение скорости газа приведет к разжижению и утончению
жидкой пленки;
- пылевая (дисперсная) - при высокой скорости газа практически вся жидкость, за
исключением небольшого количества уноса, протекает кольцеобразно вверх по стенкам
трубопровода вокруг газового ядра. В потоке воздуха находится распыленная влага, во
внутренней стенке которой имеется незначительное количество жидкости, что соответ¬
ствует нисходящей ветви расходной характеристики с расходом воздуха в несколько раз
больше, чем
Кроме перечисленных основных структур существуют переходные, поэтому ука¬
занные выше точки являются весьма ориентировочными. Наблюдения показали, что
основными структурами в области рабочих режимов эрлифта являются вторая и третья
и очень редко четвертая. На экспериментальной эрлифтной установке визуально на¬
блюдались неточно - диспергированная, осевая и пылевая структуры.
Опыт успешной эксплуатации эрлифтных установок на ряде шахт Донбасса, в
частности на гидрошахтах «Красноармейская» объединения «Добропольеуголь» и им.
50-летия СССР объединения «Краснодонуголь», показал, что наиболее надежный и
устойчивый режим работы реализуется при неточно - диспергированной структуре.
Расчет и конструирование эрлифтов следует вести для этого режима.
Работами, выполненными в ДПИ и др., было установлено, что частота и амплитуда
колебаний давления имеет явно выраженную зависимость от формы и режима движения
водовоздушного потока и определяется удельным содержанием воздуха.
Существует несколько различных моделей движения водовоздушной смеси, кото¬
рые можно подразделить на два типа: гомогенные модели, в которых не происходит
скольжения между фазами и гетерогенные модели со скольжением между фазами.
Благодаря особенности расходной характеристики эрлифт автоматически настра¬
ивается на изменяющиеся величины погружения смесителя и высоты подъема гидро¬
смеси при неизменном расходе воздуха (свойство самонастраивания или саморегулиро¬
вания). Так, например, увеличение притока Qnp (увеличение абсолютного и
относительного погружения смесителя) приведет к изменению расходной характери¬
стики при некоторых исходных А и а, которая поднимется несколько выше и будет иметь
погружения соответственно hi и а.\ (рис.2.9). Это приведет к увеличению подачи от
22
Глава 2
Q3 к Qgi (соответственно точки К и К\) при неизменном расходе воздуха Qe.i,2- При
уменьшении погружения (расходная характеристика при Лг и Ог) соответственно
уменьшается подача до Q3.2 т. е. происходит переход от точки К к точке Кг.
Благодаря многочислен¬
ным исследованиям, проведен¬
ным Логвиновым Н.Г. (ДПИ),
было найдено замечательное
свойство, позволившее строить
расходные характеристики эр¬
лифтов [39 ]. Это открытие за¬
ключается в следующем. Если
все полученные характеристи¬
ки выразить в безразмерном
виде, приняв за базисное значе¬
ние расходы сжатого воздуха и
подачу эрлифтов на оптималь¬
ных режимах, то полученные
таким образом безразмерные
режимные точки располагают¬
ся на одной кривой. Выбор ана¬
литического построения функ¬
ции был произведен на
основании анализа экспери¬
ментальных данных, из кото¬
рых следует, что подходящей
для представления опытных
данных, выраженных в безраз¬
мерной форме, является при со¬
ответствующем выборе масш¬
табов безразмерных координат
уравнение дуги окружности
Рис. 2.9. Расходные характеристики
эрлифта
Ql = R2- (ао
Qef
(2.9)
При построении расходной характеристики всякий раз для безразмерных расходов
сжатого воздуха
Qe
Qe
(2.10)
и безразмерных подач эрлифта
Qs
Qs
чопт ’
\£s
(2.11)
необходимо выбирать одинаковый линейный масштаб, а именно
Qe —Qg = 1 и выражать далее все экспериментальные данные через эти нормали-
зованные масштабы. При этом безразмерные режимные точки располагаются на одной
кривой, которой является дуга окружности радиусом R = 'fl с центром, имеющим
координаты Qg = 0 и Qe — 2.
На рис. 2.10 представлена безразмерная расходная характеристика эрлифта.
Глава 2
23
Q в > М "У мин
Рис. 2.10. Размерные и безразмерные
характеристики эрлифта
Зная расчетный оптимальный режим для данного эрлифта, имеющий параметры
6опт sTpnm
э и расхода сжатого воздуха (/в , умножая нормализованные
координаты безразмерной расходной характеристики на соответствующие оптималь¬
ные значения расхода и подачи эрлифта
QB=Qa-GSnm (2.12)
и
Qe=Qe- (2.13)
получим размерную расходную характеристику (рис. 2.10).
Точка Р характеризует рабочий режим работы эрлифта с основными параметрами
Qo.p.и Qe.p. при конечном количестве включенных компрессоров.
Гидравлическая схема эрлифта может быть одно- и многосекционной, а, следова¬
тельно, высота подъема гидросмеси практически неограничена. Подъемные трубы могут
располагаться как вертикально, так и под наклоном.
Для обеспечения больших подач короткими эрлифтами целесообразно применять
так называемую батарейную схему эрлифтной установки. Ее главная отличительная
особенность заключается в наличии нескольких подъемных труб с индивидуальными
смесителями и, как правило, общего воздухооотделителя.
Для длинных эрлифтов, о чем более подробно будет сказано ниже, с целью увели¬
чения к.п.д. (уменьшения скорости движения гидросмеси, уменьшения износа элемен¬
тов эрлифта и уменьшения динамических нагрузок) диаметр подъемного трубопровода
следует делать переменным, увеличивая его по мере подъема гидросмеси.
24
Глава 2
2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЭРЛИФТОВ
Разнообразие областей использования эрлифтов, широкий диапазон их техниче¬
ских параметров и конструктивных решений определили необходимость выбора клас¬
сификационных признаков, по которым возможно было бы дать конкретную характе¬
ристику проектируемого эрлифта.
Накопленный опыт подготовки технических заданий на создание эрлифтных уста¬
новок и их проектирования определил следующие классификационные признаки:
- гидравлический;
- тип нагнетателя сжатого воздуха;
- конструктивный;
- схемный;
- вид транспортируемой среды;
- производственное назначение.
Ниже рассмотрены основные положения этих признаков и соответствующие им
типы эрлифтов.
В гидравлическом плане подъемная труба эрлифта представляет собой обычный
трубопровод длиной Н + h и диаметром D, в котором при движении гидросмеси суще¬
ствует два вида потерь напора: потери подлине и потери на местные сопротивления. По
аналогии с трубопроводными системами, в которых различают длинные и короткие
трубопроводы, в работе [72 ] введено понятие длинного и короткого эрлифта, а в каче¬
стве критерия использовано соотношение потерь напора по длине Ндл и общих потерь
напора Нобщ (с учетом местных сопротивлений) и отношение давления в смесителе
Рем к давлению на выходе подъемной трубы Рвых- За базу принято Ндл 2:0,8 Н0б-
Основой для такого разграничения является различие процессов передачи Энергии
сжатого воздуха жидкости, так как при малой длине подъемной трубы возможны усло¬
вия проскальзывания воздуха, что в конечном итоге определяет энергетические затра¬
ты.
На основе принятых критериев и анализа реальных расходных характеристик
большого количества реальных эрлифтов установлено, что к классу коротких эрлифтов
Н + h Р
могут быть отнесены эрлифты, у которых ^ < 200 и
D
<2.
вых
н + h
К классу длинных эрлифтов относятся эрлифты, у которых —“— > 200 и
см
вых
>2.
В зависимости от способа ввода газа (воздуха) в подъемную трубу эрлифты делятся
на компрессорные и вакуумные. В компрессорном эрлифте газ (воздух) сжимается до
определенной степени и по воздухопроводу нагнетателя через смеситель подается в
подъемную трубу. В вакуумном эрлифте при помощи вакуумнасоса, подключенного к
верхней точке воздухоотделителя, в подъемной трубе создается разрежение, а атмос¬
ферный воздух по воздухопроводу всасывается в смеситель. Известны эрлифты и ком¬
бинированного, вакуум - компрессорного ввода воздуха. Вакуумные эрлифты целесо-
Глава 2
25
Рис. 2.11. Схемы эрлифтов в зависимости от взаимною
расположения воздухоподающей и подъемной труб
а - с кольцевой подъемной трубой и внутренним газоподводом,
б - с отдельным газоподводом, в - с кольцевым газоподводом и
внутренним расположением подъемной трубы.
образно использовать тогда, когда невозможно создать приемную емкость с эффектив¬
ным погружением смесителя [98 ].
В конструктивном отношении классификация эрлифтов базируется на конструк¬
тивном решении взаимного расположения подъемной и воздухоподающей труб. Типо¬
вые схемы эрлифтов по этому признаку приведены на рис.2.11.
Первичной, наиболее универсальной, является схема (рис.2.11 б) с отдельным
воздухопроводом (система Ю. Поле), расположенным параллельно подъемному тру¬
бопроводу. В этой системе исключается воздействие (абразивное, коррозионное и др.)
транспортируемой среды на воздухопровод, но усложняется процесс монтажа.
Схема с кольцевой подъемной трубой и внутренним воздухопроводом (централь¬
ная система) (рис.2.11а) предусматривает подачу воздуха по внутреннему трубопрово¬
ду, расположенному концентрично относительно подъемного трубопровода. Смесь жид¬
кости и воздуха движется вверх по кольцевому пространству.
Схема с кольцевым воздухопроводом и внутренним расположением подъемной
трубы (система Саундерса) представлена на рис.2.11 в. Воздух нагнетается в кольцевое
пространство, смесь жидкости и воздуха движется вверх по внутренней трубе.
Системы Саундерса и центральная применяются преимущественно для подъема
жидкости из скважин, причем центральная система по сравнению с системой Саундерса
принципиально обеспечивает возможность подъема больших количеств жидкости при
меньшем пусковом давлении. Основной недостаток центральной системы - повышен¬
ный износ наружной поверхности воздухопровода от абразивного воздействия твердых
включений, имеющихся в жидкости.
26
Глава 2
В перечисленных системах эрлифтов общим признаком является наличие двух
рядов труб, в силу чего они называются двухрядными. При скважинном способе добычи
полезных ископаемых применяется однорядный эрлифт. В этом случае в скважину
опускается только один ряд труб, второй ряд заменяется обсадной колонной скважины.
Такая схема, кроме снижения металлоемкости эрлифта, обеспечивает возможность
эксплуатации скважин малого диаметра. Однорядный эрлифт может быть реализован
по системе Саундерса или центральной.
Схемный признак определяет гидравлическую схему эрлифта, выбор которой про¬
изводится в зависимости от давления источника сжатого воздуха, необходимой высоты
подъема, возможной глубины погружения смесителя, необходимой производительно¬
сти и ряда других технических требований и возможностей. В процессе анализа проек¬
тируемых и находящихся в эксплуатации эрлифтных установок в различных техноло¬
гических процессах в многих отраслях промышленности выделены следующие типовые
гидравлические схемы эрлифтов:
- односекционная с приемной емкостью и короткой подъемной трубой;
- односекционная с длинной подводящей трубой и одним или несколькими сме¬
сителями;
- односекционная с зумпфом, заполненным жидкостью;
- односекционная с «сухим» зумпфом (с петлеобразной подающей трубой;
- насосно-эрлифтная;
- групповая с гидравлически разомкнутыми приемными емкостями и общим кол¬
лектором сжатого воздуха;
- батарейная;
- многосекционная с промежуточными приемными емкостями.
Базовой схемой является односекционная с приемной емкостью и короткой пода¬
ющей трубой, остальные схемы составляются на ее основе с добавлением различных
элементов, соответствующих выполнению заданного технологического процесса, ос¬
новными параметрами которого являются свойства транспортируемой среды и произ¬
водственное назначение эрлифта.
Исходя из характеристик транспортируемой среды различают эрлифты для подъ¬
ема однородных жидкостей и для подъема гидросмесей жидкости с твердыми материа¬
лами.
По производственному назначению эрлифты классифицируются на транспортные,
водоотливные, добычные и циркуляционно-барботажные.
Свойства транспортируемой среды и производственное назначение определяют как
гидравлическую схему, так и состав ее элементов. Наиболее полным набором конструк¬
тивных элементов отличаются эрлифты, предназначенные для добычи и транспортиро¬
вания полезных ископаемых со дна рек, морей и океанов.
Вышеизложенное в обобщенном виде представлено на схеме рис.2.12.
Ниже приводится описание схем эрлифтных установок, применяемых для транс¬
портирования гидросмесей жидкости с твердым материалом в горной, энергетической и
других отраслях промышленности.
На рис.2.13 а представлена гидравлическая схема односекционной эрлифтной ус¬
тановки, получившая наибольшее распространение. Приток гидросмеси Qnp, поступа¬
ющий из различных точек его образования (забои, углесосные станции, каналы золош-
лакоудаления и др.), через узел пульпоподготовки 1 направляется в зумпф 2. При
отсутствии подачи воздуха вода заполняет все полости эрлифта до расчетного уровня
h погружения смесителя 4. Твердый материал складируется на дне зумпфа вокруг и
Глава 2
27
Рис. 2.12. Классификация эрлифтов
28
Глава 2
Рис. 2.13. Гидравлические схемы односекционных
эрлифтных установок
сверху всасывающего устройства 3. При откачке однородных жидкостей наличие вса¬
сывающего устройства необязательно.
Сжатый воздух от нагнетателя или компрессора 9 по воздухопроводу 5 подается в
смеситель. Трехфазная смесь (вода - твердое - воздух) поднимается по подъемной трубе
6 в воздухоотделитель 7. Здесь воздух выходит в атмосферу, а гидросмесь по сбросному
трубопроводу 8 поступает в дальнейшую схему транспортирования.
Дозирование подачи твердого материала в подъемную трубу эрлифта обеспечива¬
ется всасывающим устройством с элементами дозирования, размещаемого в нижней
части зумпфа. Большая емкость зумпфа практически ликвидирует резкие колебания
уровня при кратковременных колебаниях притока. Это обеспечивает стабильность ра¬
бочего режима эрлифта. При внезапной остановке частицы твердого из подъемной
трубы эрлифта осаждаются на дне зумпфа, значительно меньше забивая внутренние
полости элементов конструкции эрлифта.
Возможная высота подъема Н односекционной схемы определяется абсолютной h
и относительной а величинами погружения смесителя
(2.14)
На основании экспериментальных исследований и опыта эксплуатации установле¬
но, что устойчивый режим работы эрлифта данного типа сохраняется при а >0,15.
Экономичность обеспечивается при а > 0,3- Возможная величина абсолютного погру¬
жения определяется избыточным давлением источника сжатого воздуха Ри
hz 0,95 Ри
Рж. 8
(2.15)
Глава 2
29
Схеме, изображенной на рис.2.13 а присущ один серьезный недостаток. При про¬
изводстве плановых или аварийных ремонтов всасывающего устройства, смесителя и
нижней части подъемной трубы необходима откачка нижней части зумпфа, что вызы¬
вает, при отсутствии второго зумпфа, увеличение времени остановки технологического
процесса. Поэтому, в тех случаях, когда сооружение второго отдельного зумпфа невоз¬
можно, рекомендуется принять односекционную эрлифтную схему с «сухим» зумпфом
(рис.2.13 б), требующую дополнительных исследований и опробований. По этой схеме
гидросмесь поступает в предварительный пульпосборник 1, откуда бустерным эрлиф¬
том 10 или углесосом (на рисунке не показано) транспортируется в промежуточную
приемную емкость 11 и далее по пульпопроводу 13 опускается вниз в промежуточное
всасывающее устройство 3 герметичного типа, расположенное на дне главного зумпфа
2. Дальнейший процесс транспортирования гидросмеси аналогичен схеме, представлен¬
ной на рис.2.13 а. Высота подъема бустерного эрлифта или напор углесоса по данной
схеме составляют не более 5 м, а подача их должна быть несколько выше (на 3-5%)
подачи главного эрлифта.
При такой разности подач в промежуточной приемной емкости будет поддержи¬
ваться постоянный уровень за счет перелива части жидкости по сбросному трубопроводу
(или желобу) 12 в предварительный пульпосборник, тем самым создавая условия для
автоматической стабилизации рабочего режима главного эрлифта.
Дозирование подачи твердого в главный эрлифт осуществляется всасывающим
устройством, устанавливаемым в предварительном пульпосборнике на бустерном эр¬
лифте либо на всасе углесоса.
Несмотря на большое число элементов, эта схема в сравнении со схемой, представ¬
ленной на рис.2.13 а, позволяет организовать ежесуточный профилактический осмотр
и ремонт главной эрлифтной установки.
Одной из разновидностей односекционной схемы является схема, представленная
на рис.2.13 в, отличительная особенность которой заключается в наличии длинной
подающей трубы 1. Такой вариант односекционной схемы может применяться для
создания эрлифтных систем подъема сырья со дна глубоких водоемов, морей и океанов,
а также для чистки затопленных стволов и глубоких зумпфов шахт. Глубина погруже¬
ния смесителя 2 определяется давлением компрессорной станции. Необходимое пуско¬
вое давление сжатого воздуха
Р пуск = 1 >05 рж g h (2.16)
После разгона гидросмеси до транспортной скорости в смесителе устанавливается
рабочее давление
Рраб = Рж g \h — in (Нп ~ h') ], (2.17)
где in - удельные потери напора на преодоление сил трения и тяжести по длине
подающей трубы на вертикальном трубопроводе.
Значительное уменьшение рабочего давления в смесителе относительно пускового
при больших длинах подающей трубы определяет возможность применения односекци¬
онной схемы с несколькими смесителями 3, расположенными последовательно подлине
подающей трубы (рис.2.13 в). В этом случае верхний смеситель 2 является пусковым, а
нижний 3 - рабочим. Расстояние между смесителями определяется потерями напора в
подводящей трубе 1. Возможно применение нескольких воздухопроводов, отдельно к
каждому смесителю, или одного общего с аппаратурой распределения расхода воздуха
между ними. В любом случае необходимо наличие систем автоматизации управления
переключением пуско - регулирующей аппаратуры подачи воздуха, что, в конечном
итоге, резко снижает устойчивость и надежность работы эрлифтной установки с указан¬
ной схемой.
30
Глава 2
Для подъема гидросмеси на большие высоты при ограниченном давлении сжатого
воздуха, а также при одновременной откачке притоков нескольких уровней разработа¬
ны многосекционные эрлифтные установки, гидравлическая схема которых представ¬
лена на рис.2.14 а. Первая секция схемы содержит все элементы односекционного
эрлифта, принцип действия которого рассмотрен выше. С воздухоотделителя первой
секции 6 гидросмесь по сбросному трубопроводу 7 поступает в промежуточное всасыва¬
ющее устройство 8 второй секции, выше которого расположен смеситель 9 и далее
Рис. 2.14. Гидравлические схемы многосекционных
эрлифтных установок
подъемная труба 13 второй секции. Погружение смесителей второй и последующих
секций создается за счет переподъема гидросмеси первой и последующими секциями на
величины кг и кп (рис. 2.14а).
Сжатый воздух от компрессорной станции 12 в каждый смеситель подается через
коллектор 10 по отдельному воздухопроводу 11. Расход воздуха через секции определя¬
ется уровнем гидросмеси в сбросном трубопроводе 7 каждой секции во время работы
установки и регулируемыми вентилями 14.
Для стабилизации погружения секций и возможности одновременной транспорти¬
ровки гидросмеси с разных горизонтов в вышерассмотренной многосекционной схеме
Глава 2
31
целесообразно применять промежуточные приемные емкости. Гидравлическая схема
многосекционной эрлифтной установки с промежуточными приемными емкостями,
разработанная для условий гидрошахты с двумя добычными горизонтами, представлена
на рис. 2.14 б. Первая секция этой схемы выполнена по варианту односекционной схемы
с «сухим» зумпфом (см. рис. 2.13 б). Из воздухоотделителя 5 первой секции гидросмесь
поступает в промежуточную приемную емкость 2 верхнего горизонта. Одновременно в
эту же приемную емкость бустерным углесосом 3 транпортируется и гидросмесь, посту¬
пающая из забоев верхнего горизонта. Из промежуточной приемной емкости, уровень
в которой изменяется в незначительных пределах, она поступает в промежуточное
всасывающее устройство 4.
При организации эрлифтнош водоотлива на шахтах с сухой технологией добычи и
транспортирования угля возникает необходимость в углубке скипового ствола ниже
отметки технологического зумпфа на величину, обеспечивающую эффективное погру¬
жение эрлифта и прием четырехчасового аварийного притока. При этом значительно
увеличивается высота подъема, а при больших притоках подземных вод (свыше
100 м /ч) после аварийной остановки возможны ситуации, при которых гидростатиче¬
ский уровень может превышать давление сжатого воздуха, что ликвидирует возмож¬
ность повторного запуска эрлифта. Поэтому для проектирования эрлифтных централь¬
ных водоотливов шахт целесообразно применять многосекционные схемы, у которых в
качестве первой секции используются наклонные эрлифты (рис.2.15). Для реализации
такой схемы водоотлива необходимо пройти водотрубный ходок 1 длиной 30-40 м под
углом 35 -И5°, нижняя часть которого соединена с самосмывающимся водосборником 2,
а верхняя сбивается со стволом 3 выше отметки околоствольного двора. В ходке монти¬
руется наклонный эрлифт 4, служа¬
щий для обеспечения погружения h
основного эрлифта 5. Промежуточ¬
ное всасывающее устройство 6 основ¬
ного эрлифта монтируется в свобод¬
ной части зумпфа, доступной для
осмотров и ремонтов.
Водосборники проходятся под
уклоном 0,05 в сторону наклонного
ходка для обеспечения самосмыва
твердых частиц, находящихся в по¬
токе шахтной воды.
При работе водоотливной уста¬
новки наклонный эрлифт самонаст¬
раивается на приток так, что верхний
уровень воды в ходке всегда ниже по¬
чвы примыкающего водосборника.
Это обеспечивает нормальную рабо¬
ту водоотлива с незаполненным во¬
дой водосборником, который запол¬
няется только во время плановых
остановок и аварийных ситуаций.
Групповая схема с гидравличе¬
ски разомкнутыми приемными емко¬
стями и общим коллектором сжатого
воздуха (рис.2.16) состоит из не¬
скольких односекционных или мно-
Рис. 2.15. Схема водоотлива с наклонным
эрлифтом при нижней загрузке скипов
32
Глава 2
■rU
t t
госекционных эрлифтных установок, каждая из которых размещается в отдельном
зумпфе с независимым притоком гидросмеси. Воздухоснабжение всех установок осуще¬
ствляется от общего коллектора. Такая компоновка позволяет сократить количество
компрессоров, одновременно находящихся в работе, за счет применения мощных цен¬
тробежных машин. Применяется такая схема на тепловых электростанциях для внут¬
рицеховых систем сбора золошлаковой пульпы, на обогатительных фабриках в техно¬
логических схемах транспорта концентрированных пульп, а также при необходимости
одновременной очистки нескольких технологических емкостей шахтного водоотлива.
Устойчивость и экономичность режимов работы каждого эрлифта групповой схемы
достигается за счет систем автоматического регулирования подачи сжатого воздуха в
отдельные смесители или вентилями 3.
Для обеспечения больших подач (свыше 1000 м /ч) короткими эрлифтами более
целесообразно применять так называемую батарейную схему эрлифтной установки
(рис.2Л 7). Ее главная отличительная особенность заключается в наличии нескольких
подъемных труб 1 с индивидуальными смесителями 2, соединенных параллельно, и
общего воздухоотделителя 3. Вся группа труб размещается в одной приемной емкости
(зумпфе) 4. Включением различного числа управляемых вентилей 6 обеспечивается
большая глубина регулирования по подаче. Применяется батарейная схема в основном
на эрлифтных земснарядах большой производительности и циркуляционных эрлифт¬
ных установках.
Глава 2
33
? t
Рис. 2.17. Батарейная схема эрлифтной установки
2.4 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
ОПИСАНИЙ РАБОТЫ
Разнообразие условий практического применения эрлифтов во многих отраслях
промышленности послужило причиной появления большого количества методов их
расчета. Объясняется это стремлением многих авторов наиболее простыми и доступны¬
ми методами, основанными на аналитических и экспериментальных исследованиях,
описать сложный процесс движения двух- и трехфазных смесей в проточной части
эрлифта.
Для характеристики движения двухфазных потоков в вертикальных трубах ис¬
пользуют обычно такие осредненные во времени и пространстве параметры, как средняя
скорость потока, его плотность, соотношение объемов, заполненных жидкостью и газом,
скорость фаз и целый ряд других. Используемые осредненные параметры разделяют
обычно на расходные и истинные.
Основными расходными параметрами двухфазного потока являются:
Мж и Мг - массовые расходы жидкости и газа;
бж — и Qz
иж — и Uг
Мг
Рг
- объемные расходы жидкости и газа;
Ql
F
- приведенные расходы (средние скорости) жидкости и
газа (F - площадь сечения трубопровода);
Мг
Мг + Мж
Qz
массовое расходное газосодержание потока;
- объемное расходное газосодержание потока;
Р Q. + G.
Рр =@рг + ( 1 -fi)p~ средняя расходная
плотность потока.
34
Глава 2
Истинные параметры двухфазного потока:
Ч>
Е±
F
- истинное объемное газосодержание (отношение доли сечения, занятого
газовой фазой Fg, ко всему сечению F);
тт U*
Um = ~jp~ - истинная средняя скорость газа;
и»
и*
1 -<р
■ истинная средняя скорость жидкости;
Uomn = Uги — /Ужи - относительная скорость фаз;
рс=^>рг+(1 — <р)р- истинная средняя плотность смеси.
Многообразие режимов течения газожидкостной смеси, даже если не учитывать
изменения фазового состояния входящих в нее компонентов, создает непреодолимые
трудности в построении для них замкнутой системы дифференциальных уравнений.
Общие дифференциальные уравнения гидродинамики двухфазной среды были выведе¬
ны С.Г. Телетовым [142] на основе временного осреднения мгновенных физических
величин. Ф.И. Франкль [157 ] построил систему общих дифференциальных уравнений,
применив пространственно - временное осреднение этих величин. Более строгие урав¬
нения непрерывности и количества движения получены А.К. Дюниным с соавторами
[61 ], которые использовали метод последовательного осреднения, и Б.А. Фидманом
[156], применившим осреднение по вероятности. Но, за исключением раздельного
ламинарного течения газа и жидкости, полученные уравнения не позволяют получить
точного решения. Вместе с тем полученные уравнения позволяют выделить некоторые
критерии подобия, являющиеся основой для постановки и обработки результатов экс¬
перимента.
Основной задачей теоретического анализа движения двухфазного потока является
расчет потерь давления, для чего необходимо определить истинное газосодержание <р и
коэффициент гидравлического сопротивления Хс.
Общий перепад давления между двумя сечениями подъемного трубопровода, в
котором движется газожидкостный поток, может быть представлена в виде [88 ]
АР — АРНцв + АРтр "I" АРуск 1 (2.14)
где АРнив - нивелирный напор; АРтр - потери на трение по длине трубопровода;
А Руск - потери, вызванные изменением скоростей жидкой и газовой фаз (потери на
ускорение).
Величина нивелирного потока на участке длиной I будет равна
АР =рс g I cos а= [(\-(р)р + <ррг ] g I cos а, (2.15)
где а - угол наклона участка трубопровода по отношению к вертикали; <р - средне¬
интегральное значение истинного объемного газосодержание на участке длиной I.
Простейшей моделью газожидкостного потока в трубе, которая может быть исполь¬
зована для расчета величины нивелирного напора, является гомогенная, введенная
Г. Лоренцом [97 ]. В этой модели относительная скорость газа в жидкости принимается
равной нулю, смесь рассматривается как однофазная жидкость, обладающая соответст¬
вующими реальному потоку средними свойствами, и движение смеси описывается
обычными уравнениями однофазной среды. В соответствии с гомогенной моделью:
<р=Р\
Uг =
Уж Уг .
1-/3 р •
Рс =Р
Уж
Ус •
Глава 2
35
К сожалению, лишь в редких случаях гомогенная модель дает результаты, доста¬
точно близкие к реальным (пузырьковый режим при малых значениях /3, иногда разви¬
тый дисперсный режим). Поэтому для практических расчетов нивелирного напора эту
модель используют лишь в качестве грубого приближения.
Модель раздельного течения основана на использовании уравнений непрерывности
движения и энергии отдельно для каждой фазы и эти шесть уравнений должны решаться
совместно с уравнениями, описывающими характер взаимодействия фаз между собой и
со стенкой трубопровода. Как уже отмечалось выше, получение такого решения не
представляется возможным и реализация модели раздельного течения сводится к эмпи¬
рическому (или полуэмпирическому) получению критериального уравнения для опре¬
деления истинного газосодержания
(Р = ^ \fi, Frc> Rec, We, р, %...] (2.16)
При этом далеко не все критерии, входящие в вышеприведенное уравнение, ока¬
зывают существенное влияние на величину (р. По данным Никлина [7 ], например, для
снарядного режима
_ 0,83 /3 Frf
~ 0,29 + Fr°c'5
(2.17)
При Frc » 1 уравнение (2.17) превращается в широко известную формулу
А.А. Арманда и Е.И. Невструевой [11]
0,83/3 (2.18)
Согласно исследованиям, приведенным в [9 ], величина <р с достаточно большой
точностью может быть представлена зависимостью
<р = 0,81 /3 [1 - ехр (-2,2 )] (2.19)
Влияние критериев We, Rec, а также Jl и р, по данным этих же авторов, на
величину <р не существенно.
По данным других авторов зависимость^) = <р (Frc, /3 ) пригодна лишь для обобще¬
ния результатов исследования в узком диапазоне расходных, геометрических и физи¬
ческих параметров. В общем случае должны учитываться и все остальные критерии,
входящие в уравнение (2.16).
Для расчета энергетических установок широко, например, используется зависи¬
мость вида [88 ]:
Uz
Uc
= 1-3,7
Р~Рг
Р
где п - показатель при критерии
/ 'Ja/pg \о,5 / Uc \—и
V ие ) \ gd I
_ Uc
Frc = определяется по формуле
(2.20)
п = 0,25/ехр ( 0,25 Uc4yfp/ga ) (2.21)
В достаточно большом интервале значения, рассчитанные по формуле (2.20), сов¬
падают с номограммами, утвержденными для нормативного метода расчета паровых
установок [119].
Известен и целый ряд других критериальных уравнений для определения <р [87 ],
однако все они, как правило, позволяют получить достоверные результаты лишь в
области параметров потока, для которых они получены.
36
Глава 2
Более универсальной в этом плане является модель, аналитически учитывающая
взаимное скольжение газа и жидкости, названная Г. Уоллисом моделью потока дрейфа
[152]. Модель потока дрейфа представляет собой по существу модель раздельного
течения, в которой исследуется не движение отдельных частиц, а их относительное
движение. Теория потока дрейфа достаточно широко используется при исследовании
пузырьковых, снарядных и дисперсных течений газожидкостных систем. Эта модель
служит отправным пунктом для распостранения теоретических методов на потоки, в
которых существенны эффекты неоднородности, например, изменение плотности и
скорости по сечению трубопровода. В общем виде уравнение потока дрейфа может быть
представлено в виде
иг
(р = — (2.22)
Ci (иг + иж) + и*
ще U* - скорость потока дрейфа; Ci - коэффициент.
Несложно видеть, что при U* = 0 и Ci= 1,0 уравнение (2.22) соответствует
модели гомогенного потока, при U* =0 и Ci = 1,2 превращается в уравнение Ар¬
манда (2.18).
Величину U* обычно представляют в виде:
U*= С2 Un, (2.23)
ще Un - скорость подъема единичного пузырька газа в жидкости; С2 - коэффици¬
ент, характеризующий взаимодействие пузырьков между собой или со стенками тру¬
бопровода (фактор взаимодействия).
Согласно [65,152 ] в случае полностью развитого турбулентного режима при сна¬
рядном режиме течения гидросмеси (Re > 8000)
Ci =1,2, С2= 1 (2.24)
В случае, если на скорость всплывания пузырьков оказывают влияние стенки
трубопровода, рекомендуются соотношения [12]:
-^-<0,125, С2- 1 ; (2.25)
0,125 <-^-<0,6, С2= 1,13 е~^а (2.26)
0,6 < ^ , С2= 0,496 (^ )"0,5 (2.27)
где dn и d- эквивалентный диаметр пузырьков и трубопровода соответственно.
В работе [89 ] показано, что Ci = 0, а параметр взаимодействия С2 предлагается
принимать равным
С2 - 1,4 (-^-)°’2 ( Р рР- )5 (2.28)
При этом результаты расчета достаточно хорошо согласуются не только с данными
для движения газожидкостного потока, но и для непроточного барботажного слоя
(иж— 0), что является бесспорным достоинством модели потока дрейфа. Однако пред¬
ставление параметра взаимодействия С2 лишь через соотношение плотностей жидко¬
сти и газа (2.28), без учета общего расхода или приведенной скорости газа, снижает
Глава 2
37
ценность приведенного уравнения и не позволяет распространять его использование за
рамки обработанного экспериментального материала.
Для определения величины потерь давления на трение А Ртр> входящей в уравне¬
ние (2.14), наиболее широко используют модель гомогенного течения, в соответствии с
которой по аналогии с формулой Дарси:
А Ртр,м=Ърс^§£- (2.29)
Учитывая, что для гомогенного потока
р- Р.гШ +Р , (2.30)
в результате преобразований уравнение (2.29) можно привести к виду [5]
АРтр.гом [l +*(-£-- 1 )] . (2.31)
Если принять, что коэффициент сопротивления^ для гомогенного потока остается
таким, что и при течении однородной среды, то из уравнения (2.31) следует:
АРтр-гом = 1 +JC - 1 \ « 1 -ft (2.32)
Л “тр.ж ' Рг '
Однако использование соотношения (2.32) возможно только лишь при малых зна¬
чениях х [88 ]. Поэтому, если в расчетах при достаточно высоких газосодержаниях
потока используют зависимость (2.31), считая Ас таким же, что и при движении одно¬
родной среды, то вводят поправочный множитель. Такой подход положен в основу
нормативного метода расчета парогенераторов водяного пара [119], в соответствии с
которым:
(2.33)
где хр - коэффициент, учитывающий влияние структуры потока (определяется по
номограмме).
Можно определить значение Ас непосредственно для двухфазного потока. В этом
случае поправочный, множитель не потребуется. Этот подход и численные значения
Ас— А (/?, Ft) приведены в работе [106 ].
Варианты использования модели раздельного течения для определения потерь
давления приведены в работах [16,152,162,216]. При этом рассчитываются потери
давления отдельно для газовой и для жидкой фаз и устанавливается корреляционное
соотношение каждой из этих составляющих с потерями давления газожидкостного
потока в целом. Однако, как указывают авторы [106], закономерности изменения
коэффициента сопротивления трения при таком методе обработки экспериментальных
данных трудно обнаружить, тем более предположение Мартинелли о том, что можно
получить единую зависимость для всей зоны турбулентного режима движения смеси
независимо от структуры потока, вообще не отвечает действительности. Как правило,
соотношения, полученные с использованием представленной модели раздельного тече¬
ния, также применимы лишь в области, ограниченной условиями, имеющими место при
постановке эксперимента.
Одной из наиболее простых зависимостей для определения потерь давления на
трение является зависимость, предложенная А.А. Армандом
38
Глава 2
1
(2.34)
А Р тр
А Ртр.ж ( 1 —<р)П
ще П = 1,53 для вертикальных труб и П = 1,42 для горизонтальных.
В последующем более широкие исследования [87 ] показали, что зависимость вида
(2.34) хорошо обобщает экспериментальные данные в широком диапазоне газосодержа-
ний. Величина п при этом изменяется в зависимости от 1/г в пределах 1,53 - 2,30
(п = 2,30 для асимметричного кольцевого течения [87]). По данным [86] наиболее
вероятное (среднее) значение для пузырькового и снарядного режима п — 1,75.
При использовании зависимости (2.34) уравнение (2.29) приводится к виду:
А Р щр — X«P
н
ui
(2.35)
« 2(1 -<р)п
Величина потерь давления, связанных с инерцией смеси, А РуСк при условии
р »рг, т.е. для случая, когда можно пренебречь изменением кинетической энергии
газовой фазы, определяется по формуле [106 ]:
1
АР
уск
pUi
Г—1—
L(i
(i -лг
]•
(2.36)
где <рн и <рв - газосодержание в нижнем и верхнем сечении рассчитываемого
участка трубопровода.
Для большинства случаев, когда величина <р по мере подъема смеси не претер¬
певает больших изменений, величиной А РуСк в уравнении (2.14) можно пренебречь.
В случае, если расчет ведется для эрлифтной установки в целом, то к значению
АР, определяемому по уравнению (2.14) необходимо добавить величину потерь на
входе жидкости в эрлифт и на выходе газожидкостной смеси из подъемной трубы,
которые могут быть приняты соответственно равными
2
АРвх= (^+ЯЖ-^) (2.37)
jji
А Рвых=Ьых-Ч^, (2.38)
где НХв - высота хвостовика (подающей трубы) эрлифта.
Величина коэффициента сопротивления входа %вх может быть представлена как
сумма двух коэффициентов: $вх ж - коэффициента сопротивления на входе однофаз¬
ной жидкости в трубу и %суж ж - коэффициента, учитывающего сужение потока жид¬
кости при вводе в нее газа. По рекомендациям [66 ] |вх ж =0,2 — 0,5 в зависимости от
состояния входной кромки подающей трубы эрлифта. Вычисление $суж ж связано с
затруднениями, так как величина газосодержания в зоне ввода существенно отличается
от газосодержания в потоке. Согласно рекомендациям [128] для значительного сужения
(в 5-10 раз и более) |суж ж ~ 2,25 — 2,5.
Наряду с вышеизложенными общими моделями процесса движения двухфазных
потоков для конкретных условий разработан ряд частных теоретических и эмпириче¬
ских моделей, основывающихся на отдельных сторонах взаимодействия газа и жидкости
в подъемной трубе эрлифта: энергетическая модель Верслюиса [22 ], модель, основан¬
ная на учете «подъемной силы газа» А.П. Крылова [82 ], модель «негерметичного порш¬
ня» [16,24 ] и целый ряд других. Наиболее часто используется гомогенная модель Г. Ло-
Глава 2
39
ренца [97 ], в котором уравнение производительности (подачи) эрлифта выглядит сле¬
дующим образом [25]:
где аэ - коэффициент сопротивления подъемной трубы эрлифта.
Теоретические формулы, полученные П.П. Аргуновым [4 ] в результате исследо¬
вания процессов движения в эрлифте двухфазных смесей, дают возможность рассчиты¬
вать подачу эрлифта. Введение интегральной пьезометрической функции «В» позволи¬
ло упростить задачу расчета эрлифта. В этой работе делается важный вывод, что главной
безразмерной характеристикой эрлифта является относительное погружение.
Метод расчета эрлифта, разработанный академиком А.П. Германом [42 ], основан
на применении безразмерных характеристик. Используя уравнение Д. Бернулли для
сжимаемой однородной жидкости, заменив переменные величины их среднеинтеграль¬
ными значениями, проведя ряд преобразований, он получил зависимости, позволяю¬
щие использовать данные испытаний эрлифтов для анализа внутренних явлений в трубе
эрлифта. Наиболее ценным его выводом является то, что он указал на существование
безразмерных характеристик эрлифта, в которых главным безразмерным параметров
является относительное погружение, что широко использовалось в дальнейшем в других
работах [4,25].
Н.М. Герсеванов [43 ] предложил вести расчет эрлифта по энергии, затрачиваемой
на преодоление сопротивления движению пузырьков газа в жидкой среде. Предложен¬
ная методика расчета не учитывала изменение форм движения смеси в подъемной трубе
эрлифта при различных режимах работы, поэтому результаты подъемников, работаю¬
щих при больших перепадах давлений, имели значительное отклонение от практиче¬
ских замеров.
В работе [3] подчеркивается, что теория без учета режимов течения не может
успешно применяться для точного расчета величины газосодержания, так как каждому
режиму течения соответствуют определенные профили скоростей и газонасыщенности,
а также значение относительной скорости.
В работе Л.В. Пороло [126 ] изложены основы теории совместного движения жид¬
кости и газа в вертикальных трубах, производимого энергией сжатого воздуха, и опи¬
саны основные гидродинамические свойства эргазлифгов. Расчетные уравнения и фор¬
мулы сравнительно хорошо учитывают влияние различных факторов, но громоздки и
справедливы в узких рамках.
В работе [109] приведена методика инженерного расчета эрлифтных установок.
Исходными уравнениями для определения подачи эрлифта и расхода сжатого воздуха
служат числа Фруда, взятые соответственно для жидкой и газообразной фаз. В резуль¬
тате ряда искусственных преобразований, опираясь на экспериментальные исследова¬
ния целого ряда исследователей, получены эмпирические формулы для определения
параметров работы эрлифта в режимах оптимальной и максимальной подач. Подача так
же, как и в работах В.Г. Гейера [24 ], пропорциональна эквивалентному диаметру
подъемной трубы в степени 2,5.
1 +<1 Ро +pgh/2
(2.39)
40
Глава 2
2.5. ПРИНЦИПЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ
В гидравлике газожидкостных смесей, как и в ряде других наук, широкое приме¬
нение имеет метод моделирования, когда исследуется не само явление или процесс,
например, движущееся в газожидкостной смеси тело, поток водовоздушной смеси и т.
д., а его модель обычно в уменьшенных размерах. Для возможности перенесения ре¬
зультатов эксперимента с модели в натурный процесс необходимо, чтобы оба процесса
были полностью подобны.
Различают три вида подобия, отличающиеся степенью его полноты: геометриче¬
ское, кинематическое и динамическое.
Для упрощения зависимости и выявления главных параметров, определяющих
движение газожидкостной смеси, рассмотрим условия движения ее в трубе эрлифта.
Для правильного моделирования эрлифта, а, следовательно, и расчета, крайне необхо¬
димо иметь критерии подобия [ 155 ].
Как известно, полную определенность физического процесса, проходящего в трубе
эрлифта, можно считать установленной, когда известны,следующие признаки явления:
— геометрические свойства системы;
— физические константы тел, образующих систему;
— начальное состояние системы;
— условия на внешних границах системы.
Предполагается протекание процессов в геометрически подобных системах. При¬
няты следующие величины, влияющие на гидравлический режим потока водовоздуш¬
ной смеси в трубе: средняя скорость водовоздушной смеси в трубе; плотность воды,
воздуха и смеси; ускорение свободного падения; кинематическая вязкость воды, возду¬
ха, смеси; время протекания процесса; удельные гидравлические потери; подача эрлиф¬
та; расход воздуха; диаметр, длина и шероховатость подъемной трубы.
Начальное состояние не влияет на движение водовоздушной смеси в трубе эрлифта
в период нормальной его работы, а влияет лишь в период пуска. Условия на внешних
границах определяются, в основном, давлением у смесителя и на верхнем конце подъ¬
емной трубы эрлифта.
Итак, для построения модели эрлифтной установки, на которой могут быть прове¬
дены экспериментальные исследования, необходимо определить критерии подобия,
составляющие основу моделирования. Их можно определить различными путями: либо
из условий тождественности уравнений, описывающих процессы, либо из анализа раз¬
мерностей [155].
Найти указанные критерии непосредственно из уравнений физического процесса
не представляется возможным. Это объясняется тем, что из-за сложности процесса в
эрлифте практически невозможно получить дифференциальное уравнение, которое
отвечало бы действительным процессам в эрлифте.
Считая известными параметры, влияющие на исследуемый процесс, задачу по
определению необходимых критериев подобия будем решать на основе теории размер¬
ностей [2, 21, 73].
Если исследуемый процесс в общем виде описывается уравнением
./(A Vc,pc, g, I, А, *, U к, 2А) =0 (2.40)
где D — диаметр подъемной трубы, м;
Vc — средняя скорость водовоздушной смеси, м/с;
рс — плотность смеси, кг/м3;
Глава 2
41
g — ускорение свободного падения, м/с2;
t — время, с;
* — удельные гидравлические потери водовоздушного потока, Па/м;
h — глубина погружения смесителя, м;
А— шероховатость трубы, м;
I = Н + h — длина трубопровода, м;
Н — высота подъема воды;
то основные определяющие параметры, принятые в качестве независимых вели¬
чин, находятся из неравенства определителя матрицы, составленной из размерностей
данных величин. В данном случае такими величинами могут быть, например,
D, Vc,pc
[D]
[Vc] =l) M° fl (2.41)
Ы = L~3Mlf
где L, M, t — величины, принятые в системе СИ за основные. |Х]=м, [М]=кг,
[(]=сек.
А =
1 О О
1 0-1
-3 1 0
Запишем уравнение (2.40) в виде
*0
(2.42)
f( 1 1 1 И Ш
п ’ ’ ’ mal[vc)bl[pc}cl' тагтЬ2\РсУ2
Ш [t] [i]
[D]аЪ[Vc]ЬЪ\рс]с3 ’ [D]aA[Vc]M\pc\cA ’ [m^lVc^lpc]05
т [2 а] =
[D]a6lVc]b6\pc}c6 ’ [D]al\Vc]bl\pc}cl
(2.43)
Определив показатели степеней при независимых переменных, найдем согласно
второй П - теореме т~ к критериев подобия [21].
В нашем случае
т = 10, к=3, т-к = 10-3 =7 . (2.44)
где т — число параметров, влияющих на исследуемый процесс и входящих в уравнение
(2.40). к — число независимых величин, принятых за основные.
М =1
[D]almbl\pcYx
1 = й\ -\rb\ —3ci
-2 = -Ъх
0 =с\
¥Е=Ма1МЬ1С~Ь1КГ:1АГ3с
С2
ci = 0
Ъх = 2
ах = -1
(2.45)
(2.46)
Аналогичным образом получаем остальные П - параметры.
На основании полученных П - параметров запишем критериальное уравнение
процесса в виде:
42
Глава 2
/ [Пи Яг, Яз, ...Пт] —
= f/gD 1 A 2A\ _n (2>47)
/\V*’P’FCD’ D'y\p;n D )
где Я, — безразмерный комплекс, критерий подобия.
Используя свойства Я - параметров, умножив Яг на Я5, находим
Я2'я*=й^=|^ (2-48)
где АР — потери давления на гидравлические сопротивления, Па.
Аналогично получаем:
ЖГ~нТ7Г=а' <249>
ще а — относительное погружение.
В результате критериальное уравнение (2.47) можно представить в виде:
f (JTc а' Re~c Sh' ~D ) = °* (2,50)
Если не рассматривать переходные процессы при движении водовоздушной смеси
в эрлифте, то критерий Струхаля Sh нет необходимости выполнять.
Согласно второй Я - теореме один из m ~ к найденных критериев является зави¬
симым и при соблюдении остальных критериев выполняется автоматически. В нашем
случае таким критерием будет критерий Эйлера £и.
Для рассматриваемого случая при моделировании затруднительно применять
Я - теорему для установления количества критериев, обеспечивающих подобие. Но и
в этом случае необходимо стремиться к постановке задачи в духе третьей теоремы
подобия. Устанавливаем условие однозначности и критерии подобия путем логического
анализа и контрольных экспериментов.
Окончательно, с учетом критерия qn, полученного в работах [72,73, 79 ], критери¬
альное уравнение можно представить в виде:
<2-51)
Согласно третьей Я - теореме необходимым и достаточным условием подобия
двух процессов (модели и натуры) является наличие пропорциональности между всеми
сходственными параметрами, входящими в условия однозначности и равенство всех
критериев подобия, т. е.
Frc= idem , а = idem , Rec= idem ,
., 2 A ., (2,52)
qa= idem , -jy= idem .
Добиться полного подобия процессов в модели и натуре нельзя, поэтому для выяс¬
нения возможности распространения результатов испытания модели на натуру послед¬
нее в дальнейшем сравним с исследованиями на натурных установках.
В работе В.С. Костанды [80] подчеркивается, что соблюдение даже одного из
вышеуказанных критериев весьма затруднительно.
Глава 2
43
Практикой установлено, что одним из наиболее важных критериев подобия для
эрлифтных установок является относительное погружение <Х
Относительное погружение в работе [79 ] рассматривается как произведение кри¬
териев Фруда и Эйлера. В.С. Костанда в качестве линейного размера I принимает
длину трубы по вертикали от смесителя до устья, а в качестве плотности - плотность
транспортируемой жидкости и перепад давления на всей длине трубы от смесителя до
устья АР. В этом случае автор получает
v .р -il.A£-AP
Гс и gl pvl ye
(2.53)
То обстоятельство, что а. — критерий подобия, теоретически подтверждает пол¬
ученный ранее на основании анализа экспериментальных данных профессором
В.Г. Гейером [24 ].
Как выяснено, полная автомодельность в эрлифте наступает в основном на нисхо¬
дящей ветви расходной характеристики, начиная от режима работы, близкого к макси¬
мальной подаче. Следовательно, при исследованиях на модельной установке следует
установить данный режим с той целью, чтобы эрлифт работал в автомодельной зоне.
Величина воздухосодержания для некоторых модельных установок будет несколько
выше, чем для промышленных, ввиду проявления масштабного эффекта.
При работе модельных установок желательно соблюдать следующие критерии
й с 2 А
подобия: а, РГс, jj , qn.
Если будет выполнен основной критерий <2, то трудно выдержать такой критерий,
как Frc.
При исследовании по определению скоростей, необходимых для транспорта твер¬
дого материала, необходимо соблюдать следующие критерии - —jj, кф, дп.
2.6. ЭРЛИФТНЫЕ УСТАНОВКИ С ПАТОСТРУЙНЫМИ
КОМПРЕССОРАМИ
2.6.1. СХЕМЫ ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК
С ПАРОСТРУЙНЫМИ КОМПРЕССОРАМИ
Широкое применение эрлифтных установок в гидротранспортных и водоотливных
системах угольных и энергетических предприятий зачастую сдерживается отсутствием
экономичных, надежных и гибких средств производства пневматической энергии.
Сократить расход электроэнергии на шахтную эрлифтную установку возможно за
счет дополнительного сжатия воздуха после турбокомпрессоров в пароструйных комп¬
рессорах и использования в качестве рабочего тела в эрлифте паровоздушной смеси.
Анализ схем и средств энергоснабжения эрлифтов систем гидрозолошлакоудале-
ния также позволяет отнести пароструйные аппараты к наиболее надежным и гибким,
в данных условиях, газовым нагнетателям.
В шахтных эрлифтных установках предлагается газообразное рабочее тело нагне¬
тать в эрлифт 1, размещенный в зумпфе 2, пароструйным компрессором 3, установлен¬
ным последовательно с турбокомпрессором 4 (рис. 2.18а).
Водяной пар, произведенный в паровом котле 5, направляется в пароструйный
компрессор 3. В струйном аппарате за счет энергии водяного пара происходит дополни¬
тельное сжатие воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором 4 с электроприводом. Паро-
44
Глава 2
Рис. 2.18. Шахтные эрлифтные установки с пароструйными компрессорами
воздушная смесь подается в смеситель эрлифта 1. Гидросмесь (вода) транспортируется
на заданную высоту. Вода для производства водяного пара нагнетается в котел пита¬
тельным насосом 6.
В данном случае в качестве рабочего газообразного тела в эрлифте 1 используется
паровоздушная смесь, ранее для этих целей не применявшаяся.
Энергетически целесообразным применение данной установки является в том слу¬
чае, если расход энергии на производство водяного пара, используемого в пароструйном
компрессоре 3, меньше того количества энергии, которое необходимо для производства
дополнительного расхода сжатого воздуха, потребного для работы эрлифта на более
низких геометрических погружениях при использовании только турбокомпрессорных
агрессоров 4.
Известно [176 ], что расход электроэнергии Na, необходимой для подъема количе¬
ства гидросмеси Q3 на высоту Н, обратно пропорционален геометрическому погруже¬
нию смесителя эрлифта h (рис. 2.19). Объясняется это большей степенью снижения
удельного расхода воздуха q на эрлифт при увеличении относительного погружения а
в сравнении с увеличением удельного расхода воздуха при повышении h. Причем, при
высотах подъема Н-150 — 400м (что можно рассматривать как целесообразные высоты
подъема односекционного шахтного эрлифта), величина уменьшения удельного расхо¬
да воздуха компенсирует увеличение расхода электроэнергии на производство сжатого
воздуха более высокого давления. Так, увеличение геометрического погружения от
h=75м (прииспользовании турбокомпрессоровс£ =9) до/г= 125м (прииспользовании
турбокомпрессоров с £ ш 14) в рассмотренном диапазоне высот подъема уменьшает
расход электроэнергии эрлифтной установкой в 1,2-2,0 раза.
Однако отечественная промышленность производит турбокомпрессоры со сте¬
пенью сжатия £ = 14 только одного типа — К 345-92-1, производительностью
3
370 м / мин. Это ограничивает возможность разработки эрлифтных установок с геомет¬
рическим погружением h = 125м, так как при подачах эрлифта, меньших определенной
Глава 2
45
величины (<2э = 450 м3/ч при Н=400 м, Q?, = 750 м3/ч при Н = 300 м и = 1500 м3/ч
при Н=200 м), потребная мощность становится меньше мощности одного компрессора
К 345-92-1.
Для ряда конкретных гидротранспортных или водоотливных систем может возник¬
нуть необходимость разработки эрлифтных установок с промежуточными, в отношении
h = 75 м и h = 125 м, значениями геометрического погружения. Это целесообразно в
следующих случаях:
1) во избежание необходимости эксплуатации дополнительного компрессора с £=9
при потребном расходе воздуха, составляющем часть его производительности;
2) для увеличения предельной высоты подъема односекционного эрлифта.
Увеличение погружения эрлифта снижает также материалоемкость установки за
счет уменьшения потребных диаметров пневмопроводов и подъемных труб.
Использование пароструйных компрессоров, установленных последовательно с
турбокомпрессорами со степенью сжатия £=9 (отличающимися более широкой номен¬
клатурой по производительности), решает задачу обеспечения геометрического погру¬
жения шахтных эрлифтов в диапазоне 75 м< h < 125мс суммарным уменьшением
энергоемкости эрлифтной установки либо частичной заменой расхода зачастую дефи¬
цитной электроэнергии тепловой энергией водяного пара. Так, при высоте подъема
Н - 400 м и обеспечении предлагаемым способом погружения Л = 125 м расход электро¬
энергии в 1,1 раза меньше, чем при использовании турбокомпрессоров с £ = 14
0г = 125 м) и в 1,4 раза — чем при использовании турбокомпрессоров с £ = 9 Ог = 75 м);
при Н-200 м — уменьшение составляет соответственно 1,15 и 2,0 раза (рис. 2.19).
Пароструйные компрессоры, в качестве нагнетателей для эрлифта дают возмож¬
ность регулированием соотношения компонентов в исходной паровоздушной смеси,
управлять процессом изменения ее состояния в подъемной трубе при транспортирова¬
46
Глава 2
нии воды или гидросмеси. Конденсация водяного пара из состава паровоздушной смеси
в процессе лифтирования и увеличение объемного расхода воздуха по длине подъемной
трубы, создают условия для выравнивания поля скоростей в эрлифте. Это позволит
обеспечивать в эрлифте режимы с минимально возможными потерями энергии, что в
ряде случаев достигается использованием высокотемпературных газов [45,166]. Таким
образом, паровоздушная смесь является более целесообразным рабочим телом для эр¬
лифта, чем сжатый воздух.
Обеспечить потребное соотношение компонентов в исходной паровоздушной смеси
возможно, дополнительно снабдив эрлифтную установку теплообменником-конденса¬
тором 8 для частичной конденсации водяного пара (рис. 2.18, б). Теплоноситель, пере¬
мещаемый циркуляционным насосом 9, отбирает тепло паровоздушной смеси и отдает
его теплопотребителю 10 (теплофикационные сети, теплицы и др.). Конденсат водяного
пара возвращается в котел. Частичное восполнение котловой воды осуществляется
бустерным насосом 7.
В том случае, если необходимая подача эрлифта обеспечивается, при дополнитель¬
ном сжатии воздушного потока в пароструйном компрессоре 3, расходом воздуха, рав¬
ным производительности турбокомпрессора 4, возможна полная утилизация тепла и
конденсата водяного пара в теплообменнике 8.
Эрлифтные установки с пароструйными компрессорами расширяют возможность
утилизации вторичных энергоресурсов угольных предприятий для целей гидроподъема
и водоотлива. Угольная промышленность характеризуется высоким уровнем производ¬
ства и низким уровнем использования вторичных энергоресурсов, в частности, являют¬
ся породные отходы шахт, отходы углеобогатительных фабрик.
Отходы шахт и обогатительных фабрик Донбасса, содержащие около 20% горючих
веществ, можно непосредственно сжигать в топках котлов, используя метод низкотем¬
пературного кипящего слоя и получая тепловую энергию [111]. Кроме того, утилизация
отходов позволит производить сырье для строительной промышленности, будет способ¬
ствовать улучшению воздушного и водного бассейнов регионов, охране здоровья насе¬
ления.
Таким образом, на базе эрлифтных установок с пароструйными компрессорами
возможно создание гидротранспортных и водоотливных систем в виде энерготехйологи-
ческих комплексов, использующих отходы горного производства.
В рассмотренных схемах (рис. 2.18) предусматривается использование типового
оборудования — котлов, турбокомпрессоров, теплообменников, насосов — выпускае¬
мого отечественной промышленностью [144,145]. Струйный компрессор должен изго¬
тавливаться для конкретных условий применения [137 ].
Отличительной особенностью конструкции струйных аппаратов в ряде известных
газовых нагнетателей (центробежных и поршневых) является отсутствие движущихся
частей. Данные устройства не требуют применения при эксплуатации систем защит и
блокировок, управление производительностью осуществляется изменением давления
подаваемого в аппарат рабочего потока.
Учитывая, что в системах гидрозолошлакоудаления тепловых электростанций
(ГЗУ ТЭС) геометрическое погружение смесителей эрлифтных установок в большин¬
стве случаев не превышает 10 метров, целесообразно в качестве инжектируемого потока
в струйном аппарате использовать атмосферный воздух (рис. 2.20). В этом случае вся
эрлифтная установка системы ГЗУ ТЭС, включая источник пневмоэнергии, не имеет
вращающихся и трущихся частей и деталей, что определяет ее высокую надежность,
долговечность и простоту в обслуживании [27 ].
Пароструйные аппараты в качестве источников пневмоэнергии для эрлифтов по¬
зволяют организовывать следующие схемы энергоснабжения:
Глава 2
47
Станционный
паропровод
I ■—i 1
S3
+
Зп—АхЬ
Рис. 2.20. Эрлифтная установка с
пароструйным компрессором системы ГЗУ ТЭС:
1 —эрлифт; 2 — пароструйный компрессор
1) каноническую схему «эрлифт» — пароструйный компрессор (компрессор ис¬
пользуется для нагнетания в эрлифт паровоздушной смеси);
2) вакуумную схему энергоснабжения (пароструйный эжектор служит для созда¬
ния разрежения в газоотделителе вакуумного эрлифта);
3) вакуум-нагнетательную схему энергоснабжения.
При этом возможны реализации схем с частичной либо полной утилизацией теп¬
ловой энергии и конденсата рабочего водяного пара.
Упрощается реализация многосекционных и батарейных эрлифтных установок
подключением каждой секции (эрлифта) к индивидуальному струйному аппарату.
2.6.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ ОБЛАСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК
С ПАРОСТРУЙНЫМИ КОМПРЕССОРАМИ
Пароструйные компрессоры в составе шахтных эрлифтных установок позволяют
сократить расход потребляемой электрической энергии за счет повышения давления
газообразного рабочего тела. Реализация данного решения энергетически целесообраз¬
на в том случае, когда затраты первичного условного топлива на производство тепловой
энергии (водяного пара) для пароструйного компрессора меньше расходов на производ¬
ство того количества электроэнергии, на которое сокращается ее потребление эрлифт-
ной установкой. Учитывая, что в большинстве случаев тепловая и электрическая энер¬
гия производится за счет сжигания в котельных агрегатах органического топлива,
правомерно выражение энергетической целесообразности применения пароструйных
компрессоров в составе шахтных эрлифтных установок
где
Ад ^ Аэв Аэп
Ж" ’
(2.54)
Ап — тепловая мощность потока рабочего водяного пара в пароструйном
компрессоре;
48
Глава 2
N3B — электрическая моищость, потребляемая эрлифтной установкой с
турбокомпрессорными агрегатами;
ТУэп— электрическая мощность, потребляемая эрлифтной установкой с
пароструйными компрессорами, установленными последовательно
с турбокомпрессорами;
г]п — коэффициент полезного действия производства тепловой энергий;
Цэ — коэффициент полезного действия производства электрической энергии.
Обозначив
V — ^эв
Лэ д7 ’
•<’ЭП
можно выражение (2.54) представить в виде
М, , М*’"1)
Пп < Пэ
Расход электрической энергии эрлифтной установкой
-Л^эп — АN3' G„,
(2.55)
(2.56)
(2.57)
где GH — массовый расход воздуха на эрлифт с пароструйным компрессором;
А Л/э — расход электроэнергии на производство единицы массы сжатого воздуха.
Расход тепловой энергии на эрлифтную установку
Nn = G„' ^ in — imj , (2.58)
где Gn — расход водяного пара на эрлифт в составе паровоздушной смеси;
in — энтальпия водяного пара;
г'пв — энтальпия питательной воды.
Подставив (2.57) и (2.58) в выражение (2.56) получим
Gn ■ (in ~ im) A N3 GH • ( Кэ — 1 )
—< *—■ (2-59)
С учетом зависимости для воздухосодержания паровоздушной смеси на входе в
эрлифт
rGZr"' (2’60)
Сгн т Оп
неравество (2.59) можно преобразовать к виду
< Vb
Vn
(2.61)
Тоща применение последовательно установленного с турбокомпрессором паро¬
струйного компрессора энергетически целесообразно при уменьшении расхода элект¬
рической энергии в сравнении с традиционной в количество раз Кэ, определяемое
зависимостью
Кэ >
(ее 1) (in inB)' щ
A N3-г]п
+ 1.
(2.62)
Для эрлифтных установок угольных предприятий при Ев=0,7 4- 0,8 Кэ > 1,7 -5-2,3.
Глава 2
49
Экономически целесообразным может быть использование шахтных эрлифтных
установок с пароструйными компрессорами и в том случае, когда расход топлива на
производство тепловой энергии несколько превосходит расход топлива на производство
электроэнергии. Обосновывается это ликвидацией затрат на транспортирование орга¬
нического твердого топлива от угольного предприятия до тепловой электростанции, на
сооружение и эксплуатацию дополнительных мощностей по производству электриче¬
ской энергии и ее передаче к шахте. Эрлифтные установки с пароструйными компрес¬
сорами позволяют уменьшить дефицит электроэнергии в данном регионе и перераспре¬
делить ее среди остронуждающихся потребителей народного хозяйства. Обоснование
вариантов энергопотребления должно основываться на технико-экономических расче¬
тах.
Для сравнения энергетических показателей схемы снабжения эрлифтов гидрозо-
лошлакоудаления пневмоэнергией от центробежных нагнетателей с электроприводом
и варианта системы энергоснабжения только от пароструйных компрессоров, также
целесообразно в обоих случаях привести затраты энергии к расходу первичного услов¬
ного топлива.
Тоща технологическую схему удовлетворения энергетических нужд эрлифтной
установки при применении воздушных нагнетателей с электроприводом можно пред¬
ставить следующим образом (рис. 2.21, а): энергия водяного пара, производимого в
котле при сжигании твердого топлива, срабатывается в паровой турбине, которая слу¬
жит приводом для электрогенератора, электрический ток, изменив свои параметры в
трансформаторе, приводит в движение электродвигатель; соединенный в большинстве
случаев посредством зубчатых передач с нагнетателем. Последний производит сжатый
воздух, служащий рабочим телом для эрлифта.
Каждый из элементов рассматриваемой технологической схемы характеризуется
своим коэффициентом полезного действия. Так, к.п.д. котла, в зависимости от его типа,
находится в пределах щ = 0,85 - 0,92 [144 ]. Экономичность работы турбины принято
оценивать термическим к.п.д. щ, внутренним относительным к. п. д. rjoi и механическим
к.п.д. Г}м. Для турбин энергоблоков мощностью 200 МВт и более, на которые ориенти¬
руется современная энергетика, значения их составляют: =0,45-0,50; f]0i - 0,70-0,82;
t]M = 0,99. К.п.д. генераторов и силовых трансформаторов соответственно £авны
tfe ~ 0,98- 0,99; ljmp = 0,96- 0,98. Условный коэффициент полезного действия центро¬
бежного нагнетателя с электроприводом составляет rjH=0,70-0,75 [ 144 ]. Он учитывает
потери в электродвигателе (т]эв = 0,95), механические потери, потери в зубчатой пере¬
даче (jjjиех’Упер “ 0,90-0,95) и потери при политропном сжатии воздуха в полости
центробежной машины Щпол=0,82-0,83). Общий к.п.д. данной схемы энергоснабжения
эрлифтов равняется 0,17-0,27, т. е. для производства единицы полезной мощности
сжатого воздуха Еп затрачивается мощность, равная (3,67-5,73) Еп, подводимая к
котлу в виде сжигаемого угля.
Применение пароструйного компрессора в качестве источника пневмоэнергии зна¬
чительно сокращает технологическую цепь преобразования химической энергии топ¬
лива в энергию рабочего тела для эрлифта. В пароструйный компрессор подается водя¬
ной пар либо непосредственно с котла, либо пар, ранее участвовавший в
технологических процессах (рис. 2.21,6). В струйном аппарате производится паровоз¬
душная смесь, используемая в эрлифте в качестве рабочего тела.
Экономичность системы определяется коэффициентами полезного действия котла
и пароструйного компрессора, соответственно равными щ = 0,85-0,92 и rjnk = 0,20-0,25
[137]. Общий к.п.д. рассматриваемой схемы энергоснабжения составляет 0,17-0,23.
50
Глава 2
(3,67-5,73)Еп
Рис. 2.21. Диаграммы энергоснабжения эрлифтов;
а) от воздушных нагнетателей;
б) от пароструйных компрессоров.
И в первой, и во второй схемах в общий к.п.д. не учтены потери в электрических и
пневматических сетях, которые зависят от конкретных условий применения установок.
Как видно из анализа, значение к.п.д. схемы с центробежным нагнетателем соот¬
ветствует значению к.п.д. схемы с пароструйным компрессором. При этом необходимо
учитывать, что паровоздушная смесь является носителем как потенциальной, так и
тепловой энергии.
Степень полезного использования данных видов энергии в эрлифтной установке с
пароструйным компрессором определит и области их энергетически целесообразного
использования.
Выбор оптимальных, с точки зрения надежности и экономичности, параметров
эксплуатации эрлифтной установки с пароструйным компрессором предполагает опре¬
деленность в целесообразных режимах работы каждого из элементов данной схемы.
Режим работы эрлифта с максимальным коэффициентом полезного действия
7]э щах является оптимальным (рис. 2.8). При этом подача эрлифта составляет величину
Г}э opt, расход газообразного рабочего тела — fjg 0pt-
Наиболее распространенной характеристикой пароструйных компрессоров являет¬
ся зависимость развиваемого давления сжатия Рс от достижимого коэффициента ин¬
жекции и при фиксированных значениях давления рабочего пара Рр Рс — f (и, Ppj
(рис. 2.22 а) [44 ]. При этом предполагается постоянство параметров инжектируемого
потока (давления Р„ и температуры Тн) и температуры рабочего потока Тр.
На каждой из этих характеристик различают три режима работы пароструйного
компрессора:
—допредельный, соответствующий пологому участку характеристики;
— предельный, соответствующий вертикальному участку характеристики;
— предельно-критический, соответствующий точке перехода допредельного ре-
2.6.3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ
С ПАРОСТРУЙНЫМ КОМПРЕССОРОМ
жима в предельный.
Рс^
pjl ! ! ! !—k-J ! р
Mill Т\Й2
а)
U
б)
G
Рис. 2.22. Характеристики пароструйного компрессора.
52
Глава 2
Для анализа работы пароструйного компрессора совместно с эрлифтом целесооб¬
разно представить характеристики струйного аппарата в виде зависимости давления
сжатия Рс от производительности G при фиксированных давлениях рабочего пара Рр
Pc—f (G, Ppj (рис. 2.22 б). Сплошными линиями при этом показана производитель¬
ность компрессора по паровоздушной смеси Gc, а прерывистыми — расход пара через
рабочее сопло Gp и диффузор компрессора.
На предельном режиме работы пароструйного компрессора, определяемом дости¬
жением в каком-либо сечении камеры смешения скорости инжектируемого или сме¬
шанного потока критического значения, коэффициент инжекции при изменении дав¬
ления сжатия имеет постоянную, максимально возможную при данных условиях,
величину Мир. Учитывая, что расход рабочего водяного пара Gp на компрессор однознач¬
но определяется его параметрами перед рабочим соплом, производительность аппарата
по паровоздушной смеси Gc пр (вертикальный участок сплошной линии, рис. 2.22 б) в
данном режиме также неизменная. Расход рабочего пара Gp при этом на поле режимов
пароструйного компрессора определяется вертикальным участком прерывистой линии.
В допредельном режиме работы компрессора коэффициент инжекции уменьшается
от значения и = ипр до значения и = 0 при соответствующем увеличении давления
сжатия (рис. 2.22 а). Производительность по паровоздушной смеси при этом также
уменьшается (наклонный участок сплошной линии, рис. 2.22 б) от Gc — Gc пр до
Gc — Gp при и = 0, т. е. в данном режиме пароструйный компрессор не инжектирует
атмосферный воздух и его производительность определяется расходом рабочего пара.
При дальнейшем увеличении давления сжатия производительность компрессора
становится меньше расхода рабочего пара Gc < Gp (наклонный участок прерывистой
линии, рис. 2.22 б), так как часть его перераспределяется в линию инжектируемого
потока и сбрасывается в атмосферу, т. е. компрессор превращается в распределительный
тройник. Коэффициент инжекции при этом принимает отрицательные значения и < 0.
Наиболее экономичным режимом пароструйного компрессора является предельно¬
критический режим, на котором компрессор при предельном коэффициенте инжекции
развивает максимально возможное давление сжатия.
При работе пароструйного компрессора на эрлифт наиболее надежным в эксплуа¬
тации и простым в реализации является использование струйного аппарата на предель¬
ном режиме (рис. 2.23 а) при постоянном давлении рабочего пара Рр= const. Расход
рабочего пара при этом составляет Gp, производительность компрессора — Gc. При
притоке гидросмеси, равном Q3i, уровень в зумпфе устанавливается на расстоянии hi
от смесителя, создавая относительное погружение эрлифта (Х\. Характеристика эрлифта
на данном погружении приведена на рис. 2.23 а, режим работы соответствует точке 1'.
Потребное абсолютное давление сжатия, развиваемого компрессором, без учета дина¬
мических потерь напора в подающей трубе, определяется выражением
Pel =fkghi + А Рп + Ра, (2.63)
где f>c — плотность гидросмеси в зумпфе;
g — ускорение свободного падения;
А Рп — потери давления в пневмопроводе между компрессором и смесителем
эрлифта;
Ра — атмосферное давление.
Режим работы пароструйного компрессора на его характеристике соответствует
точке 1”.
Глава 2
53
СО
СО
54
Глава 2
Рис. 2.23. Режимы работы эрлифтной установки с пароструйным компрессором
При увеличении притока гидросмеси Оэ2 > С?Э1 увеличивается погружение сме¬
сителя эрлифта аг > а\ (hi > h\j, режим работы которого соответствует точке 2\
Потребное давление сжатия пароструйного компрессора определяется величиной
Ра > Реи режим работы — точкой 2".
Соответственно при притоке Оэз < 0э\ и величинах погружения аз < а\
(кз < kij, характеристика эрлифта с режимной точкой 3' располагается ниже харак¬
теристики при погружении а\. Давление сжатия компрессора равно Рсз < Pci> режим
его работы соответствует точке 3 ”.
В данном случае в полной мере проявляется свойство самовыравнивания эрлифта.
Однако при притоках, величина которых меньше 0э2, пароструйный компрессор рабо¬
тает на режимах, расположенных на характеристике ниже предельно-критического
режима, отличающегося максимальным коэффициентом полезного действия.
Учитывая, что в процессе работы в смесителе эрлифта наблюдаются значительные
колебания давления [154], режим, определяемый точкой 2”, также должен распола¬
гаться на характеристике пароструйного компрессора ниже предельно-критического
режима на величину Д Рс, превышающую величину амплитуды колебания давления в
пневмопроводе.
Режим работы системы «эрлифт — пароструйный компрессор» при постоянном
притоке 0э1= const, потребном давлении сжатия Рсь равном давлению сжатия в
предельно-критическом режиме работы компрессора и неизменном давлении рабочего
пара Рр= const, приведен на рис. 2.23 б.
Для обеспечения подачи эрлифта <2э1 при погружении а\ (точка 1') пароструйный
компрессор при производительности Gci развивает давление сжатия Pci (точка 1 ”). В
силу возникающих в эрлифте колебаний, в определенный момент времени возмущение
А Рс переведет режим работы компрессора в точку 2” с давлением Рсг и производи¬
тельностью Gq2- Уменьшение расхода паровоздушной смеси на эрлифт при £?Э1 =
= const потребует увеличения погружения смесителя до величины аг. Это в свою
очередь приводит к снижению производительности компрессора и для обеспечения
подачи £>Э1 необходимо создание погружения аз> аг, которое обусловит и новое зна¬
чение давления сжатия Рсз > Рс2- При этом уменьшается и производительность ком¬
прессора С?сз > Gq2 (точка 3”).
Рассматриваемое давление, а, возможно, и новое возмущение по давлению А Рс
переведет режим работы компрессора в точку 4" с производительностью Gc4 < Gc3 и
давлением сжатияРс4 > Рсз. что обусловит очередное увеличение погружения эрлиф¬
та до значения сц> аз (режим работы эрлифта определится точкой 4').
Процесс носит лавинообразный характер с постоянным увеличением погружения
эрлифта и завершается переходом компрессора в режим, при котором и = 0, Gc — Gp
(точка 5"). В эрлифт поступает чистый пар (точка 5'), который интенсивно конденси¬
руется на начальных участках подъемной трубы. Результатом этого является прекра¬
щение лифтирования и затопление зумпфа. Данный процесс наблюдался в натурных
условиях на эрлифтной установке Экибастузской ГРЭС-1.
Энергоемкость схемы пневмоснабжения эрлифтов от пароструйных компрессоров
при ее неизменных геометрических параметрах однозначно определяется расходом
рабочего пара. Поэтому представляется экономически целесообразным способ регули¬
рования работы установки изменением давления водяного пара перед рабочим соплом
(рис. 2.23 в).
Глава 2
55
Для обеспечения подачи эрлифта Оэ 1 подбирается такое давление рабочего пара
Рр1, при котором режимная точка 1" на характеристике компрессора, определяемая
давлением Pci, необходимым для обеспечения эрлифту погружения а\, будет находит¬
ся на минимально возможном, по соображениям защиты от колебательных возмуще¬
ний, удалении от предельно-критического режима. При этом производительность ком¬
прессора составляет Gci, расход рабочего пара — Gpi. Режим работы эрлифта
определяется точкой 1
Увеличение, в случае необходимости, подачи эрлифта Оэ2 > Оэ 1 осуществляется
как за счет увеличения погружения смесителя а.% > СС\, так и за счет увеличения
производительности компрессора Get > Gq\. Достигается это увеличением давления
рабочего пара Ррг > Рр\ до такой величины, при которой давление сжатия Рсг меньше
давления сжатия компрессора на предельно-критическом режиме на величину ампли¬
туды колебаний давления, передаваемого из эрлифта в пневмопровод. Режим работы
пароструйного компрессора определяется точкой 2", режим работы эрлифта — точкой
2'. Расход рабочего пара Gpz > Gp\.
Аналогично, уменьшить подачу эрлифта до величины Qj3 < Оэ\ экономически
целесообразно уменьшением давления рабочего пара Ррз < Ppi. При этом уменьшает¬
ся погружение смесителя аз < «ь а, следовательно, и давление сжатия Рсз < Pci, а
также производительность компрессора Gcз < Gci. Режим работы компрессора соот¬
ветствует точке 3", эрлифта — точке 3'. Расход рабочего пара Срз < Gpi.
Следовательно, для каждой из диапазона Qo3 Оэг подачи эрлифта можно опре¬
делить в диапазоне Ррз Рр2 минимально возможное давление рабочего пара, обеспе¬
чивающее надежное лифтирование гидросмеси, для которого при Оэз < 0э1 < 0э2
будет справедливо Gpз < Gpi < Gp г- При этом изменение режимов работы эрлифта
будет происходить по кривой 3' — 1' — 2', при потребном изменении режимов рабо¬
ты пароструйного компрессора согласно кривой 3” — 1" — 2".
Такой способ регулирования позволяет уменьшать расход рабочего пара щ уста¬
новку при уменьшении притока гидросмеси.
Известный качественный способ регулирования пароструйных компрессоров изме¬
нением критического сечения рабочего сопла [137 ] технически сложно осуществим.
Таким образом, в условиях значительных колебаний притоков гидросмеси эконо¬
мически целесообразно осуществлять регулирование эрлифтной установки путем изме¬
нения давления рабочего потока перед пароструйным компрессором.
Наиболее надежной, не требующей применения САУ, является эксплуатация эр¬
лифтной установки при работе пароструйного компрессора на предельном режиме (вер¬
тикальный участок характеристики). При этом обеспечивается автоматическое согла¬
сование подачи установки с притоком за счет свойства самовыравнивания эрлифта.
Предлагается в шахтных эрлифтных установках пароструйные компрессоры уста¬
навливать последовательно с турбокомпрессорами и в качестве инжектируемого потока
в струйный аппарат бедет поступать сжатый воздух с давлением
Рн=Р*=Р*, (2.64)
ще Рк — избыточное давление воздуха на выходе из турбокомпрессора.
Для многосекционных эрлифтных установок каждую секцию целесообразно под¬
ключить к индивидуальному пароструйному компрессору. Это позволит автоматиче¬
ски, с заданными пропорциями, распределить поток сжатого воздуха, производимый
турбокомпрессорами, между секциями эрлифта. Доказательством тому являются при¬
56
Глава 2
веденные выше характеристики струйного аппарата (рис. 2.22). При одинаковых пара¬
метрах рабочего (Рр, Tpj и инжектируемого (Ря, ThJ потоков перед параллельно
включенными пароструйными компрессорами и одинаковыми потребными давлениями
сжатия Рс коэффициенты инжекции щ всех струйных аппаратов будут равны между
собой. Абсолютный расход рабочего потока Gp при его заданных параметрах однозначно
определяется площадью критического сечения/р* рабочего Сопла. Выполнение рабочих
сопел параллельно включенных пароструйных компрессоров с заданными диаметрами
критических сечений Ор* обеспечит, при эксплуатации струйных аппаратов на предель¬
ных режимах работы, потребный постоянный расход инжектируемого потока Gw- через
каждый из аппаратов.
2.7. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО
РАБОЧЕГО ТЕЛА В ПОДЪЕМНОЙ ТРУБЕ ЭРЛИФТА
Газообразное рабочее тело, используемое в эрлифте, изменяет свое состояние по
длине трубы. Исходное состояние газообразного тела определяется давлением в смеси¬
теле
Рсм~P§h Рai (2.65)
и начальной температурой газа Тсм.
На выходе из подъемной трубы состояние рабочего тела определяется температу¬
рой Твых и давлением
Р вых ~ Ра + ДРВ, (2.66)
ще А Рв — сопротивление газового тракта воздухоотделителя.
Величина совершаемой в
подъемной трубе газообразным ра¬
бочим телом термодинамической и
гидравлической работы зависит от
вида процесса изменения его состо¬
яния при переходе из смесителя в
воздухоотделитель. Гидравличе¬
ские потери энергии при движении
газожидкостной смеси в эрлифте
также в большой степени являются
функцией процесса изменения со¬
стояния газа, так как зависят от
скорости аэрогидросмеси. Послед¬
няя, при прочих равных условиях,
определяется изменением объем¬
ного расхода рабочего тела подлине
подъемной трубы.
Для теоретического исследо¬
вания процессов изменения состоя¬
ния рабочего тела в вертикальной
подъемной трубе эрлифт предсга- Рсм-^см
вим в виде подводящей трубы 1, по- q р
дающей трубы 2, подъемной трубы
3 и пневмопровода 4 (рис. 2.24).
Смешение рабочего и транспорти¬
Глава 2
57
руемого потоков происходит в смесителе 5, разделение газообразной и капельной жид¬
костей после подъема на требуемую высоту — в воздухоотделителе 6.
При высоте подъема Н и глубине геометрического погружения h подача эрлифта
Q3 обеспечивается объемным расходом газообразного рабочего тела QT плотностью Рг
при начальных условиях рем и Тш. Плотность транспортируемой гидросмеси равна р,
средняя плотность газожидкостного потока в подъемной трубе —ргж. Принимаем, что
рабочим телом является идеальный газ.
В качестве критерия при определении оптимального процесса изменения состояния
рабочего тела принимаем минимально возможную энергоемкость эрлифта.
Разница в значениях плотностей среды в подводящей и подъемной трубах создает
движущий напор, величина которого определяется из соотношения
APm=pgh ~prxg(h +Н) = g(h + н) (2.67)
Определяющее значение движущего напора в природе лифтирования жидкости
сжатым газом, во множестве объяснений принципа действия эрлифта [72, 132, 176],
подтверждается невозможностью создания установки без специальных приспособлений
при а = 0 (h — 0^, и даже при а < 0,10 [58 ].
Движущий напор в эрлифте расходуется на преодоление гидравлических потерь
АРда=2 АРг.п„ (2.68)
которые можно представить как
2 ДР,п. = А Рт.п. + А Рпод +АРТр + АРуСк, (2.69)
где А Рт.п. — потери на трение по длине подводящей трубы;
А Рпод — гидравлические потери на входе, выходе и по длине подающей трубы;
А Ртр — потери напора в подъемной трубе, включая процесс смешения и
взаимного проскальзывание рабочего и транспортируемого потоков;
АРуск — потери на ускорение газожидкостного потока в подъемной трубе.
Потери по длине подводящей трубы за счет увеличения ее диаметра или организа¬
ции зумпфа всегда можно уменьшить до величины, которой можно пренебречь.'Поэто-
му полагаем А Рт.п. = 0.
Гидравлические потери напора в подающей трубе определяются выражением
АРпод= Ояод * Р'ё'Оз > (2.70)
где «„од — сопротивление подающей трубы.
Потери напора в подъемной трубе
АРтр=Огр-PnK-g-Qrx, (2.71)
где Огр — сопротивление подъемной трубы;
Qrx — средний объемный расход газожидкостной смеси в подъемной трубе.
Объемный расход газожидкостной смеси можно представить суммой
(?гж= Qs "l" Qr.cp.f (2.72)
где (2г.ср. — средний объемный расход газообразного рабочего тела в подъемной трубе.
Величина <2г.ср. определяется видом процесса изменения состояния рабочего тела
в подъемной трубе эрлифта.
Рассмотрим индикаторную диаграмму протекания рабочего процесса в эрлифте в
координатах «абсолютное давление — объемный расход» (рис. 2.25). Сжатое газообраз¬
ное рабочее тело под давлением Рсм в количестве Qr поступает (вталкивается) в смеси¬
58
Глава 2
тель (линия а-1). В
подъемной трубе рабо¬
чее тело изменяет свое
состояние согласно кри¬
вой процесса 1-2. На вы¬
ходе из подъемной тру¬
бы состояние рабочего
тела определяется пара¬
метрами РВЫХ И Ог.яых.
Отработанный газ вы¬
талкивается в атмосфе¬
ру (линия 2-в).
Тоща средний рас¬
ход газовой фазы в эр¬
лифте равен
Рис. 2,25. Индикаторная диаграмма изменения состояния
рабочего тела в эрлифте
бг-ср. —
Рем Рв
•Рем
- f QdP.
Рвых
(2.73)
При изотермическом (и *■= 1, где п — показатель политропы) процессе расширения
рабочего тела выражение (2.73) примет вид:
6 из
г.ср.
Рсм-Рв
Рсм
/-
Qt’Pc
dP
Qr 'РCM
Рем РВЫХ
In
Р см
РВЫХ
(2.74)
Для политропного процесса
епол_
г.ср. - '
SQ,
см
dP =
п
- 1 рвгРр Г1 - (-р®-)'• ] <2-75>
п - 1 Рем - Рвых L \ Рем / J
Соответственно для адиабатного процесса при п = к (к — показатель адиабаты)
Г)ад
tjr.cp.
к
бг-Рсм Г , _ /_Рвьк\^Г]
Рем-Рвых L ■ \ Рем I J*
(2.76)
При изохорном процессе п = ± оо и
1 Рем
<&*.= р -р— SQ,dP = Q,= const. (2.77)
i см ВЫХ z>
ВЫХ
Из курса термодинамики известно [145], что адиабата в координатах Р — Q
проходит более круто, чем изотерма, а изохора изображается прямой линией
Q = const. В соответветствии с этим уменьшаются и площади, заштрихованные на
рис. 2.25.
Таким образом, с увеличением абсолютной величины показателя политропы п
процесса изменения состояния рабочего тела в эрлифте, его средний объемный расход
бгер. уменьшается.
Среднюю плотность газожидкостной смеси в подъемной трубе можно определить
из выражения
Глава 2
59
(2.78)
« QsP + Qt-Pt
Q>+ G=p '
С учетом (2.72) и (2.78) выражение (2.71) примет вид
А^тр— "Я' (^2э‘Р + Qr’Pr) (Оэ + Qr.cp^)•
(2.79)
Потери напора на ускорение газожидкостного потока в подъемной трубе
А.Руск— (^Р Q* ")■ Pr’Qrj ^l^BblX ■+■ Fbx) 2 »
(2.80)
ще Vbx — скорость потока на входе в трубу;
К.иу — скорость потока на выходе из трубы;
D —диаметр подъемной трубы.
Скорости потока на входе и выходе из подъемной трубы соответственно равны:
Как следует из вышеизложенных рассуждений, величина £)г.вых также зависит от
вида процесса изменения состояния газа в подъемной трубе эрлифта и уменьшается с
увеличением абсолютного значения показателя политропы я. При я = ± оо
бг-ВЫХ™ Qr и А Руск—0.
В общем случае выражение (2.80) с учетом (2.81) и (2.82) примет вид
Подставив в уравнение (2.68) выражения (2.62), (2.70), (2.79) и (2.83) с учетом
(2.78), получим
Левая часть уравнения (2.85) выражает величину движущего напора в эрлифте,
члены правой части — статьи потерь напора. Баланс энергий при прочих равных
условиях является функцией вида процесса изменения состояния рабочего тела в подъ¬
емной трубе.
В отличие от известного основного уравнения эрлифта [176], уравнение (2.85)
дополнено потерями энергии в подающей трубе и на ускорение газожидкостного потока,
а также описывает режимы транспортирования жидкости (гидросмеси) при всех воз¬
можных процессах изменения состояния рабочего тела в подъемной трубе.
(2.82)
(2.81)
А Руск
ft2D4 "^Э +РГ‘&) (бг.вых Qr) ,
(2.83)
(2.84)
^ <2э 'Р + Qr 'рг ^ |®гр ‘S(^2э + Qr.cpj + ^2jy 4 (вг.вых Qr) • (2.85)
60
Глава 2
В термодинамических процессах
показатель политропы может прини¬
мать численное значение в пределах
—» < п < оо (рис. 2.26). Однако зона А,
выделенная изобарой П— 0 из поля ди¬
аграммы, не может быть реализована в
обычном, исследуемом нами эрлифте,
так как в этом случае предполагается
увеличение давления по ходу процесса
(такая картина наблюдается в вакуум¬
ных эрлифтах). Зона Б предполагает на¬
грев рабочего тела при уменьшении его
давления. Для реализации таких про¬
цессов в эрлифте при температурах
транспортируемых гидросмесей, обычно
равных 293—ЗОЗК, в смеситель необхо¬
димо подавать газообразное рабочее те-
лос температурой Тт« 273 К. Реализа¬
ция таких процессов представляется
значений показателя политропы
процесса изменения состояния
рабочего тела в эрлифте
довольно проблематичной, поэтому исключаем и зону Б из числа анализируемых.
Процессы, соответствующие зоне В, протекают с расширением рабочего тела, зоне
Г — с его сжатием, при п — оо рабочее тело изменяет свое состояние согласно изохор-
ному процессу.
При транспортировании эрлифтом твердого материала в каждом сечении подъем¬
ной трубы расход рабочего тела должен составлять величину Q > QTp, создающую
скорость несущей фазы (жидкость и газ), не ниже транспортной Frp [72 ]. Этому усло¬
вию при QT = £>тр соответствует изохорный процесс (прямая 1, рис. 2.27) и процессы
зоны В (кривая 2). Кривая 3 зоны Г не обеспе¬
чивает поставленного условия. Для его выпол¬
нения необходимо увеличить начальный объ¬
емный расход рабочего тела QT — <2тр до такой
величины, чтобы <2г.вых= бтр (кривая 4).
Кроме этого, процессы зоны Г характери¬
зуются как увеличением плотности рабочего
тела, так и уменьшением его объемного расхо¬
да. Эти факторы, согласно (2.85), будут умень¬
шать движущий напор в эрлифте А Рдв и уве¬
личивать гидравлические потери 2 АРГ.П. в
сравнении с изохорным процессом. Из-за оче¬
видности энергетических преимуществ изо-
хорного процесса над процессами зоны Г , к
анализу принимаем варианты изменения со¬
стояния рабочего тела в эрлифте с показателя¬
ми политропы 1 < п < оо. Это соответствует
зоне В и изохорному процессу Q = const.
■Для выявления оптимального процесса из¬
менения состояния рабочего тела в эрлифте,
Рис. 2.27. Изменение объемного
расхода рабочего тела по длине
подъемной трубы эрлифта
Глава 2
61
уравнение (2.85) решено численным методом для условий, близких к условиям про¬
мышленного использования разработанной установки. Решение приведено в виде гра¬
фической зависимости (рис. 2.28)
б)
в)
Рис. 2.28. Влияние вида процесса изменения состояния рабочего
тела в подъемной трубе на энергоемкость эрлифта
62
Глава 2
-&#=TT-'W- <2-86)
где Qan — подача эрлифта при изменении состояния рабочего тела в подъемной трубе
по политропному процессу с показателем политропы п;
Q3 [п = 1 ] — подача эрлифта при изменении состояния рабочего тела в подъемной
трубе по изотермическому процессу (п = 1).
Величина начального объемного расхода рабочего тела QT, приведенная к условиям
Рш и Тем, принята постоянной для всех рассмотренных процессов изменения состояния
газа в эрлифте в пределах каждой из анализируемых длин подъемной трубы Н + h
(рис. 2.28, 2.29).
Уравнение (2.85) решено для диапазона значений длин подъемной трубы
Н + h = 20-г- 400 метров. Однако, к анализу приняты решения при
Н + h = 20-г- 40 м, так как для более значительных величин обеспечить изохорный
процесс изменения состояния рабочего тела по всей длине эрлифта предлагаемым в
работе способом не представляется возможным.
При значениях А ^ а 510,5 (где для #+Л=40 м .4=0,175 для
Н + h = 30 м Л = 0,185 для# + h = 20 м Л = 0,190) во всех принятых к рассмот¬
рению случаях наиболее целесообразными по экономичности являются процессы с
показателями политропы п -* «>, т.е. когда вид изменения состояния рабочего тела в
подъемной трубе стремится к изохорному процессу.
При 0,1 < а < А наибольшая подача эрлифта, при прочих равных условиях,
соответствует изотермическому процессу.
Физически это объясняется соотношением влияния степени расширения рабочего
тела в подъемной трубе на величины потерь энергии и движущего напора в эрлифте.
При Л 5- CZ < 0,5 преобладающим в энергетическом балансе оказывается влияние
потерь энергии. Поэтому наиболее экономичными являются режимы при изменении
состояния рабочего тела, близком к изохорному.
При 0,1 <а < А, вследствие
меньших степеней изменения дав¬
ления по длине подъемной трубы,
определяющим фактором является
движущий напор. А он, как извест¬
но, зависит от плотности газожид¬
костного потока, т.е. от среднего
объемного расхода газовой фазы в
эрлифте. Наибольший, в данных
условиях, средний объемный рас¬
ход по длине подъемной трубы обес¬
печивает изотермический закон из¬
менения состояния рабочего тела,
который и является при
0,1 <а < А наиболее экономич¬
ным'.
Исходя из опыта применения
эрлифтных установок в гидротран¬
спортных системах, практический
интерес представляют установки с
^эп
О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5
Рис. 2.29. Зависимость ^ j~ =f(a)
при П -* оо
Глава 2
63
относительным погружением а > 0,2. Поэтому рассмотрим способы обеспечения близ¬
ких к постоянному объемных расходов рабочего тела в подъемной трубе, как наиболее
энергетически целесообразных процессов изменения состояния газовой фазы в эрлиф¬
те.
Известным способом обеспечения объемного расхода рабочего тела в подъемной
трубе, близким к постоянному, является использование газообразных рабочих тел с
начальной температурой, значительно превышающей температуру транспортируемой
в эрлифте гидросмеси.
Чтобы обеспечить изохорный процесс изменения состояния рабочего тела, необхо¬
димо, чтобы выполнялось условие
Рсм
ТсМ
(2.87)
где Рх — давление в подъемной трубе на расстоянии х от смесителя;
Тх — температура рабочего тела в сечении подъемной трубы на расстоянии х от
смесителя.
Тогда температура газовой фазы в данном сечении подъемной трубы определится
выражением
Тх =
Тсм'Рх
(2.88)
Принимая линейный закон изменения давления в подъемной трубе [58 ], можно
записать
Рх Рщ
Рси-Р*
(я + Л) Т,
H+h
откуда
Рх Рвых[1 + (р““ l)(l H+h)]-
Подставляя (2.90) в (2.88), получаем
гп гг Рвых Г, . / Pi
СМ Рем [! + ( pZl J)(X H+h)]- (2-91)
В точке х = Н + h (на выходе из подъемной трубы) значение температуры газо¬
вого потока
(2.89)
(2.90)
Тн+к=Тш^. (2.92)
СМ
Учитывая, что изохорный процесс в эрлифте обеспечивается за счет отвода тепла
от рабочего потока к транспортируемому и, что минимально необходимый запас тепло¬
вой энергии определяется случаем, когда на выходе из подъемной трубы величины
температур жидкости Тжг и рабочего тела Т н+h выравниваются, можно записать
условие выполнения процесса QT — <2г.вых= const
Гя+А^Гжг. (2.93)
Так как теплоемкость транспортируемой жидкости Сж во много раз больше тепло¬
емкости рабочего газа С*» Сг, принимаем
Тжг=Тж1=Тж= const. (2.94)
64
Глава 2
где 7ж1 — температура транспортируемой жидкости на входе в эрлифт.
Тогда для выполнения исходного условия изохорного процесса начальная темпера¬
тура рабочего тела с учетом (2.92), (2.93) и (2.94) должна определяться выражением
Тем = Гж (2.95)
Т вых
Изохорный процесс изменения состояния рабочего тела обеспечивается в том слу¬
чае, если по длине подъемной трубы от каждой массовой единицы рабочего газа будет
отведено количество тепла равное
Qvx = Су ^ Тем Т"х ^, (2.96)
где Су — теплоемкость при постоянном объеме газового потока.
С учетом (2.91)
(2.97)
С другой стороны, это количество тепла может быть передано от рабочего тела к
жидкости, если выполняется условие
_ a-AT Fx
Qvx GT ’
(2.98)
где а — коэффициент теплоотдачи;
АТ — температурный напор;
Fx — поверхность теплообмена между фазами на длине подъемной трубы х;
GT — массовый расход рабочего тела. ,
Величина коэффициента теплоотдачи может быть определена только по результа¬
там экспериментальных исследований, поэтому количественно определить рассматри¬
ваемые процессы не представляется возможным.
Проведенный анализ выявил недостаток данною способа обеспечения процесса
QT = Qr.nbix— const, заключающийся в высоких потребных начальных температурах
рабочего тела. Так, согласно (2.95), при температуре жидкости Тж = 300 К, давлении
на выходе из подъемной трубы, равном атмосферному, и давлении в смесителе
jPcm = 0,2 МПа (геометрическое погружение смесителя h = 10 м при плотности транспор-
тируемой среды р = 1000 кг/м ), потребная начальная температура газа составляет
Тш> 600 К. При Рем = 0,3 МПа (геометрическое погружение смесителя h = 20 м) и
прочих равных условиях ТСм ^ 900 К и т.д.
Значительно снизить потребную начальную температуру газового потока возмож¬
но использованием в качестве рабочего тела в эрлифте парогазовых смесей, в частности
- паровоздушных.
Возможность обеспечения близкого к постоянному суммарного объемного расхода
паровоздушной смеси (по всей длине либо на части длин) подъемной трубы объясняется
следующим изменением объемных расходов компонентов данной смеси. Пар в резуль¬
тате конденсации переходит в жидкую фазу и изменяет свой объем от начального Qp на
входе в смеситель до близкого к нулю в некоторой точке подъемной трубы. Воздух в
результате расширения и незначительной интенсивности охлаждения до полной кон¬
денсации пара постоянно увеличивает свой объем.
Принято, что параметры водяного пара по длине подъемной трубы соответствуют
параметрам насыщенного пара при парциальном давлении его в паровоздушной смеси.
Глава 2
65
Температура водяного пара снижается от начальной на входе в смеситель до конечной
- близкой к температуре транспортируемой жидкости, так как снижается по длине
подъемной трубы его парциальное давление в смеси в результате как снижения полного
давления смеси, так и объемной составляющей пара в паровоздушном потоке. Воздух
до полной конденсации пара имеет его температуру и изменение объемного расхода
данного компонента смеси является результатом двух процессов — расширения, в
результате падения давления, и уменьшения объема в результате охлаждения. После
полной конденсации пара из смеси и выравнивания температур воздуха и транспорти¬
руемой жидкости, изменение состояния воздушного потока описывается изотермиче¬
ским законом.
При определенных начальных соотношениях компонентов паровоздушной смеси
можно поддерживать ее объемный расход по длине подъемной трубы близким к посто¬
янному.
Минимально возможная начальная температура рабочего тела будет соответство¬
вать температуре насыщения водяного пара в паровоздушной смеси, которая, в частно¬
сти, при воздухосодержаниях Ев «= 0,4 - 0,7 и геометрических погружениях смесителя
Л= 10- 125 м при/9= 1000 кг/м3, не превысит 450 К.
Из вышеизложенного также следует, что к числу значимых факторов, определяю¬
щих подачу эрлифта £)э, необходимо относить и воздухосодержание паровоздушной
смеси Ев. Поэтому расходные характеристики эрлифта следует определять в виде зави¬
симостей
Анализ тепловых процессов при транспортировании жидкостей горячими газами в
работах [45,166 ] проводился по известным параметрам потоков на входе и на выходе
из эрлифта. Однако такой подход не дает представления об истинном процессе измене¬
ния состояния рабочего тела по длине подъемной трубы, и в первую очередь — об
интенсивности охлаждения горячих рабочих газов. При этом не исключается возмож¬
ность быть не выявленной интенсивная теплоотдача от горячего газа на начальном
участке трубы с последующим изотермическим процессом изменения состояния рабо¬
чего тела.
Поэтому исследование тепломассообменных процессов, происходящих в разраба¬
тываемой системе, необходимо проводить с учетом выявления действительных пара¬
метров аэрогидросмеси в каждом сечении подъемной трубы. Это позволит установить
реальную картину изменения состояния рабочего тела в эрлифте и выявить потребные
параметры исходной паровоздушной смеси для обеспечения газового процесса в подъ¬
емной трубе, близкого к изохорному.
Далее рассмотрим тепловой баланс эрлифтной установки с пароструйным компрес¬
сором.
Водяной пар в количестве Gp с параметрами Рр и Тр поступает в пароструйный
компрессор и создает расход атмосферного воздуха GH с начальными параметрами Рн и
Тн (рис. 2.30).
Принимая адиабатным, по отношению к внешней среде, процесс истечения водя¬
ного пара из сопла и процесс смешения рабочего и инжектируемого потоков, темпера¬
тура паровоздушной смеси на выходе из компрессора определится выражением [137 ]
(2.99)
гр _ (Ср)р‘Тр + и-(Ср)н’Тн
(Ср)р+и-(Ср)„
(2.100)
где (С р) р — теплоемкость водяного пара;
66
Глава 2
2 — эрлифт; 3 — пневмопровод
(С р) р — теплоемкость инжектируемого воздуха.
Массовый расход смешанного потока и его воздухосодержание соответственно рав¬
ны
Gc= Gp + GH\
(2.101)
£во
U
1 + U '
(2.102)
Паровоздушная смесь по пневмопроводу подается в смеситель эрлифта. В зумпфе
пневмопровод омывается подлежащей транспортированию водой (гидросмесью), посту¬
пающей в количестве Q3 с начальной температурой Тво. В результате теплообмена
между паровоздушной смесью и зумпфовой водой, температура последней на входе в
смеситель составляет Твс-
За счет возможной конденсации водяного пара в пневмопроводе массовый расход
паровоздушной смеси на входе в эрлифт
GCm= Gc~ A Gm, (2.103)
ще А Спз — массовое количество сконденсировавшегося в пневмопроводе водяного
провода.
Воздухосодержание паровоздушной смеси в рассматриваемом сечении
£«
<?н
GH + (gp - A Gn^j
(2.104)
Транспортирование гидросмеси паровоздушной смесью сопровождается интенсив¬
ными процессами тепло- и массоотдачи. Параметры паровоздушной смеси в /-ом сече¬
Глава 2
67
нии подъемной трубы обозначим через PCj, TCj, GCj и Ев/. Причем, принимаем, что
давление аэрогидросмеси в подъемной трубе изменяется по линейному закону от зна¬
чения в смесителе Рем до величины Рсв на выходе из подъемной трубы
Рсв=Р«+ДРв, (2.105)
где А Р« — сопротивление газового тракта воздухоотделителя.
В соответствии с вышеизложенным принимаем также, что водяной пар в смеси в
каждом сечении подъемной трубы находится в состоянии насыщения. Температура
смеси ТCj равна температуре насыщения водяного пара Тс/ при его парциальном давле¬
нии Pcj в данном сечении.
На выходе из подъемной трубы количество паровоздушной смеси равно Gcв, пара¬
метры смеси: Рсв, Тсв, £вв- Количество транспортируемой воды составляет Q3 уЭ+Д Gn,
где Д Gn — количество сконденсировавшегося пара; температура воды — Твв.
Тогда в общем виде тепловой баланс установки при работе эрлифта на паровоздуш¬
ной смеси описывается выражением
<2с= бвд + Д (2пОТ) (2.106)
где Qc — количество тепла, отдаваемое в эрлифтной установке паровоздушной смесью;
0вд — количество тепла, получаемое в установке транспортируемой водой;
Д Спот — тепловые потери.
Тепловую энергию паровоздушной смеси Qc можно представить в виде тепла,
отдаваемого смесью зумпфовой воде через стенки пневмопровода без, и тепла, отдава¬
емого смесью транспортируемой воде в подъемной трубе бсп. Соответственно тепловая
энергия бвд складывается из количества тепла, получаемого водой в зумпфе Qm, и
количества тепла, получаемого водой в подъемной трубе QB„. Причем, принимаем
допущение, что нагрев воды в зумпфе происходит только за счет передачи тепла от
паровоздушной смеси через стенки пневмопровода.
Тогда уравнение (2.106) принимает вид
без “Ь бсп= бвз + Qm "Ь Д бпот* (2.107)
Количество тепла, отданное паровоздушной смесью через стенки пневмопровода в
зумпфе можно определить из выражения
без + без + без, (2.107)
где без — количество тепла, отданное паром через пневмопровод в зумпфе;
без — количество тепла, отданное воздухом через пневмопровод в зумпфе.
В общем случае величины бет и без соответственно равны
бсз= Gp (inp ~ 4р) + Д Gn3 т; (2.109)
бсз= G* -СрВ • (Тс - Тем), (2.110)
где 4р — энтальпия водяного пара исходной паровоздушной смеси;
4с — энтальпия водяного пара на входе паровоздушной смеси в смеситель;
г — теплота конденсации водяного пара;
Срв — средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха.
68
Глава 2
При этом принято условие, что конденсат на входе в смеситель находится при
температуре фазового перехода, а значения энтальпий водяного пара определяются
температурой паровоздушной смеси и парциальным давлением пара в ней.
Количество тепла, полученное водой в зумпфе, определяется выражением
бвз= Qa' р ‘ ^ iec ~ ieoj» (2. Ill)
где ieo — энтальпия воды на входе в зумпф;
iec — энтальпия воды на входе в смеситель.
Тепловая энергия, отдаваемая паровоздушной смесью в подъемной трубе Qcn,
состоит из энергии, отдаваемой транспортируемой воде водяным паром QCn, и тепловой
энергии воздуха Qcn- Последняя величина определяется выражением
е^=С„-Сп(Гсм-7’св), (2.112)
где Сп — средняя массовая теплоемкость воздуха, соответствующая процессу измене¬
ния его состояния в подъемной трубе эрлифта.
С учетом перечисленных выше допущений количество тепла, отдаваемое водяным
паром в процессе транспортирования, равно
Qcn — А (?пз (iec imj (Gnc Gjaj (inc 4b) 4" Gjjb (inc 4b) j (2.113)
где Gnc — расход водяного пара на входе в смеситель;
Спв — расход водяного пара на выходе из воздухоотделителя;
г'пв — энтальпия водяного пара на выходе из воздухоотделителя;
гвв — энтальпия воды на выходе из воздухоотделителя.
Количество тепла, принятое в подъемной трубе транспортируемой водой
Qbii~ Qb ’Р‘ (im 4с) • (2.114)
Для определения параметров аэрогидросмеси в процессе лифтирования, подъемная
труба разбивается на i участков. Тепловой баланс на каждом из участков подъемной
трубы описывается выражением
Qci+Gdn=GBi+A0ncyr.b (2.115)
ще Qa — количество тепла, отдаваемое воздухом на /-ом участке подъемной трубы;
Qcf— количество тепла, отдаваемое паром на /-ом участке подъемной трубы;
QBi — количество тепла, принимаемое водой на /-ом участке подъемной трубы;
А <Зпотл — тепловые потери на /-ом участке подъемной трубы.
Величины переменных Qd, Qd и QBi определяются по выражениям (2.112), (2.113)
и (2.114), с индивидуальными для каждого участка граничными значениями темпера¬
тур, энтальпий и массовых расходов компонентов паровоздушной смеси и транспорти¬
руемой воды.
Имея соответствующие экспериментальные данные по приведенной методике воз¬
можно определить реальную картину состояния рабочего тела и транспортируемой
жидкости в каждом характерном сечении эрлифтиой установки.
Глава 2
69
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭРЛИФТОВ
3.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭРЛИФТНОЙ
УСТАНОВКИ ЭКИБАСТУЗСКОЙ ГРЭС-1
Программа и методика испытаний эрлифта при работе от воздушного нагнетателя
была разработана Донецким политехническим институтом. Испытания проводились
совместно с работниками ГРЭС-1 [77].
3.1.1. Схема установки и измерительный комплекс.
Схема опытно-промышленной установки с измерительным комплексом приведена
на рис. 3.1.
Для испытаний использован эрлифт Б восьмого блока (8Б) с эквивалентным диа¬
метром подъемной трубы D3= 0,624 м.
Основные конструктивные параметры данного эрлифта приведены на рис. 3.2.
Сжатый воздух подавался по блочной схеме воздухоснабжения от центробежного
нагнетателя 360-22-1, входящего в состав энергоблока № 8.
Основные технические параметры нагнетателя 360-22-1 в номинальном режиме
эксплуатации:
— развиваемое давление — 0,235 МПа;
а
— производительность-310 м /мин;
— мощность потребляемая — 700 кВт.
Испытания эрлифта проведены на технической воде. Отбор произведен из трубоп¬
ровода, подводящего техническую воду от насосов Д 2000-34 к гравийным фильтрам
скрубберов. Притоки золошлаковой гидросмеси от котла удалялись во время испытаний
эрлифтом А этого же блока (8 А), запитанным по коллекторной схеме воздухоснабжения
от нагнетателей блоков 5, 6, 7.
Расход сжатого воздуха на эрлифт 8Б измерялся при помощи стандартной диаф¬
рагмы / с модулем т = 0,6076. Регулирование расхода производилось задвижкой 31,
установленной на левом воздухопроводе эрлифта. Защита от помпажных режимов
нагнетателя обеспечивалась сбросом части сжатого воздуха в атмосферу через сбросной
трубопровод с клапаном К1.
Для измерения расхода технической воды использована стандартная диафрагма
II с модулем т = 0,6078. Регулирование расхода воды на эрлифт производится задвиж¬
кой 32.
Для определения величины геометрического погружения эрлифта 8Б в зумпф
заведена труба Ду 40, нижний торец которой установлен на уровне оси ввода воздухо¬
провода в смеситель. Трубопровод Ду 40 через систему запорных вентилей подключен
70
Глава 3
Глава 3
<1
к гравийным фильтрам
с крубберов
Рис. 3.2. Эрлифт 8Б Экибазстузской ГРЭС
к воздухопроводу эрлифта. Геометрическое погружение смесителя определяется по
давлению в трубопроводе Ду 40 после продувки его сжатым воздухом.
Давление воздуха на входе в смеситель определялось по давлению в правом возду¬
хопроводе эрлифта, отключенном задвижкой 33 от нагнетателя. Данный воздухопровод
периодически продувался сжатым воздухом через трубопровод Ду 40.
При проведении испытаний использовались следующие контрольно-измеритель¬
ные приборы:
1 — манометр образцовый для измерения давления сжатого воздуха перед диафрагмой
I, Р = 0-Н,6 кг/см3;
2 — дифманометр U - образный водяной для измерения перепада давлений на диафраг¬
ме I, А Ртах = 2000 мм. вод. ст.;
3 — дифманометр ДТ-50 (уравновешивающая жидкость - ртуть) для измерения пере¬
пада давлений на диафрагме /, А Ртах = 700 мм. рт. ст;
4 — термометр ртутный для измерения температуры сжатого воздуха после диафрагмы
/, £=0-Н50°С, цена деления 1°С;
5 — манометр для измерения давления технической воды перед диафрагмой II,
Р = От- 4,0 кг/см2, кл.т. 0,4;
72
Глава 3
6 — дифманометр ДТ-50 (уравновешивающая жидкость - ртуть) для измерения пере¬
пада давлений на диафрагме II, А Ртах = 700 мм. рт. ст.;
7 — дифманометр ДТ-50 (уравновешивающая жидкость - хлороформ) для измерения
перепада давлений на диафрагме II, А Ртах = 700 мм. ст. хл.;
8 — термометр ртутный для измерения температуры технической воды после диафраг¬
мы II, (=0Н-50°С, цена деления 0,5°С;
9 — манометр для измерения давления сжатого воздуха в воздухопроводе, Р = 0-И ,0;
2
•0-Н,6кг/см ,кл. т.0,4;
10 — манометр для измерения давления в пусковом смесителе Р = 0-М ,0 кл. т. 0,4;
11 — манометр для измерения давления сжатого воздуха на входе в смеситель Р=0 -Н ,0;
2
0-Н,6кг/см , кл. т. 0,4;
12 — манометр для измерения давления геометрического погружения смесителя, Р =
2
= 0-М,6 кг/см , кл. т. 0,4;
13 — психрометр для определения влажности и температуры атмосферного воздуха;
14 — барометр для измерения давления атмосферного воздуха.
При монтаже диафрагм и установке контрольно-измерительных приборов были
учтены все известные требования и рекомендации по применявшимся методам измере¬
ний [127].
3.1.2. Объем и методика испытаний.
Цель испытаний - определение статических зависимостей подачи эрлифта от рас¬
хода воздуха и погружения смесителя.
Последовательность проведения испытаний следующая.
Задвижкой 32 задается определенный расход технической воды. Задвижкой 31
подбирается такой расход сжатого воздуха на эрлифт, при котором уровень воды в
зумпфе (погружение эрлифта) соответствует требуемому.
Характеристики эрлифта получены при значениях геометрического погружения
Л = 3,72; 4,68; 5,66; 6,64; 7,61; 8,59; 9,58 м, что соответствует относительным погруже¬
ниям «=0,103; 0,129; 0,156; 0,183; 0,210; 0,237; 0,264.
Для определения величины расхода золошлаковой гидросмеси на энергоблоке 500
МВт проведены измерения режимов работы эрлифта при откачке реальных притоков.
3.1.3. Результаты испытания.
Расходные характеристики эрлифта с эквивалентным диаметром трубы
D3 = 0,624 м приведены на рис. 3.3.
При испытаниях была достигнута подача эрлифта близкая к 900 м /ч при расходе
воздуха около 310 м3/мин. и геометрическом погружении h = 9,58 м. Необходимо
отметить, что данная подача не является предельной для эрлифта 8Б. Безаварийный
режим рабрты установки обеспечивается до величины геометрического погружения
смесителя h = 11 м (отметка входа канала гидрозолоудаления (ПЗУ) в зумпф эрлифта -
2.000 м). Характеристики эрлифта при данных погружениях не были определены из-за
ограничений по расходу технической воды и в связи с техническими сложностями в
проведении таких опытов (опасность в «потоплении» соседнего эрлифта, откачивающе¬
го золошлаковые притоки). Ориентировочно можно предположить, что при погружении
h = 11 м и расходе воздуха 300 м3/мин. эрлифт с Оэ = 0,624 м обеспечит подачу до
1100м3/ч [77].
Глава 3
73
Qb,m3/mhh
Рис. 3.3. Расходные характеристики эрлифта
Рис. 3.4. Потери давления в подводящей трубе
74
Глава 3
Зависимости потерь давления в подводящей трубе от подачи эрлифта приведены на
рис. 3.4. Зависимости построены для каждой из расходных характеристик, полученных
при испытаниях. Прямые, параллельные оси абсцисс, соответствуют давлению геомет¬
рического погружения эрлифта, заштрихованные площади указывают на величину
потерь давления в зависимости от подачи эрлифта.
При работе эрлифта на реальных притоках золошлаковой гидросмеси расход воз-
духа составил 210-215 м /мин. при давлении геометрического погружения
0,8540,86 кг/см и давлении сжатого воздуха на входе в смеситель 0,76 кг/см .Соглас¬
но расходных характеристик и зависимостей потерь давления в подводящей трубе
подача эрлифта в данном случае составляла 520-550 м /ч.
3.2. ПРОМЫШЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЭРЛИФТ
ДЛЯ ОТКАЧКИ СТВОЛА ШАХТЫ «ИГНАТЬЕВСКАЯ»
Эрлифтная установка (рис. 3.5) была оборудована соответствующими контрольно-
измерительными приборами и датчиками, необходимыми для построения расходных
о,-/(о.) и энергетических tj—f (Qnj характеристик эрлифта и использовалась для
Глава 3
75
Рис. 3.6. Характеристики эрлифта
Н + h = 90,5м; а=0,75; d= 150мм
Рис. 3.7. Характеристики эрлифта
1—Н + h- 90м; <2=0,61; d= 150мм
2 — Н + h = 105м; а= 0,625; d = 150мм
3 — Н + h= 132м;а=0,51; d- 150мм
Рис. 3.8. Характеристики эрлифта
1—Н + h = 150 м; <2=0,456; d = 150мм
2 — Н +h = 176м;<2=0,399; </= 150мм
3 — Н + h = 115,5м; <2= 0,433; d = 150мм
Рис. 3.9. Характеристики эрлифта
1 — Н + h = 200м; <2= 0,290; d = 150мм
2 — Н + h • 192м; <2= 0,318; d = 150мм
3 — Н + h- 176м;<2= 0,318; d = 150мм
76
Глава 3
Рис. ЗЛО. Характеристики эрлифта
1 — Н + h - 192м; «= 0,250; d = 150мм
2 — Я + h = 200м; а- 0,257; d- 150мм
Рис. 3.11. Характеристики эрлифта
1 — Н + h - 246м; а= 0,240; d = 153мм
2—/Г +Л = 212м; «= 0,236; d= 150мм
Рис. 3.12. Характеристики эрлифта Рис. 3.13. Характеристики эрлифта
1— # +/г = 212м; «=0,206; </= 150мм 1 — Я + Л = 212м; «=0,165; й?= 150мм
2^-Н + h = 300м; «= 0,210; d = 157мм 2 — Н + Л = 300м; «=0,163; й? = 157мм
Глава 3
77
Рис. 3.14. Характеристики эрлифта
1 — Н + А = 277м; <2=0,175; </=155мм
2 — Н + h = 246м; <2= 0,174; d = 153мм
Рис. 3.15. Характеристики эрлифта
1 — Н + h = 246м; <2= 0,134; d = 153мм
2 — Я + h = 276м; <2= 0,139; й? = 155мм
3 — Н + h = 316м; а=* 0,136; с?= 158мм
4—Н + h = 332м; (Х= 0,126; d = 160мм
1 —Н + h=246м;
<2=0,0815;
d- 153мм
2 — Н + h = 246м;
<2=0,112;
d= 153мм
3 — Н +Л = 332м;
<2=0,102;
</ = 160мм
Рис. 3.16. Характеристики эрлифта
откачки воды из затопленного ствола шахты «Игнатьевская» (ныне шахта им. Калини¬
на) п.о. «Донецкуголь» [78,80 ] . Длина подъемного трубопровода по мере откачки воды
изменялась от 90,5 м до 212 м, соответственно изменялись абсолютное и относительное
погружения. При этом были получены расходные и энергетические характеристики
эрлифта (рис. 3.6 - 3.18).
78
Глава 3
Рис. 3.17. Характеристики эрлифта с постоянным
диаметром подъемной трубы d »150 мм.
1 —«=0,165; Я +Л = 212м;
2 — а- 0,206; Я + А = 212м;
3 — а- 0,257; Я + h - 200м;
4 —а= 0,318; Я + 192м;
5 — а= 0,399; Я + h = 176м;
6 — 0,456; Я + h - 150м;
7 — а-0,510; Я + А = 132м;
8 — а=0,610; Я + Л = 90м;
9 — а= 0,750; Я + h - 90,5м.
Глава 3
79
Q3,
^час
70
60
50
40
30
20
10
о
10 20 30 40 50 60 Овйин
Рис. 3.18. Характеристики эрлифта с переменными длиной
и диаметром подъемной трубы
1 — 05=0,0815; Н+ h “246м; (/=153 мм
2 — О5=0, 102; Н+ h = 332м; (/“160 мм
3 — 05=0,112; Н+ h = 246м; (/=153 мм
4 — О5=0,126; Н+ h - 332м; (/=160 мм
5 — 05=0,134; Н+ Л = 246м; (/=153 мм
6 — о?=0,174; Н+ h=246м; (/=153 мм
7 — 05=0,163; //+ Л=300м; (/=157 мм
8 — 05=0,175; //+ /г=277м; (/=155 мм
9 — 05=0,210; //+ Л=300м; (/=157 мм
10—05=0,240; //+ /г=246м; (/=153 мм
80
Глава 3
3.3. ЭРЛИФТНАЯ МОРСКАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
УСТАНОВКА
С целью приближения масштабов экспериментальных установок к натурным гор¬
но-морским эрлифтам и исследования влияния параметров подводящей трубы на харак¬
теристики эрлифта Донецким политехническим институтом совместно с ВНИИПрозо-
лото проводились испытания морской эрлифтной установки в условиях Балтийского
моря с борта научно-исследовательского судна (НИС) «Шельф-1" водоизмещением
590 т в 40 милях от берега в створе порта Лиепая при глубине моря до 90 м.
При различных погружениях смесителя и с подводящими трубами переменной
длины и диаметра исследовано восемь вариантов морской эрлифтной установки, техни¬
ческие характеристики которых приведены в таблице 3.1.
Основные технические параметры морской
эрлифтной установки
Параметры
Обоз¬
наче¬
ние
Варианты установки
1
2
3
4
5
6
7
8
1. Геометрическое
погружение смесите¬
ля
h
41,5
47,0
47,0
47,0
47,0
59,3
59,3
59,3
2. Относительное гео¬
метрическое погру¬
жение
а
0,904
0,914
0,914
0,914
0,914
0,931
0,931
0,931
3. Диаметр подводя¬
щей трубы, м
d
0,1
0,1
0,1
0,1
0,075
0,1
0,1
0,1
4. Длина подводящей
трубы, м
L
0,5
0,5
5,0
21,0
8,5
0,5
5,0
21,0
5. Давление в смеси¬
теле (избыточное),
МПа
Р'г
0,7
0,455
0,412
0,35
0,326
0,576
0,533
0,46
6. Относительное ди¬
намическое погруже¬
ние
Од
0,873
0,855
0,8
0,693
0,634
0,905
0,835
0,736
7. Подача эрлифта,
м3/ч
<2э
183,5
187,1
167,7
121,6
98,8
197,7
171,2
127
8. Удельный расход
воздуха
Яо
1,29
1,23
1,44
2,13
2,73
1,15
1,39
2,02
9. Среднее газосодер-
жание
Qc
0,48
0,45
0,59
0,95
1,24
0,38
0,5
0,79
10. Изотермический
к.п.д. эрлифта
Пэ
0,303
0,289
0,424
0,466
0,465
0,276
0,395
0,454
Гидравлическая схема морской эрлифтной установки (рис. 3.19) выполнена по
аналогии со схемой лабораторной установки ДПЙ (рис. 3.27) и предусматривает прове¬
дение исследований параметров глубоководных эрлифтов в режиме транспортирования
воды. Все энергомеханическое оборудование смонтировано на борту плавсредства 1. В
состав морской эрлифтной установки входят: компрессор 2 типа КСЭ—5м, от которого
сжатый воздух по гибкому армированному воздухопроводу 3 диаметром 0,075 м пода-
Глава 3
81
Рис. 3.19. Гидравлическая схема морской эрлифтной установки
ется в смеситель 4. Подводящая труба 5 и подеемная труба 6 (D = 0,15 м) также
смонтированы из гибких армированных рукавов длиною по 4 м, соединенных между
собой трубчатыми штуцерами. Такое исполнение эрлифтной установки позволяет реа¬
лизовать гибкую связь между плавсредством и системой трубопроводов при волнении
моря, которое во время экспериментов достигало 4 балла. Длина подводящей трубы
изменялась путем наращивания секций, причем наибольшая ее длина составляла 21,0
м. Высота подъема гидросмеси над уровнем моря, равная Н «= 4,4 м, определяется
конструктивными размерами судна и местом установки воздухоотделителя 7. Измере¬
ние расхода сжатого воздуха производится нормальной диафрагмой 8 с системой вто¬
ричных приборов 9. Количество нагнетаемого воздуха регулируется вентилями 10 и 11.
Подача эрлифта измеряется объемно-весовым методом с помощью мерного бака 12 с
указателем уровня, протарированных в единицах объема, и установленным на плат¬
форменных весах 13 типа ВПЦ-2000, а также секундомера 14 для отсчета времени
наполнения мерного бака.
Измерения давления во время пуска и на установившемся режиме производится
манометром 15 типа МТИ с верхним пределом измерения 0,6 МПа. Контроль за геомет¬
рическим погружением смесителя производится по меткам, нанесенным на подъемной
трубе.
82
Глава 3
Предварительный монтаж трубопровода и коммуникаций производится на берего¬
вой базе. На НИС «Шельф-1" для спуска за борт, монтажа и демонтажа технологиче¬
ского оборудования установлена П-образная стрела с тельфером грузоподъемностью 5
т, допускающая отклонение за борт до 1,5 м. Наращивание трубопроводного става
эрлифта производилось с откидной площадки при помощи /7-образной стрелы и судо¬
вого крана типа КЭ-32 грузоподъемностью 3,2 т со стрелой длиною 12 м.
Семейство расходных характеристик, полученных на морской эрлифтной установ¬
ке, представлено на рис. 3.20. Сравнивая расходные характеристики эрлифтов с разны¬
ми длинами подводящей трубы по отношению с базовой (/б = 0,5 м), можно сделать
вывод, что увеличение длины подводящей трубы (что эквивалентно росту ее сопротив¬
ления или увеличение потерь напора при транспортировании гидросмесей) приводит к
уменьшению подачи эрлифта и увеличению расхода воздуха. Однако вид расходных
характеристик при варьировании длины подводящей трубы не изменяется по сравнению
с расходными характеристиками эрлифтов с короткой подводящей трубой.
100 150 200 250 300 350 400 Qb^3/1
Рис. 3.20. Экспериментальные расходные характеристики
морской эрлифтной установки
1- d—0,1м,
/б = 0,5м,
h = 41,5м
2- <7=0,1м,
/б = 0,5м, h = 47,0м
3- <7=0,1м,
£б = 5,0м,
h = 47,0м
4- d= 0,1м,
/б = 21,0м, h = 47,0м
5- d= 0,015м, /б = 8,5м,
h = 47,0м
6- <7= 0,1м,
£б = 0,5м, h - 59,3м
JS
о
II
чз
1
Г"
£б = 5,0м,
h = 59,3м
8- <7=0,1м,
Ьо = 21,0м, h - 59,3м
Глава 3
83
3.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ДВИЖЕНИЯ ГИДРОСМЕСИ В ПОДЪЕМНОЙ
ТРУБЕ ЭРЛИФТА С ПАРОСТРУЙНЫМ
КОМПРЕССОРОМ
Учитывая значительное многообразие параметров эрлифтных установок гидро-
трансгГортных систем, в первую очередь высот подъема, в качестве определяющих
критериев были приняты относительное погружение эрлифта а и значение критерия
Рейнольдса Re. По практическим соображениям [176 ] экспериментальные исследова¬
ния были проведены в диапазоне «“0,1 -0,4 при числах Re, обеспечивающих автомо¬
дельность режимов движения в подъемной трубе [73,78 ].
Анализ параметров установок, на которых возможно было провести исследования,
позволил выбрать эрлифтную установку энергоблока 500 МВт Экибастузской ГРЭС -1,
рассчитанной на транспортирование около 500 м /ч гидросмеси на высоту 22 метра
(см. раздел 7.2). В качестве опытных были изготовлены пароструйные компрессоры с
цилиндрической формой камеры смешения (рис.3.21). Подключение к эрлифту струй¬
ных аппаратов осуществлялось по канонической нагнетательной схеме (рис.3.22), при
которой в смеситель эрлифтной установки нагнеталась паровоздушная смесь [77 ].
Экспериментальные расходные характеристики эрлифта при испытаниях на воде
соответствуют, при прочих равных условиях, характеристикам эрлифта на гидросмеси,
2
если ее плотность не превышает 1200 кг/м , а средневзвешенная крупность твердого -
30 мм. Учитывая, что параметры реальных гидросмесей в условиях гидротранспортных
систем в большинстве случаев не превышают приведенных ( р <1200 кг/м ,
От <30 мм), а также отсутствие надежных способов непрерывного определения расхо- 11 — паровая труба; 2 — рабочее сопло; 3 — камера
смешения; 4 — диффузор; 5 — приемная камера.
84
Глава 3
с пароструйным компрессором:
1 — паропровод; 2 — пароструйный компрессор;
3 — пневмопровод; 4 — зумпф; 5 — подающая
труба; 6 — смеситель; 7 — подъемная труба; 8 —
воздухоотделитель.
дов гидросмесей, испытания эрлифта в составе системы энергоснабжения от пароструй¬
ного компрессора проведены на технической воде.
Технологическая схема опытно-промышленной эрлифтной установки с измери¬
тельным комплексом, созданной в условиях Экибастузской ГРЭС - 1, приведена на
рис.3.23. Пароструйный компрессор 1 подключен к коллектору «горячего» промежуточ¬
ного перегрева (ГПП) котла ПП1650 - 255 - 545/545 паропроводом 0108X4,5 мм, на
котором смонтированы регулирующий клапан К1 и запорные задвижки Al, А2 и АЗ.
Параметры пара в данном коллекторе определяются режимом работы энергоблока и
составляют:
— при номинальной нагрузке энергоблока (500 МВт) — 4,0 МПа, 540°С;
— при нагрузке 300 МВт — около 2,5 МПа, 540°С.
Инжектируемый атмосферный воздух поступает в приемную камеру пароструйно¬
го компрессора 1 по трубопроводу0326Х8, на торце которого смонтирован измеритель¬
ный коллектор, помещенный, с целью шумогашения и для устранения прямого попада¬
ния золовой пыли в проточную полость коллектора, в специальный короб. Для запуска
и вывода пароструйного компрессора 1 на рабочий режим, а также для регулирования
расхода рабочего тела на эрлифт при испытаниях служит трубопровод 0273Х6 отвода
паровоздушной смеси в атмосферу с задвижкой А4.
Глава 3
85
86
Глава 3
Рис. 3.23. Технологическая схема опытно-промышленной установки
Рис. 3.24. Эрлифт 8Л Экибастузской ГРЭС-1
Для испытания схемы энерго¬
снабжения от пароструйного комп¬
рессора использовался эрлифт 8А с
эквивалентным диаметром подъем¬
ной трубы Дэ= 0,398 м (рис.3.24).
Притоки золошлаковой смеси удаля¬
лись от котла во время испытаний
эрлифтом 8Б, запитанным по блоч¬
ной схеме от нагнетателя 360 - 22 - 1.
Техническая вода для исследования
режимов работы эрлифта 8 А на паро¬
воздушной смеси подавалась в
зумпф по трубопроводу 0273 X 6 от
насосов Д2000 - 34. Регулирование
расхода воды производилось задвиж¬
кой А5. Расход рабочего пара на па¬
роструйный компрессор 1 опреде¬
лялся как расход сжимаемой среды
при сверхкритическом ее истечении
из расширяющегося сопла по заме¬
ряемым параметрам рабочего потока
перед ним [81,137]. Расход инжек¬
тируемого атмосферного воздуха оп¬
ределялся при помощи измеритель¬
ного коллектора, расходы сбрасыва¬
емой в атмосферу паровоздушной смеси и технической воды измерялись нормальными
диафрагмами с модулями т=0,6070 и т=0,6078 соответственно [127].
Для определения величины геометрического погружения эрлифта 8А в зумпф
заведена труба Ду40, нижний торец которой установлен на уровне оси ввода пневмоп¬
роводам смеситель. Трубопровод Ду40 через систему запорных вентилей пОдкдючен к
воздухопроводу, по которому воздух от нагнетателя 360 - 22 - 1 подается в эрлифт 8Б.
Величина геометрического погружения эрлифта 8А пропорциональна давлению в тру¬
бопроводе Ду40 после продувки его сжатым воздухом. Аналогично определялось давле¬
ние паровоздушной смеси на входе в смеситель. Отличие заключалось в том, что нижний
конец используемого в данном случае трубопровода Ду40 был подключен к корпусу
смесителя.
По длине подъемной трубы эрлифта 8А врезаны четыре пробоотборника, позволя¬
ющие измерять давление аэрогидросмеси и температуру транспортируемой воды.
Диафрагма для определения расхода паровоздушной смеси соединена с дифмано-
метрами, служащими для измерения перепада давлений на ней, через уравнительные
конденсационные сосуды диаметром 150 мм, заполняющиеся водой.
«Холодные» спаи термоэлектрических термометров (термопар) помещались в про¬
бирки с турбинным маслом, которые в свою очередь погружались в ванну, заполненную
водой. Температура воды, по которой определялась поправка к показаниям термоэлек¬
трических термометров [84 ], контролировалась ртутным лабораторным термометром
t = 0-50°С с ценой деления шкалы 0,1 °С (ГОСТ 215 - 73). Термопары соединялись со
вторичным показывающим прибором — потенциометром ПП - 63 через двадцатипози¬
ционный переключатель.
Глава 3
87
Испытания пароструйного компрессора проведены с целью экспериментального
определения зависимости давления сжатия, развиваемого компрессором, от коэффици¬
ента инжекции при постоянных давлениях рабочего пара Рс = / (и, Ppj.
Сходимость результатов на представляющих практический интерес предельных
режимах работы компрессора достаточно хорошая. Отклонения расчетных значений
предельных коэффициентов инжекции от экспериментально определенных величин,
при соответствующих давлениях рабочего пара, не превышает 1,5%.
Методически испытания совместной работы эрлифта и пароструйного компрессора
были организованы следующим образом. Расходные характеристики эрлифта опреде¬
лялись при постоянных погружениях смесителя а и воздухосодержаниях смеси ев на
входе в смеситель в виде Q3 = / (Gcm, «, Eej, где GCM- массовый расход паровоздушной
смеси на эрлифт. В процессе эксперимента контролировалось и поддерживалось посто¬
янным воздухосодержание исходной паровоздушной смеси £<*>, вырабатываемой комп¬
рессором. Для этого по предварительно построенным характеристикам пароструйного
компрессора Pc=f (U, Ppj определялось потребное давление рабочего пара Рр перед
компрессором, при котором обеспечивается требуемое воздухосодержание смеси
Ево — и/ (l + uj.B процессе получения характеристики эрлифта при данном значении
£во = const пароструйный компрессор должен работать на предельном режиме, что
контролировалось подавлению сжатия Рс (манометр 8, рис.3.23), величина которого не
должна была превосходить значение Рс в предельно критическом режиме. Параллельно
режим работы компрессора контролировался по оценочному значению расхода инжек¬
тируемого воздуха (по перепаду давления на измерительном коллекторе при помощи
дифманометра 4).
Требуемое давление рабочего пара перед пароструйным компрессором задавалось
при помощи регулирующего клапана К1 и контролировалось по показаниям маномет¬
ров 1. После этого задвижкой А5 устанавливался требуемый расход технической воды
в зумпф эрлифта. Задвижкой А4 подбирался такой расход паровоздушной смеси на
эрлифт, при котором погружение смесителя, контролируемое по показаниям маномет¬
ра 14, соответствовало требуемому. После достижения необходимой точности величины
погружения производилось потребное количество измерений контролируемых пара¬
метров.
Для получения второй и последующих режимных точек в пределах а = const и
Ево — const изменялся расход технической воды и процесс достижения требуемой
глубины погружения повторялся.
Таким же образом были получены характеристики эрлифта при других значениях
относительного погружения а в пределах выбранного значения £«,.
Для определения характеристик эрлифта при воздухосодержаниях паровоздушной
смеси, отличных от выбранной в первой серии опытов, изменялось давление рабочего
пара перед пароструйным компрессором. После этого опыты проводились по вышепри¬
веденной схеме.
Всего было получено двенадцать расходных характеристик эрлифта в пределах
а-0,103 - 0,361, Евсг 0,360 - 0,545, что соответствовало, согласно предыдущих расче¬
тов, диапазону £«=0,375 - 0,545 (рис.3.25). Контролировались также значения темпера¬
тур потоков и поверхностей в наиболее характерных точках установки, а также инте¬
ресующие давления газожидкостных сред.
Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с использо¬
ванием методов математической статистики [134 ]. Представление результатов экспе-
88
Глава 3
О 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 GCM,Kr/c
Рис. 3.25. Расходные характеристики эрлифта
риментов адекватными эмпирическими зави¬
симостями производилось методом наимень¬
ших квадратов с использованием стандартных
программ ЭВМ.
Испытания эрлифта 8А на реальной зо¬
лошлаковой гидросмеси проводились при но¬
минальной нагрузке энергоблока, равной 500
МВт. В процессе проведения опытов контро¬
лировались те же параметры, что и при испы¬
таниях эрлифта на воде, за исключением рас¬
хода технической воды и изменения
состояния (давления и температуры) гидро¬
смеси по длине подъемной трубы.
Режимные параметры работы установки
и собственно эрлифта были получены при
двух значениях давления рабочего пара —
Рр=29,2 кг/см2 и .Рр=26,0 кг/см2. При давле¬
нии Рр=29,2 кг/см2 погружение эрлифта со-
ставило«=0,255 Ог=9,18м), расход паровоздушной смеси GCM=5,11 кг/ с. Коэффициент
инж^кшш пароструйного компрессора при этом равнялся и=0,782, воздухосодержание
паровоздушной смеси Ев = Едо ~ 0,439. При давлении рабочего пара Рр = 26 кг/см
вышеперечисленные параметры составили: СС = 0,260 (h = 9,38 м), Gcm = 4,38 кг/с,
и = 0,704, Ев=£ео = 0,413. Значения температур паровоздушной смеси в обоих случа¬
ях равнялись:
— на выходе из пароструйного компрессора — около 350 С;
— на входе в смеситель — около 250°С;
— на выходе из воздухоотделителя — 51°С.
№
кривой
а
Едо
Ев
1
0,361
0,482
0,482
2
0,361
0,415
0,415
3
0,258
0,360
0,415
4
0,222
0,360
0,403
5
0,213
0,481
, 0,481
6
0,163
0,415
0,415
7
0,160
0,481
0,481
8
0,160
0,362
0,378
9
0,107
0,545
0,545
10
0,107
0,368
0,375
11
0,103
0,482
0,482
Глава'З
89
Начальная температура золошлаковой гидросмеси составляла 35 - 37°С, на выходе
из воздухоотделителя - 48°С.
Более глубокий количественный анализ режимов работы установки при транспор¬
тировании золошлаковой гидросмеси невозможен из-за отсутствия замеров подачи
эрлифта. При принятых значениях теплоемкости гидросмеси С = 4,2 кДж/кгтр и ее
3 3
плотности/Э= 1020 - 1030 кг/м расчетная подача эрлифта составила 0,138-0,144м /с
(500 - 520м3/ч).
В результате анализа изменения статического давления по длине пневмопровода
выявлено, что величина потерь напора между пароструйным компрессором и смесите-
2
лем эрлифта составляла 0,5 - 0,6 кг/см . Ощутимой также является разница между
давлением паровоздушной смеси на входе в смеситель и гидростатическим давлением
столба гидросмеси высотой h (давлением геометрического погружения). Она равнялась
0,05 -0,10 кг/см2.
Эти факты указывают на необходимость, для проектирования промышленных
установок, создания методов оценки изменения состояния паровоздушной смеси по
длине пневмопровода и на входе в смеситель и, на основе этого, разработки расчета
диаметра пневмопровода. Это позволит также более рационально проектировать сме¬
ситель эрлифтной установки.
3.4.1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭРЛИФТОВ НА ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ
Анализ изменения термодинамического состояния рабочего тела и транспортиру¬
емой воды проведен для условий оптимальной работы эрлифта [39 ]. Для этого на основе
экспериментальных данных получены графические зависимости изменения темпера¬
тур транспортируемой воды, наружной стенки подъемной трубы и окружающей среды
по высоте подъемной трубы (рис. 3.26).
Величина тепловых потерь A Qnor составляет для всех рассмотренных режимов
работы эрлифта 10 - 15% от количества отданного паровоздушной смесью тепла Qc
А биот = (0,10 - 0,15) Qc. (3.1)
При поэлементном расчете теплового баланса было принято допущение о равно¬
мерном распределении данных потерь, численно равных
А<2пот., =0,12-бег, (3.2)
где QCi — количество тепла, отдаваемое паровоздушной смесью на i - м участке
подъемной трубы; A Qum.i — тепловые потери на i - м участке.
Интенсивность конденсации водяного пара по длине подъемной трубы характери¬
зуется изменением массового воздухосодержания паровоздушной смеси (рис.3.26) .Уве¬
личение параметра Ев в процессе лифтирования воды свидетельствует об уменьшении
массовой составляющей водяного пара в смеси.
Суммарный объемный расход паровоздушной смеси по длине подъемной трубы
качественно изменяется для всех исследуемых режимов следующим образом (рис.3.26):
на начальном участке трубы (—1/3 от ее длины) происходит уменьшения объемного
расхода паровоздушной смеси в 2,0-2,5 раза в сравнении с расходом на входе в подьем-
ную трубу. Это объясняется интенсивной конденсацией водяного пара и уменьшением
его массового и объемного расходов в составе паровоздушной смеси.
90
Глава 3
Рис. 3.26. Изменение массового воздухосодержания и
объемного расхода паровоздушной смеси по длине подъемной
трубы:
1- « = 0,361,
£в —0,481;
2- « = 0,361,
Ев = 0,415;
3- а = 0,258,
ев = 0,415;
4- « = 0,222,
Ев = 0,403;
5- « = 0,213,
Ев =0,481;
6- « = 0,163,
Ев = 0,415;
7- « = 0,160,
Ев =0,481;
8- « = 0,160,
Ев = 0,378;
9- « =0,107,
Ев = 0,545;
10 - « = 0,107,
Ев = 0,375;
11- « = 0,103,
£в = 0,482;
12- « = 0,103,
Ев = 0,414.
Глава 3
91
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 ОС
а)
б)
Рис. 3.27. Изменение показателя
политропы (а) и средней массовой
теплоемкости воздуха (б), как
компонента паровоздушной смеси, при
транспортировании воды в подъемной
трубе эрлифта.
1 -£„=0,38; 2-£„=0,42;
3-£„=0,48; 4-£„=0,54.
0*10 6, с/м*к
Рис.3.28. Зависимость коэффициента
массоотдачи от воздухосодержания
паровоздушной смеси.
В дальнейшем, при достижении воздухосодержания смеси значения £„ = 0,7 - 0,8,
ее объемный расход практически не изменяется из-за монотонного уменьшения на этом
участке и плотности паровоздушного потока.
Изменение состояния сжатого воздуха, как компонента паровоздушной смеси, в
процессе транспортирования воды в подъемной трубе эрлифта характеризуется показа¬
телем политропы пв (рис.3.27 а). При вычислении его значения принято, что закон
изменения состояния сжатого воздуха на каждом из участков подъемной трубы соответ¬
ствует одному и тому же термодинамическому процессу, вид которого определен по
параметрам воздуха на входе и на выходе из трубы по известным зависимостям.
Определенному закону подчиняется также зависимость средней массовой полит-
ропной теплоемкости от безразмерных параметров - относительного погружения эр¬
лифта и воздухосодержания паровоздушной смеси на входе в смеситель (рис. 3.27 б).
Процесс массообмена паровоздушного потока в подъемной трубе в общем виде
можно описать критериальными уравнениями [81,121,127 ]. Однако, ввиду сложности
протекания процесса лифтирования жидкости газообразным рабочим телом, коррект¬
ное определение критериев подобия, характеризующих газовый и жидкостный потоки,
не представляется возможным. Поэтому для расчетов тепломассообменных процессов в
подъемной трубе предлагается использовать выявленную зависимость условного коэф¬
фициента массоотдачи от среднего массового воздухосодержания паровоздушной смеси
на рассматриваемом участке/? =/^£„^ (рис.3.28). Полученное уравнение регрессии
имеет вид
92
Глава 3
с
(3.3)
£= ( 0,140-рр=—0,104)- IQ"6,
\ 1 £а '
м- К ■
Относительная среднеквадратичная ошибка уравнения составляет 3,2 %.
Под условным коэффициентом массоотдачи паровоздушного потока в подъемной
трубе следует понимать количество пара, конденсирующееся в единицу времени из
состава паровоздушной смеси на единице поверхности подъемной трубы при единичном
перепаде парциальных давлений пара в ядре потока и на границе раздела фаз и единич¬
ном изменении температуры транспортируемой воды.
Тоща количество пара, конденсирующееся на рассматриваемом участке подъем¬
ной трубы, определяется выражением
AGn=p-APn-F-AT, (3.4)
где /? - условный коэффициент массоотдачи;
АР" - перепад парциальных давлений пара в ядре потока (при средней темпера¬
туре паровоздушной смеси на участке) и на границе раздела фаз (соответственно при
средней температуре воды на участке);
F- внутренняя поверхность рассматриваемого участка подъемной трубы;
АТ- перепад температур воды в конце и начале рассматриваемого участка.
Приведенная зависимость для определения условного коэффициента массоотдачи
справедлива для диапазона средних массовых воздухосодержаний смеси от £в = 0,50 до
£в = 0,95.
3.4.2. УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ПАРОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
Одним из важнейших безразмерных параметров эрлифта является удельный рас¬
ход газообразного рабочего тела [72,78,176]. Рядом исследований [1,45,73,78 Теорети¬
чески и экспериментально доказана возможность использования данного параметра в
качестве критерия подобия и выявлена его зависимость от относительного погружения
эрлифта
?=_ег=/(а)’ <3-5)
где Qp.r. -объемный расход газообразного рабочего тела, приведенный к нормаль¬
ным условиям.
Доказано также, что приведенная зависимость правомерна для определенных ди¬
апазонов абсолютных погружений эрлифта h и начальных температур Т рабочего тела.
Экспериментально выявленная качественная аналогия между основными законо¬
мерностями лифгирования жидкостей сжатыми газами и паровоздушной смесью дает
право распространить понятие удельного расхода рабочего тела, как критерия подобия,
и на рассматриваемый случай. Однако, как следует из анализа экспериментальных
данных, для эрлифтов, работающих на паровоздушной смеси, критериальное уравне¬
ние имеет вид
<7v = -ёр1 =/ («, h, £в), (3.6)
ще (ft - удельный объемный расход паровоздушной смеси;
бсм - объемный расход паровоздушной смеси при условии входа в смеситель.
Глава 3
93
Выражение (3.6) можно записать так
.■ *-^Нт'7£Г<3-7)
ще/Эьм - плотность паровоздушной смеси на входе в смеситель.
При принятом допущении о том, что температура паровоздушной смеси в каждом
сечении подъемной трубы равна температуре насыщения водяного пара при его парци¬
альном давлении, плотность смеси ры будет определяться ее абсолютным давлением
на входе в смеситель Рш и воздухосодержанием Ев. Абсолютное давление смеси Рсм
при фиксированной высоте подъема Н однозначно определяется относительным погру¬
жением эрлифта (X, т. е. в данном случае правомерно
рь. =/(«, h, ев) (3.8)
Исходя из этого примем допущение, что для определенных диапазонов значимых
факторов величина ^м-, в дальнейшем называемая удельным расходом паровоздуш-
Уэ
ной смеси дСм, функционально определяется относительным погружением эрлифта
«см=-^-=/(а). (3.9)
Обработка экспериментальных данных для оптимальных режимов работы эрлифта
подтвердила правомерность зависимости (3.9) для исследованного диапазона значимых
факторов <2-0,10 - 0,36; ев=0,375 - 0,545; Н~ 22 - 33 м (рис.3.29). Уравнение регрессии
для определения удельного расхода паровоздушной смеси имеет вид
<?см = 168,5 - 870,1 • а + 1269,5- о?, кг/м3. (3.10)
Относительная среднеквадратичная ошибка данного уравнения составляет 1,2%.
Для воздухосодержания Ев - 0,7 - 0,8, а также для участка подъемной трубы, на
котором объемный расход паровоздушной смеси (2см стабилизировался и остается прак-
Чс,м3/м3
56
48
40
32
24
16
8
О
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 а
Рис.3.29. Удельный расход
паровоздушной смеси.
Рис.3.30. Удельный расход паровоздушной
смеси на стабилизированном участке.
94
Глава 3
тически неизменным, также выявлена зависимость удельного расхода паровоздушной
смеси от относительного погружения (рис.3.30)
^с=-^-=/(«) (3.11)
Уравнение регрессии для определения удельного расхода паровоздушной смеси на
стабилизированном участке
дс=_Щ5__пя (3.12)
Относительная среднеквадратичная ошибка уравнения (3.12) составляет 2,55%.
3.5. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭРЛИФТОВ
ПРИ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОГРУЖЕНИЯХ ОТ 0,5 ДО 1,0
Анализ схем эрлифтов, применяемых для добычи сыпучих строительных матери¬
алов (песка, гравия, гальки, глины и др.) со дна внутренних водоемов и разработки
россыпных месторождений цветных металлов и другого минерального сырья на шельфе
и со дна океана [6,9,10,15,17,90,114,160,161,174] показывают, что величина относи¬
тельного геометрического погружения смесителя находится в пределах 0,5 -1,0, а сами
эрлифтные установки могут обладать подводящей трубой, длина которой иногда превы¬
шает глубину погружения смесителя.
•Частным случаем промышленного применения таких эрлифтов в угольной про¬
мышленности является проходка стволов методом бурения с эрлифтным способом подъ¬
ема отбитой породы, а также очистка зумпфов скиповых стволов от углепородного
шлама [17,18,116].
В ходе разработки и эксплуатации указанной группы эрлифтов накоплен значи¬
тельный банк экспериментальных данных, которые, в отдельных случаях, могут быть
непосредственно использованы для проектирования конкретных эрлифгных установок.
Вместе с тем, обработка накопленного банка экспериментальных данных позволяет
получить комплекс обобщенных эмпирических зависимостей, являющихся основой
проектирования рассматриваемого класса эрлифтов.
Ниже приводятся описания исследовательских и промышленных эрлифгных уста¬
новок и полученные на них экспериментальные данные и результаты обработки этих
дзнных.
Учитывая, что рассматриваемый класс эрлифгных установок предназначен, в ос¬
новном, для подъема гидросмесей жидкости с различными твердыми материалами,
приводятся такие результаты экспериментальных исследований параметров движения
твердого материала в подъемной трубе эрлифта (см. раздел 4.2). Для полного представ¬
ления пользователей настоящего издания в представленном материале приводятся цели
и задачи исследований, описание методов и технических средств измерений и контроля
исследуемых параметров.
3.5.1. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Лабораторная эрлифтная установка Донецкого политехнического института, схе¬
ма которой представлена на рис. 3.31, состав и описание которой приведены ниже.
Глава 3
95
Рис. 3.31. Гидравлическая схема лабораторной эрлифтной установки
Подъемная труба эрлифта 1 с внутренним диаметром 150 мм и длиною 12,4 м
расположена снаружи металлической емкости 2, которая имеет высоту 13,5 м и соеди¬
нена с нею подводящей трубой 3 диаметром 100 мм. Длина подводящей трубы при
соответствующем переключении системы задвижек 4 может равняться 0,8 и 30 м.
Конструкция установки допускает проведение исследований эрлифтов на водовоз¬
душной смеси и снятие их статических характеристик при относительных погружениях
от 0,5 до 0,995. В период работы эрлифта соответствующее геометрическое погружение
смесителя 5 создается в емкости 2 столбом воды, высота которого поддерживается на
заданном уровне подачей насоса 6 типа ШН-150 и переливов 7, через которые избыток
воды сливается в резервуар 8. Сжатый воздух по воздухопроводу 9 от компрессора 10
типа 200В-10/8 поступает в смеситель.
При определенном расходе воздуха, который регулируется вентилем 11 и 12, из¬
быточное давление столба гидросмеси в подъемной трубе эрлифта от смесителя до
воздухоотделителя 13 становится меньше наружного давления жидкости в емкости 2,
тоща под действием разности давлений жидкость из емкости поступает в подводящую
трубу, смеситель и далее в подъемную трубу. Измерение расхода сжатого воздуха
производится нормальной диафрагмой 14, установленной в воздухопроводе в соответ¬
ствии с требования ГОСТ [127] и вторичными приборами: дифманометром ДТ-50,
заполненным ртутью, манометром МТИ с верхним пределом измерения 0,16 МПа и
96
Глава 3
ртутным термометром с ценой деления 1°С. Подача эрлифта измеряется треугольным
водосливом 15 с углом раскрытия 6= 90° и оттарированным объемным способом.
Для достижения относительных погружений, близких к единице, гидравлическая
схема лабораторной эрлифтной установки выполнена разомкнутой. Поэтому вода из
треугольного водослива по трубе 16 направляется обратно в резервуар 8. Для снятия
напорной характеристики подводящей и подъёмной труб эрлифта служит насос 17 типа
4-НФ. Измерение геометрического погружения смесителя эрлифта производится по
уравновешенному стеклу 18. Манометр 19 типа МО-1,6 служит для измеренмя давления
в смесителе во время запуска и на установившемся режиме эрлифта. Потери напора в
подводящей трубе измеряются дифманометром 20 типа ДТ-50 с ртутным заполнением.
Измеряемые величины для построения расходных характеристик эрлифта, кото¬
рые необходимо экспериментально определить:
<2В — расход сжатого воздуха, м3/с
Q3 — производительность (подача) эрлифта, м/с
а — относительное погружение
h — геометрическое погружение, м
Н — высоту переподьема гидросмеси над уровнем воды в баке, м
Расход сжатого воздуха определяется с помощью нормальной диафрагмы и дифма-
нометра ДТ-50. В воздухопроводе с внутренним диаметром = 50 мм установлена
нормальная диафрагма с диаметром отверстия в шайбе г/= 25 мм.
Модуль диафрагмы т =
^ 2 = 0,25
Коэффициент расхода, зависящий от диаметра воздухопровода и модуля диафраг¬
мы, составляет а' = 0,6325
Расход воздуха, проходящего через данную диафрагму, определяется по формуле:
или
С?в= 253,8
^Р’Рабс'0,5
М
ч
(3.13)
£в= 0,071
( АР-Рабс
\0,5
Т
\
>
/
м3
с
(3.14)
где А Р — перепад давления на диафрагме, мм вод.ст., измеряется U - образным
дифманометром ДТ-50, заполненным ртутью;
Рабс= Ра + Ризб — абсолютное давление воздуха перед сужающим устройст¬
вом, кгс/см2;
Ра — барометрическое атмосферное давление, мм рт. ст.
(1 мм рт.ст. = 13,6*10 кгс/см);
2
Ризб — избыточное давление перед сужающим устройством, кгс/см , измеряется
манометром типа МТИ на 10 атм.кл. 0,6;
Т = t + 273° — абсолютная температура сжатого воздуха перед сужающим уст¬
ройством, °К
Глава 3
97
t — температура сжатого воздуха перед сужающим устройством измеряется ртут¬
ным термометром с ценой деления 1°С.
Производительность эрлифта определяется треугольным водосливом с углом рас¬
крытия 6= 90° по зависимости
3
Q = 1,34Я2’47, (3.15)
где Н — превышение уровня воды над порогом водослива, м
Относительное погружение смесителя эрлифта определяется по известной зависи¬
мости
h h
а~ h+H ~ Нк
где Нк= 12,4 м
В таблице 3.2 представлено изменение от геометрического погружения смесите¬
ля Л.
Изменение относительного погружения
Таблица 3.2
h, м
6,2
7,44
8,68
9,92
11,16
11,78
12,28
12,34
а
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,95
0,99
0,995
Внутренние диаметры D,d и й?вз, определяются по результатам замеров штанген¬
циркулем соответствующих трубопроводов.
В ходе экспериментов замеры подачи эрлифта производились, как при увеличении
расхода воздуха от начального до величины, определяемой техническими возможностя¬
ми компрессора, так и при уменьшении его. Каждое последующее измерение подачи
эрлифта производилось, как правило, через 2-4 минуты после изменения режима и
включало не менее 3-х отсчетов. Расчеты средней относительной квадратичной погреш¬
ности измерения расхода сжатого воздуха и подачи эрлифта выполнены по стандартным
методикам обработки экспериментальных данных. Значения 0^= 1,46 %, 0g3= 1,65%.
В Японии, в развитие проблемы добычи сырья со дна Мирового океана, также
производились исследования эрлифтного способа подъема однородных жидкостей и
гидросмесей на лабораторной установке с внутренним диаметром 25,5 мм, длиной 4,05
м. В качестве транспортируемого твердого использовались стеклянные шарики диамет¬
ром 3,4 - 3,7 мм. Ввиду непредставительное™ лабораторной установки, результаты
экспериментов в данном издании не приводятся.
3.5.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
На рис. 3.32 представлены экспериментальные расходные характеристики, пол¬
ученные на лабораторной эрлифтной установке при изменении «от 0,5 до0,995. В опыте
общая длина подъемной трубы оставалась неизменной, менялось лишь погружение
смесителя h м, соответственно, высота подъема гидросмеси над уровнем жидкости Н.
Анализ расходных характеристик показывает, что подача эрлифта с увеличением
относительного погружения также увеличивается.
Причем, точки расходных характеристик, соответствующие оптимальным режи¬
мам работы, располагаются по кривой 1, показывающей, что с ростом величины отно-
98
Глава 3
Чэ,м3/ч
2 -« = 0,995
3- « = 0,99
4- а = 0,982
5- « = 0,964
6- « = 0,942
7 - « = 0,9
8 -« = 0,81
9 - « = 0,71
10-« = 0,6
11 - « = 0,5
О 50 ЮО 150 200 250 300 350 Чв.м7ч
Рис. 3.32. Экспериментальные расходные характеристики
лабораторной эрлифтной установки
(D-150 мм, h + Н= 12,4 м)
сительного погружения оптимальный режим наступает при меньших абсолютных рас¬
ходах воздуха.
На рис. 3.32 также видно, что крутизна восходящей ветви расходной характеристи¬
ки возрастает с увеличением относительного погружения, а сама кривая Q3—f (Qb.o'J
не имеет ярко выраженного экстремума, так называемого «горба», характерного для
эрлифтов с относительным погружением менее 0,5.
Правую ветвь расходной характеристики трудно назвать нисходящей: ее можно
представить прямой линией, имеющей незначительный наклон к оси абсцисс, показы¬
вающей, что с дальнейшим увеличением расхода воздуха, подача эрлифта уменьшается
всего лишь на 5-10 % от максимального значения.
Следует отметить, что при « более 0,9 работа эрлифта на восходящей ветви в зоне
оптимального режима (0,9-1,1) Q3.oпт является крайне неустойчивой. При постановке
экспериментов как в лабораторных, так и в морских условиях, наблюдался неточный
режим работы эрлифта на оптимальном режиме с продолжительностью пауз до 10-16 се¬
кунд. В данном случае требовалась точная фиксация расхода воздуха, иначе происхо¬
дили срывы подачи эрлифта.
Устойчивая работа обеспечивалась на восходящих ветвях характеристик при рас¬
ходах воздуха на 15-20% больших оптимального при а- 0,5 -*• 0,6, а при «= 0,7-ь 0,995 -
на 20-40% больше оптимального, что вполне соответствует общепринятым рекоменда¬
циям по выбору устойчивого экономичного режима работы эрлифта.
На экспериментальной эрлифтной установке ВНИИнеруде (г. Тольяти) проводи¬
лись исследования характеристик эрлифта на трубах диаметром 53,1 мм, 102 мм, 125 мм
и 150 мм в диапазоне относительных погружений от 0,5 до 1,0. Величина абсолютного
погружения смесителя при этом составляла 6-7 м. На рис. 3.33 представлены экспери¬
ментальные расходные характеристики, полученные на подъемной трубе диаметром
102 мм, а в таблице 3.3 — значения удельного расхода воздуха в максимальном режиме
для ряда диаметров труб при различных относительных погружениях смесителя.
Глава 3
99
установки ВНИИнеруда (D= 102 мм)
1 -а = 0,5
2-« = 0,6
3 - « = 0,7
4 - а = 0,8
5- « = 0,9
6- « = 1,0
Удельные расходы воздуха для труб различного диаметра
Таблица 3.3
D, мм
а
Удельный расход
воздуха на воде, д
Удельный расход
воздуха на пульпе, д
53,1
0,75
4,42
5,70
0,85
3,10
3,80
0,95
2,26
2,68
102
0,75
3,28
3,65
0,85
2,28
2,76
0,95
1,68
2,14
125
0,75
3,27
3,60
0,85
2,26
2,64
0,95
1,67
1,89
150
0,75
3,26
3,40
0,85
2,24
2,37
0,95
1,66
1,83
На базе экспериментальных данных, полученных на лабораторной установке
ВНИИнеруда получены безразмерные характеристики для некоторого эрлифта, приня¬
того за эталон, данные которого для двух режимов (максимальной и оптимальной
подачи) представлены в таблице 3.4.
100
Глава 3
Относительные значения характеристик эрлифта
Таблица 3.4.
а
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,75
0,85
0,95
Режим
а- &
** Е» ?
-*п.тр
м3/ч
см2
6,3
5,0
4,0
3,5
3,0
2,6
2,0
1,75
1,25
максималь¬
ная подача
5,3
2,75
1,3
0,8
0,6
0,5
0,45
0,4
0,35
оптималь¬
ная подача
1 _ Qa
Ь v ,
-Гп.тр
м3/ч
см2
0,03
0,08
0,14
0,22
0,29
0,365
0,48
0,58
0,68
максималь¬
ная подача
0,025
0,05
0,08
0,12
0,15
0,20
0,30
0,45
0,60
оптималь¬
ная подача
II
210
62,5
28,5
15,9
10,3
7,1
4,16
3,0
1,83
максималь¬
ная подача
200
55
16,3
6,7
4,0
2,5
1,5
0,9
0,6
оптималь¬
ная подача
3.5.3. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЭРЛИФТНАЯ
УСТАНОВКА ШАХТЫ «КРАСНЫЙ ПРОФИНТЕР»
Экспериментальные исследования с целью изучения характеристик эрлифта при
транспортировании гидросмесей различной плотности были выполнены Донецким по¬
литехническим институтом (ДПИ). Для этого была создана экспериментальная уста¬
новка на базе забойной эрлифтной установки шахты «Красный Профинтерн» ПО «Орд-
жоникидзеуголь» [1]. В состав экспериментальной установки, схема которой
представлена на рис. 3.34, входят: гидравлический рыхлитель 3 для интенсификации
процесса грунтозабора в рабочем режиме, (при снятии расходных характеристик эр¬
лифта гидравлический рыхлитель отключался после предварительного активного вспу¬
чивания шлама); смеситель 4, подъемная труба 5 внутренним диаметром 100 мм,
воздухоотделитель 6, воздухопровод 7 и трубопровод напорной воды 8, оснащенные
вентилями 9 и 10. Измерение расхода сжатого воздуха производится нормальной диаф¬
рагмой 11с системой приборов 12. Подача эрлифта измеряется при помощи мерного бака
13 объемом 0,23 м3, подвешенного на грузовом динамометре 14 типа ДПУ-0,5-2 с ценой
деления 5 кг, а также секундомером 15с ценой деления 0,1 сек.
Переключатель потока 16 предназначен для исправления потока гидросмеси из
воздухоотделителя в мерный бак при измерении подачи эрлифта или переводе его на
слив в зумпф.
Длина подводящей трубы с учетом установки рыхлителя составляет 0,9 м, глубина
погружения смесителя при снятии расходных характеристик изменялась в пределах:
12-12,3 м; 15,1-15,3 м и 18-18,3 м, а высота подъема изменялась от 3,2 до 6,4 м, что
соответствует относительным погружениям от 0,65 до 0,85. Давление в смесителе на
установившемся режиме работы измеряется манометром 17 типа МТИ с верхним пред¬
елом измерения 0,4 МПа.
Установка смонтирована в зумпфе скипового ствола N3 диаметром 8,0 м и имеет
возможность вертикального перемещения на грудь забоя с помощью лебедки 1, распо¬
ложенной на предохранительной полке 2.
Глава 3
101
Рис. 3.34. Гидравлическая схема шахтной экспериментальной
эрлифтной установки
В результате экспериментов получено семейство расходных характеристик
(рис. 3.35) в диапазоне а - 0,65-0,85. Как видно из рис. 3.35 увеличение плотности
гидросмеси (максимальное значение которой достигнуто 1180 кг/ м при средней плот-
ности горной массы 1660 кг/м ) вызывает снижение объемной подачи эрлифта при
одновременном увеличении расхода воздуха; изменяется также наклон восходящей
ветви расходной характеристики к оси абсцисс, она делается более пологой, что соот¬
ветствует более устойчивой работе эрлифта при заданном расходе воздуха. Заметное
уменьшение объемной подачи эрлифта особенно четко проявляется при концентрации
твердого более 10% и крупности частиц твердого более 3 мм.
102
Глава 3
9
гг
чэ.п
м 3/ч
40
30
20
10
0 40 80 120 Qb.,
«3А
^э.п
м3/ч
60
50
40
30
20
О 40 80 120 ^1;
муч
В
9
/3
1
-7
-5
Рис. 3.35. Экспериментальные расходные характеристики
шахтной эрлифтной установки
(D=*0,1 м, i/=3,2-r6,l м)
а —а = 0,65-0,66; б — а = 0,77 - 0,79;
в —а = 0,81-0,82; г — а = 0,84 - 0,85.
1—р = 1020 кг/м3;
2 — р = 1050 кг/ м3;
3—/0 = 1060 кг/м
4 —р = 1080 кг/м3;
5—р = 1100 кг/м3;
6 —р = 1120 кг/м'
7—/0 = 1130 кг/м3;
8 — /> = 1148 кг/м3;
9 —/0 = 1180 кг/м'
Глава 3
103
3.5.4. МОДЕЛЬ ЭРЛИФТНОЙ СИСТЕМЫ ПОДЪЕМА СЫРЬЯ
СО ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА
Комплексные морские экспериментальные исследования модели эрлифтной систе¬
мы подъема (МЭСП), предназначенной для подъема сырья со дна Мирового океана с
больших глубин (до 6000 м), выполнены Донецким политехническим институтом со¬
вместно с подразделениями ПО «Южморгеологоия». Макет эрлифтной системы подъема
длиной 200 м входит в состав комплекса испытательного оборудования для морских
испытаний экспериментальных технических средств добычи сырья на базе НИС «Поли¬
гон». Исследования проводились в акватории Черноморского испытательного полигона.
Задачи испытаний включали:
— получение расходных характеристик эрлифта в зависимости от геометриче¬
ского погружения смесителя в диапазоне относительных погружений 0,4-0,99
и длины подводящего трубопровода при работе на воде и в режиме подъема
твердого полезного ископаемого;
— исследование влияния объемной концентрации твердого на характеристики
эрлифта;
— исследование переходных процессов работы эрлифтной системы;
— определение работоспособности контрольно-измерительного оборудования и
приборов в процессе монтажно-демонтажных работ и в штатном режиме рабо¬
ты;
— получение данных хронометража рабочего времени по монтажу и демонтажу
макета эрлифтной системы подъема.
Гидравлическая схема МЭСП-СП-200М представлена на рис. 3.36.
Сжатый воздух, вырабатываемый судовыми компрессорами 1 типа ЭК-16П, пода¬
ется по воздухопроводу 2 в смеситель эрлифта 3 и далее в подъемный трубопровод 4. В
результате динамического взаимодействия сжатого воздуха с водой, находящейся в
подъемной трубе и образования в ней водовоздушной смеси плотностью меньшей, чем
плотность окружающей эрлифт воды, начинается процесс направленного движения
вверх воды, поступающей снаружи через коллектор 5, гибкий 6 и стальной секциойный
7 участки подводящего трубопровода в смеситель 3. В верхней части подъемной трубы
устанавливается газоотделитель 8, предназначенный для эффективного разделения фаз
потока: воздух отводится в атмосферу, а вода или пульпа - в систему измерения подачи
эрлифтной установки или отводится за борт через промежуточный контейнер для отде¬
ления твердой фракции.
.При достижении в подводящей трубе скоростей потока воды, превышающих кри¬
тическую, создаются условия для обеспечения надежного гидроподъема твердого мате¬
риала эрлифтом на поверхность.
Дозированная подача твердого материала в эрлифт осуществляется питателем 9 из
бункера-дозатора 10, расположенного в нижней части подводящего трубопровода и
закрепленного к нему с помощью гибкой подвески 11 и секции клапана сброса 12.
Система контроля производит с помощью информационно-измерительных средств
замер параметров процесса гидравлического подъема сырья и их регистрацию. В состав
системы контроля и управления макетом входят первичные датчики и преобразователи,
расположенные: на подводной части системы подъема (индукционный расходомер типа
ИР-51, гермобоксы 14 со вторичной аппаратурой, секция мерная 15 для измерения
потерь напора на базовом участке подводящего трубопровода и перепада между наруж¬
ным гидростатическим и внутренним давлениями на уровне смесителя; вся информация
от датчиков на плавсредство передается по 35-ти жильному информационно-измери¬
тельному кабелю 16); и надводной части, в состав которой входят: вторичные приборы
104
Глава 3
для измерения и регистрации параметров расхода воздуха и подачи эрлифта, вынесен¬
ные в штурманскую рубку и размещенные на едином пульте (мерный бак 18 сдатчиком
уровня 19, датчик веса 20 типа СВК-1 с промежуточным контейнером 21 для сбора
твердого).
.Измерение подачи эрлифта производится путем направления потока воды или
пульпы переключателем потока 22, сблокированного с электросекундомером, в мерный
бак 18 или через трубопровод возврата с промежуточным баком 23 на слив. Переклю¬
чение шланговых затворов на мерном баке производится с пневмопульта 24.
Управление работой макета эрлифтной системы подъема в зависимости от решае¬
мых задач испытаний осуществляется путем изменения расхода сжатого воздуха с
помощью системы задвижек 25 или изменением дозированной подачи твердого матери¬
ала с помощью питателя 9, или изменением этих обоих параметров. Питание привода
питателя осуществляется по силовому электрокабелю от судового преобразователя
частоты.
Глава 3
105
Методика проведения полигонных исследовательских испытаний.
В соответствии с «Программой и методикой автономных испытаний...» и независи¬
мо от решаемой задачи исследований и конструктивного исполнения системы подъема,
проводится предварительное опробование МЭСП на функционирование: проверяется
функционирование монтажного захвата с приводом от пневмопульта, проверяется фун¬
кционирование переключателя потока и пневмозапориой арматуры на мерном баке;
проверяется работа оборудования станции контроля и регулирования расходом воздуха,
включающей в себя регулировочные вентили, датчик давления, датчик температуры и
дифференциальный манометр; с помощью судового штатного спуско-подъемного уст¬
ройства НИС «Полигон» и монтажного захвата производится сборка трубного става
эрлифта; к шлицевому соединению верхней секции подъемного трубопровода подсое¬
диняется гибкий участок подъемной трубы, связывающий газоотделитель с трубным
ставом. Выполняется проверка функционирования датчиков и информационных кана¬
лов системы контроля и управления, расположенных в подводной и надводной частях
системы подъема. Производится пробный запуск МЭСП с оперативным контролем
показаний всех датчиков и проверкой функционирования всех конструктивных элемен¬
тов системы. При этом все рабочие посты в местах производства замеров укомплекто¬
вываются научным персоналом, участвующим в испытаниях. Производится его инст¬
руктаж, тренировка и проверка совместной работы.
На рис. 3.37 представлена схема расположения средств измерения в надводной
части МЭСП и места расстановки научного персонала при производстве замеров и
регистрации данных.
В процессе проведения исследований получены расходные характеристики эрлиф¬
тов при подъеме воды с различными конструктивными параметрами, данные о которых
приведены в таблице 3.5, причем в качестве базовой модели принята схема с короткой
подводящей трубой (/=1,8 м) при геометрическом погружении смесителя 75,8 м.
Геометрические размеры МЭСП Таблица 3.5.
№
п/п
Параметры
Вариант схемы
1
2
3
4
1.
Глубина погружения сме¬
сителя, м
76,8
75,8
75,8
39,8
2.
Относительное геометриче¬
ское погружение
0,873
0,873
0,873
0,784
3.
Длина гибкой связи, м
32
32
32
32
4.
Общая длина подводящего
трубопровода, м
32
110
134
36
5.
Длина мерной секции, м
-
-
-
3
Расходные характеристики каждой из схем помещены на рис. 3.38. Их анализ
показывает, что влияние напорной характеристики подводящего трубопровода на энер¬
гетические параметры эрлифтирования начинает сказываться при расходах воздуха,
составляющих 24% и подачах эрлифта, составляющих 16% их оптимальных значений.
При увеличении расхода воздуха сверх этого граничного значения наблюдается сниже¬
ние подачи эрлифта, причем тем в большей степени, чем длинней подводящий трубоп¬
ровод. Так, например, для варианта 1 МЭСП с короткой подводящей трубой длиною
106
Глава 3
2
1,8 м максимальная подача составила 35,5 м /ч, с трубой длиною 32 м соответственно
3 3 3
33,5 м /ч, при длине трубопровода 110 м - 31,1 м /ч и при длине 134 м - 30,5 м /ч.
Снижение подачи эрлифта объясняется увеличением потерь напора в подводящем тру¬
бопроводе в зависимости от его протяженности. На рис. 3.38 эта особенность эрлифта
представлена семейством расходных характеристик, выходящих «пучком ветвей» из
граничной точки. При расходах воздуха менее граничного значения кривые расходных
характеристик сливаются в одну линию расходной характеристики, соответствующей
эрлифту с короткой подводящей трубой.
Глава 3
107
Q3,M3A
V
1-
2-
3-
ч_
4-
L=l,8 M
L=32 м
L=110 м
L=134M
L=36 M
Рис. 3.38. Экспериментальные расходные характеристики
МЭСП при работе на воде
Исследование МЭСП в режиме подъема твердого материала проводились по двум
вариантам конструктивной схемы, представленных на рис. 3.39.
Бункер-дозатор предварительно заполнялся гравием плотностью 2600 кг/м сред¬
ней крупностью 10 мм. Расходные характеристики указанных вариантов схемы МЭСП
в режимах работы на воде и подъему твердого представлены на рис. 3.40.
На протяжении всего периода проведения экспериментальных работ с МЭСП как
при работе на воде, так и в режиме подъема твердого материала велись наблюдения и
регистрация параметров, характеризующих переходные процессы в эрлифтной системе
подъема. Комплекс технических средств макета системы контроля и управления подъ¬
емом СКУ СП - система КТС ЛИУС-2, позволяет вести одновременную регистрацию в
блоке памяти ЭВМ восьми изменяющихся во времени параметров системы подъема.
Ввиду повреждения кабеля канала информации от приборов системы контроля и управ¬
ления, расположенных под водой на бункер-дозаторе, включая расходомер ИР-51,
наблюдения велись за изменением параметров, характеризующих расход воздуха и
подачу эрлифта. Регистрация данных о начале или прекращении процесса движения
жидкости в трубопроводе производилась визуально. Время протекания процесса фик¬
сировалось с помощью секундомера с ценой деления 0,1 с.
Среднее время протекания процесса при запуске эрлифта путем мгновенного (2-
3 с.) открытия вентиля ("свеча" закрыта) составляет 29-30 с, остановки эрлифта путем
Открытия «свечи» и закрытия задвижки на линии нагнетания компрессора — 35 с, при
запуске эрлифта путем плавного регулирования расхода воздуха и поддержания пуско¬
вого давления в рессивере — 94 с. Выход эрлифта на устойчивый режим работы после
появления первой порции гидросмеси из воздухоотделителя составляет 26 с. Через
5-15 с после запуска эрлифта на воде наблюдаются низкочастотные высокоамплитуд¬
ные колебания гибкой секции подъемного трубопровода.
Наблюдения за характером процесса лифтирования в зоне оптимального режима
при работе по схемам 1, 2,3 и 4 позволили зафиксировать устойчивую подачу системы
подъема по воде без признаков неточного режима.
108
Глава 3
Рис. 3.39. Варианты конструктивной схемы 2
9Э, м 3/ч
1,2 — Вар. 2Л,а= 0,87, L=2,2 м, вода
3 — Вар. 2.4, а=0,703, L = 2,2 м, вода
4 — Вар. 2.4,/3ki= 1040-1050 кг/м3
5 — Вар. 2.1,рп= 1030-1040 кг/м3
6 — Вар. 2.4, р[{= 1068 кг/м3
7 — Вар. 2.1,/Эп= 1066 кг/м3
О 25 50 75 100 Qb,m3/4
Рис. 3.40. Экспериментальные расходные характеристики СП-200М
в режиме подъема воды и твердого материала
Глава 3
109
В период проведения работ по варианту 2 МЭСП, оснащенного подводящим тру¬
бопроводом, состоящим из гибких рукавов внутренним диаметром 75 мм и длиною
25,4 м, эрлифт был введен в зону оптимального режима путем тонкого регулирования
положения исполнительных элементов воздухоподающей арматуры.
Параметры режима составили: расход воздуха 26,96-29,1 м /ч, средняя подача
эрлифта 20,8 м /ч. Устойчивая закономерность работы МЭСП в настроенном неточном
режиме наблюдалась в течение 2,5 часов. Визуально проведено изучение динамики
подачи эрлифта в неточном режиме, а в таблице 3.6 представлены результаты измере¬
ний.
Характеристика неточного режима
Таблица 3.6.
Состояние потока
Время, с
Четка
103
108
103
105
100
Пауза
13
6
12
8
16
Общее время цикла
116
114
115
113
116
В режиме подъема ТПИ неустановившейся характер процесса наблюдался в период
перегрузки МЭСП по твердому. Так, например, при отработке задачи исследования
экстремальной зоны работы эряифтиой системы подъема при фиксированной подаче
ТПИ произошла перегрузка эрлифта в результате уменьшения расхода воздуха при
неизменной подаче по твердому и как следствие произошло снижение его подачи и
транспортной скорости потока. Система подъема вошла в неустановившийся режим
работы, сопровождающийся неточным характером процесса подъема порций твердого
материала, высокоамплитудной вибрацией гибкой секции подъемного трубопровода и
выбросом смеси через воздушный патрубок газоотделителя. В результате произошла
продувка подъемной трубы эрлифта и сжатие в зоне, примыкающей к смесителю, ее
отдельных секций.
3.5.5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ СРЕДНЕГО
ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ ОТ ОТНОСИТЕЛЬНОГО
ДИНАМИЧЕСКОГО ПОГРУЖЕНИЯ
Учитывая, что одним из методов расчета эрлифтов, наиболее проверенным и под¬
крепленным опытом проектирования и эксплуатации промышленных эрлифтов, явля-
ется расчет с использованием безразмерных расходных характеристик, предложенный
Гейером В.Г., Логвиновым Н.Г. и Костандой В.С. [39,78,79], выполнена обработка
вышеприведенного массива экспериментальных данных с целью получения эмпириче¬
ской зависимости средне-интегрального удельного расхода воздуха qc от относительного
динамического погружения смесителя (Хц в диапазоне ССд = 0,5-1,0.
В глубоководных эрлифтах с длинной подводящей трубой характерным безразмер¬
ным параметром является не относительное геометрическое, а относительное динами¬
ческое погружение.
h — AHl
h+H ’
110
Глава 3
величина которого, в основном, определяется потерями напора A Hl в подводящей
трубе эрлифта. Это положение подтверждает также тот факт, что расходные характе¬
ристики эрлифтов, оснащенных подводящими трубами с различными гидравлическими
и конструктивными параметрами, но имеющих одинаковые значения Од, накладывают¬
ся друг на друга [218].
Для получения эмпирической зависимости qc=/использовались эксперимен¬
тальные данные по определению удельного расхода воздуха q0 на оптимальных режи¬
мах расходных характеристик и аналитическая зависимость qc=f{qо}- При выводе
qc=/(qoj принято положение о том, что процесс изменения состояния воздуха в подъ¬
емной трубе эрлифта изотермический, давление в подъемной трубе изменяется по
линейному закону [58 ], скольжение воздуха относительно жидкой фазы отсутствует,
внутренний диаметр и шероховатость стенок неизменны по всей длине, а режим работы
эрлифта квазиустановившийся, оптимальный.
На расстоянии Z от выходного сечения подъемной трубы (рис. 3.41) выделим
элементарный участок длиною dZ, для которого характерно некоторое значение газо¬
содержания qz.
Рис. 3.41. Расчетная схема глубоководного эрлифта
Глава 3
111
(3.16)
На основании введенных выше допущений
PeoQeo — PzQez
Абсолютное давление в рассматриваемом сечении
Рх= Ра + Рг
Z
h +#
(3.17)
где Рг - избыточное динамическое давление в смесителе на установившемся режиме
работы, Па.
Тоща характер изменения текущего значения газосодержания вдоль подъемной
трубы имеет вид
Яг- Но ^—= (3.18)
Р°+Р*ТТН
и описывается гиперболической функцией Qz~f(Zj. Ее среднее значение в рассмат¬
риваемом интервале равно
1 Л+Я
Qc= h + И { qz dZ (3.19)
Данный интеграл является табличным, решение которого и дает аналитическую
зависимость gc—f (<loj в виде
Ра , . Рг'
Яс до р , 1п(1 + р )
(3.20)
Полученная в результате обработки массива экспериментальных данных зависи¬
мость Qc—f представлена на рис. 3.42, математическое описание которой имеет вид
дс— ( 22,7 + 10,1% ) ■ 0,0063°’97ой (3.21)
9с
6,0
5.0
4.0
3.0
2.0
1,0
О
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ад
0-1
v-3
+ -2
Д-4
\
\
®-5
в-6
\
\
<“д)
а
1 — лабораторная установка
ДПИ, £)= 150 мм;
2 — морская эрлифтная уста¬
новка ДПИ, D = 150 мм;
3 — морская эрлифтная уста¬
новка МГРИ, D = b5 мм;
4 — эрлифтная установка
ВНИИнеруд,
D = 102 мм;
5 — данные М. Вебера,
D = 300 мм;
6 — данные М. Вебера при
подъеме бурого угля
ср= 1007-1012 кг/м3,
D=300 мм.
Рис. 3.42. Экспериментальная зависимость среднего
газосодержания от относительного динамического
погружения
112
Глава 3
Погрешность аппроксимации зависимости 3.21 не превышает 3% в диапазоне
ОД = 0,5-1,0.
Учитывая, что для получения графической зависимости рис. 3.42 и эквивалентной
ей эмпирической зависимости 3.21 использованы экспериментальные данные, получен¬
ные на эрлифтах с различными диаметрами и длинами подъемной трубы, при различ¬
ных геометрических и динамических погружениях смесителя, можно сделать вывод, что
предлагаемая графическая и эмпирическая зависимость д0—f (cXdj является характер¬
ной и общей для любых глубоководных эрлифтов с различными параметрами подъемной
и подводящих труб [1 ].
Подобные исследования эрлифтов проводились в Западной Сибири (вблизи г. Неф¬
теюганск) на эрлифгао-земснарядном комплексе по добыче песчаногравийной смеси со дна
реки Югань сотрудниками ДПИ и треста «Нефтеюганскспецгидромеханизация» [29 ].
3.6. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭРЛИФТЫ
Огромное количество различных исследований было проведено ДПИ на лаборатор¬
ных эрлифтах. Несмотря на то, что цели и задачи исследователи ставили разные, все
они строили расходные характеристики эрлифтов, которые приведены на рис. 3.43-3.75.
В этих работах принимали участие и внесли большой вклад в развитие теории и
практики эрлифтов следующие сотрудники ДПИ: В. Г. Гейер, Н.Г. Логвинов,
В.И. Груба, В.С. Костанда, Вл.Г. Миргородский, С.С. Малы¬
гин, Е.В. Усков, Е.В. Винда, А.А. Каплюхин, А.Л. Стегниен-
ко, В.С. Пащенко, Н.И. Скорынин, В.Б. Малеев, А.Г. Костен¬
ко, В.Ф. Шевченко, Л.Н. Козыряцкий, Е.И. Данилов,
Ф.Ф. Стифеев, Ф.А. Папаяни, Б.И. Адамов, А.П. Кононенко,
В.И. Мизерный, В.Б. Того, Вал. Г. Миргородский, А.И. Чече-
нев, Я.К. Антонов и многие другие [1, 33, 36, 41, 45, 48, 58,
69, 72, 77, 78, 98, 101, 102, 104, 1 10, ИЗ, 123, 140, 148 155,
176 и др. ].
Приведенные ниже характеристики были получены такими экспериментаторами
как С.С. Малыгин, А.А. Каплюхин, А.Л. Стегниенко, Вл.Г. Миргородский и др.
= 0,20
зрлифтной установки 77 = 0,14 м, Н + h- 4,95 м.
Глава 3
113
103'Q5,m^c
= 0,50
Рис. 3.44. Расходная характеристика экспериментальной
эрлифтной установки D = 0,06 м, Н + h = 16 м.
103'Q9m3/c
Рис. 3.45. Расходные характеристики эрлифтов D = 0,15 м:
а - режимы работы при <2р = 0,8Qmax.
I II
1 — h =8м; а =0,4
2 — h =4м; а =0,4
1 — h =4м; а =0,3
2 — h = 2 м; а =0,3
114
Глава 3
103-Q3,m3/c
1
2
3
4
5
Рис. 3.46. Расходные характеристики эрлифта D = 0,06 м:
а - режим работы при Qp = 0,8Qmax.
10®Q9,Mfc
1
2
3
4
5
6
Рис. 3.47. Расходные характеристики эрлифта D = 0,06 м:
а - режим работы при Qp = 0,8<2max.
1— а = 0,415; h
2 — а= 0,360; h
Ъ — а= 0,306; h
115
О 2 4 6 QB. м^мин
Рис. 3.48. Расходные характеристики эрлифта D - 0,1 м:
а - режим работы при Qp = 0,8<2max.
а = 0,66
а =0,61
а = 0,50
а =0,37
а =0,25
а = 0,405
а =0,344
а =0,303
а =0,283
а =0,242
а =0,222
= 7,67 м
= 6,67 м
= 5,67 м
Глава 3
115
1 — о =0,397; А = 7,75 м
2 — «=0,337; А = 6,58 м
3 — а = 0,292; А = 5,70 м
4 —а =0,235; А = 4,59 м
0 4 8 12 Qb.u%ihh
Рис. 3.49. Расходные характеристики эрлифта .0 = 0,15 м:
а - режим работы при Qp = 0,8Qmax.
Рис. 3.50. Расходные характеристики
эрлифта Джв = 0,153 м
ш. «Игнатьевская»:
а - режим работы при Qp = 0,8Qmax.
Q3>M//4
1— а =0,240; А =5,9м
2 —а =0,174; Л = 42,9м
3 — а =0,134; h — 33 м
4 — а =0,112; Л =27,6м
Рис. 3.51. Расходные характеристики
эрлифта О = 0,25 м:
а - режим работы при Qp = 0,8Qmax.
1 —а =0,192; Л =5,97м
2 — 0=0,171; Л = 5,35 м
3 — 0=0,138; А = 4,32м
4 — 0=0,101; А = 3,15м
116
Глава 3
400 800 1200 QB м^ч
a) D = 0,15 м
6) D = 0,18 m
b) D — 0,20 m
1—<2=0,4
2 — <2=0,33
3 — <2= 0,27
4 —<2=0,2
Рис. 3.52. Расходные характеристики эрлифтов Н + h = 20,5 м:
/-режим работы при £?р = 0,8Qmax.
400 800 1200 Ов.м^4
Рис. 3.53. Расходные характеристики
эрлифта D = 0,15 м:
I. - режим работы при Qp = 0,8(2шах-
1—<2=0,35; h = 7,0 м
2 — <2 = 0,18; h = 3,6 м
Рис. 3.54. Расходные характеристики
эрлифта D = 0,1 м:
I - режим работы при Qp = 0,8<2тах.
1—<2=0,5; h = 0,75м
2 — <2=0,4; Л =7,0м
3 —<2=0,2; h — 3,5м
Глава 3
117
—а
= 0,40;
Н =
: 12,3 м;
h
— 8,2 м
— а
= 0,33;
Н =
13,5 м;
h
= 6,3 м
— а
= 0,27;
Н —
15,0 м;
h
= 5,5 м
— а
II
о
р
Н —
16,4 м;
h
= 4,1 м
Рис. 3.55. Расходные характеристики эрлифтов Оэкв = 0,15 м:
7- режим работы при Qp - 0,8Qmax.
Qg.^/4
1 — а =0,40
2 —а =0,33
3 —« =0,27
4 —а =0,20
Рис. 3.56. Расходные характеристики эрлифтов 7)Экв = 0.18 м, Н + h = 20,5 м:
7 - режим работы при Qp=0,8Qmax.
Глава 3
118
1
— а =0,57;
Н = 4,6 м;
А = 6,5 м
2
— а =0,40;
Н = 6,1 м;
h = 5,0 м
3
— а =0,33;
Я = 7,4м;
h — 3,7 м
4
— а =0,22;
Н = 8,7 м; h — 2,4 м
Рис. 3.57. Расходные характеристики эрлифтов Оэкв =
/ - режим работы при Qp * 0,8Qmax.
1— а =0,40
2 — а =0,33
3 —а =0,27
4 —а =0,20
0,15 м:
300 600 900 1200 QB.1^4
Рис. 3.58. Расходные характеристики эрлифтов £>экв = 0,2 м, Н + h = 20,5 м:
/ - режим работы при Qp = 0,8Qmax.
Глава 3
119
Рис. 3.59. Расходные
характеристики эрлифтов
Ожа = 0,1 м: /- режим работы
• ПРИ Qp ~ 0,8Qmax.
1-^-«=0,57; Л =7,Ом
2 —«=0,18; h = 3,6 м
Рис. 3.60. Расходные характеристики
экспериментальной эрлифгной
установки Z)=0,1 м
1 — Л = 8,5м; «=0,5
2 —Л =7,7м; «=0,45
Рис. 3.61. Расходные характеристики эрлифтов Дэкв = 0,15 м:
/ - режим работы при Qr = 0.8Qma^.
1—« = 0,392, h = 8,0 м;
2 —«=0,357, h = 7,3 м;
3 —«=0,327, h = 6,7 м.
120
Глава 3
Q э.м^ч
a =0,538; h
a = 0,444; h
a =0,349, h
a = 0,254, h
= 9,1m
= 7,5m
= 5,6 м
= 4,3 m
Рис. 3.62. Расходные характеристики эрлифтов D3KB = 0,1 м:
/ - режим работы при Qp = 0,8<2тах.
1— а =0,48
2 —«=0,375'
3 — а =0,308
Рис. 3.63. Расходные характеристики эрлифтов 25ЭКв * 0,25 м, h = 8,0 м:
/ - режим работы при Qp = 0,8<2тах-
Глава 3
121
Рис. 3.64. Расходные характеристики эрлифтов 2)Экв = 0,25 м, h = 8,0 м:
I - режим работы при Qp = 0,8<2тах-
Яэ,М3/ч
Рис. 3.65. Расходные характеристики эрлифтов Ожв = 0,25 м, h = 8,0 м:
/ - режим работы при Qp = 0,8<2max.
= 0,7
= 0,6
= 0,5
= 0,4
0,451
0,394
0,310
122
Глава 3
Q3,m^4
Рис. 3.66. Расходные характеристики эрлифтов D3K„ = 0,15 м:
/-режим работы при |2р = 0,8£?шах.
1—а =0,70; Л=8м
2 — <2=0,53; Л = 6 м
3 — <2= 0,35; h = 4м
4 — <2=0,60; Л = 4м
Глава 3
123
Рис. 3.67. Расходные характеристики эрлифтов D3кв = 0,25 м:
I— а =0,190; h =5,97и
2 — а =0,171; h = 5,35м
3 — а =0,138; h = 4,32м
4 — а =0,101; А=3,15м
124
Глава 3
О 2 4 6 8 10 12 QB м3/ч
I —а=0,337; h = 7,75м
II— а =0,337; /г = 6,58 м
III —а =0,292; h = 5,70м
IV — а = 0,235; h = 4,59 м
Рис. 3.68. Расходные характеристики экспериментальной
эрлифтной установки/)Экв = 0,25 м
I —<2=0,415; h = 7,67м
II — <2 = 0,360; h = 6,67 м
III — <2 = 0,306; h = 5,67 м
О 2 4 6 8 Qb.m3/mhh
Рис. 3.69. Расходные характеристики экспериментальной
эрлифтиой установки 2>ЭКв = 0,1 м
Глава 3
125
О 150 300 450 QB мУч
I —а =0,66;
h = 10,5 м
II —а =0,37;
h = 6 м
Рис. 3.70. Расходные характеристики экспериментальной
эрлифтной установки
1-^1=300°^
Рис. 3.71. Расходные характеристики газлифта (Х=0,2
126
Глава 3
Рис. 3.72. Расходные
характеристики эрлифта с
различными смесителями
при а=0,1, H+h * 4,95м,
77 = 0,14м:
1 и 2 — со смесителем с
элементами струйного
аппарата;
3 — со смесителем типа
«кольцевой насадок»
Рис. 3.73. Характеристики шламовых эрлифтов
при £) = 0,143 м,Я=1,5м,Т: Ж = 1:Зм3/м3
1—а=0,66; 2 — а=0,41; 3 —а=0,29
Глава 3
127
0э‘103мУс
Рис. 3.74. Расходные характеристики
вакуумного эрлифта
/?=0,104 м; L= 10 м; fhn = 2600 кг/м3
1 —рп = 1000 кг/м3
2— рп —1060 кг/м3
3— рп= 1170 кг/м3
Qa-10V/c
А
/г
0.66 1-0 1,34 Qbm%
Рис. 3.75. Расходные характеристики
эрлифта D=0,05 м; L= 14 м;
1 — рт “ 2600 кг/м3; рп = 1340 кг/м3
2 —Рт = 5100 кг/м3; рп = 1320 кг/м3
3.7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВАКУУМНАГНЕТАТЕЛЬНОЙ ЭРЛИФТНОЙ
УСТАНОВКИ
В задачи экспериментальных исследований вакуумнагнетательной эрлифтной ус¬
тановки с центробежным нагнетателем в качестве источника пневмоэнергии входило:
— подтверждение принципиальной возможности транспортирования воды ваку-
умнагнетательным эрлифтом;
— качественные и количественные исследования удельных расходов воздуха при
различных глубинах относительного погружения эрлифта;
— исследование влияния величины вакуума в воздухоотделителе на подачу эр¬
лифта при различном погружении смесителя эрлифта;
— анализ устойчивости работы эрлифтной установки и взаимодействия центро¬
бежного нагнетателя с эрлифтом при изменении глубины относительного по¬
гружения эрлифта и вакуума в воздухоотделителе.
Экспериментальная установка была создана на испытательном полигоне Донецко¬
го политехнического института. Принципиальная схема установки представлена на
рис. 3.76. С целью исключения необходимости моделирования множества параметров и
уменьшения эффекта масштабности экспериментальные исследования производились
на эрлифтной установке, имеющей натурные размеры [98 ].
128
Глава 3
Рис. 3.76. Гидравлическая схема экспериментальной
вакуумнашетательной эрлифтной установки
Основные характерные размеры экспериментальной установки были приняты на¬
турными и на всех режимах работы в подъемной трубе соблюдалось условие автомодель¬
ности, так как Re = ^ 3 6^ • 105.
В качестве определяющего критерия использовалось относительное погружение
эрлифта СС. Геометрические размеры установки позволяли дискретно изменять а в
диапазоне 0,055-0,350.
Технологическая схема эрлифтной установки с измерительным комплексом при¬
ведена на рис. 3.77.
Нагнетательный трубопровод воздуходувки ТВ-50-1,8 соединен со смесителем эр¬
лифта через регулирующую задвижку А$ трубопроводом 0 210x7, а всасывающий
трубопровод соединен с герметичным воздухоотделителем эрлифта трубопроводом
0219x7. В центральной части всасывающего трубопровода расположен сепаратор, раз¬
меры которого позволяют эффективно разделить воду и воздух, что гарантирует невоз¬
можность попадания воды на всас воздуходувки. Две задвижки ДУ150 А\ и Аз обеспе¬
чивают соединение нагнетающего и всасывающего трубопроводов воздуходувки с
атмосферой.
Смеситель эрлифта трубопроводом 0 325x8 соединен с емкостью для воды
01000 мм, которая за счет переливов 0100 мм и задвижек ДУЮОЛ4, As и As позволяет
поддерживать постоянство геометрических погружений эрлифта во время испытаний.
Вакуум в воздухоотделителе при работе эрлифта поддерживается гидрозатвором,
конструктивно выполненном над баком для воды и обеспечивающим перелив «избыточ¬
ной» воды в бак. Сбросной трубопровод, соединяющий воздухоотделитель и гидрозат¬
вор, выполнен из трубы 0 325x8, один конец которой погружен под уровень воды в
гащрозатворе, а второй герметично соединен с воздухоотделителем. Объем воды, нахо-
ГлаваЗ
129
11.700
Рис. 3.77. Схема экспериментальной вакуумнонагнетательной
эрлифтной установки
дшцейся в гидрозатворе, позволяет заполнить сбросной трубопровод при максимальном
вакууме в воздухоотделителе 5 м вод. ст.
Циркуляция рабочей воды осуществляется по цепочке: бак для воды — эрлифт —
воздухоотделитель — гидрозатвор — бак для воды. Возможные потери воды компенси¬
руются подкачивающим насосом 1,5К—4, а избыточная вода сбрасывается через пере¬
лив и одну из задвижек, что позволяет поддерживать постоянное геометрическое погру¬
жение эрлифта.
Приборно-измерительный комплекс экспериментальной вакуумнагнетательной
эрлифтной установки состоит из трех измерительных блоков (рис. 3.77)
I. Расход сжатого воздуха содержит:
1 — нормальная диафрагма (Ш - 0,410; D = 203 мм, d = 130 мм), оснащенная
U - образным дифманометром (уравновешивающая жидкость вода);
2 — манометр образцовый, для замера давления сжатого воздуха перед измери¬
тельной диафрагмой;
3 — термометр цифровой для замера температуры сжатого воздуха.
II. Расход технической воды содержит:
4 — нормальную диафрагму (т=0,105,27=309 мм, d = 100 мм), оснащенную двумя
приборами ДТ-50 (уравновешивающая жидкость 4-х хлористый углерод и ртуть);
5 — манометр образцовый для измерения давления воды перед диафрагмой;
6 — термометр цифровой для замера температуры технической воды.
III. Блок замера давления содержит:
7 — манометр образцовый для замера усредненного давления в смесителе (усред¬
нение происходит по четырем точкам отбора, расположенным равномерно по периметру
смесителя на уровне подвода воздуха);
130
Глава 3
8 — манометр образцовый для измерения геометрического погружения (измери¬
тельная шкала манометра находится на отметке 0,000);
9 — вакуумметр образцовый для измерений вакуума в воздухоотделителе эрлифта.
При выполнении экспериментальных исследований были получены расходные ха¬
рактеристики вакуумнагнетательной эрлифтной установки. В качестве источника
пневмоэнергаи использовалась воздуходувка.
Количество опытов на каждом этапе исследований определялось согласно рекомен¬
даций [134]. Для принятой доверительной вероятности 0,90-0,95 при относительной
погрешности результатов 5-10% необходимое количество измерений, обеспечивающих
заданные условия, должно быть не меньше 5 на одном уровне контролируемых факто¬
ров.
Методически испытания вакуумнагнетательного эрлифта проводились в следую¬
щей последовательности.
После запуска эрлифта (рис. 3.77) при помощи одного из переливов и подпиточного
насоса 1,5К-4 устанавливался и поддерживался определенный уровень в баке, что
обеспечивало неизменность глубины погружения смесителя. Задвижка А\ на всасе
воздуходувки была полностью открыта, поэтому давление в воздухоотделителе равно
атмосферному.
Расходная характеристика эрлифта снималась при-изменении проходного сечения
регулирующей задвижки Аз.
При этом расход сжатого воздуха определялся по величине перепада давлений на
дифманометре 1, показаниям манометра 2 и термометра 3.
Подача эрлифта измерялась по величине перепада на дифференциальном мано¬
метре 4 и по манометру 5, контроль за температурой воды производился по термометру
6.
Давление в смесителе регистрировал манометр 7, а величина реального геометри¬
ческого погружения определялась по манометру 8.
Запись результатов измерений производилась только в установившихся режимах
работы эрлифта с усреднением по времени в течении 3-5 мин. С целью уменьшения
колебаний давлений изменялась частота собственных колебаний дифманометров путем
их дросселирований.
В процессе испытаний производился оценочный контроль получаемых значений по
предварительно построенным графическим зависимостям. После снятия характеристи¬
ки при атмосферном давлении в воздухоотделителе задвижкой А\ создавалось опреде¬
ленное разряжение. Глубина вакуума в воздухоотделителе в процессе снятия характе¬
ристики поддерживалась на одном уровне изменением проходного сечения задвижки
Лг-
Расход воздуха на эрлифт изменялся при помощи задвижки Аз.
В результате была получена серия расходных характеристик при различном ваку¬
уме в воздухоотделителе и постоянном геометрическом погружении смесителя.
Характеристика эрлифтной установки при других значениях глубины геометриче¬
ского погружения были получены аналогично.
Графические зависимости изменений производительности эрлифта при изменении
расхода сжатого воздуха и величины вакуума в воздухоотделителе для глубин геомет¬
рического погружения смесителя hT = 0,6 м; 1,2 м; 2,4 м представлены соответственно
на рис. 3.78,...,3.80.
Для экспериментальной установки глубина «реального» погружения смесителя,
как уже указывалось, определялась по показаниям манометра 8 (рис. 3.77). Причем
Глава 3
131
Q3 ,м3/сх103
д
А
/
3
/
г
г
/
у
Г/
~1
/
№
Ре,
кг/см
ССва
1
1,00
0,026
2
0,90
0,111
з
0,85
0,154
4
0,80
0,197
5
0,75
0,239
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5Qb,»3/c
Рис. 3.78. Экспериментальные расходные характеристики
вакуумнагнетательного эрлифта (Лг=0,6 м)
3/„ „m3
14
12
10
8
6
4
2
0
Q м7с х10'
✓
'
7
5,
г
г
7
7
7
L
7“
у
7
-3
т
/
/
Л
ч2
х1
№
Ре,
кг/см
®вп
1
1,00
0,060
2
0,90
0,137
3
0,85
0,171
4
0,80
0,214
5
0,75
0,256
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Qb,m7c
Рис. 3.79. Экспериментальные расходные характеристики
вакуумнагнетательного эрлифта (Лг = 1,2 м)
132
Глава 3
№
Рв,
кг/ см2
0«п
1
1,00
0,153
2
0,90
0,209
3
0,85
0,231
4
0,80
0,256
5
0,75
0,291
Рис. 3.80. Экспериментальные расходные характеристики
вакуумнагаетательного эрлифта (hr = 2,4 м)
систематические ошибки измерений были скомпенсированы благодаря тому, что дентр
шкалы манометра находился на уровне 0,000.
Высота подъема для установки определялась по выражению
Я = L-hr-he, м (3.22)
где L - общая длина подъемной трубы от отметки 0,000 до среза подъемной трубы
в воздухоотделителе, м;
hr - реальное геометрическое погружение смесителя эрлифта, м;
he - величина разряжения в воздухоотделителе, выраженная в м. вод. ст. ст.
Для получения сопоставимых характеристик результаты экспериментальных исс¬
ледований были обработаны следующим образом.
По соответствующим значениям оптимальной подачи эрлифта и оптимального
расхода сжатого воздуха были получены значения удельного расхода воздуха
gi = ^Р--0ПТ", а величины относительных погружений эрлифта в каждом случае вычис-
Уэ ОПТ
лялись по формуле:
*- ТЛ7 <3-23)
Результаты расчетов приведены в таблице 3.7, графические зависимости на
рис.-3.81.
Глава 3
133
Результаты исследований вакуум-нагнетательного эрлифта
Таблица 3.7.
Аг, м
А, м
Н, м
а
Qb опт,
и3/с
Qb опт,
м3/с*1(
Р*>
кг/см2
Яр
Яэ
2,4
1.8
9,90
0,153
0,153
0,350
8,0
1,00
47,0
43,8
2,4
1.7
9,25
0,156
0,209
0,275
9,5
0,925
24,0
28,9
2,4
1,6
9,10
0,150
0,221
0,225
10,5
0,900
20,9
21,4
2,4
1,5
8,70
0,147
0,256
0,200
11,5
0,850
15,3
17,4
2,4'
1,5
8,20
0,155
0,299
0,175
13,0
0,800
10,9
13,4
1,2
1,0
10,70
0,090
0,090
0,480
3,0
1,00
171,0
160,0
1,2
0,7
10,00
0,065
0,137
0,330
5,9
0,90
53,4
55,9
1,2
0,6
9,60
0,059
0,171
0,275
8,7
0,85
33,6
31,6
1,2
0,6
9,10
0,062
0,214
0,207
10,5
0,80
20,9
19,7
1,2-
0,5
3,70
0,054
0,256
0,160
11,0
0,75
15,3
14,5
0,6
0,3
11,4
0,026
0,026
0,40
1,00
1,00
—
0,6
0,3
10,4
0,028
0,111
0,36
3,70
0,90
96,0
97,3
0,6
0,2
10,0
0,020
0,164
0,38
5,00
0,85
54,0
64,0
0,6
0,2
9,5
0,021
0,197
0,23
6,3
0,80
30,0
36,5
0,6
0,2
9,0
0,033
0,236
0,19
8,5
0,75
19,0
22,3
№
Рс, кг/см2
1
1,00
2
0,95
3
0,90
4
0,85
5
0,80
Рис. 3.81. Графические зависимости Q =/(«) для различного
вакуума в воздухоотделителе
134
Глава 3
3.& ИССЛЕДОВАНИЕ ЭРЛИФТНОГО ПОДЪЕМА РУДЫ
Исследования эрлифтов проводились в ГИГХе на специально построенном стенде
(рис. 3.82). Цель исследований — выбор рациональной конструкции и режима работы
эрлифта, обеспечивающего максимальную производительность гидроподъема руды.
Для этого Определялась производительность эрлифтов различных конструкций в зави¬
симости от количества подаваемого сжатого воздуха, коэффициента относительного
погружения форсунки, длины всасывающего наконечника, типа форсунки смесителя и
расстояния всасывающего наконечника от поверхности всасывающего материала [6 ].
Гидравлическая схема стенда позволяла эрлифту работать по разомкнутому циклу
в целях разрыва динамической связи между его входом и выходом. Руда подавалась в
емкость, имитирующую отрабатываемую камеру. Емкость была герметично разделена
на две половины, в одну опускались эрлифт и питающая труба, в другую — всасы
землесосов и труба для поддержания динамического уровня. Питание установки ежа-
а
там воздухом производилось от двух передвижных компрессоров КС-9 (F=9m /мин,
Рис. 3.82. Принципиальная схема стенда для исследования эрлифта
1 — емкость для песка (зумпф); 2 — эрлифт; 3 — воздухоотдели¬
тель; 4 — мерная емкость; 5 — землесос; б — весы; 7 — дифмано-
метр расходомера воздуха (ДМ); 8 — самопишущий манометр
(МСС-410); 9 — электрический манометр (МЭД); 10 — водомер¬
ная труба; 11 — питающая труба; 13 — задвижки
Глава 3
135
р- 0,7 МПа). Для устранения возможных колебаний давления в воздушной магистрали
воздух в эрлифт подавался компрессорами через ресивер. Различные уровни погруже¬
ния форсунки создавались с помощью сливной трубы и задвижек.
Измерение производительности эрлифта и плотности гидросмеси производились
объемно-весовым способом. Расход сжатого воздуха измерялся дифманометром-расхо-
домером с записью показаний вторичным прибором ДС1-05. Давление сжатого воздуха
регистрировалось электрическим манометром типа МЭД с записью показаний вторич¬
ным прибором ДС1-01.
Порядок проведения экспериментов заключался в следующем. Вначале выбирался
необходимый режим работы эрлифта (расход воздуха, глубина погружения форсунки
смесителя, плотность поднимаемой гидросмеси и т.д.), затем производилось заполнение
зумпфр водой (для получения пульпы определенной консистенции в систему дополни¬
тельно загружалось необходимое количество руды), подача сжатого воздуха на эрлифт
и включение землесосов. Дросселированием задвижек устанавливалась необходимая
подача землесоса, равная производительности эрлифта. С помощью сливной трубы и
задвижек устанавливался и поддерживался в течение всего времени отбора гидросмеси
в мерную емкость задан¬
ный динамический уро¬
вень. После проверки пра¬
вильности установки всех
изменяемых параметров и
общей нормальной работы
всей установки произво¬
дились необходимые из¬
мерения.
Эксперименты про¬
водились с форсунками
смесителя кольцевого,
перфорированного и цент¬
рального подпружиненно¬
го типов (рис. 3.83’а-г).
Диаметр выданной трубы
эрлифта равнялся 150 мм.
В процессе экспериментов
динамический уровень по¬
гружения форсунки эр¬
лифта устанавливался в
пределах, соответствую¬
щих коэффициентам от¬
носительного погружения
а=0,325; 0,6 и 0,8. Рассто¬
яние от всасывающей
кромки выданной трубы
Рис. 3.83. Принципиальная схема эрлифта
и исследуемых форсунок
а — принципиальная схема эрлифта; б — кольцевая форсунка; в — пер¬
форированная форсунка; г — центральная подпружиненная форсунка;
1 — всасывающий наконечник; 2 — форсунка; 3 — пульповыдачная труба;
4 — воздухоотделитель; 5 — слив; 6 — воздушная труба; 7 — решетка
136
Глава 3
эрлифта до два зумпфа Аа = 0,5; 1,0; 1,5 и 2,5 d№, длина всасывающего наконечника
Авс“ 3,5 и 7 ^вс, расход сжатого воздуха бвоз — от 200 до 1000 м3/ч с интервалом 100
3 з
м /ч, плотность эрлифтируемой гидросмеси 1-1,3 т/м . Установлено, что максималь¬
ная производительность (подача) эрлифта обеспечивается при Авс = 1,5 d^, причем эта
закономерность наблюдается в широком диапазоне изменения коэффициента относи¬
тельного погружения (а « 0,32 - 0,80).
Анализ кривых (рис. 3.84) показывает, что с увеличением плотности гидросмеси до
з
р =1,35 т/м максимальная производительность эрлифта при относительных погруже¬
ниях форсунки равных 0,6 и 0,8, уменьшается по сравнению с производительностью по
воде и соответственно составляет 62 и 73%. С увеличением удельного веса гидросмеси
В то же время (см. рис. 3.84, в) с повышением относительного погружения от 0,325 до
0,8 производительность возрастает в 5-6 раз.
200 400 600 800
Оэ,м^ч
Qr.“N
1000 QRy/4
0,3 0,7
а
Рис. 3.84. Зависимость производительности эрлифта с кольцевой
форсункой от расхода воздуха:
а—в зависимости от высоты удаления кромки всасывающего наконечника от дна
зумпфа: 1 — 1,5 doc; 2 — 0,5 dsci 3 — 1,0 й?вс и- 4 — 2,5 <э?вс; б — в
зависимости от плотности эрлифтируемой гидросмеси при а = 0,325; 0,6 и 0,8;
з
в — в зависимости от динамического уровня а при #.= 1,0- 1,35 т/м ; 1 —Рг =
1 т/м3;2— /*= 1,05 т/м3; 3—/А-= 1,08 т/м3;4—/0г=1,15т/м3;5—/Эр =1,20 т/м3;
6 — рг-1,25 т/м3; 7 — pr = 1,35 т/м3
Глава 3
137
б)
QT.т /ч
а) бэ ~ / (&оз
б) Qr ~f ^<2воз
1 — 1 т/м3;
2 —1,03 т/м3;
3 —1,06 т/м3;
4 —1,10 т/м3;
5 —1,14 т/м3;
6— 1,2 т/м3;
7 —1,25 т/м3;
8 — 1,35 т/м3
Q
з,^/
ч
Рис. 3.85. Зависимость производительности эрлифта с кольцевой форсункой
по гидросмеси Q3 и твердому Qr от расхода воздуха при коэффициенте
относительного погружения форсунки а=0,8 и различных плотностях
гидросмеси
Из созданных конструкций наибольшую производительность (220 м /ч гидросме¬
си) обеспечивает эрлифте центральной форсункой (рис. 3.85). Его производительность
возрастает в 2 раза с увеличением глубины относительного погружения форсунки от 0,5
до 0,8. Экспериментально проверено также влияние воздухоотделителя на производи¬
тельность эрлифта. Для этого воздухоотделитель был отсоединен от эрлифта. Выброс
эрлифта был изготовлен в виде обыкновенного колена с изменением направления пото¬
ка на 180°. Установлено, что применение воздухоотделителя тарельчатого типа дает
увеличение производительности эрлифта с центральной форсункой на 25% при коэф¬
фициентах относительного погружения а= 0,8 и 0,6 (рис. 3.86).
Эксплуатация созданных образцов
эрлифта с исследованными форсунками на
опытном участке гидродобычи и при их ис¬
пытании на стендовой установке показала,
что эрлифт с центральной форсункой рабо¬
тает с меньшими пульсациями и из числа
испытанных имеет наибольшую произво-
дительность(220м /ч гидросмеси) причем
автоматическое закрывание кольцевой
щели при отсутствии подачи сжатого воз¬
духа предотвращает попадание песка в
щель и ее закупорку.
Исходя из вышеизложенного, даль¬
нейшие конструкторские разработки про¬
мышленных образцов эрлифта для усло¬
вий скважинной гидродобычи руды
должны вестись по пути создания эрлифта
с кольцевой форсункой с закрывающейся
щелью и системой насадок для размыва ру¬
ды при опускании эрлифта до подошвы
пласта.
160
120
80
40
0
1
2^
И
V
II
гг/
2(
)0
6
30
1C
)00
Q™*>M3/4
воз
Рис. 3.86. Зависимость влияния
воздухоотделителя на производи¬
тельность эрлифта при различных
расходах сжатого воздуха и коэф¬
фициента Относительного погруже¬
ния (кривые 1' и 2' при а=0,8):
1 — с воздухоотделителем;
2 — без воздухоотделителя.
138
Глава 3
3.9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГАЗЛИФТОВ С ПОДВОДОМ ТЕПЛОПОТЕНЦИАЛЬНЫХ
И ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
Предпосылки для создания комплексной газлифтной установки гидротранспорта и
газоочистки.
Опыт длительной эксплуатации эрлифтов в различных областях народного хозяй¬
ства в том числе для транспорта золошлаковой пульпы [4,77 ], а также высокая эффек¬
тивность мокрой очистки газов, открывают перспективу синтеза двух операций путем
создания комплексной установки гидротранспорта и газоочистки на основе газлифта.
В целях обеспечения эффективеой работы комплексная газлифтная установка
(КГУ) должна удовлетворять следующим требованиям:
. — полное исключение ручного труда на операциях выгрузки и погрузки отходов;
— надежность и безопасность эксплуатации, низкая трудоемкость ремонта и
обслуживания;
— автоматизация работы и возможность управления с помощью микропроцес¬
сорной ЭВМ.
В основу КГУ заложен принцип, суть которого состоит в том, что в газлифт подво¬
дятся дымовые газы, которые транспортируют пульпу и подвергаются при контакте с
водой и содержащимися в ней соединениями очистке от вредных примесей. Известны
работы, в которых установлено, что пропуская дымовые газы через золошлаковую
пульпу можно достичь их высокой степени как от твердых, так и газообразных соеди¬
нений, а эффективность эрлифта как транспортной установки повышается при подогре¬
ве подводимого газа [45 ]. Указанное является идейной предпосылкой для осуществле¬
ния совместного процесса, гидротранспорта и газоочистки в обной газлифтной
установке.
Она состоит (рис. 3.87) из источника газов 1, который соединен газоходом 2 со
смесителем 3 вакуум-газлифта, размещенным в пульпосборнике 4. Подъемная труба 5
газлифта соединена с
газоотделителем б, ко¬
торый через гидрозат¬
вор 7 трубопроводом 8
сообщен с отвалом, а
по трубопроводу 9 че¬
рез дымосос 10 соеди¬
нен с отводящей тру¬
бой 11, через которую
очищенный газ уходит
в атмосферу.
Проведенный
анализ существующих
систем гидротранспор¬
та и газоочистки пока¬
зал, что в условиях
шахтных котельных,
обогатительных фаб¬
рик и терриконов они
не удовлетворяют
предъявленным к ним
Рис. 3.87. Схема газлифтной установки
гидротранспорта и газоочистки
Глава 3
139
требованиям, особенно в обеспечении природоохранных мероприятий и рациональном
использовании энергетических ресурсов. Наиболее перспективным в этом направлении
является гидравлическая система транспорта и газоочистки, основу которой составляет
газлифтная установка. Поэтому в ДПИ были проведены исследования со следующими
задачами:
— определить влияние тепловой энергии подводимого газа на параметры газлиф¬
тной установки;
— исследовать процесс очистки дымовых газов и запыленного воздуха от вредных
примесей, протекающий в газлифте при транспорте пульпы;
— разработать алгоритм инженерного расчета КГУ и ее элементов;
— составить программу управления КГУ для системы золоудаления и газоочист¬
ки на базе микропроцессорной ЭВМ;
— дать рекомендации по использованию результатов исследований в других
отраслях народного хозяйства.
На основе теоретического анализа движения газожидкостной смеси с учетом теп¬
лоты рабочего тела получена математическая модель процесса лифтирования и уста¬
новлены зависимости для определения основных параметров газлифта [45 ], в которых
ряд величин требовали экспериментального подтверждения. С этой целью построены
лабораторная и промышленная установки, получены и обработаны опытные данные,
позволившие установить значения неизвестных параметров и уточнить теоретические
положения, а также разработать инженерный метод расчета и программу для управле¬
ния КГУ в системе золоудаления и газоочистки.
Необходимость данных экспериментов состояла в следующем:
— установить зависимость действительного расхода газа в газлифте от его на¬
чальной температуры при подводе в смеситель;
— определить значения показателя политропы и коэффициента теплоотдачи для
исследуемых режимов лифтирования;
— получить результаты о степени очистки воздуха от пыли в газлифте в условиях
обогатительной фабрики;
— установить эффективность очистки дымовых газов в газлифте от твердых и
газообразных примесей при совмещении с гидрозолошлакоудалением;
— получить исходные данные для разработки программы по управлению газлиф¬
тной установкой золоудаления и газоочистки на основе микропроцессорной
ЭВМ;
— апробировать в реальных условиях работу основных элементов комплексной
газлифтной установки.
Кроме того, экспериментальный этап необходим для определения численных зна¬
чений коэффициентов в математическом выражении зависимости удельного расхода
газа от его начальной температуры и для проверки модели, принятой при описании
термодинамического процесса лифтирования, и уяснения сущности механизма очистки
газов [45].
Экспериментальные установки.
С целью уменьшения эффекта масштабности, исследования проведенны на уста¬
новках, имеющих натурные размеры, при режимах, соответствующих условиям экс¬
плуатации.
Эксперименты выполнены в лаборатории филиала кафедры РГПУиГ при произ¬
водственном объединении «Красноармейскуголь» и на опытно-промышленной установ¬
ке в котельной шахты «Центральная».
140
Глава 3
Лабораторная экспериментальная установка, схема которой показана на рис. 3.88,
состоит из газлифта, объединяющего смеситель 2 и газоотделитель 3, соединенные
подъемной трубой 1, нижний участок которой изготовлен из прозрачного органического
стекла, газогенератора (дизельного двигателя) 13, а также комплекса измерительных
приборов и аппаратуры.
Газоподводящий трубопровод 11 имеет газовый ресивер 12, регулировочные за¬
движки 14, нормальную диафрагму 22. Диафрагма риаметром 49,8 мм с кольцевыми
камерами установлена в соответствии с требованиями [127]. Перепад давления на
диафрагме измеряется [[/-образным манометром 16, а давление перед диафрагмой —
манометром МО.
Температура газа измеряется термопарой ТХК - 0,515 с показывающим прибором
МКД-50.
Для создания геометрического погружения смесителя газлифта служит металли-
о
ческий бак 6 с объемом 3,5 м . Для регулирования уровня воды в баке имеются задвижки
14, через которые вода сбрасывается в емкость 9. Заполнение бака водой осуществляется
вспомогательным насосом 8. Контроль уровня воды в баке происходит с помощью
стеклянной уровнемерной трубы 21.
Подача газлифта определяется с помощью треугольного водослива 4 и мерного бака
5, из которого вода сливается в емкость 9.
Тарировка треугольного водослива проводилась мерным способом.
Опытно-промышленная экспериментальная газлифтная установка смонтирована
в котельной шахты «Центральная» объединения «Красноармейскуголь» (Украина),
функционально представляет собой комплексную систему золошлакоудаления и газо¬
очистки. Схема установки приведена на рис. 3.89. Она содержит вакуум-газлифт,
состоящий из смесителя 3, подводящей и подъемной трубы 5, газоотделителя 6, газоот¬
водящего тракта 9, на котором установлен сбросной трубопровод 12 и регулировочная
Глава 3
141
17
21
задвижка 11. Для измерения расхода газа на газоподводящем трубопроводе установлена
нормальная диафрагма 13. Измерение перепада давления на диафрагме и давления
перед ней проводилось {/-образными манометрами 14 и 15. Температура газа измеря¬
лась термометрами 16 и 17 типа П-6 ГОСТ 2823-73.
Во время экспериментов уровень жидкости в емкости 4 золоканала поддерживался
3
постоянным в результате оборота транспортной воды и значительного (15м ) объема
2
золоканала с площадью зеркала 18 м .
Измерение подачи газлифта производилось объемно-весовым способом посредст¬
вом мерного бака 8 с указателем уровня, протарированного в единицах объема, дина¬
мометра 20 и секундомера. На всех режимах работы газлифта время наполнения бака
составляло не менее 1 минуты.
Разрежение в газоотделителе 6 создавалось дымососом Д 12,5 с приводом электро¬
двигателя мощностью 90 кВт и частотой 1500 об/мин.
Проведенные эксперименты дали возможность получить необходимые зависимо¬
сти, используемые при расчетах подобных установок, подтвердили возможность эффек¬
тивного использования газлифтов в данных условиях и др. [45 ].
142
Глава 3
4. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
РАСЧЕТА ЭРЛИФТОВ
41. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЭРЛИФТОВ ДЛЯ ПОДЪЕМА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Особенностью расчета и проектирования эрлифтов для подъема твердого материала
(угля, породы, песка, гравия, золы, шлака, различных руд, конкреций и др.) является
поддержание заданной транспортной скорости в подающем и подъемном трубопроводе.
Высокая скорость приводит к усиленному износу труб и всех конструктивных узлов и
элементов эрлифта, увеличению динамических нагрузок и повышенному расходу энер¬
гии. Малая скорость позволяет скапливаться у всасывающего устройства значительно¬
му количеству твердого материала большой крупности и плотности, что приводит к
закупориванию эрлифта и прекращению его работы, т. е. к аварийной ситуации. Для
предотвращения подобной ситуации, кроме того, необходимо всасывающее устройство
(грунтозаборник) соответствующей конструкции, способное работать с автоматической
дозировкой твердого материала над всасом вокруг подъемной трубы, т. е. когда всасы¬
вающее устройство внедрено в разрабатываемый грунт. В конструкции эрлифта необ¬
ходимо также предусмотреть такие узлы и элементы, которые предотвращали бы
попадание негабаритных кусков твердого материала на вход в подающую трубу, а также
удаление твердого сравнительно больших размеров после воздухоотделителя, если эр¬
лифт является первым звеном в системе гидротранспорта пульпы к потребителю с
помощью лопастных насосов.
42. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КРУПНОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА В
ВОДОВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ
В обширной литературе по вопросу движения твердых тел в гомогенных средах [62.,
63, 107, 112, 113,143, 149, 150, 158, 159, 177 и др. ] имеется значительное количество
опытов, проведенных в различных режимах и для различных форм и плотности твердых
тел. Особо успешные исследования были проведены в ДПИ А.Н. Зарей J63 J. Простей¬
шими телами, изучение сопротивления которых началось очень давно, является шар и
плоская пластина. Опыты с шарами производились очень тщательно многочисленными
авторами; были исследованы шары различных диаметров при широком диапазоне ско¬
ростей. При теоретическом исследовании сопротивления шара применяли уравнения
движения вязкой жидкости, вводя различные упрощающие предположения. Но глав¬
ный и основной метод исследования сопротивления шара - это метод эксперименталь-
ныи.
Глава 4
ш
В настоящее время имеется значительное число формул, выведенных для различ¬
ных режимов движения гомогенных потоков. В ДПИ были проведены исследования на
кусочках пластмассы, имеющей плотность 1120 кг/м , для проточной части воздухоот¬
делителя эрлифта [113], для твердых тел правильной формы (шаров, кубов и пластин)
различной плотности и размеров [36, 72] и конкреций неправильной формы [1] в
подъемной трубе эрлифта. В Силезском политехническом институте проводились исс¬
ледования по подъему железомарганцевых конкреций [215 ], а в университете Карлсруэ
(Германия) - по подъему песка, гравия и бурого угля.
Обычно в расчетах кинематических параметров при движении твердых тел в водо-
воздушном потоке применяют законы, справедливые для гомогенных сред. Исходя из
этого определяется кинематический параметр, наиболее полно характеризующий дви¬
жение твердого тела в вертикальном водовоздушном потоке - это гидравлическая круп¬
ность Vq. Для выбора рабочей формулы составляется дифференциальное уравнение
движения и решается относительно Vo.
Рассмотрим свободное падение твердого тела в неограниченном объеме водовоз¬
душной смеси [62 ].
Уравнение движения
GT - G -Rc - т = 0 , (4.1)
или
dV
Рг&> -Rc-flcV = 0 . (4.2)
При установившемся движении
ptgV ~PcgV -Rc=0 , (4.3)
где GT - сила тяжести; G - выталкивающая сила; Rc - сила сопротивления; pc, f>c -
соответственно плотности тела и водовоздушной смеси; V - объем тела.
Сила сопротивления Rc определяется многими факторами, в общем случае
Rc = f(v, pc,dT, p, формы и поверхности j , (4.4)
где V - относительная скорость обтекания тела потоком; dr - характерный размер
тела; Рс - динамическая вязкость смеси.
При развитом турбулентном режиме
Rc = CxPcFVl, (4.5)
где Сх - коэффициент сопротивления движению тела; F - площадь миделевого
сечения.
Транспортируемые в эрлифтной установке уголь и порода характеризуются самой
разнообразной геометрической формой. Тем не менее, по данным многочисленных
замеров [62], для расчетов и аналитических исследований их можно принимать как
куски шарообразной формы.
Подставляя значения V и Rc для шара в уравнение (4.3) и решая его относи¬
тельно Vq, получим окончательно:
* - (!!№*)*
(4.6)
Т44
Глава 4
ще Со - коэффициент сопротивления, учитывающий характер обтекания тела и
'степень сферичности.
Средняя по подъемной трубе плотность смеси
рОэ V PeQe
А
Р& Тср
(4.7)
QB+Qe-jh?
г со-1 :
ср-* а
где р,рв- соответственно плотности воды и воздуха; Qs - подача эрлифта;
Qe - расход воздуха; Рср - среднее абсолютное давление водовоздушной смеси;
Та, Тср - температура соответственно окружающей среды и средняя в подъемной трубе
эрлифта.
Если принять изменение избыточного давления по треугольнику [16 ], то
Рср Ра +
Pgh
(4.8)
где Ра - атмосферное давление.
Подставляя значениерь в уравнение (4.6), получим
Vo =
(_2.&
3 Со
А
Р аТср 1
(P& +\pgh) tJ
pQ +peQe
2
1
(4.9)
Принимая процесс расширения воздуха изотермическим, пренебрегая массой воз¬
духа, которая в сотни раз меньше массы гидросмеси, получим плотность водовоздушной
смеси
рс =
(4.10)
Qe
где Q=q
или
- удельный расход воздуха,
*=Ат- (4Л1>
где <7п - удельный расход воздуха, отнесенный к среднему давлению гидросмеси
в подъемной трубе эрлифта.
Окончательно уравнение (4.9) можно записать в виде
Vo= (4Л2)
„ 2
Значение коэффициента / принимаем^равным / = j для тела, имеющего
форму шара. Тоща коэффициент сопротивления Со отразит и влияние формы тела.
В формуле (4.12) за характерный размер тела dT принимаем гидравлический
радиус jRt. В этой формуле все величины для определения Vq обычно известны, за
исключением Со, значение которого приводится ниже. Следует также отметить, что
величину Со, согласно теории обтекания твердых тел потоком, при многообразии
Глава 4
Ш
форм и поверхностей частиц, очевидно, можно получить в каждом отдельном случае
только экспериментальным путем.
Для установления закономерностей движения твердого тела в стесненных услови¬
ях были проведены соответствующие исследования, основные положения которых были
подтверждены экспериментом.
При анализе этого вопроса, как отмечается в работе [62 ], очень важно отметить,
что в уравнении (4.12) за Vo принята скорость падения тела относительно границ
смеси, находящихся на бесконечном удалении, которая в этих условиях равна средней
скорости обтекания тела водовоздушной смесью. В условиях стесненного движения тела
эта скорость, естественно, будет разная. Очевидно, что при движении единичного твер¬
дого тела в стесненных условиях скорость его перемещения относительно стенок трубы
будет
Многочисленные эксперименты, проведенные А.Н. Зарей на воде с шарами разных
диаметров (20 - 100 мм) и = (1,37 - 1,79 т/м3) в трубах D = 153 мм и D = 201 мм
дали зависимость [62 ]
К > 2 - коэффициент, зависящий в общем случае от Шф
4,2.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ
ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА В ПОДЪЕМНОЙ ТРУБЕ ЭРЛИФТА
Для определения величин скорости витания Ve, коэффициента сопротивления
и некоторых других параметров водовоздушного потока в ДПИ была построена экспе¬
риментальная эрлифтная установка (рис.4.1). Питание установки сжатым воздухом
осуществлялось от турбогазодувки типа ТГ-50-1,9. Установка состоит из воздухопода¬
ющего трубопровода 6, соединенного со смесителем эрлифта 2 и со сбросным трубопро¬
водом 7. Трубопроводы имеют регулировочные вентили 8, 9. Металлический бак 10
размером 1,2 х 1, 2 х 2,5 м служит для обеспечения погружения эрлифта. Заполнение
его водой осуществляется вспомогательным насосом 11. Бак имеет задвижку 12 для
сброса воды в бассейн. На воздухоподающем трубопроводе имеется место для установки
термометра 13 и установлена нормальная диафрагма 14 для измерения расхода воздуха.
Подача воды эрлифтом определяется с помощью треугольного водослива 15, из которого
вода поступает в бак 10. Перепад давления на диафрагме измеряется U - образным
лабораторным манометром 16, заполненным водой, а давление перед диафрагмой -
(4.13)
где С - коэффициент сопротивления движению при скорости V.
Тоща из уравнений (4.12) и (4.13) получим
(4.14)
(4.15)
Ш
Глава 4
13
Рис. 4.1. Экспериментальная установка
дифференциальным манометром 17 типа ДТ-50, заполненным ртутью. Для отсчета
уровня воды в баке служит уровнемерное стекло 20. Диаметр подъемного трубопровода
составлял 0,14 м, воздухоподающего - 0,105 м. Длина подъемного трубопровода от места
входа воздухоподающей трубы в смеситель до верхнего среза составляет 4,95 м. Иссле¬
дования проводились в диапазоне относительных погружений от 0,101 до 0,405 [72 ].
Были изготовлены твердые тела трех форм (шар, куб, пластина) объемом
26,4 -10 6 м3 и 137 • 10 6 м3. Плотности тел 1300 кг/м3; 1800 кг/м3; 2500 кг/м3;
4500 кг/м ; 6450 кг/м ; 7800 кг/м . Шары диаметром 37 мм и 62 мм для получения
необходимого веса заполнялись свинцом в центральной части. Отверстие герметично
закрывалось с помощью эпоксидной шпаклевки. В этом же месте установлена петля с
тем, чтобы шары можно было подвешивать на нити внутри подъемной трубы эрлифта.
Кубы с длиной ребра 30 и 51,5 мм и пластины размером 15 х 35 х 50 мм, 30 х 60 х 76 мм
изготавливались из дерева. Для достижения нужного веса внутрь полых тел добавлялся
свинец, а оставшийся объем заполнялся эпоксидной шпаклевкой, вес которой также
учитывался. Все тела пропитывались влагостойкой краской. Тела плотностью
7800 кг/м были изготовлены из стали Ст. 3. Твердые тела подвешивались к отражате¬
лю воздухоотделителя и свободно свисали на нити внутри подъемной трубы эрлифта.
Если в подъемную трубу эрлифта ввести твердое тело, имеющее гидравлическую
крупность Fo, а поток водовоздушной смеси заставить двигаться со скоростью V = Fo,
то твердое тело будет находиться во взвешенном состоянии, не опускаясь и не поднима-
Елава4
Ш
ясь, а подвергаясь случайным импульсам, которые характерны для водовоздушного
потока. Ту скорость потока, при которой тело находится в таком состоянии, назовем
скоростью витания Ve. Состояние витания твердого тела определялось визуально и с
помощью специально изготовленного динамометра, соединенного через нить с исследу¬
емым телом.
С целью определения средней скорости витания в водовоздушных смесях с различ¬
ным воздухосодержанием удельный расход воздуха изменялся путем установления
различного относительного погружения CL Эта величина устанавливалась равной0,405,
0,303,0,242,0,202,0,141,0,101.
За время работы эрлифтной установки за телами велось визуальное наблюдение,
киносъемка и фотографирование. Фиксировался режим работы эрлифта в момент без¬
различного состояния твердого тела в подъемной трубе эрлифта (ноль на показании
динамометра).
Необходимое количество измерений для достижения требуемой точности £ и
доверительной вероятности 3 можно определить заранее только в том случае, когда
известна средняя квадратичная ошибка измерений [88 ]. Если средняя квадратичная
ошибка измерений при нормальном законе распределения заранее неизвестна, но изве¬
стен хотя бы ее порядок, то необходимое количество измерений можно определить в
зависимости от доверительной вероятности 3 йот отношения J-, где S - буду¬
щий эмпирический стандарт ошибки. Чтобы гарантировать получение доверительной
оценки с надежностью 3 = 0,95 и точностью до 0,5 5, надо произвести ^изме¬
рений.
Описание поведения твердых частиц приведено ниже. Поведение тел такое же, как
и в случае определения скорости витания, с той лишь разницей, что телу не давали
выйти из подъемной трубы.
Для каждого тела существует своя точка на расходной характеристике эрлифта, в
которой исследуемое тело определенной плотности, размера и формы находилось во
взвешенном состоянии внутри подъемной трубы эрлифта (рис. 4.2,4.3, 4.4). В наиболее
низких точках расходной характеристики находятся плоские тела, в высоких - шарооб¬
разные. При одинаковой плотности тела и стеснении малые тела транспортируются
легче, чем более крупные. Чем больше плотность тела, тем выше по кривой находится
точка витания исследуемого тела данной формы и размера.
Скорость витания для каждого тела определяется по формуле
Ра +
Pgh
)•
(4.16)
или
v-=3 (('n+l) • <4Л7>-
Тогда из уравнений 4.12 и 4.17
Так как исследовались тела различной геометрической формы, то при расчете
величины Сд, а также числа Рейнольдса за характерный размер тела был взят гидрав¬
лический радиус Rr.
Тогда уравнение (4.18) может быть записано в виде
Ш
Глава 4
103Q,m3/c
Рис. 4.2. На расходных характеристиках эрлифта показаны точки, в которых шар
объемом 24,6 *10 ми 137 • 10-^ м3 и плотностью для соответствующей нумерации
1...5 - 1300, 1800, 2500, 4500, 6450 кг/м3 находится в состоянии витания.
io3q,M3/c
Рис 4.4. На расходных характеристиках эрлифта показаны точки, в которых
пластина объемом 24,6 • 10~6 м3 и 137 • 10-6 м3 и плотностью для соответствующей
нумерации 1...5 - 1300, 1800, 2500, 4500, 6450, 7800 кг/м3 находится в состояний
витания.
Глава 4
149
(4.19).
гл _ _2 g R т? D4 А ((7п + l) _ |
3 i6^(ff" + i)2 L />
Используя полученные экспериментальные зависимости, может быть определена
скорость витания.
Для практических целей (при определении транспортной скорости водовоздушной
смеси, необходимой для подъема твердого тела) крайне важно знать величину коэффи¬
циента сопротивления движению при данной скорости транспортирования. Этот коэф¬
фициент возможно определить из эксперимента, который проводился на той же уста¬
новке (рис.4.1).
Как и в предыдущем случае, за телами велось визуальное наблюдение, киносъемка
и фотографирование. Фиксировался режим работы эрлифта в момент появления иссле¬
дуемого тела в воздухоотделителе. Изменение воздухосодержания осуществлялось пу¬
тем установления различного погружения смесителя эрлифта.
Визуальное наблюдение показало следующее. При работе эрлифта в режиме до-
транспортных скоростей тело, находящееся в подъемной трубе эрлифта, занимало по¬
стоянно меняющееся по поперечному сечению подъемной трубы положение. Переме¬
щение этого тела происходило по определенному закону - кольцеобразно. Основной
причиной возникновения поперечной силы в потоке является его неоднородность. В
результате пульсаций давления твердое тело меняло свое положение и по длине трубы.
При некотором увеличении расхода сжатого воздуха тело перемещалось несколько
выше по подъемной трубе и продолжало оставаться в таком положении. Дальнейшее
увеличение расхода воздуха Qe заставляло твердое тело двигаться вверх до выноса из
подъемной трубы. Перенос тела потоком может осуществляться только при наличии
относительной скорости.
Особого внимания заслуживают пластины. Они подвешивались так, что наиболь¬
шей площадью были направлены навстречу движению водовоздушного потока. Во вре¬
мя работы эрлифтной установки пластина постоянно была обращена к потоку наиболь¬
шей осью (плашмя), лишь изредка на короткое время поворачивалась вокруг своей оси
на угол до 30° к горизонтальной плоскости. Этот угол, при прочих равных условиях, во
многом зависит от плотности исследуемого тела. Чем больше плотность пластин, тем на
меньший угол они поворачиваются. При значительном воздухосодержании
( дп > 100 ) исследуемое тело выходило из подъемной трубы, вращаясь вокруг своей
горизонтальной оси. В том случае, когда пластина была прижата водовоздушным пото¬
ком к стенке трубопровода, она могла поворачиваться на угол до 90°, а затем могла
опускаться вниз. Это можно объяснить тем, что вдоль стенки подъемной трубы эрлифта
определенным слоем кольцеобразно движется в основном жидкость, скорость которой
гораздо меньше, чем скорость водовоздушной смеси в центральной части трубы. Поэто¬
му при одном и том же режиме работы эрлифтной установки в зависимости от места
нахождения исследуемого тела (центр или периферия) последнее могло быть вынесено
из трубы (центральное положение) или остаться в ней (периферийное положение).
Аналогичным образом ведут себя тела, имеющие форму пластин, в потоке воды
[143] при турбулентном движении. Песчинки пластинчатой формы падают, удерживая
свою большую ось в горизонтальной плоскости, т. е. падают всегда плашмя, аналогично
падению листьев с деревьев. В случае ламинарного движения частица сохраняет свое
первоначальное положение.
Так же, как и для случая определения средней скорости витания, здесь для каждого
тела существует своя точка на расходной характеристике эрлифта, в которой иселеду-
W
Глава 4
емое тело определенной плотности, размера и формы выходило из подъемной трубы
(рис.4.5, 4.6 и 4.7).
Минимально допустимая транспортная скорость - это скорость, при которой тело
выносится водовоздушным потоком из подъемной труба эрлифта при минимальных
затратах энергии, необходимой для выноса данного тела, и которая может быть опреде¬
лена, как
Транспортируемые уголь и порода, песчано-гравийная смесь, зола и шлак, желе¬
зомарганцевые конкреции и др. имеют весьма широкий диапазон изменения крупности:
от пылевидных частиц до кусков, максимальные размеры которых определяются про¬
пускной способностью трубопроводов и проходными сечениями транспортирующих
различные скорости, а средний гидравлический радиус твердого тела /?т. ср. будет ха¬
рактеризовать движение частиц только определенного размера, причем наиболее труд¬
но будут транспортироваться самые крупные куски, что наглядно подтверждается прак¬
тикой эксплуатации гидротранспорта [113]. Ввиду необходимости транспортирования
материала любой крупности, находящегося в подъемной трубе эрлифта, очевидно, что
минимально допустимая транспортная скорость будет определяться размерами этих
наиболее трудно транспортируемых кусков. Следовательно, при определении этой ско¬
рости необходимо брать гидравлический радиус наибольшего куска, поступающего в
подающий трубопровод (хвостовик) эрлифта.
Экспериментальная зависимость Vmp — / (qn) (рис. 4.8, 4.9, и 4.10) показывает,
что при одном и том же воздухосодержании скорость транспортирования в данной
подъемной трубе растет с увеличением плотности материала и размеров твердого тела.
И растет тем круче, чем больше плотность твердого материала. На график этой зависи¬
мости сказывается и влияние формы тела. С увеличением коэффициента формы кривая
для данного объема и плотности тела выполаживается.
Из экспериментальной зависимости Стр =/ ((?п) видим, что экспериментальные
точки, соответствующие зоне расходной характеристике эрлифта ниже «оптимума»,
ложатся в сравнительно плавную кривую в зависимости от плотности твердых тел.
Экспериментальные точки, соответствующие рабочей зоне, независимо от плотности
твердых тел, вписываются в одну кривую на вышеназванных зависимостях. Так как
рассматривается в основном рабочая зона расходной характеристики, то данные можно
свести в один рис. 4.11. Видно, что чем больше величина коэффициента формы тела,
тем выше находится кривая зависимости Стр =/(<?п). Экспериментальная зависи¬
мость Vmp ~ / (Рг) показывает, что с увеличением значения коэффициента формы
скорость транспортирования твердых тел для данной плотности материала уменьшает¬
ся, а кривая выполаживается. Как и следовало ожидать, возрастает транспортная ско¬
рость с увеличением воздухосодержания.
Значение коэффициента сопротивления движению тела для различных величин
воздухосодержания колеблется в сравнительно небольших пределах. Для шаров при
<7п = 10...30 эта величина будет в пределах от 0,08 до 0,12; при qn = 30...100
(4.20)
Коэффициент сопротивления движению тела при скорости
(4.21)
агрегатов. Разумеется, что в таком потоке частицы твердого будут иметь довольно
Стр = 0,12—0,14. Для кубов при qa = 10...30 Стр - 0,12...0,15; при qn - 30...100
Глава 4
151
Рис 4.5. На расходных характеристиках эрлифта показаны точки,
в которых шар выходит из трубы.
Рис 4.6. На расходных характеристиках эрлифта показаны точки,
в которых куб выходит из трубы.
Ш
Глава 4
%р,м/с
1 - •
2 - *
3- 0
4- Ф
5- ф
6- е
7- 0
8- е
9- 0
10 -(g)
и 40 80 120 160 200 240 <1П
Рис. 4.8. Экспериментальная зависимость Vmp =/ (#п) для шаров
Хпр> Ч
1 -
■
2 -
В
з -
4 -
и
5 -
□ ,в
6 -
В
7 -
в
8 -
ЕЗ
9 -
ЕВ
Рис. 4.9. Экспериментальная зависимость Fmp = / (<?п) для кубов
^тр> м/с
Глава 4
Ш
Рис. 4.11. Экспериментальная зависимость Стр—f (еъ) выше «оптимума»:
А - шар; Б - куб; В - пластина
Сщр = 0,15...0,2. Для пластин при дп = 10...30 Стр = 0,15...0,2; при д„ = 30... 100
Стр=0,2...0,3. Приведенные коэффициенты взяты для тех условий, когда за характер¬
ный размер твердого тела берется его гидравлический радиус.
Проведенные экспериментальные исследования позволяют рассчитать минималь¬
но допустимую скорость водовоздушной смеси для транспорта твердого в подъемной
трубе эрлифта. С целью распространения полученных данных на трубы различного
диаметра и на параметры твердых тел необходимо произвести исследования с телами
различных размеров, т. е. учесть стесненность.
Необходимая средняя скорость в подъемной трубе эрлифта для транспорта твердого
должна быть несколько выше нормально допустимой транспортной скорости {критиче¬
ской) . В том случае, если имеются твердые включения в потоке водовоздушной смеси,
гидравлическая крупность которых больше или близка к скорости потока, возможно
образование скопления такою крупного материала у устья трубы, которая периодиче¬
ски будет выбрасываться вверх [177 ]. Такое скопление и выбрасывание твердого мате¬
риала будет вызывать еще большие колебания давления в системе. С другой стороны,
увеличение скорости ведет к повышенному износу подъемных и подающих труб и
других частей эрлифта, перерасходу сжатого воздуха, а также к повышенному измель¬
чению транспортируемого твердого материала.
Положительно сказывается на работе эрлифта увеличение концентрации твердого
материала (до определенных пределов) в трубах эрлифта. Увеличивается подача эр¬
лифта по твердому материалу, меньше потребуется скорость для его транспортирова¬
ния, уменьшится износ при равной подаче по твердому.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований при¬
ходим к выводу, что необходимую среднюю скорость в подъемной трубе эрлифта для
транспорта твердого, исходя из (4.12), можем определить по уравнению
Vmp = KJCK
3
ЮС,
тр
Рг (дп + 1)
р
(4.22)
ще Ю - коэффициент запаса;
Кк - коэффициент, учитывающий концентрацию смеси;
Кс - коэффициент, учитывающий стесненность.
Как известно, у транспортируемого твердого материала отсутствует определенная
геометрическая форма. Обычно в практике гидромеханизации характерный размер
твердого тела определяют, пользуясь ситовым анализом, а в теоретических расчетах -
как диаметр равнообъемного шара. В работе [62] были проведены многочисленные
обмеры кусков угля размером 20...100 мм, которые указали на возможность такого
Ш
Глава 4
допущения, так как диаметр dr, определенный как среднеарифметическое трех изме¬
рений, как правило не отличается от равнообъемного шара более, чем на 5...7%. Исходя
из этого для определения коэффициента, учитывающего стесненность, были проведены
экспериментальные исследования на шарах с размерами 28...80 мм для потока водовоз¬
душной смеси, имеющего удельный расход воздуха дп=10и 30.
Как показали проведенные исследования, в частности, зависимость коэффици¬
ента сопротивления движению от коэффициента живого сечения, величина коэффици¬
ента, учитывающего стесненность, возрастает с увеличением та. Установлено, что в
эрлифте практически та ^ 0,8, что соответствует диаметру шара 62 мм для данной
трубы, поэтому коэффициент Кс для этой величины та приравнивается к единице и,
исходя из этого, даются значения коэффициента сопротивления движению тела и его
зависимость от критериев и параметров эрлифта. Исходя из вышесказанного можно
сделать вывод, что для =0,8...0,9 Кс= 1,0... 1,3; для/п<**=0,9...0,95 Кс-1.3... 1,6; для
та = 0,95... 1,0 Кс= 1,6...2,3.
На основании исследований, проведенных в ДПИ [63 ], можно заключить, что в
условиях гидроподъема эрлифтными установками коэффициент, учитывающий кон¬
центрацию гидросмеси Кк, может быть принят 0,9...0,95. Для водоотливных установок
этот коэффициент будет равен единице.
4.2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДЪЕМА
ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ, ПЕСКА, ГРАНИТА,
ГРАВИЯ И УГЛЯ В ПОДЪЕМНОЙ ТРУБЕ ЭРЛИФТА
В Силезском политехническом институте в результате анализа различных систем
подъема железомарганцевых конкреций также было установлено преимущество эрлиф-
тной (гидропневматической) системы [215]. Руководствуясь этим определением, были
проведены исследования с целью изучения явлений, происходящих в гидропневмати¬
ческом транспорте, и разработка метода проектирования таких установок.
Для наблюдения явлений, происходящих в потоках водовоздушных смесей, смесей
воды и зерен твердых тел, а также смесей воды, воздуха и зерен твердых тел, был
построен испытательный стенд (рис. 4.12). Он состоит из:
з
— главного резервуара емкостью 0,75 м в форме прямоугольного параллелепи¬
педа, оканчивающегося снизу пирамидой с наблюдательными окнами;
— транспортного трубопровода диаметром 100 мм, включающего подающую
трубу, смеситель для впуска сжатого воздуха и подъемную трубу, оканчиваю¬
щуюся двумя коленами;
-— воронки с опускным трубопроводом.
Воздух подводится к смесителю из резервуара, питаемого двумя компрессорами
типа 3JW-60. Установка оснащена 4 тензометрическими датчиками давления, работа¬
ющими совместно с тензометрическим усилителем фирмы «Хоттингер» типа KWS-3072.
Датчики давления соединены с установкой прозрачными шлангами, дающими возмож¬
ность наблюдать, не попадают ли в шланг пузырьки воздуха или твердые частицы.
В подъемном трубопроводе смонтирована наблюдательная труба длиной 1 м, через
которую проводились наблюдения потока и киносъемка. Для наблюдения изменений в
потоке вдоль трубопровода в части экспериментов была построена вторая наблюдатель¬
ная труба на расстоянии 2,40 м от вышеупомянутой постоянной трубы. Трубы подсве-
Глава 4
155
1 - основной резервуар; 2 - подъемный трубопровод; 3 - смеситель; 4 - переливной
резервуар; 5 - опускной трубопровод; 6 - система сжатого воздуха; 7 - мерный
резервуар; 8 - ротаметр; 9 - рабочая площадка.
чивались комплектом галогеновых ламп. На выходе из подъемного трубопровода был
установлен резиновый шланг, дающий возможность отбора смеси в тарированный ре¬
зервуар, тем самым, следовательно, существовала возможность измерения объемного
расхода потока смеси воды и зерен твердых тел. Объемный расход воздуха регистриро¬
вался ротаметром типа RIN-605. В исследованиях трехфазного потока использовался,
как модель железомарганцевых конкреций, так и шаровидный материал из стекла и
синтетических материалов с грануляцией (к 1,6, 2-г-3, 4-г-5 и 20 мм и плотностью
2,40 и 2,65 т/м . Измерения выполнялись для отдельных фракций.
Способ проведения измерений.
з
Подготовка установки к работе состояла из введения в резервуар 45 дм материала
с определенной грануляцией и заполнении его водой до установленного уровня. При
этом количестве материала вход подъемного трубопровода находился на высоте 0,10 м
над поверхностью твердых частиц в резервуаре. Во время работы установки эта высота
увеличивалась на 0,06 -Ю, 10 м в зависимости от количества сжатого воздуха и рода
материала. Это расстояние относится к высоте между верхушкой образующегося конуса
материала и входом в трубу. Установка приводилась в действие введением в трубопро¬
вод воздуха. Количество воздуха регулировалось вентилем, который был установлен на
156
Глава 4
воздухоподводящем трубопроводе. После стабилизации потока, т. е. через 15-5-30 с,
выполнялись измерения давления и расхода, а также наблюдения потока.
Анализ результатов измерений.
В результате проведенных исследований не удалось наблюдать в потоке водовоз¬
душной смеси пять или четыре рода потоков, которые упоминаются в литературе.
Наблюдались только два рода, а именно [215 ]:
— поток с воздушным мешком, с перемещающимся на нем турбулентным водо¬
воздушным слоем, при Qsq < 25 м3/ч;
— поток водовоздушной смеси с пузырьками воздуха диаметром от около 3 -5-6 мм
в нижней части до 8 мм в верхней части при 25 < Qe0 < 30 м3/ч.
Трехфазная смесь перемещается в трубопроводе иначе, чем двухфазная смесь. Для
всех исследованных зернистых материалов в таких потоках можно выделить следующие
виды движения:
A. Поток с восходяще-опускным движением зерен твердых тел. В этом потоке по всему
сечению трубы рассеяны в движущейся воде пузырьки воздуха и единичные зерна,
которые при меньших количествах воздуха поднимаются скачками, т. е. перемещаются
на определенную высоту, потом задерживаются, опускаются и снова поднимаются.
Длина пути зерен при опускном движении не больше, чем 1/3 длины пути, пройденного
при подъеме. Эти зерна перемещаются часто также в направлении к оси или по искрив¬
ленным траекториям с частыми отражениями от стенок трубопровода.
B. Поток порции зернистого материала. В этом потоке зерна твердых тел перемещаются
определенными порциями с частым ударением зерен о стенки. Скопление зерен запол¬
нено водой с пузырьками воздуха. В части потока между порциями материала переме¬
щается водовоздушная смесь с единичными частичками зерен. Скопления материала
двигаются не с постоянной скоростью, а скорее скачкообразно с частым рассеиванием
скопления. Возвратное движение зерен, однако, не наблюдается.
C. Поток квазиравномерной смеси как при малых, так и при больших сгущениях
(концентрациях). Отличительным свойством этого потока является квазиравномерное
размещение зерен твердых тел и пузырьков воздуха в потоке. Зерна поднимаются по
прямолинейным траекториям или с незначительными отклонениями от прямых линий.
Зерна трутся, скользя по стенкам, или ударяются о стенки трубы. Подобные виды потока
отмечены для отдельных зернистых фракций при объемных расходах потока воздуха
(таблица 4.1).
3 Таблица 4.1
Объемный расход потока воздуха Qeo, м /ч
Вид потока
Грануляция материала, d
1,6 мм
4-5-5 мм
7-5-8 мм
20 мм
А
25-5-30
30-5-35
35
40
В
30
40
45
50
С
60
60-565
65
70
Наблюдение потока на разных участках трубопровода обнаружило изменение ха¬
рактера движения зерен вдоль трубопровода. Например, при объемном расходе потока
Глава 4
Т57
воздуха Qeo— 25 ъ?/ч на участках, расположенных на расстоянии 2,40 м, при грануля¬
ции материала fi? = 1,6 мм, возникают следующие явления:
— на нижнем участке зерна перемещаются по криволинейным траекториям вос¬
ходяще-опускным движением с выраженным возвратом твердых частиц;
— на верхнем участке зерна поднимаются менее хаотично, без опускания или с
незначительным опусканием.
Для того же самого материала, но при Q«0— 60 Ы*/ч, на нижнем и верхнем участ¬
ках трубопровода наблюдается тот же самый вид квазиравномерного потока.
Измерение средних скоростей потока зерен для грануляции d = 20 мм обнаружи¬
вают на концевом участке установки уменьшение ускорения твердых частиц, а в двух
случаях даже были зарегистрированы скорости меньшие на 10%, чем на участке,
отстоящем от гидрозатвора впуска на 0,90 м. Принимая во внимание конструктивные
особенности установки, влияющие на возмущения в потоке, малое число результатов
измерений и неточность измерительного метода (метод меченых атомов), нельзя пол¬
учить выводы количественного характера, касающиеся изменений скорости твердых
частиц в трубопроводе.
Результаты измерений производительности гидропневматического транспорта
(объемного расхода потока зерен твердых тел) в зависимости от объемного расхода
потока воздуха для различных грануляций материала представлены на графике
(рис. 4.13). Из него следует, что с увеличением объемного расхода потока воздуха
подача (производительность) гидропневматического транспорта увеличивается до оп¬
ределенного максимального значения, а затем уменьшается. Точка максимальной про¬
изводительности с увеличением грануляции перемещается в сторону большего расхода
Рис. 4.13. Зависимость объемного расхода потока твердых
частиц от расхода потока воздуха:
1 - йк = 1,6мм ; 2 -йк— 2-т-Змм ; 3 - йк = 4-5-5мм ;
4 -dK =7-г8мм ; 5 -dK — 20мм .
Ш
Глава 4
потока воздуха и эта производительность меньше для зерен большего диаметра, напри¬
мер, для 1,6 мм <2т = 0,25-10~3 м3/с при Qe0 = 50 м3/ч, а для d^ 20 мм
0т = О,36'1О 3м3/с при Qeo = 70 м3/ч.
Примененные дифференциальные датчики давления в вертикальном потоке не
позволяют непосредственно определить сопротивления потоку, а можно только опреде¬
лить снижение давления между двумя точками, вызванное сопротивлением потоку и
давлением столба смеси (воды), уменьшенным на давление столба манометрической
жидкости.
Эти датчики позволяют, однако, наблюдать изменение падений давления между
этими точками при разных параметрах потока трехфазной смеси. Примеры результатов
измерения разницы давления между точками, обозначенными на рис. 4.12, представле¬
ны на графике (рис. 4.14).
В Донецком политехническом институте, кроме вышеприведенных проводились
исследования режимов транспортирования угля марки D, гранита, морской гальки и
ДР,Р;
Qbo -м3/4
Рис. 4.14. Результаты измерений падений давления на установке
(величины А Ль Л Ли, А Лу пояснены на рис. 4.12).
конкреций океанического дна [1 ].
Основной задачей экспериментального изучения параметров движения твердого
материала в проточной части эрлифта является определение коэффициентов сопротив¬
ления движению натурных твердых материалов в вертикальном восходящем водовоз¬
душном потоке.
При проведении экспериментальных исследований на лабораторной эрлифтной
установке выдержаны основные условия подобия процессам, имеющим место в натур¬
ных объектах.
Так, при движении твердого тела в потоке гидросмеси в стесненных условиях
трубопровода, определяющее значение имеют силы сопротивления, характеризующи¬
еся числом Рейнольдса и зависящие от режима обтекания тела потоком. Это положение
подтверждается результатами исследования многих авторов [62,63,112,149,150,177],
поэтому параметры экспериментальной установки выбраны таким образом, чтобы обес¬
печить условие автомодельности на всех режимах работы, т. е. при числах Re, больших
предельного значения. Для уменьшения влияния масштабного фактора характерные
абсолютные и относительные гидродинамические параметры лабораторной установки
приближены к натурным. Кроме того, в качестве исследуемых использовались образцы
натурных твердых материалов наиболее представительных для условий эксплуатации
глубоководных эрлифтов: железомарганцевые конкреции, гранитная галька и гранит
Глава 4
Ш
кусковой, а также для сопоставления полученных в опыте величин - коксующийся уголь
марки D.
Диаметр подъемной трубы эрлифта, выбранный из условия отсутствия расклини¬
вания твердого материала в трубопроводе и равный 140 мм, является натурным. Подо¬
бие лабораторной установки натурным достигается также равенством относительных
динамических погружений и газосодержаний потока гидросмеси.
Предварительно твердый материал был классифицирован по типу плотности,
крупности, форме и состоянию поверхности. В качестве условного критерия по форме
приняты соотношения основных линейных размеров тела к диаметру эквивалентного
шара. Исследованиям подвергались следующие материалы:
— уголь марки D средней плотностью 1410 кг/м , в основном уплощенной фор¬
мы, и распределенный на классы 13-25, 25-50,50-70, 70-120 мм;
— гранит средней плотностью 2700 кг/м3, классифицированный по форме на
острогранный и шарообразный, а по крупности - на классы 25-50, 50-70,
70-120 мм;
— конкреции океанического дна средней плотностью 1930 кг/м и пористостью
около 40 %, распределенные по форме на шарообразные, эллипсоидные, упло¬
щенные и по классам 13-25,25-30,30-50,50-70,70-100 мм. Окатыши обладают
шероховатой поверхностью, высота отдельных выступов наружной корки со¬
ставляет 0,5-2 мм.
Величина коэффициента сопротивления движению твердого материала в водовоз¬
душном потоке определяется скоростью витания тела. Для определения скорости вита¬
ния и необходимой транспортной скорости в вертикальном восходящем потоке водовоз¬
душной гидросмеси, а также для наглядного представления характера и особенностей
движения твердых материалов различной формы на режимах критической и транспор¬
тной скоростей была проведена фото- и киносъемка процессов, происходящих в проточ¬
ной части эрлифта.
Гидравлическая схема лабораторной эрлифтной установки приведена на рис. 4.15.
Для создания геометрического погружения эрлифта используется металлическая ем¬
кость 1, в которую с помощью насоса ВП-150 по трубопроводу 3 из бассейна 4 подается
вода. Контроль за погружением эрлифта осуществляется по водомерному стеклу 5,
установленному на баке. Для создания максимального геометрического погружения и
поддержания его во время работы эрлифта на постоянном уровне служит сливная
труба 6. Эрлифтная установка содержит подводящую трубу 7 диаметром 100 мм и
длиною 7,9 м, смеситель 8, подвод сжатого воздуха к которому осуществляется по
воздухопроводу 9 от турбогазодувки 10 типа ТГ-50-1,9, прозрачную подъемную тру¬
бу 11 внутренним диаметром 140 мм и длиной 4970 мм, и воздухоотделитель 12, конст¬
рукция которого позволяет вводить через него твердые тела в подъемную трубу при
определении скорости их витания. Загрузка твердого материала в эрлифт на режиме
транспортной скорости осуществляется питателем 13 с шаровым фугированным клапа¬
ном. Регулирование расхода воздуха в эрлифт осуществляется с помощью вентиля 14,
установленного возле смесителя на воздухопроводе, и задвижки 15 для сброса избытка
сжатого воздуха в атмосферу. Измерение подачи эрлифта осуществляется с помощью
треугольного водослива 16 с углом раскрытия в = 60°, который оттарирован объемным
способом, емкость бака составляет 3,6 м .
Для измерения расхода сжатого воздуха в эрлифте используется сужающее устрой¬
ство 17 (сопло диаметром 20 мм) с кольцевыми камерами, установленное в воздухопро¬
вод в соответствии с требованиями «Правил РД 50-213-80». Перепад давления на сужа¬
ющем устройстве и давление перед ним измеряется при помощи дифференциального
Ш
Глава 4
Рис. 4.15. Гидравлическая схема лабораторной эрлифтной установки
для определения параметров движения твердого материала
в подъемной трубе эрлифта.
манометра типа ДТ-50, заполненного ртутью, и образцового манометра МО-1,0. Тем¬
пература сжатого воздуха перед сужающим устройством измеряется ртутным маномет¬
ром 18 с ценой деления 1°С, установленным в латунную гильзу на воздухопроводе.
Вывод расчетной зависимости для определения расхода воздуха, приведенного к нор¬
мальным условиям, а также расчет средней относительной квадратической погрешно¬
сти измерения расхода сжатого воздуха, выполнены в соответствии с требованиями
«Правил РД 50-213-80» [85,86].
Изменение скорости гидросмеси а также газосодержания в подъемной трубе осуще¬
ствлялось путем изменения расхода сжатого воздуха через смеситель и создания режима
работы эрлифта, соответствующего определенной точке расходной характеристики.
Состояние витания различных твердых материалов в восходящем водовоздушном
потоке фиксировалось визуально; при этом определялась подача эрлифта и расход
сжатого воздуха, позволяющие рассчитать в данный момент среднюю скорость Гидро¬
смеси в подъемной трубе эрлифта. На рис. 4.16 представлена расходная характеристика
лабораторной эрлифтной установки, на которой помещены точки, соответствующие
состоянию витания естественных твердых материалов: угля марки D, железомарганце¬
вых конкреций (форма шарообразная), гранита острогранного и морской гальки. Как
видно из рисунка, точки, соответствующие витанию одиночного твердого тела, распо¬
лагаются на восходящей ветви расходной характеристики эрлифта, причем их располо¬
жение зависит от плотности, формы и шероховатости поверхности твердого материала.
Глава 4
Ш
Рис. 4.16. Расходная характеристика эрлифта и точки, соответствующие
состоянию витания натурных материалов в водо-воздушном потоке.
Так, например, в нижней части расходной характеристики в зоне «дооптимального»
режима находятся точки, соответствующие витанию угля в водовоздушном потоке
(VSc = 0,62-1,38 м/с), в зоне «оптимального» режима находятся точки, соответствую¬
щие витанию конкреций (VSc=0,83 - 1,83 м/с). Взвешивание восходящим водовоздуш¬
ным потоком шарообразного гранита происходит при более высоких скоростях гидро¬
смеси (Vsc = 3,37 - 3,21 м/с), чем для острогранного гранита (Fsc = 1,24 - 1,95 м/с),
несмотря на одинаковую крупность и плотность материала. Объясняется это тем, что у
острогранного гранита по сравнению с окатанным, отрыв струи восходящего потока
гидросмеси происходит по острой кромке при меньших числах Рейнольдса, чем для
хорошо окатанных тел, что ведет к увеличению коэффициента сопротивления, который
определяется зависимостью
Рис. 4.17. Зависимость коэффициента сопротивления движению твердого в
водо-воздушном потоке от коэффициента живого сечения.
162
Глава 4
(4.23)
Csc =
_ 4 gd3
V2
V sc
£l.
P
(l + 0c) - 1 •
Для изучения возможности транспортирования в подъемной трубе эрлифта раз¬
личного по крупности материала в опытах использовались куски твердого с размером
фракций 13-100 мм, что позволило установить зависимость коэффициента сопротив¬
ления в водовоздушном потоке от коэффициента живого сечения. На рис. 4 Л 7 представ¬
лено графическое изображение зависимости Csc —f (та) в диапазоне дс от 0,2 до 10.
Сопоставление ее с аналогичной зависимостью для однофазного потока [1 ] показывает,
что коэффициент сопротивления CSc в водовоздушном потоке в 1,5 - 1,9 раз больше
коэффициента Cs для однофазного потока. Объяснением этого явления может служить
тот факт, что обтекание тела водовоздушным потоком характеризуется нестабильно¬
стью пограничного слоя. Это ведет к резкому ухудшению условий обтекания. На повер¬
хности тела одновременно существуют прослойки пограничного слоя и образование
вихрей располагается не на «корме» тела, а ближе к его середине. Кроме этого, увели¬
чению сопротивления перемещения тела в водовоздушном потоке по сравнению с одно¬
фазным потоком воды способствует пульсирующий характер водовоздушного потока в
подъемной трубе эрлифта.
Обработка экспериментального материала подтвердила наличие между значения¬
ми коэффициентов Csc и Сое зависимости вида
Csc ~
Срс
та
(4.24)
в диапазоне та-0,7 -1,0. Однако при значениях коэффициента та > 0,9 наблю¬
дается явное отклонение некоторых точек для конкреций, угля и острогранного гранита
от закономерного хода кривых Csc = / (та). Такое явление вызвано тем, что витание
отдельных кусков твердого материала наступает в переходном режиме обтекания их
водовоздушным потоком. Наличие формулы 4.24 позволяет определить зависимость
коэффициента Сос в свободных условиях от режима обтекания твердого тела, характе¬
ризуемого числом Рейнольдса.
Наиболее приемлемой для определения числа Rec двухфазного потока гидросмеси
в подъемной трубе эрлифта является формула, предложенная проф. В.Г. Гейером ,
которая может быть вполне пригодна для практических расчетов и оценки эксперимен¬
тальных результатов
ReCM. —
Vcd
Vc *
где Vc - средняя скорость смеси по длине подъемной трубы;
vc- средняя кинематическая вязкость гидросмеси;
d - диаметр трубопровода.
После подстановки в нее величины среднего газосодержания потока гидросмеси и
соответствующих преобразований, получим
1+*v
Rec = Voc d3 — , (4.25)
( 1 + Яс ) V
а с учетом стеснения живого сечения потока при движении твердого в трубопроводе
Глава 4
Ш
V
Rec
Voc dg
md
1+Qc
VB
( 1 + Qc ) V
(4.26)
ще V и^- кинематическая вязкость для воды и воздуха.
На рис. 4.18 показана зависимость Сос = f(Rec) для исследуемых материалов,
откуда видно, что при числах Rec — 32000 - 40000 наступает режим автомодельности,
когда коэффициент сопротивления Сж не зависит от числа Rec, а определяется только
формой и шероховатостью поверхности тела.
При значениях числа Rec меньших предельного существует переходный режим
обтекания, характеризующийся сложным законом гидравлического сопротивления, что
и вызвало отклонение некоторых точек на рис. 4.18.
Таким образом, в исследуемом диапазоне газосодержаний и относительных погру-
Рис. 4.18. Зависимость коэффициента сопротивления движению твердого
материала в водо-воздушном потоке от числе Re для гранита морского
окатанного (1), рудных окатышей океанического дна (2), угля марки D (3)
и гранита острогранного (4).
жений значение коэффициентов сопротивления движению твердого материала в водо¬
воздушном потоке составляют: для гранита морского окатанного Сос = 0,89, для грани¬
та острогранного Сос = 1,79, для конкреций (форма шарообразная) Сж = 1,42, для
угля марки D коэффициент Сж =1,57.
Результаты исследований также показывают, что коэффициенты сопротивления
движению в водовоздушном потоке натурных твердых материалов на 12-30% выше
коэффициентов сопротивления для искусственных тел соответствующей правильной
геометрической формы [36,72 ].
Исследования университета Карлсруэ
Отделом гидравлического подъемно - транспортного оборудования университета
Карлсруэ (Германия) производились экспериментальные исследования по подъему пе¬
ска, гравия и бурого угля эрлифтным способом на двух опытных установках, резко
отличающихся друг от друга по размерам.
Ш
Глава 4
В лаборатории эксперименты проводились на модельной установке диаметром
D = 100 мм и длиной L = 7,8 м. На этой установке достигнута подача по твердому
3
3,45 кг/с при расходе воздуха 0,027 м /с, причем полученные объемные концентрации
твердого в подающей трубе эрлифта достигали 33 %.
В открытой разработке лигнита (буроугольный карьер «Рейнского буроугольного
акционерного общества») были выполнены эксперименты на эрлифтной установке,
показанной на рис. 4.19, главные характеристики которой таковы:
— диаметр трубы - 300 мм;
— полная глубина - 50 - 441 м;
— глубина погружения смесителя - 42 - 248 м;
— подача воздуха - 0,22 - 0,713 нм /с;
— максимальная подача по твердому материалу - 115 т/ч;
— полученные объемные концентрации твердого материала - 0 - 8 %.
Эксперименты выполнялись на эрлифтах с короткой подающей трубой
(La — 5-5-6 м) и с длинной подающей трубой (La = 101 -5-341 м). Поднимаемая среда -
однородная жидкость и гидросмеси воды с песком, гравием и бурым углем. В таблице 4.2
приведены наиболее представительные данные этих экспериментов.
Рис. 4.19. Большая испытательная эрлифтная установка.
1 - компрессор; 2,3 - буровая вышка е гидромонитором для промывки;
4 - выносной рукав; 5 - ведущая шланга; 6 - поворотный стоя; 7 - отстойник;
8 - воздухопровод; 9 - смеситель; 10 - сток воды; 11 - подъемная труба;
12 - буровая головка.
Глава 4
Ш
Результаты экспериментальных исследований
Таблица 4.2.
Поднимае¬
мая среда
Конструктивные размеры
Данные эксперимента
h
La
Я
а=Л-
Qeo,
М3/с
Объемная
сонцент-рация
Ст, %
Подача по
твердому
Qt, м3/с
Подача
воды
<2ж,м3/с
Чистая
вода
102
341
8
0,927
0,275
-
-
0,225
102
341
8
0,927
0,415
-
-
0,25
102
341
8
0,927
0,549
-
-
0,27
125
5
8
0,94
0,1
-
-
0,182
125
5
8
0,94
0,14
-
-
0,219
125
5
8
0,94
0,204
-
-
0,268
125
5
8
0,94
0,282
-
-
0,319
125
5
8
0,94
0,325
-
-
0,325
125
5
8
0,94
0,406
-
-
0,35
Гравий
рг-
=2575^
М
dK— 5 мм
171
101
7
0,96
0,187
1,13
0,002
0,177
174
101
7
0,961
0,256
2,29
0,0045
0,191
177
101
7
0,962
0,384
3,39
0,0057
0,162
180
101
7
0,962
0,405
3,95
0,0095
0,232
186
101
7
0,964
0,260
1,89
0,0038
0,195
216
101
7
0,969
0,249
2,17
0,0039
0,175
218
101
6,9
0,969
0,397
4,06
0,0083
0,197
222
101
6,9
0,97
0,329
3,7
0,0077
0,201
225
101
6,9
0,97
0,240
2,51
0,0041
0,160
69
290
6,6
0,912
0,570
2,06
0,004
0,191
111
290
6,6
0,944
0,374
4,13
0,0056
0,124
152
290
7,7
0,952
0,262
1,49
0,0026
0,169
104
341
6,3
0,943
0,544
3,22
0,0053
0,158
246
197
6,8
0,973
0,510
4,46
0,00935
0,200
246
197
7,3
0,971
0,367
2,58
0,0054
0,205
42
6,2
7,2
0,853
0,575
4,74
0,0127
0,255
42
6,2
7,2
0,853
0,390
2,67
0,0068
0,248
42
6?2
7,2
0,853
0,233
2,69
0,00535
0,193
Песок
Рг-
=2610
М
dk= 0,6мм
245
197
7,4
0,97
0,484
3,86
0,0075
0,186
246
4,9
6,4
0,971
0,252
2,64
0,0055
0,203
248
4,9
8,4
0,97
0,390
7,1
0,127
0,166
248
4,9
8,4
0,97
0,456
6,4
0,0121
0,178
148
101
8,4
0,946
0,488
5,89
0,0107
0,172
148
101
8,9
0,946
0,220
3,25
0,0052
0,154
148
101
¥
0,946
0,355
6,01
0,0113
0,176
Бурый
уголь
А=
=1143
М
<Д=50мм
103
341
7
0,936
0,584
6
0,0169
0,263
103
341
7
0,936
0,713
7,5
0,0201
0,249
103
341
7
0,936
0,412
4,8
0,0116
0,232
153
290
6,8
0,957
0,691
8,6
0,0254
0,270
146
296
7,3
0,956
0,527
7,8
0,0211
0,251
245
197
7,4
0,97
0,505
5,4
0,0157
0,274
245
197
7,3
0,97
0,497
4,7
0,0147
0,300
245
197
7,3
0,97
0,388
4,7
0,0127
0,259
Ж
Глава 4
4.3. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЭРЛИФТОВ
13 зависимости от назначения, классификации, подхода различных исследователей к
математическому описанию, условий эксплуатации эрлифтов и др, имеется значитель¬
ное количество методик расчета не только эрлифтных установок, но и двух - (капельная
и газообразная жидкости) и трех - (вода, воздух, твердый материал) фазных смесей. В
данном разделе приводятся только некоторые методики расчета эрлифтов.
4.3.1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЛИННЫХ ЭРЛИФТОВ
Как правило, исходными данными гидравлического расчета эрлифтного гидро-
подъема горной массы являются: количество твердого материала (горной массы) в
единицу времени, поступающего в эрлифт и его концентрация в пульпе т. е. Т: Ж,
которая зависит от существующей технологии на данном предприятии; высота подъема
гидросмеси; иногда, если это возможно, глубина погружения смесителя или глубина
затапливаемой части эрлифта.
Предварительно необходимо определить:
— общую плотность горной массы, если она неоднородна, поступающей к эрлиф¬
ту
„ _ pi Mi +Р2М2 + ... + рпМп
Ам~ Mi +М2 +... +Мп ’
где Mi, М2,..., Мп - количества горной массы в единицу времени;
— подачу эрлифта по горной массе (твердому материалу)
Mi + М2 + ... + Мп
0>= ;
h
где t3 - время работы эрлифта;
— объемную подачу эрлифта по пульпе при заданном значении Т : Ж ,
&=Qr(l +jr )• (4.27)
ж
— плотность пульпы в подъемной трубе эрлифта
Рг.м Т , |
. _ _ Рж ' Ж 1 ,, „оч
Рт.э рж т 5 (4.28)
Jr + 1
где рж - плотность окружающей жидкости вокруг подъемной трубы.
Гидравлический расчет заключается в определении:
— относительного погружения смесителя эрлифта;
— количества секций;
— удельного расхода и расхода сжатого воздуха (газа);
— эквивалентного диаметра подъемного трубопровода и, если это необходимо,
его разбивка по ступеням;
— диаметров подводящего и воздухоподающего трубопроводов;
— выбора нагнетателя (компрессора);
Глава 4
Ш
— необходимых параметров для построения расходной и энергетической харак¬
теристик эрлифта и др.
Для определения относительного погружения смесителя эрлифта прежде всего
необходимо установить возможную глубину затапливаемой части эрлифта, если эта
величина не задана. Она устанавливается в зависимости от назначения эрлифта, высо¬
ты подъема гидросмеси, гидравлической схемы, обусловлена также техническими воз¬
можностями выполнения заглубления, создаваемым давлением тех или иных предпоч¬
тительных нагнетателей (компрессоров) сжатого воздуха и др.
Исходя из вышесказанного и используя рекомендации предыдущих разделов, про¬
изводится выбор гидравлической схемы, длины подающего трубопровода и величины
абсолютного погружения смесителя эрлифта. Количество секций следует выбирать
таким образом, чтобы высота подъема гидросмеси одной секцией не превышала 420 м,
а нижний предел выбирается, исходя из относительного погружения смесителя, вели¬
чина которого с экономической точки зрения не должна быть меньше 0,15, по формуле
1 ~а (4.29)
Н = h
а
В некоторых случаях целесообразен выбор нескольких абсолютных, а, следова¬
тельно, и относительных погружений. Затем технико-экономическим сравнением не¬
обходимо выбрать оптимальный вариант.
Относительное погружение смесителя
а= H + h’ (4'30)
а для эрлифтов, имеющих длинные подводящие трубы, определяется динамическое
относительное погружение смесителя
я.- , РраГ:——. (4.3D
pg[h +HJ + АР
где Рраб - рабочее давление в сме¬
сителе;
АР
емной трубе.
потери давления в подь-
0,1
0,2
о,з 0,4 а
Рис. 4.20. Экспериментальная
зависимость qn — /(сг)
Величина приведенного к среднему
давлению по длине подъемной трубы эр¬
лифта (осредненного) удельного расхода
воздуха выбирается по эксперименталь¬
ной кривой (рис. 4.20), полученной при
экспериментальной обработке огромного
количества опытных данных [26, 72, 74,
176] или рассчитывается по эмпириче¬
ской формуле (при а = 0,15...0,5 и
Л=40...120м):
9п=60е-9а,
ще е - основание натурального логариф¬
ма.
ш
Глава 4
Необходимый расход воздуха
р ,f>gh
-* л • —2—
Qe~ Qn n Q, = Q 0,э-
гa
(4.32)
При проектировании эрлифтов, предназначенных для эксплуатации под наклоном
(например в наклонных выработках шахт) от вертикали до 30, значение расхода возду¬
ха следует увеличить на 10...20% [35,69 ].
Исходя из того, что потери напора в воздухопроводе не должны превышать
0,1pxgh, а также учитывая вертикальный участок этой трубы и среднюю плотность
воздуха в трубе с учетом давления и температуры, используя уравнение Дарси - Вейс-
баха, определяется диаметр воздухопровода.
Эквивалентный диаметр подъемной трубы
D9
(4.33)
где С - коэффициент подачи, зависящий от относительного погружения смесителя
и определяется по экспериментальной зависимости (рис. 4.21), полученной в ДПИ, а
эквивалентный диаметр при этом коэффициенте будет измерятся в см [26, ПО, 176]. В
качестве примера дана зависимость для h - 50...80 м.
Далее следует гидравлический расчет подъемной трубы переменного диаметра
(см. следующий подраздел).
Диаметр подводящего трубопровода
*--(4&)4- (4-34)
где V„ - скорость в трубе, необходимая для транспорта твердого материала
'2 _gcb
3 С
\
(4.35)
где к3 - коэффициент запаса;
С = 0,25 - коэффициент сопротивления
при движении твердого тела в воде;
рг - наибольшая плотность горной массы;
dT - наибольший размер горной массы
данной плотности.
Необходимые параметры нагнетате¬
ля (компрессора) определяются, исходя
из производительности
Qn— ку Qg п, (4.36)
где ку = 1,05... 1,1 - коэффициент, учиты¬
вающий плотность воздуха;
п - количество одинаковых секций,
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 CL
Рис. 4.21. Экспериментальная
зависимость С = / (а)
Глава 4
Ш
и избыточного давления в коллекторе нагнетательной (компрессорной) станции
Ра~ pmSh + A Pip - Рср,в§Нв-i (4.37)
где АРтр - потери давления в воздухопроводе;
Рср.в ~ средняя плотность воздуха в воздухопроводе;
Нв - длина вертикальной части воздухопровода.
Выбор типа и количества нагнетателей следует производить согласно известной
методике [176 ], а выбор гидравлической схемы воздухопровода осуществлять по реко¬
мендациям вышеупомянутых разделов и особенно раздела 6.
Используя рекомендации раздела 2, производятся соответствующие подсчеты и
построения энергетической и расходной характеристик эрлифта [39 ].
Далее производится выбор (раздел 5) и расчет конструктивных узлов (всасываю¬
щего устройства, смесителя и воздухоотделителя).
4.3.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОРОТКИХ ЭРЛИФТОВ
Исходными данными для расчета эрлифта являются:
— глубина погружения смесителя Л;
— высота подъема гидросмеси ТУ;
—- максимальный размер куска твердого материала (горной массы), подаваемого
в эрлифтй?т.
Последовательность расчета основных параметров [99, ПО]. Определяется отно¬
сительное погружение смесителя а, по экспериментальной зависимости ДПИ
С =/( а) (рис. 4.22) находится коэффициент подачи эрлифта С и диаметр подъемной
трубы
Рис. 4.22. Зависимость С = /(«)
Рис. 4.23. Зависимость q =/ (ct)
170
Глава 4
F = 6,5[rfI(&-1)]i
(4.39)
и диаметра подводящей трубы определяют по известной зависимости, исходя из
ограничения
по формуле
d= (2,5,.
.,3,0) Л
jmt
4
(4.40)
(4.41)
Удельный расход воздуха определяется по экспериментальной зависимости ДПИ
q=f(d) (рис. 4.23) [110], а расход сжатого воздуха по формуле
Qe~ ч0.э~
(4.42)
По этой величине и необходимому давлению сжатого воздуха выбирается нагнета¬
тель.
Диаметр воздухоподводящего трубопровода
de=
1
2
(4.43)
где Ve = (10...15) м/с - скорость воздуха.
Далее, как и в предыдущем случае, производится построение расходной и энерге¬
тической характеристик (раздел 2), выбор и расчет конструктивных узлов. Для шламо¬
вых эрлифтов, служащих для очистки различных емкостей, заполненных капельной
жидкостью со значительным содержанием твердого материала (например шахтных
водоотливных емкостей - предварительных отстойников, зумпфов скиповых стволов,
колодцев и др.) рекомендуется выбирать подводящее устройство (всас и смеситель)
совмещенного типа, а воздухоотделитель в виде дугового сита [110], конструкции
которых приведены в разделе 5. В зависимости от условий эксплуатации эрлифта могут
быть выбраны и другие конструкции элементов эрлифтного гидроподъема.
Эрлифт, имеющий смеситель с элементами струйного аппарата.
Характерной особенностью этого эрлифта является наличие в его смесителе эле¬
ментов струйного аппарата, что придает ему свойство самовсасывания и возможность
почти полностью удалять жидкость из откачиваемой емкости [58 ]. Расчет выполняется
аналогично предыдущему, но диаметр подъемной трубы определяется
D
0,01
'Оэ)0А
(4.44)
\ /
где С - коэффициент подачи эрлифта, который находится по экспериментальной
зависимости ДПИ С = / (а) (рис. 4.24) [58,110].
При расчете расхода сжатого воздуха удельный его расход q определяется по
экспериментальной зависимости ДПИ q =/ (а) (рис. 4.25) [58, 110].
Производится выбор и расчет: смесителя с элементами струйного аппарата, всасы¬
вающего устройства и воздухоотделителя в зависимости от условий эксплуатации с
учетом рекомендаций раздела 5.
Глава 4
Ш
с
0,020
0,019
0,018
0,017
0,016
0,015
0,014
0,013
0,05 0,07 0,09 0,11.0,13 0,15 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15
Рис. 4.24. Зависимость С = / ( а) Рис. 4.25. Зависимость q~f (а)
Сифонно-вакуумные эрлифты.
На предприятиях, где нет сжатого воздуха, можно использовать установку с ваку¬
умными эрлифтами, которые эффективно и устойчиво работают при малых относитель¬
ных погружениях {О. = 0,05...0,15) и абсолютных погружениях не более 3 м [40, 98 ].
Особенностями расчета является определение:
— условного относительного погружения эрлифта
0 0,2 0,4 0,6 6,8 а
kh
а H+kh’
(4.45)
где к - опытный коэффициент [98, 99 ];
— удельного расхода воздуха по экспери¬
ментальной зависимости ДПИ
q =/(«) (рис. 4.26) [99];
—диаметра подъемной трубы
D <
АОэ_
лУп
V 1 +д
^ 2
(4.46)
Рис. 4.26. График # =/(«) вакуум¬
ного эрлифта при гидравлическом
уклоне i = 0,02
172
Глава 4
4.3.3. РАСЧЕТ ГОРНОМОРСКОГО ЭРЛИФТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Особенности: коэффициент относительного погружения горноморских эрлифтов
Ко, как правило, выше 0,75, а наличие в разрабатываемых грунтах полезного ископа¬
емого в виде частиц большой плотности требует создания достаточно высоких скоростей
всасывания в грунтозаборное устройство [90].
Методика базируется на трех допущениях, подтвержденных экспериментальными
данными:
1. При работе на воде удельный расход воздуха на подъем массы в одну тонну
(эквивалентная производительность по воде) должен оставаться постоянным в конкрет¬
ных условиях независимо от объема поднимаемой массы, но при подъеме гидросмеси
весовая производительность эрлифта снижается вследствие возрастания потерь на от¬
носительное перемещение фаз гидросмеси.
2. -Существует однозначная зависимость типа
(«,,&,-£)=<> (4.47)
где (Хо - коэффициент относительного погружения;
Q3 - производительность эрлифта;
Vo - расход воздуха;
F - площадь поперечного сечения подъемной трубы.
3. Сужение устья всасывающего наконечника с целью повышения скорости всасы¬
вания снижает производительность эрлифта в определенной зависимости.
Базовые экспериментальные данные.
2
Для вертикальных эрлифтов различного диаметра удельные нагрузки на 1 см
площади поперечного сечения подъемной трубы по расходу воздуха а —
Vo
F
и воды
Рис. 4.27. Зависимость Ъ
при одном и том
же относительном погру¬
жении незначительно из¬
меняются при изменении
диаметра подъемной тру¬
бы эрлифта. Зависимость
в относительных величи¬
нах весовой производи¬
тельности эрлифта Ф) от
расхода воздуха для зна¬
чений (Хо 0,75; 0,85; 0,95
представлена на
рис. 4.27.
Значения относи¬
тельных величин произ¬
водительности эрлифта
по воде и расхода воздуха
для максимального режи¬
ма работы приведены в
таблице 4.3.
Глава 4
Ш
Значения относительных величин производительности Таблица 4.3.
эрлифта по воде и расхода воздуха
Коэффициент
относительного
погружения
Ко
Относительные величины
расхода воздуха
нм3/ч
2
смг
производительности
эрлифта по воде
г M3/Ч
Ь,
см
0,750
1,78
0,553
0,775
1,68
0,566
0,800
1,58
0,583
0,825
1,49
0,600
0,850
1,40
0,616
0,875
1,30
0,630
0,900
1,22
0,643
0,925
1,16
0,660
0,950 | 1,09
0,674 1
Влияние удельного веса поднимаемой гидросмеси на степень снижения весовой
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 у, т/м
Удельный вес гидросмеси
производительности эрлифта представлена
на рис. 4.28.
Весовая производительность эрлифта
(без учета работы всасывающего устройства)
при заданном удельном весе гидросмеси оп¬
ределяется по формуле
Qeec~ бзв ~ A Qeec 1 (4.48)
АП — п /л 4п\
A Qeec jqq > (4.49)
где Qeec - весовая производительность эр¬
лифта при подъеме гидросмеси, т/ч;
(Уэв* - эквивалентная производительность по
воде, т/ч;
A Qeec - потеря производительности при пе¬
реходе на гидросмесь;
п - степень снижения производительно¬
сти, % по графику рис.4.28.
Рис. 4.28. Зависимость п = / (у)
Производительность по твердому мате¬
риалу <2т (весовая) при заданном удельном
весе гидросмеси (уг> т/м3)
определяется из выражения
174
Глава 4
(4.50)
QT=— QT (уг-1),т/ч
(ут 1) Уоб
(4.51)
где ут, Уоб - удельный и объемный (с учетом пористости) вес грунта, т/м3
Перечень исходных данных расчета эрлифтного добычного оборудования для экс¬
плуатации конкретной морской россыпи:
1. Заданная производительность по горной массе.
2. Горно-геологическая характеристика и условия залегания морской россыпи, а
также глубина поля на участке разработки.
3. Необходимая высота подъема гидросмеси над уровнем моря, определяемая кон¬
структивными особенностями пневмосредства и обогатительного оборудования.
4. Основные физико-механические свойства перекрывающих и вмещающих мор¬
ских осадочных пород, гранулометрический и минералогический состав полезного ис¬
копаемого.
Цель расчета: определить диаметры грунтоподъемной трубы эрлифта и сужающей
насадки (хвостовика), а также производительность компрессора и необходимое давле¬
ние сжатого воздуха.
3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0 4 8 12 16 20 24
Степень повышения Снижение производительности
скорости всасывания К эрлифта <$,%
Рис. 4.30. Номограмма № 2
Глава 4
175
Для облегчения расчета разработаны номограммы, представленные на рис. 4.29 и
4.30.
Зависимость между весовой производительностью (эквивалентной производитель¬
ностью по воде), диаметром подъемной трубы и коэффициентом относительного погру¬
жения в максимальном режиме работы эрлифта имеет следующий вид:
Qe = (V^T- 0,307) (4.52)
при 0,75 < оь < 0,95 Dn ^ 10 см.
Пример расчета.
Исходные данные:
1) Qi — 375 м /ч при предполагаемом значении объемного веса песчано-гравийной
смеси (ум) 1,41 т/м -525 т/ч;
2) Средняя глубина залегания продуктивного пласта под уровнем воды (Л) состав¬
ляет 20 м при мощности его 10 м. Высота подъема над уровнем моря (Н) - 2 м. Для
данных условий коэффициент относительного погружения (Oq) составляет 0,91 - 0,94
при разработке кровли и почвы пласта соответственно.
3) Возможный удельный вес поднимаемой эрлифтом гидросмеси при разработке
несцементированных песчано-гравийных грунтов с применением поверхностного гид-
рорыхл ения достигает 1,5т/м .Так как средний удельный вес песчано-гравийной смеси
а
составляет 2,72 т/м ., то не требуется применение устройств, повышающих скорость
всасывания в подъемную трубу эрлифта. В этом случае расчет ведется только с исполь¬
зованием номограммы 1 (рис. 4.29).
Находим пределы изменения относительных величин расхода воздуха (а) и экви¬
валентной производительности по воде Ф) для (Хо = 0,91 - 0,94
а = 1,13- 1,17 ™3{ч ; Ь= 0,638 -0,650-^-.
см2 CMZ
Проведя горизонталь до пересечения с кривой, соответствующей удельному весу
поднимаемой гидросмеси 1,5 т/м3, получаем пределы изменения относительной
величины погружения эрлифта по песчано-гравийному грунту
Г = 19,6- 20,0 Щ х Ю"2
см
Определив значения параметра (Г) и зная необходимую производительность обо¬
рудования по горной массе QT в абсолютных единицах определяем площадь поперечного
сечения подъемной трубы эрлифта (Fp) и, следовательно, диаметр (Dи)
гр _ Qt __ 525-102 _ ол-78 _ ч&'уч •
Fp— —р 19,6 — 20 2678 2625 см ,
Dn = 2 = 584 - 578 мм.
Принимая Dn= 580 мм (Fpcp = 2640 см ), определяем расход воздуха Vq
176
Глава 4
F0= Fp cp- b = 2980 - 3088
Необходимое давление сжатого воздуха в смесителе эрлифта
п _ 1,1 -h-yo _ 1,1 * 30' 1 _ з 2 кг
Jo 10 ’ СМ2'
С учетом конструктивных особенностей воздухоподающего трубопровода по необ¬
ходимому расходу воздуха (Vo) и давлению в смесителе эрлифта (РСр) определяются
потери давления воздуха в трубопроводе и подбирается тип компрессора.
Составленные по предлагаемой методике параметрические ряды вертикальных
эрлифтов для эксплуатации морских россыпей на глубинах h = 10, 20, 30, 40 м, при
условии подъема полезных ископаемых над уровнем воды Н = 3,5 м и удельном весе
гидросмеси у = 1,5 -у приведены на рис. 4.31 и 4.32. Параметрические ряды составлены
м°
для максимального режима работы эрлифта.
1600
»•
it 1400
Ф
О
§ 1200
| 1000
0
Р-.
g 800
1 600
я
л
1 400
Я .
tt
1 200
Я
О
Р-1
С
0 200 400 600 800 1000
Диаметр трубы, мм
Диаметр трубы, мм
Рис. 4.31. Зависимость Qr от DT
Рис. 4.32. Зависимость Ve от DT
1 -Л = 10м; «0=0,741; 2-Л = 20м; Qb = 0,850;
3 - Л = 30 м; йо - 0,895; 4-Л = 40м; 0,920.
4.3.4. РЕКОМЕНДАЦИИ И ПО РАЗРАБОТКЕ ЭРЛИФТНЫХ
УСТАНОВОК С ПАРОСТРУЙНЫМИ КОМПРЕССОРОМИ
Исходными данными при разработке эрлифтных установок являются:
а) потребная подача эрлифта Q3;
б) высота подъема;
в) плотностьр, начальная температура То и теплоемкость С гидросмеси;
г) средневзвешенная dT и максимальная dT шах крупность твердого материала;
Глава 4
177
д) источник рабочего водяного пара и сжатого воздуха.
В результате расчета необходимо определить:
а) наиболее целесообразные, из числа возможных параметры водяного пара для
применения в качестве рабочего потока в пароструйном компрессоре и тип центробеж¬
ного компрессора;
б) количество секций и целесообразную глубину погружения эрлифта;
в) потребный расход рабочего водяного пара и сжатого воздуха;
г) оптимальные геометрические параметры пароструйного компрессора, эрлифта
и пневмоприводов.
Решение этих задач требует выявления и установления, наряду с полученными,
зависимости расхода водяного пара на эрлифтную установку от его исходных парамет¬
ров и относительного погружения эрлифта. Необходимы также методика и зависимости
для установления процессов изменения состояний паровоздушной смеси в пневмопро¬
воде и для определения геометрических параметров установки.
Как следует из экспериментальных данных и анализа тепловых процессов транс¬
портирования воды паровоздушной смесью, в исследованном диапазоне относительных
погружений а допустимо и целесообразно в качестве рабочего тела, для подобных
исследованному эрлифтов, использовать паровоздушную смесь с начальным воздухо-
содержанием 0,4 < < (0,7-0,8).
Применение паровоздушной смеси с Ет< 0,4 приведет к интенсивной непроизво¬
дительной конденсации водяного пара в пневмопроводе, что вызовет гидравлические
удары и значительные динамические нагрузки на металлоконструкцию эрлифта. Уп¬
рочнение конструкции установки возможно лишь за счет увеличения ее металлоемко¬
сти. Использование в эрлифте паровоздушной смеси с Ев0 > 0,7— 0,8 приведет к сра¬
батыванию теплового потенциала рабочего тела на начальных участках подъемной
трубы. При этом Ев~* 1 и рабочее тело по своим свойствам будет приближаться к
свойствам сжатого воздуха с его изотермическим процессом изменения состояния по
длине подъемной трубы. А это, как известно, ведет к увеличению скорости аэрогидрос¬
меси и росту потерь энергии на гидравлических сопротивлениях.
Для обеспечения воздухосодержаний смеси 0,4 < Ет < (0,7-0,8) пароструйный
компрессор должен развивать коэффициент инжекции 0,67 < и < (2,3-4,0).
При прочих равных условиях коэффициент инжекции зависит от параметров во¬
дяного пара перед рабочим соплом компрессора. Для пароструйного компрессора с
цилиндрической формой камеры смешения, при условии использования атмосферного
воздуха в качестве инжектируемого потока, расчетные значения коэффициента инжек¬
ции в зависимости от потребного давления сжатия Рс и параметров рабочего водяного
пара Рр и Тр приведены на рис. 4.33.
Как следует из полученных зависимостей, при температурах водяного пара
Тр — 773 К и Тр = 673 К увеличение его давления от Рр= 6 МПа до Рр= 20 МПа не
приводит к росту коэффициента инжекции пароструйного компрессора. Аналогичные
явления выявлены в диапазоне давлений Рр= 4-8 МПа при температуре Тр~ 573 К.
Физически это объясняется возникновением предельных режимов в цилиндрической
камере смешения, что препятствует увеличению расхода инжектируемого потока [84 ].
Таким образом, применение водяного пара в качестве рабочего потока для паро¬
струйного компрессора с цилиндрической формой камеры смешения с давлением
Рр> 6 МПа при температурах Тр =673-773 К и Рр >4 МПа при температурах
Тр =573 К нецелесообразно.
Ш
Глава 4
0 2 4 6 8 U
Рис. 4.33. Достижимые коэффициенты инжекции
пароструйного компрессора:
Рр -1-20 МПа; jPh = 0,1 МПа; Тп = 293 К;
а) Тр - 773 К; б) Тр = 673 К; в) Тр = 573 К.
Глава 4
179
Рекомендованные параметры водяного пара обеспечивают давления сжатия паро¬
струйных компрессоров, при значениях достижимых коэффициентов инжекции
0,67 < и < (2,3-4,0), в пределах рс - 0,35 - 0,12 МПа. При транспортировании гидро-
смесей с плотностью р = 1100 - 1200 кг/м это позволит обеспечивать погружение
эрлифтов в диапазоне h = 1,5 - 20 метров.
Шахтные котельные производят водяной пар с параметрами Рр— 1,5+ 2,0
МПа ,tp= 200+ 220°С. Придавлении инжектируемого потокаР^О,9 МПа и давлении
сжатия Рс— 1,0+ 1,35 МПа достижимый коэффициент инжекции составляет
и= 0,5+ 1,5. Учитывая, что в длинных эрлифтах целесообразно применять
паровоздушную смесь воздухосодержанием ев= 0,7+ 0,8, в большинстве случаев не¬
обходима частичная утилизация тепла и конденсата водяного пара в теплообменнике-
конденсаторе, установленном после пароструйного компрессора.
Кроме того необходимо выбрать оптимальное значение относительного погруже¬
ния, которое в значительной степени влияет на энергоемкость установки.
При снабжении эрлифта с геометрическим погружением h ^10 м пневмоэнергией
от пароструйного компрессора потребный расход рабочего водяного пара определяется
двумя параметрами - удельным расходом паровоздушной смеси и развиваемым
компрессором коэффициентом инжекции
Gp=f(qcM,u) (4.53)
Чем больше значение удельного расхода паровоздушной смеси дсм при постоянном
массовом соотношении компонентов в ней, тем большее количество водяного пара Gp
необходимо для транспортирования одного и того же количества гидросмеси на задан¬
ную высоту и наоборот. Коэффициент инжекции связан с расходом пара обратно
пропорциональной зависимостью - с увеличением и потребный расход Gp уменьшается
и, соответственно, уменьшение и вызывает увеличение Gp.
При фиксированной высоте подъема эрлифта и заданных параметрах рабочего
потока, определяющее влияние на удельный расход паровоздушной смеси дсм и коэф¬
фициент инжекции компрессора и оказывает относительное погружение а. Причем,
при увеличении а значения как дт, так и и уменьшаются, а при уменьшении а -
увеличиваются. Это, в свою очередь, оказывает разнородное влияние на расход па¬
ра Gp.
Так, при увеличении относительного погружения а потребный расход пара Gp
должен уменьшиться из - за снижения удельного расхода паровоздушной смеси дСм, но
в то же время должен увеличиться из - за уменьшения развиваемого пароструйным
компрессором коэффициента инжекции и. Аналогичная, но обратная по направлению
ситуация возникает при уменьшении относительного погружения а.
В связи с этим возникает вопрос определения оптимального, с точки зрения энер¬
гоемкости, относительного погружения эрлифта. Энергоемкость установки в рассмат¬
риваемом случае при заданных параметрах рабочего потока однозначно определяется
расходом рабочего водяного пара Gp, или удельным расходом рабочего пара
Qa~
9l.
0э'
(4.54)
Решение оптимизационной задачи в общем виде связано с определенными сложно¬
стями из-за того, что расчет достижимого коэффициента инжекции пароструйного
компрессора в свою очередь представляет оптимизационную задачу, решаемую после¬
180
Глава 4
довательно для нескольких вариантов приближения, поэтому для выявления зависимо¬
сти потребного расхода рабочего пара от относительного погружения эрлифта задача
решена численным методом.
Для заданной высоты подъема эрлифта Н при значении относительного погруже¬
ния а определяется потребное давление сжатия пароструйного компрессора
Рс=рё Т=7Г+Ра' <4.55)
Потерями давления в пневмопроводе между пароструйным компрессором и смеси
телем эрлифта пренебрегаем.
По известной методике для вы¬
численного значения Рс и заданных
параметров рабочего водяного пара Рр,
Тр определяется достижимый коэф¬
фициент инжекции и. Удельный
расход пара при этом равен
<4-56>
где <?см - удельный расход паро¬
воздушной смеси, вычисленный по
выражению [3.10] для данного зна¬
чения относительного погружения
а.
Такие расчеты выполнены на
ЭВМ для значений Н-5, 10, 20, 40
метров в интервале « = 0,1 - 0,35
(А «=0,05).
В качестве рабочего принят во¬
дяной пар с параметрами:
\)Рр = 2,5 МПа, Тр=773 К;
2) Рр = 4,0 МПа, Тр = 773 К.
Результаты расчета представ¬
лены в виде графических зависимо¬
стей qu— / («, Н ) (рис. 4.34.).
Для всех рассмотренных значе¬
ний Н уменьшение относительного
погружения « ведет к увеличению
удельного расхода рабочего пара qn-
Однако крутизна этих зависимостей
значительно меньше крутизны зави-
0,05 0,15 0,25 0,35 а
0,05 0,15 0,25 0,35 а
симости <7см=/(а) (рис. 3.29) и
крутизны зависимостей удельного
расхода воздуха от относительного
погружения, приведенных в [176]
для эрлифтов аналогичного класса.
Так, если для струйного аппарата
снижение погружения от а=0,35 до
Рис. 4.34. Зависимость удельного расхода
рабочего пара от относительного погружения
и высоты подъема эрлифта при:
а) Рр =* 2,5 МПа, ГР = 773К;
б) РР = 4,0 МПа, ГР-773К.
Глава 4
Ш
а=0,20 ведет к увеличению удельного расхода рабочего пара в зависимости от высоты
подъема Н в 1,4 - 1,5 раза, то для воздушного нагнетателя в подобных условиях
увеличение удельного расхода воздуха составляет величину порядка 3,5 раза. Это
свидетельствует о том, что при одинаковом уменьшении относительного погружения
энергоемкость эрлифтной установки с пароструйным компрессором увеличивается в
меньшее число раз, чем энергоемкость эрлифтной установки с центробежным воздуш¬
ным нагнетателем.
Из полученных зависимостей (рис. 4.34) также следует, что в диапазоне
а = 0,30 -5- 0,35 значение удельного расхода рабочего пара дп практически не изменяется
(изменение не превышает 5-6%). Это позволяет рекомендовать для эрлифтов с гео¬
метрическим погружением h < 10 м в качестве энергетически целесообразного значе¬
ния относительного погружения величину а-0,30.
Необходимость определения параметров паровоздушной смеси на входе в смеси¬
тель эрлифта по известным параметрам исходой смеси после пароструйного компрессо¬
ра потребовала проведения анализа и установления закономерностей теплообменных
процессов в пневмопроводе эрлифтной установки.
Анализ проведен по результатам
экспериментальных данных (раздел
3.4.) и расчета теплового баланса ис¬
следуемой системы.В результате вы¬
явлена зависимость относительного
количества тепловой энергии, пере¬
даваемой от паровоздушной смеси к
воде в зумпфе, от начального возду-
хосодержания смеси (рис. 4.35). Для
исследовании условий уменьшение
начального воздухосодержани я сме¬
си от Ет = 0,54 до Ево = 0,36 ведет к
увеличению относительного количе¬
ства передаваемой тепловой энергии
с 8% до 30-35%.
Конденсация перегретого водя¬
ного пара из состава паровоздушной
смеси в пневмопроводе не происходит
во всем исследованном диапазоне от¬
носительных погружений а = 0,103-
0,361, при начальных воздухосодер¬
жащих смеси Ево > 0,42. Зависимость
Рис. 4.35. Зависимость интенсивности
теплопередачи через стенки пневмопровода
от начального воздухосодержания паровоз¬
душной смеси
7Г^ =/(«, Ево) (где Qbs — количество тепла, которое получила бы вода при переходе
кди
водяного пара в пневмопроводе до входа в смеситель в состояние насыщения) позволяет
оценить наличие фазовых переходов водяного пара в пневмопроводе для всего исследо¬
ванного диапазона вохдухосодержаний (рис.4.36). Конденсация водяного пара в пнев¬
мопроводе отсутствует при Qm /Qe3 ^ 1. Полученные зависимости (рис. 4.35, 4.36)
можно распространить на эрлифтные установки с условиями работы, аналогичными
условиям проведения экспериментальных исследований:
— скорость воды в зумпфе — 0,04-0,10 м/с;
— скорость паровоздушной смеси в пневмопроводе — 40-130 м/с;
Ш
Глава 4
3
0,5
0 ——————————————
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 CL
Рис. 4.36. Диаграмма для определения начальных
условий, исключающих конденсацию водяного
пара в пневмопроводе
— геометрические глубины погружения эрлифта — 3,5-13 м;
— температура исходного рабочего пара — 450-500°С.
В результате обработки экспериментальных данных получено эмпирическое кри¬
териальное уравнение, описывающее теплообменные процессы между паровоздушной
смесью и зумпфовой водой:
Nunn
4,29-Ю-7-/^’720-Л,1/07
о 1,048
“гв
.о-*,ЗЮ
t-во >
(4.57)
подтвержденное в следующем диапазоне изменения переменных: критерий Рейцольдса
для паровоздушной смеси Rec= (5,7-т- 12,9^ -105 ; критерий Рейнольдса для воды
Ree— ( 0,69-г 2,46^ • 104; критерий Прандтля для воды Rre— 6,21— 7,53; начальное
воздухосодержание паровоздушной смеси 8в0= 0,360 0,545. Относительная средне¬
квадратичная ошибка уравнения регрессии составляет 3,12%.
В уравнении (4.57) критерий Нуссельта принят равным:
JVh,„=-^2- (4.58)
где К — коэффициент теплопередачи от паровоздушной смеси к зумпфовой воде; dcp
— определяющий геометрический размер, в качестве которого принят среднеарифме¬
тический диаметр пневмопровода; Ас — коэффициент теплопроводности паровоздуш¬
ной смеси.
В качестве определяющих температур для паровоздушного потока принята средняя
температура смеси на рассматриваемом участке пневмопровода, а для жидкости —
средняя температура воды.
Гидравлический расчет длинного эрлифта, подключенного к последовательно ус¬
тановленным турбокомпрессору с £= 9 и пароструйному компрессору, основывается на
экспериментальных данных, полученных при использовании в качестве рабочего тела
Глава 4
183
тела сжатого воздуха, с учетом повышения экономичности установки за счет примене¬
ния паровоздушной смеси.
Для заданной высоты подъема эрлифта (секции) Н при выбранном значении гео¬
метрического погружения h определяется величина относительного погружения смеси¬
теля а. Удельный расход воздуха q, как функция величины а, вычисляется по извест¬
ным эмпирическим либо графическим зависимости [72, 176 ].
Удельный расход воздуха при работе эрлифта на паровоздушной смеси равен
4'Р***\} + (Р2с *) (! H+hi]
Q вс¬
ем
(4.59)
где Ln — начальная длина подъемной трубы, на которой паровоздушная смесь «сраба¬
тывает» свой потенциал.
Длиной начального участка подъемной трубы предварительно задаются в пределах
Ln - 20-30 м с последующим уточнением ее значения по методике, основанной на
расчете теплового баланса установки.
Объемный расход воздуха на эрлифтную установку, отнесенный к нормальным
условиям:
Qen= Явс'Яэ (4.60)
Расход пара на эрлифт при воздухосодержании паровоздушной смеси ев (рекомен¬
дуется Ев - 0,7 -5- 0,8) равен:
Gn~ Qen'Pe'
1 -Ев
(4.61)
гдерв — плотность воздуха при нормальных условиях.
По заданным параметрам рабочего пара рр и Тр> параметрам инжектируемого
потока (воздуха, сжатого в турбокомпрессоре) рн яТня потребному давлению сжатия
рс паровоздушной смеси по методике [33 ] определяется коэффициент инжекции паро¬
струйного компрессора и. Потребный расход рабочего водяного пара на пароструйный
компрессор:
G = Овп’-Рл. (4.62)
^ и
Количество водяного пара, подлежащее утилизации изеотава паровоздушной сме¬
си перед нагнетанием в эрлифт, составляет
Gny—Gp—Gn (4.63)
Тип центробежного компрессора с £ = 9 выбираеся по потребному расходу воздуха
Qen .Конструкция пароструйного компрессора разрабатывается по известной методике
[32,33].
Гидравлический расчет эрлифтной установки с пароструйным компрессором при
h< Юм проводится в следующей последовательности.
Первоначально задаваясь значением относительного погружения О. - 0,3, как наи¬
более целесообразным в исследованном диапазоне <2=0,1 - 0,35, определяют геометри¬
ческое погружение смесителя:
<4.64)
184
Глава 4
и потребное давление сжатия пароструйного компрессора:
pc=pgh+ Арп+Ра (4.65)
где Арп - потери давления в пневмопроводе. На основании опыта проектирования
аналогичных систем можно рекомендовать А рп = 0,01 - 0,02 МПа.
По графическим зависимостям u=f (pc,Pp,Tpj (рис.4.33), для предоставленных к
использованию в качестве рабочего потока параметров водяного пара, определяют
достижимые коэффициенты инжекции. Целесообразными параметрами водчного пара
являются те, которые обеспечивают коэффициент инжекции в пределах
0,67 < и —(%i3-4,0^. причем, превышение верхней границы может наблюдаться
только при Н< 5м.
Если для всех рассмотренных параметров пара пароструйный компрессор развива¬
ет коэффициент инжекции и< 0,67, уменьшают значение относительного погружения
Оффф до такой величины, при которой вышеприведенное условие соблюдается.
Если условие 0,67 < и < ^2,3~4,0^ выполняется для нескольких предлагаемых
параметров рабочего пара, то принимают тот вариант, при котором коэффициент ин¬
жекции имеет наибольшее значение.
После определения наиболее целесообразного источника водяного пара пароструй¬
ного компрессора. Удельный расход паровоздушной смеси дсм для выбранного значения
относительного погружения «определяется по эмпирической зависимости (3.10).
Потребный абсолютный расход паровоздушной смеси на эрлифт вычисляется по
выражению:
Gcm = Я см' (?э (4.66)
Расход рабочего пара равен:
Gp=-^~ = C„{ 1-£«,) (4.67)
По относительным параметрам fp\ /fp*, /3/fp* и потребному расходу рабочего пара
Gp по известной методике [33] определяются геометрические параметры пароструйно¬
го компрессора.
Выбор схемы и расчет геометрических параметров эрлифта следует производить по
рекомендациям [77 ] и методике, изложенной в [110,176 ].
Глава 4
Ш
4.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОДЪЕМНОЙ ТРУБЫ
ПЕРЕМЕННОГО ДИАМЕТРА ДЛЯ ДЛИННОГО ЭРЛИФТА
Эквивалентный диаметр — этот такой условный диаметр подъемной одноступен¬
чатой трубы эрлифта, сопротивление которой равно сопротивлению многоступенчатой
трубы при одинаковых подачах жидкости в этих трубах.
Р\
Если в эрлифте изменение давления — > 2, подъемную трубу следует делать
переменного диаметра [38, 176].
Объясняется это тем, что по мере подъема вверх давление в потоке уменьшается
(прямая Р =/ (н + h] на рис. 4.37), объемный расход гидросмеси, а, следовательно,
и скорость растет. Эта скорость может достигать значительных величин, что отрица¬
тельно сказывается на работе
эрлифта (увеличивается из¬
нос труб и элементов конст¬
рукции, увеличиваются дина¬
мические нагрузки и др.).
Пунктирная кривая показы¬
вает изменение скорости в
трубопроводе постоянного ди¬
аметра, равного D\. При сту¬
пенчатом трубопроводе изме¬
нение скорости показано
сплошными линиями.
Исходным моментом в
разбивке диаметра трубы яв¬
ляется равенство работ рас¬
ширения воздуха во всех сту¬
пенях.
Р
v
Рг Рпрг Pnpi
Рис. 4.37. Распределение давления и скорости
по длине подъемной трубы эрлифта
_Р пр.1 _ , Р rip.z-1 _
АрЛ Р пр.2 “А ’
(4.68)
где Рг - давление на выходе из подъемной трубы (обычно это атмосферное давление
Р а)>
Р\ - абсолютное давление на входе в подъемную трубу (как правило, это абсолют¬
ное давление в смесителеРсм = Рп + pgh)\
Р пр /- абсолютное давление в начале промежуточной i -й ступени;
£ - степень снижения давления
е
(4.69)
z - количество ступеней
Z = In ^1. (4.70)
Полученная величина округляется до большего целого значения.
186
Глава 4
Приняв распределение избыточного давления в подъемной трубе эрлифта по треу¬
гольнику, графически определяются длины участков ступеней.
Диаметры ступеней (кроме первой) определяются по формуле
А =
4 Qa( 1 + <?п J)
71 F
тр л
(4.71)
где FTp.(- транспортная скорость в начале i - й ступени;
Qn,i - удельный расход воздуха, приведенный к давлению в начале i - й ступени
<?п,г —
Qe , Ра
£>Э Р пр.(
Диаметр трубопровода первой ступени определяется из уравнения
Н + h h , h , h
~Dx
иже
Dz
Эта скорость должна быть равной или большей транспортной
(4.72)
(4.73)
4.5. ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭРЛИФТНЫХ СИСТЕМ ПОДЪЕМА
СУДОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ДОБЫЧИ СЫРЬЯ СО ДНА
МИРОВОГО ОКЕАНА.
Несмотря на значительные запасы минерального сырья в материковых месторож¬
дениях, все большее внимание специалистов уделяется проблеме добычи полезных
ископаемых со дна морей и океанов, среди которых наибольший интерес представляют
полиметаллические руды, месторождения которых обнаружены практически во всех
регионах Мирового океана на глубинах от 2000 м до 6000 м. Характер залеганйя обна¬
руженных месторождений различен - от концентрированных отложений сульфидов
металлов, приуроченных к крупным разломам океанического дна до монослоя на повер¬
хности донного грунта (железомарганцевые конкреции) с плотностью залегания 0-
30 кг/м . Но, в общем, среди минеральных ресурсов глубоководного океана доминируют
железомарганцевые конкреции (ЖМК), запасы металлов в которых (медь, никель,
кобальт, марганец и др.) по оценкам ряда специалистов на два порядка больше, чем на
суше.
Специфика месторождений, условия залегания ЖМК и других ресурсов Мирово¬
го океана требуют применения для добычи последних специальных технических средств
- океанических добычных комплексов (ОДК), состоящих из добычного судна (ДС )и
комплекса технических средств добычи сырья (КТС). КТС предусматривает выполне¬
ние трех технических процессов - сбор сырья на дне океана, подъем сырья на борт ДС
и предварительное обогащение сырья с последующей его транспортировкой на сушу.
В настоящее время четко проявились три инженерных подхода к разработке комп¬
лекса технических средств добычи ЖМК, различающиеся по методу подъема ЖМК
на поверхность океана: гидравлический комплекс, в рамках которого могут использо¬
ваться способы гидравлического транспорта твердых материалов по вертикальному
транспортному трубопроводу от агрегата сбора на судно - конвейерная многоковшовая
Глава 4
187
землечерпальная (КМЗ) система и челноковая (автономная) система. Но в последнее
десятилетие, как отмечено в документах Подготовительной комиссии для Международ¬
ного органа ООН по морскому дну и Международному трибуналу по морскому праву,
от одного из трех основных принципов КМЗ пришлось отказаться совсем ввиду низкой
производительности, а от другого (челночной системы) - временно, как техники второго
поколения. Таким образом, наиболее перспективным и технически реализуемым ком¬
плексом на данном этапе является комплекс технических средств на базе гидравличе¬
ской системы подъема. Наиболее полно его возможное исполнение и дальнейшее совер¬
шенствование комплекса описано в [90]. Облик последнего, как возможного
исполнения ОДК (в частности, с применением эрлифта для подъема ЖМК), пред¬
ставлен на рис. 4.38. Комплекс состоит из добычного судна (ДС ), свисающей с ДС
Рис. 4.38. Добычной комплекс
1 - судно; 2 - вышка для сборки колонны труб; 3 - носовые подруливающие устройства; 4 - кормовые
ВДРК; 5 - колонна труб; б - смесители; 7- буферная платформа; 8 - телеуправляемый подводный
аппарат; 9 - кабель-трос; 10 - плавучий блок; Г1 - гибкий шланг, 12 - агоегат сбора; 13 - шнековые
(или гусеничные) движители агрегата сбора; />сб * отклонение буферной платформы от вертикали;
Веб - отклонение буферной платформы от агрегата сбора
ш
Глава 4
колонны труб (КТ) длиной до 6000 м с буферной платформой (БП) на нижнем конце
КТ, донного самоходного (или буксируемого) агрегата сбора (АС), связанного с БП
гибким шлангом. Кроме этого, с БП связан кабель - тросом плывущий впереди БП и
АС по курсу движения телеуправляемый подводный аппарат (ТПА).
Функциональное назначение составных частей ОДК следующее. АС предназна¬
чен для движения по дну, сбора ЖМК, их отмыва от донных осадков, передачи
ЖМК в бункер, являющийся входом в систему подъема и располагающийся на БП.
БП, располагающаяся в толще воды на удалении от дна в несколько десятков метров,
обеспечивает энергопитание АС и собственных силовых устройств, промежуточное
хранение ЖМК, их дробление, дозированную подачу сырья в систему подъема.
Эрлифтная установка обеспечивает подъем ЖМК на ДС. Она состоит из колонны
труб, смесителей, воздуховода (на рисунке не показан), бортовой компрессорной уста¬
новки. По длине КТ в нескольких точках устанавливаются датчики угловых ориента¬
ций, глубины, скорости, натяжения труб. К колонне труб крепятся информационные и
силовые кабели для питания подводного оборудования. В период спуска - подъема КТ
служит несущей конструкцией всего подводного оборудования.
ДС предназначено для размещения и хранения на борту всего надводного обору¬
дования, источников энергопитания судна и подводного оборудования, спускоподъем¬
ных средств, бортовой системы обогащения сырья, системы приема и временного хра¬
нения сырья на борту судна, системы управления и контроля ОДК, содержащей в своем
составе навигационную систему определения местоположения, подсистему динамиче¬
ской стабилизации движения судна. Последняя требует использования нескольких
дополнительных активных средств управления движением. К ним относятся подрули¬
вающие устройства (ПУ) и выдвижные движительно-рулевые колонки (ВДРК).
На сегодня имеются сведения, что зарубежные фирмы изучают варианты ОДК, в
которых активные средства управления предусматриваются и на БП.
ТПА обеспечивает обзор донной обстановки по курсу движения БП и АС, обна¬
руживает препятствия на пути следования АС с упреждением, смену залегающих
грунтов, определяет скорость и направление придонных течений. На ТПА устанавли¬
ваются гидроакустическая система определения местоположения, гидролокатор боко¬
вого обзора, датчики скорости, угловых ориентаций, глубины, натяжения кабель -
троса, направления и скорости течений, мутности воды.
Из приведенного варианта ОДК следует, что комплекс представляет собой меха¬
нически взаимосвязанную систему из 3-4-х самодвижущихся пространственно разне¬
сенных друг от друга объектов и 3-х объектов с распределенными параметрами. При
перегрузке сырья, которая неизбежно возникает в процессе добычи, к описанной систе¬
ме присоединяется дополнительно транспортное судно.
К особенностям данной системы необходимо отнести:
— зависимость работоспособности системы от широкого круга формируемых ог¬
раничений, обязанных многоагрегатности, пространственному расположению
объектов, отличиям в условиях функционирования объектов;
— широкий набор систематических и случайных силовых воздействий со стороны
окружающей среды;
— передачу силовых воздействий от «рысканий» судна при движении и колеба¬
ний при позиционировании в точке БП и АС;
Глава 4
Ш
— ограниченные маневровые возможности как по времени, пространству, так и
качеству их выполнения;
— длительные переходные процессы, обязанные огромным массам, участвую¬
щим в движении, и их габаритам;
— большое время чистого запаздывания БП относительно ДС.
Потенциально комплекс допускает две разновидности движений: движение судна
и АС с одинаковой средней скоростью и по одинаковой в среднем траектории; движение
судна и АС с разными средними скоростями и по разным траекториям. Первая разно¬
видность движения возможна как с самоходным, так и буксируемым агрегатами, вторая
- только с самоходным.
Несмотря на разнообразие гидравлических глубоководных систем подъема, вари¬
анты которых представлены на рис. 4.39, основным элементом их является вертикаль¬
ный транспортный трубопровод, диаметр которого определяется мощностью источника,
создающего необходимый расход и давление транспортной жидкости для преодоления
сил тяжести сырья и трения при движении гидросмеси, и, частично, диаметром транс¬
портируемых частиц ЖМК, Принципиальная разница между этими системами за¬
ключается в способе передачи энергии потоку гидросмеси в трубопроводе.
Три способа основаны на уменьшении средней плотности жидкостью в верхних
секциях вертикального трубопровода. С этой целью используется ввод сжатого воздуха
(рис. 4.39а) в трубопровод на определенной глубине (эрлифтный способ), жидких угле¬
водородов и твердых частиц (рис. 4.39е), плотность которых меньше плотности морской
воды. Основное преимущество этих способов заключается в их повышенной надежности
за счет отсутствия элементов, находящихся в потоке гидросмеси.
1 - электронасосный агрегат; 2 - компрессор; 3 - транспортный трубопровод; 4 - трубопроводы подачи
рабочей жидкости; 5 - воздухопровод; 6 - высоконапорный питатель; 7 - камера; 8 - электрокаоель
силовой; 9 - агрегат сбора; 10 - бункер-питатель низконапорный; 11 - сепаратор; 12 - смеситель
IW
Глава 4
Отдельную группу гидравлических систем подъема составляет способ подводного
разделения, когда на определенной глубине расположена капсула (рис. 4.39д), в кото¬
рой устанавливается насос для откачки воды из трубопровода за ее пределы, вследствие
чего внутри капсулы создается атмосферное давление. Избыточное давление, действу¬
ющее на нижнем конце трубопровода за счет гидростатического давления, вызывает
направленное движение потока гидросмеси до капсулы, где происходит разделение
ЖМК и воды, либо повышение концентрации гидросмеси в зависимости от дальней¬
шего способа подъема ЖМК. Практически такая система представляет комбинацию
насосной и механической либо чисто насосной (рис. 4.396) с двумя типами насосов, один
из которых способен перекачивать гидросмеси повышенных концентраций.
Известен вариант насосной системы подъема, в котором насосные агрегаты уста¬
навливаются выше уровня моря (рис. 4.39в), а транспортный трубопровод представляет
собой двухтрубную систему с загрузочным устройством, расположенным у дна океана.
Перепад давления на загрузочном устройстве определяется параметрами режима транс¬
портирования ЖМК. На базе этого варианта возможен вариант системы подъема в
тяжелых средах по замкнутой схеме.
Известен и вариант гидравлической системы подъема с эжекторами (рис. 4.39г), в
котором энергия скорости потока рабочей жидкости преобразуется в давление. В ряде
работ проведен анализ энергетических показателей гидравлических систем подъема. В
работах Г. Грабова (1973 г.) на основе энергетического баланса мощностей на подъем
ЖМК выполнены теоретические расчеты максимумов к. п. д., которых можно достичь,
применяя вышеприведенные схемы гидравлического подъема. Для всех вариантов взя¬
ты единые исходные данные по производительности и параметрам ЖМК. В результате
установлено, что с энергетической точки зрения наибольшее значение к, п. д. обеспе¬
чивают системы с подводным разделением (30 - 35%) и система с погружными элект-
ронасосными агрегатами, работающими на гидросмеси (26 - 32%). Эрлифтный способ
при изотермическом к. п. д. компрессора Г}т - 60% обеспечивает достижение к. п. д.
системы подъема 16-18%. Наиболее низкие значения к. п.д. (не более 8 %) получаются
пи эжекторном варианте.
Но такой анализ справедлив только при теоретической оценке производительности
системы подъема, когда коэффициент готовности (Кг) равен единице, что возможно
только при абсолютно безотказной работе в течение заданного времени.
Для определения Кг в абсолютных величинах необходимо иметь статистический
материал по рассматриваемым схемам за продолжительный период их эксплуатации.
Учитывая отсутствие опыта эксплуатации таких систем подъема в условиях океана, в
Донецком политехническом институте проведены расчеты Кг эрлифтного (рис. 4.39а)
и насосного (рис. 4.396) вариантов, при этом параметры отказов элементов этих схем
взяты из данных опыта эксплуатации шахтных эрлифтных и насосных систем гидро¬
подъема горной массы, являющихся наиболее близкими аналогами рассматриваемых
систем подъема ЖМК. Расчеты и опыт эксплуатации показывают, что для эрлифтной
системы подъема значение Кт 1, а для насосной Кг ^ 0,4.
С учетом этого фактора техническая производительность системы подъема с по¬
гружными насосами должна быть не менее чем в 2,5 раза выше по сравнению с эрлиф¬
тной при условии обеспечения выполнения одного и того же планового задания по
подъему ЖМК. Соответственно должна быть увеличена установленная мощность
модулей комплекса технических средств, составляющих последовательную технологи¬
ческую цепь процесса добычи ЖМК. Возрастают массогабаритные характеристики
всех элементов, включая и транспортный трубопровод, а соответственно и энергозатра¬
Глава 4
Ж
ты на буксировку подводной части оборудования комплекса. Кроме этого, значитель¬
ную часть календарного времени комплекс будет работать в режиме монтажа - демон¬
тажа подводного оборудования, что повлияет на увеличение потока отказов как основ¬
ного технологического оборудования (узлов соединений секций транспортного
трубопровода, герморазъемов, средств подъема агрегата сбора к платформе и т. д.), так
и систем, обеспечивающих проведение монтажно-демонтажных операций.
Таким образом, с учетом показателей надежности, система подъема с погружными
насосами (рис. 4.396), несмотря на более высокий теоретический к. п. д., не имеет ни
энергетических, ни эксплуатационных преимуществ перед эрлифтной системой подъ¬
ема (рис. 4.39а).
Исследовательские и опытно-экспериментальные работы по созданию ОДК ведут¬
ся в ряде стран уже в течение более 30-ти лет. В результате этих работ были созданы
экспериментальные комплексы, опробование которых проведено на разных глубинах в
1978 - 1980 гг. Технические характеристики созданных комплексов приведены в
табл. 4.4. Их анализ позволяет сделать вывод о перспективности эрлифтных глубоко¬
водных систем подъема в составе ОДК. Результатом опробования комплексов явилось
подтверждение физической осуществимости эрлифтных глубоководных систем подъ¬
ема, что послужило основой для более детальных разработок теоретических основ и
конструкций элементов указанного типа эрлифтов.
Анализ гидравлических схем глубоководных эрлифтных систем подъема в составе
ОДК, данные о которых приведены в ряде патентов и в таблице 4.4, определяет следу¬
ющие их особенности по сравнению с эрлифтами, эксплуатируемыми в горной, энерге¬
тической, металлургической, строительной и других отраслях:
— абсолютное погружение смесителя ниже уровня океана составляет 1000 -1500
м и более, что при высоте подъема гидросмеси над уровнем океана порядка
10 - 20 м определяет величину относительного геометрического погружения
а«1;
— степень сжатия нагнетаемого воздуха 100 - 150 и более;
— большая длина (свыше 4000м) подводящей трубы, что определяет зависимость
энергетических и гидравлических характеристик эрлифта от принятого режи¬
ма движения и параметров гидросмеси в подводящей трубе;
— весьма большая длина подъемной трубы по отношению к ее диаметру (поряд-
. кал-10^).
Эти особенности вызывают принципиальные различия процессов запуска и загруз¬
ки, регулирования рабочих режимов и обуславливают специфику гидродинамических
процессов и процессов массопереноса, протекающих в системе вода + твердое + воздух.
Поэтому эрлифтные глубоководные системы подъема сырья со дна Мирового океа¬
на могут быть классифицированы как новый тип - гидропневматическая глубоководная
система подъема. Такое определение указывает на сочетание чисто гидравлического
транспорта твердого в подводящей трубе с эрлифтным способом транспорта в подъемной
трубе, что, в свою очередь, требует создания теоретической модели, которая учитывает
в равной мере особенности обоих способов подъема.
В конструктивном решении эрлифтные глубоководные системы подъема принци¬
пиально отличаются от общепромышленных эрлифтов как составом элементов, так и
способом крепления транспортного трубопровода (7Т), включающего подъемный и
подающий трубопровод и воздухопровод. ТТ подвешен верхним концом на шарнирной
опоре, располагаемой на добычном судне (ДС). Таким образом, создается система
ДС - ТТ, работающая в сложных условиях волнового воздействия, которая должна
перемещаться по заданному маршруту, преодолевая сопротивление гидродинамиче-
Ш
Глава 4
Глава 4
Таблица 4.4,
Технические характеристики экспериментальных добычных комплексов
Фирма,
страна
Корабль-
носитель
комплекса
Глубина
работ, м
Тип АС
Тип систе¬
мы подъема
Характеристика
элементов подъема
Характеристика
энергетического
оборудования
Количество
добытых
ЖМК
Проектные
перспективы
развития
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Дипси
Венчерс
Дипси Майнер 1
на основе сухо¬
груза
до 1000
Буксируе¬
мый гидрав¬
лический
Гидравли¬
ческий, эр-
лифтный
Трубы стальные
jD =244,5 мм
<5= 14 мм
соединение сек¬
ций замковое
Компрессоры 5шт.
Рк = 105 кгс/см2
а
Qt = 68 м /ч кажд.
По другим данным
Qk = 28,3 м3/ч
(общая)
Достигали
производи¬
тельности
эрлифта
10-60 т/ч
1500т/сутки
Ям= 5000 м
25000 т/неде-
лю
Дипси
Венчерс
Консорциум
ОМИ
Дипси Майнер 2
на основе рудо¬
воза
до 5200
Буксируе¬
мый механи¬
ческий
Гидравли¬
ческий, эр-
лифгный
Трубы стальные
£>=177,8-298 мм
Компрессоры
Ркж 260 кгс/см2
Qk = 8500 м3/сут¬
ки
500 т
за 18 часов
Не достигали
1500 т/сутки
Седко,
Консорциум
ОМИ
Седко - 445
на основе буро¬
вого судна
до 5200
Буксируе¬
мый механи¬
ческий
гидравли¬
ческий
Гидравли¬
ческий эр-
лифтный,
насосный
Трубы стальные
£>=244,5 мм
.£ = 5182 м
Компрессоры
Рк = 200 кгс/см2
Qfc = 2-3 т/час
Насосы погружные
Он = 500 м3/ч
Я = 250 м вод. ст.
1500 т за
100 часов
sO
Глава 4
Продолжение таблицы 4.4.
чо
Фирма, '
страна
Корабль-
носитель
комплекса
Глубина
работ, м
Тип АС
Тип систе¬
мы подъема
Характеристика
элементов подъема
Характеристика
энергетического
оборудования
Количество
добытых
ЖМК
Проектные
перспективы
развития
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Локхид
Консорциум
ОМКО
Гломар Экс¬
плорер на осно¬
ве специали¬
зированного
военного судна
до 5500
Самоход¬
ный, меха¬
нический
Гидравли¬
ческий эр-
лифтный,
насосный
Т рубы стальные
D =300-390 мм
(6 типоразмеров)
Дз= 127 мм
Использовалась
как штанга для
подъема тяжелых
грузов
Нет данных, глу¬
бина подачи воз¬
духа 1700 м
Данные
противоре¬
чивы
от 0 до не¬
скольких ты¬
сяч тонн
Япония
•
Чайода-мару №2
до 4000
Канатно-
ковшевый
CLB
Трос поли¬
пропилено¬
вый
d = 40 мм
L = 10800 ы
Ковши 170 шт.
2 лебедки
мощностью
по 30 кВт
Нет
данных
500т/сутки
Ям= 5400м
на базе
корабля
«Кус-Кис-
мару № 2»
Франция
«Шантье де
Франс Дюн¬
керк»
Платформа во¬
доизмещением
140000 т
до 6000
Автономный
самоходный
аппарат ти¬
па «Вера»
Один агрегат мас¬
сой 550 т обеспе¬
чивает возмож¬
ность загрузки и
подъема 250 т
ЖМК
Проведены
испытания
модели ве¬
сом 12 т
СССР
Минтяжмаш
ВНИПИоке-
анмаш
«Валентин Ма¬
шин» модерни¬
зированный
вариант фирмы
Раума_Репола
до 6000
Самоход¬
ный, меха¬
нический
гидравли¬
ческий
Эрлифтный
(одно-,
многосме¬
сительный) ,
насосный
Трубы стальные
D =245-350 мм
L = 6000 м
D=245 мм
Компрессоры
фирмы Sulzer-
Burckhardt - 5 шт.
Тип 4В5-1,55
Рк~ 200 кгс/см2
Q = 3000 м3/ч
Проектная
производи¬
тельность
28 т/ч
ских сил от обтекания ТТ окружающей жидкостью. При этом нижний конец ТТ
соединен механо-гидравлической связью с донным агрегатом сбора.
Поэтому ТТ глубоководной эрлифтной системы подъема следует рассматривать
как строительную конструкцию, подвергаемую сложному нагружению статическими и
динамическими нагрузками, и одновременно как очень маневренное подводное транс¬
портное средство, испытывающее сложное напряженно-деформированное состояние.
Как объект управления, глубоководная эрлифтная система подъема является мощ¬
ной энергоемкой уникальной, существенно нестационарной, нелинейной и инерцион¬
ной системой с большим запаздыванием в каналах управляющих воздействий. Исходя
из этого, задачи управления (оптимизации) не могут решаться путем поиска оптималь¬
ных режимов непосредственно на объекте. Управление и оптимизация здесь должны
базироваться на использовании оптимальных моделей и поиске оптимальных режимов
на моделях в конкретных условиях эксплуатации в ускоренном времени, с переносом
результатов оптимизации на объект.
Поэтому при проектировании глубоководной эрлифтной системы подъема необхо¬
димо решать следующие задачи: расчет основных гидравлических и энергетических
параметров из условия обеспечения заданной производительности комплекса по добыче
сырья, разработка идеологии методов и средств управления технологическим процессом
гидроподъема с целью обеспечения его эффективности; определение статических и
динамических характеристик напряженно - деформированного состояния транспортно¬
го трубопровода, знание которых определяют технологию отработки конкретного уча¬
стка залежей и граничные условия работы комплекса в целом.
При таком диапазоне задач, определяющих проблему создания глубоководных
эрлифтных систем подъема ОДК, задача выбора рациональных гидравлических и
энергетических параметров режима гидроподъема сырья является базовой как для раз¬
работки конструкции и динамики ТТ, так и для выработки алгоритмов управления
технологическим процессом подъема и движением комплекса. К тому же она определяет
и требования к добычному судну в части энергетики, спуско-подъемного устройства
(СПУ), комплекса предварительной обработки сырья.
4.5.2. МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ГЛУБОКОВОДНОЙ
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ (ЭРЛИФТНОЙ) СИСТЕМЫ ПОДЪЕМА
Технологическая схема глубоководной эрлифтной системы подъема, применяемая
в абсолютном большинстве разрабатываемых ОДК, представлена на рис. 4.40. Известны
схемы с расположением смесителя на нижнем конце транспортного трубопровода, ко¬
торые применяются, в основном, при разработке шельфовых месторождений полезных
ископаемых при глубине Ны до 200 м, а также схемы с несколькими смесителями,
расположенными последовательно в транспортном трубопроводе на различной глуби¬
не.. Верхний, по отношению к поверхности жидкости, является пусковым. Его глубина
погружения выбирается исходя из давления сжатого воздуха, создаваемого компрессо¬
ром, а все последующие - рабочими. Последняя схема позволяет более полно использо¬
вать мощность компрессора, но для ее реализации требуется применение либо несколь¬
ких индивидуальных воздухопроводов, подающих воздух к каждому смесителю
индивидуально, либо подводной аппаратуры и средств автоматики для перераспределе¬
ния расхода воздуха между смесителями. Сложность системы автоматизации и управ¬
ления переключением пуско-регулирующей аппаратуры и низкая надежность являют¬
ся основными недостатками данной схемы.
Глава 4
Ш
+Q
:щт нж
Абсолютное боль¬
шинство методов расчета
пневмогидравлических
систем подъема предус¬
матривает расчет основ¬
ных параметров для за¬
данной постоянной
производительности по
твердому материалу и
постоянных исходных
конструктивных (высота
подъема, состояние тру¬
бопроводов) параметров
и характеристик транс¬
портируемого сырья. Но
в процессе добычи сырья
со дна океана неизбежны
и изменения высоты
подъема по причине ко¬
лебания глубины залега¬
ния добычного участка, и
необходимой производи¬
тельности системы подъ¬
ема по причине значи¬
тельных колебаний
плотности залегания
сырья в пределах как все¬
го района добычи, так и
добычного участка. Зна¬
чительны колебания и физико-механических свойств добываемого сырья по плотности,
форме и размеру отдельных конкреций. Кроме того, параметры частиц сырья будут
изменяться и в процессе подъема по длине транспортного трубопровода вследствие
измельчения. В процессе эксплуатации систем подъема будут изменяться и характери¬
стики внутренней поверхности транспортного трубопровода, вследствие абразивно¬
коррозионного износа, и характеристики профиля скоростей, и турбулизация потока
гидросмеси вследствие продольно - поперечных колебаний и отклонений транспортного
трубопровода при его буксировке с различными скоростями и направлениями.
Бесчисленные сочетания вариаций вышеперечисленных факторов неизбежно ска¬
жутся на величине потерь давления при движении гидросмеси, являющейся основой
экономической оценки и оптимизации работы пневмогидравлической системы подъема.
Поэтому никакая статическая модель процесса гидроподъема в таких условиях эксплу¬
атации не может дать достоверных результатов по расчету оптимальных расходов
энергии, а попытки создать универсальную математическую модель с учетом всех
возможных колебаний параметров будут иметь чисто теоретическое значение по созда¬
нию n-й модели.
Необходима простая статическая модель, позволяющая с достаточной достоверно¬
стью определить средние энергетические характеристики процесса подъема для выбора
энергетического оборудования и диаметра транспортного трубопровода системы подъ¬
ема. В процессе эксплуатации модель должна постоянно идентифицироваться в соот¬
ветствии с реальными интегральными характеристиками.
О ж ,Р
ж
Рис. 4.40. Технологическая схема глубоководной
эрлифтной системы подъема
ш
Глава 4
c S
Рис. 4.41. Модель пневмогидравлической системы подъема
Учитывая вышеприведенные особенности гидравлической схемы глубоководных
эрлифтных систем подъема (сочетание двух видов подъема, изменчивость режима дви¬
жения и характеристик сырья в процессе подъема) и отсутствие достоверных математи¬
ческих моделей движения трехфазных гидросмесей, в данной методике, по аналогии с
теорией управления, согласно которой для таких объектов математические описания
получают по данным вход - выход, предлагается математическая модель квазиустано¬
вившегося режима (рис. 4.41), в которой условно выделены две подсистемы - гидротран¬
спортная в подводящей трубе и эрлифтная в подъемной. Входом в первую систему
является задание на подъем твердого материала <2мт при оптимальной расходной кон¬
центрации Sp, выходом системы является объемный расход Qp и плотность Рг гидро¬
смеси, а параметры твердого материала dk, fh, С и внутренний диаметр D подающего
трубопровода и его шероховатость являются возмущающими факторами. Выход первой
подсистемы является первым входом во вторую (эрлифтную) подсистему, на второй
вход которой подается сжатый воздух, возмущением для нее является динамическое
давление Р$ в смесителе, зависящее от режима движения двухфазной гидросмеси в
предыдущей подсистеме.
Учитывая, что в общепринятой технологической схеме глубоководной эрлифтной
системы подъема длина подводящей трубы составляет 60 - 70% от всей глубины подъема
Ям, а полезной работой в погружной части системы является только работа по подъему
твердого (с учетом Архимедовой силы), режим всей системы в целом целесообразно
выбирать, исходя из рекомендаций по выбору режима движения двухфазной гидросмеси
(вода + твердое) в подводящем трубопроводе.
Известно, что наибольшая эффективность гидротранспортной системы с верти¬
кальным трубопроводом достигается при скоростях движения гидросмеси, близких или
равных критической. Обычно в качестве рабочей скорости принимается
V= (1,15- 1,2) FKp.
Критическая скорость определяется по формуле:
V- = {(#)0,5 ('"S)2 I1- (§ Я +3v^D}x
d* \ г
(Рг~Рж)8
0,5
Рж
(4.74)
Глава 4
Ш
где S - расходная концентрация гидросмеси, - средний диаметр куска транспор¬
тируемого твердого, D - внутренний диаметр трубопровода; рг и /9* - соответственно
плотность твердого материала и жидкости, С - коэффициент сопротивления.
Вместе с тем, действительная средняя скорость гидросмеси в трубопроводе, в зави¬
симости от заданной производительности системы подъема по твердому QMt, может
быть определена по формуле:
Т/ 4QmT
Уд = у
Pi S л Dl
(4.75)
При проектировании системы обычно величина QMT задана и является постоянной,
а параметры 5 и D подлежат вариантному анализу с точки зрения достижения макси¬
мума к. п. д. системы подъема.
Рассматривая глубоководную эрлифтную систему подъема в целом, оптимизацию
режима ее работы следует производить, исходя из максимума к. п. д. по подъему
заданного количества твердого, который определяется по формуле:
Ап
АУ
(4.76)
где Ап - полезная мощность, необходимая для подъема заданного количества твер¬
дого от дна до поверхности океана и всего объема гидросмеси от уровня океана на
заданную высоту Яп; Ав - мощность сжатого воздуха, подводимая к смесителю.
Полезная мощность определяется по формуле:
Ап = Qrg [(/Эг-/Ож) Ям +PvHn ,
(4.77)
где QT - расход гидросмеси, р, - плотность гидросмеси, Нм - глубина подъема
твердого материала.
Учитывая, что
Qr ~p~S~ ’ ~ ^ (А' Рж) 4"/Эж»
(4.78)
формула полезной мощности в функции варьируемых величин имеет вид:
Ап = [5 (рг ~Рж) (Ям + Нп) +Р*Нп
(4.79)
Мощность сжатого воздуха, подводимая к смесителю, при изотермическом расши¬
рении определяется по формуле:
Ав — QaryP a 111
р'с м+ Ра
(4.80)
где Quo - расход воздуха, приведенный к нормальным условиям; Р'см - динамиче¬
ское давление сжатого воздуха в смесителе; Ра - атмосферное давление.
Используя понятие удельного расхода воздуха до — Quo/Qr, получим:
Ав = QoQtPa In Р-*р+ Р&-. (4.81)
* а
В дальнейших расчетах используется эмпирическая формула среднеинтегрального
расхода воздуха по длине подъемной трубы в оптимальном режиме [ 1 ]:
qс = ( 22,7 + ЮДОц) • 0,0063°’97ад, (4.82)
198
Глава 4
(4.83)
где «д - относительное динамическое погружение смесителя эрлифта,
<Ъ =
h-i (Ям - К)
h + Я„ ’
где h - погружение смесителя, i - удельные потери давления при движении гидро¬
смеси в вертикальном трубопроводе (подводящем трубопроводе); Яп - высота подъема
над уровнем моря.
Формула (4.82) выведена на основании обработки множества статических расход¬
ных характеристик экспериментальных и промышленных эрлифтных установок (шах¬
тных, морских), полученных в различное время различными исследователями, и спра¬
ведлива для диапазона относительных динамических погружений ССД от 0,5 до 0,97.
Многими исследователями, о чем сказано в разделе подобия и моделирования
эрлифтов, принято считать, что относительное погружение является произведением
критериев Фруда и Эйлера, если в качестве линейного размера I принимать длину
подъемной трубы, в качестве плотности - плотность транспортируемой смеси и перепад
давления по всей длине подъемной трубы
_Vc АР _ АР _
'£“ gl' pv} Yl l “
(4.84)
Это обстоятельство позволяет использовать результаты экспериментальных иссле¬
дований «обычных» эрлифтов (без длинной подводящей трубы), если геометрическое
относительное погружение заменить на динамическое, учитывающее снижение давле¬
ния в смесителе, величина которого полностью определяется по параметрам движения
твердо-жидкостной смеси. Универсальность зависимости дс =/ (а) объясняется неза¬
висимостью от линейных размеров, и, естественно, она справедлива при соблюдении
критерия Рейнольдса Re, а также при условии, что для расчета принимаются сходст¬
венные режимы, т. е. сходственные участки характеристики эрлифта.
В настоящее время, как правило, при расчете эрлифтных установок используется
предположение о линейном изменении давления по длине подъемной трубы эрлифта.
Основанием для такого предположения послужили, в основном, экспериментальные
исследования, а также теоретические исследования некоторых ученых, исследовавших
работу эрлифта применительно к эксплуатации в условиях нефтяных скважин. Исходя
из этого предположения зависимость между до и дс определяется по формуле:
Q0
ЯсР'с
\ fa(-
Р' см + Ра
(4.85)
Учитывая, что зависимость дс — /(а) справедлива для оптимальных режимов при
работе эрлифтов по подъему воды, а реальный эрлифт комплекса добычи сырья будет
работать на гидросмеси, плотность которой выше плотности воды, и в режиме выше
оптимального, где удельные расходы воздуха больше, в формулу (4.85) необходимо
ввести коэффициент режима К = д'с/дс= 1,2—1,4 и относительную плотность гидро¬
смеси р = flr/рж, т. е.
Qo =
К Рг Qc Р см
Ра Рж In
I ^ СМ + Ра
V Ра
)
(4.86)
т
Глава 4
Подставляя в формулу (4.82) значения до (4.86) и зависимости (4.79), мощность
сжатого воздуха, подводимого к смесителю, в функции варьируемых величин опреде¬
ляется по формуле:
Яв
К (рг Рж^ 4"P*j(7e QvnF см
РжРт S
(4.87)
Динамическое давление Р'см в смесителе зависит от геометрического погружения
смесителя h и режима движения гидросмеси в подводящем трубопроводе эрлифта и
определяется по формуле:
Р'см =pxg [h-i (Ям-А)], (4.88)
где i - удельные потери давления при движении гидросмеси в подводящем трубоп¬
роводе (гидравлический уклон).
В общем виде гидравлический уклон определяется по формуле:
i - ict + It, (4.89)
где гСт - удельные потери давления на преодоление веса столба гидросмеси; 4 -
удельные потери давления на преодоление сил трения при движении гидросмеси;
4т — (ргд ~ Рж)/рж-,Ргд - действительная плотность гидросмеси в вертикальном трубоп¬
роводе.
Учитывая, что/Эгд = 5д(/>г ~Рж) +Рж, ict = ■
В восходящем потоке гидросмеси действительная концентрация 5Д всегда больше
расходной концентрации S из - за различия скоростей твердой и жидкой фаз гидросмеси
S-v
, где О) - скорость стесненного падения группы
V ~0)
и определяется по формуле: 5Д
кусков твердого, которая определяется по формуле:
0,5
•(1-S)
О) =
4 g<&
3G Рж
I -
D
(4.90)
С учетом изложенного, зависимость удельных потерь давления на преодоление
веса столба гидросмеси будет иметь вид:
lev
4<S Qmt (Pi Рж)
(4.91)
Удельные потери давления на трение при движении гидросмеси /т> при
1 < Fra ^ 10 определяются по эмпирической формуле:
(рг~P>kJ DgS
l-x — io
1 + 10-
-]•
(4.92)
Рж ( v -
где г'о - удельные потери давления на трение при движении чистой воды, по формуле
Дарси - Вейсбаха
Av2
ю
2gD'
(4.93)
Ш
Глава 4
где Л - коэффициент гидравлического трения; для новых стальных труб он опреде¬
ляется по формуле:
где V - кинематическая вязкость жидкости.
С учетом зависимостей (4.93) и (4.94) а также вышеизложенных для v, ш общая
формула для iT может быть представлена в виде:
Сумма зависимостей (4.91) и (4.95) представляет характеристику полных удель¬
ных потерь давления по длине подводящей трубы эрлифтной системы подъема и позво¬
ляет в наиболее полном объеме исследовать влияние конструктивных и гидравлических
параметров (D, La, v, S), физических свойств транспортируемого твердого <рг, с?к),
а также величины заданной производительности по твердому (QMJ) на динамическое
давление в смесителе, в соответствии с формулой (4.88), и, в конечном итоге, на
потребляемую мощность сжатого воздуха и к. п. д. эрлифтной системы подъема в целом.
Наличие донных илов, поступающих в транспортную магистраль пневмогидравли-
четких- систем подъема вместе с твердым материалом, вызывает увеличение плотности
жидкости в трубопроводе относительно плотности морской воды, что соответственно
изменяет и величину общих удельных потерь давления по длине. Такое допущение
принято на основании того, что смесь жидкости с илами, крупность частиц которых
очень мала, образует псевдожидкость, плотность которой зависит от мелких фракций
твердого материала, образующихся в процессе измельчения при подъеме и плотности
илов.
На основе общеизвестного выражения для плотности
где ()ж - объемный расход жидкости, Qm ~Qr~Qi~~ Qn\ Qm - объемный расход
Расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, вычисляется из выраже¬
ния:
х
(4.95)
и Ml __ Рж0Ж Аибмт
Q*+Q*
илов, Qn— КцОит/ри\ ки - относительное содержание илов; /Эи - плотность илов в
скелете, и учитывая зависимость QT от расходной концентрации, плотность жидкости с
илами определяется по формуле:
(4.96)
Qm— до Qr к
С учетом значений до (4.85), Qrnpr (4.79),
Глава 4
Ш
(4.97)
Qbo~
^^*S,(/3r Pxj +/>jkJ<2mt^'c7J cm
a i) /„ { P cm 4" Pя.
fh Рж S Ра In J p
Формула к. п. д. эрлифтного подъема после подстановки в формулу (4.77) соответ¬
ствующих значений Nn и NB имеет вид:
При определении к. п. д. системы подъема в целом необходимо учитывать к. п. д.
компрессорной станции.
Учитывая большой объем вычислений, по данной методике составлена программа
«Эрлифт» для расчета указанных параметров на ЭВМ, позволяющая выполнить пара¬
метрические исследования зависимостей, определяющих гидравлические и энергетиче¬
ские параметры режимов транспортирования в подводящем и подъемном трубопрово¬
дах, и определить оптимальные параметры режимов подъема и системы подъема в
целом.
В качестве примера ниже приведены результаты параметрических исследований
для системы подъема железомарганцевых конкреций (ЖМК), исходные данные кото¬
рой следующие:
— производительность (подача эрлифта) по ЖМК, Qm~ 75 кг/с, что соответ¬
ствует условной годовой производительности комплекса в один миллион тонн
в год;
— глубина подъема ниже уровня океана - 6000 м:
высота подъема выше уровня океана - 20 м;
— плотность ЖМК - 2150 кг/м ;
— средний диаметр конкреций, dcK = 0,05 м;
— коэффициент сопротивления движению одиночной конкреции в воде, С = 0,7;
— плотность морской воды, Рм - 1028 кг/м ;
— глубина погружения смесителя, h = 1500 - 2000 м;
Варьируемые параметры:
диаметр трубопровода D, расходная концентрация гидросмеси Sp, скорость гидросмеси
V, диаметр конкреций dк.
На рис. 4.420 представлен диапазон оптимальных скоростей движения гидросмеси
в подводящем трубопроводе, определенный графоаналитическим методом с учетом
зависимостей (4.75) и (4.76). Диапазон оптимальных скоростей (заштрихованная зона)
составляет 2,5 - 3,5 м/с в зависимости от диаметра трубопровода и расходной концент¬
рации Sp.
На рис. 4.43 и 4.44 представлены результаты расчетов, выполненные при h -1500 м
(рис. 4.40) и h=2000 м (рис. 4.41), из которых можно сделать вывод, что с увеличением
расходной концентрации ЖМК Sр максимумы к. п. д. сдвигаются в область меньших
диаметров, и, при определенной глубине погружения смесителя, имеется максимум
максимумов, т. е. определяется оптимальный диаметр транспортного трубопровода,
(4.98)
4.5.3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭРЛИФТНОЙ СИСТЕМЫ ПОДЪЕМА.
Ш
Глава 4
Q тт ~75 кг/с
d£=0,05 м
Р?=2150 кг / ы
С=0,7
Рж = 1028 кг/м
D, м
Рис. 4.42. К определению рационального диапазона
режимов и параметров гидросмеси
Рис. 4.43. Зависимость Г}э= /(р^, S — var
- const
3
Глава 4
Ж
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Рис. 4.44.1}э=/(-£>), S = var
соответствующий Т]х = Щт&х- Область максимальных к. п. д. для Qmt~ 75 кг/с появля¬
ется в зоне диаметров 0,4 - 0,5 м, поэтому для дальнейшего анализа в качестве опти¬
мального значения принято Dont° 0,45 м. Необходимо отметить, что вариация диамет¬
ров в области 0,4 - 0,5 м практически не сказывается на величине максимального
значения к.п.д. Этот факт позволяет при проектировании трубопровода варьировать
толщиной стенок в значительных пределах.
Далее, на рис. 4.45,4.46 и 4.47 приведены результаты расчетов зависимости расхода
и мощности сжатого воздуха, а также к. п. д. эрлифтной системы подъема в функции
объемной расходной концентрации гидросмеси при оптимальном значении диаметра
подводящего трубопровода D0m = 0,45 м, для двух значений di * 005 м и = 0,01 м
шаровидных конкреций. Представленные зависимости дают четкое представление о
наличии оптимального значения объемной расходной концентрации гидросмеси, вели¬
чина которой зависит от среднего диаметра транспортируемого твердого d*. Положи¬
тельное влияние дробления ЖМК проявляется также и на характере приведенных
зависимостей в области их экстремальных значений. Так, для </£ = 0,01 м область
экстремальных значений QBH, NB и щ имеет более пологий характер по сравнению с той
же областью указанных зависимостей для dcK = 0,05 м. Тем самым улучшаются условия
возможности поддержания оптимального режима при сравнительно невысокой точно¬
сти первичных преобразователей управляемых параметров гидросмеси, в частности
Sp. Вместе с тем, в области малых концентраций (до 5,5%) характер приведенных
зависимостей определяет жесткие требования к необходимой точности контроля пара¬
метров гидросмеси и системе автоматического управления эрлифтным подъемом в це¬
лом.
На рис. 4.48 представлены результаты расчетов удельных потерь давления i и
действительной скорости гидросмеси Uq в подводящем трубопроводе для оптимальных
Ж
Глава 4
f Q в- “3/С Л ,
Q пи ~75 кг/с
Н -ЙППП „
НП=3
h=20
с=0,7
3 м
ЭОм
ft
\\
н
\\
\\
/ df
У
=0,05 м
Ч\
ГЧ
1^=0,01 м
-
1
/
V'
X---
1
1
1
1
1
1
, 1
i
I
I
I
!
I
I
S %
1 ± '—-
2 4 6 8 10 12 14
Рис. 4.45. Зависимость расхода воздуха от концентрации гидросмеси
Qm= /(Spj, D — 0,45м
Рис. 4.46. Зависимость мощ:
NB=f
и сжатого воздуха от концентрации
), D - 0,45м
Ш
Глава 4
Рис. 4.48. Зависимости i=f(Spj и Ud=f{Spj, D = 0,45м = const
Ш
Глава 4
значений диаметра Dom = 0,45 м в зависимости от объемной расходной концентрации
Sp гидросмеси при Qm = const. Представленные зависимости ясно определяют несо¬
ответствие критерия минимума удельных потерь давления по длине подводящего тру¬
бопровода критерию максимума коэффициента полезного действия эрлифтной системы
подъема в целом. Минимальные значения гШт достигаются при Sp~4,5% ив значитель¬
ной степени определяются крупностью транспортируемого твердого (1СК. Управление
системой по критерию /min обусловит снижение Щэ на 20 30% (в зависимости от dcK) в
сравнении с управлением по критерию Sout* С точки зрения реализации систем конт¬
роля и управления необходимо отметить, что в области минимальных значений /min
применение этого параметра для целей управления не дает однозначного ответа, опре¬
деляющего направление изменения процесса, так как отклонение А г в этой зоне может
быть только +А i (рис. 4.49) при изменении Sp на ±А S, и, соответственно ±А щ. Но в
зоне 50пт наблюдается однозначное соответствие направлений изменений A i и A S.
Поэтому в этой области в качестве контролируемого параметра в гидросмеси возможно
использование либо /, либо S. Преимущество любого из них определяется возможно¬
стью технической реализации первичного преобразователя с минимальной погрешно¬
стью.
Действительная скорость гидросмеси Uq в зоне оптимальных объемных концентра -
ций Sort составляет 3,13 м/с и 2,51 м/с соответственно для dcK = 0,05 м и d* = 0,01, что
Глава 4
Ж
Рис. 4.50а. Конструктивные параметры глубоководных
эрлифтных систем подъема (Нм = 6000м)
100 200 300 400 500 600 Qt,kt/c
Рис. 5.506. Энергетические характеристики.
208
Глава 4
согласуется с ранее установленным рациональным диапазоном режимов параметров
гидросмеси (рис. 4.39, заштрихованная зона).
Для оценки давления в смесителе или CCg, как параметра контроля и управления
эрлифтной системой на рис. 4.49 представлена зависимость Г}э = / (Odj. Видно, что при
одном и том же (Хд (или соответственно Р'см) эрлифтная система подъема может рабо¬
тать в двух режимах - г]э = max и г/э = min, а на участке Sp = 4 - 6 % вообще
(Хд ~ const. Поэтому можно сделать вывод, что применение параметра аэ (Рем) в
качестве единственного управляемого параметра нецелесообразно.
При необходимости изменения производительности по твердому материалу дейст¬
вующей системы подъема, например, в случае длительного изменения плотности зале¬
гания конкреций, необходим выбор соответствующего значения оптимальной расход¬
ной концентрации гидросмеси, что подтверждается результатами расчета NB при
0мт = 75 кг/с (кривая 1 рис. 4.506) и QMT = 40 кг/с (кривая 2 рис. 4.506) для одной и той
же системы подъема.
На рис. 4.50а и 4.506 представлены результаты расчета оптимальных энергетиче¬
ских (рис. 4.50а) и конструктивных (рис. 4.506) параметров глубоководных эрлифтных
систем подъема ЖМК, обеспечивающих диапазон производительности от 100 кг/ с до
700 кг/с, что соответствует условной годовой производительности до 9 млн. тонн. При¬
веденные данные будут полезны при разработке технико-экономических обоснований
создания добычных комплексов, а также при разработке технической документации
систем подъема в качестве исходных данных.
4.5.4. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
ГЛУБОКОВОДНЫХ ЭРЛИФТНЫХ СИСТЕМ ПОДЪЕМА.
Основным элементом глубоководной эрлифтной системы подъема является транс¬
портный трубопровод (ТТ), включающий подводящий (до смесителя) и подъемный
(после смесителя) участки. Учитывая большую длину ТТ, конструктивно он выполня¬
ется в виде секций, оснащенных узлами соединений. Длина секций обычно принимается
из условия транспорта их по железной дороге (обычно 1С = 12,5 м) и условиями монтаж¬
но-демонтажных работ непосредственно на добычном судне.
V Внутренний диаметр секций подводящего и основной части подъемного участков
принимается из условия оптимизации транспортного режима (рис. 4.51) и установления
характера изменения критической и транспортной скорости вдоль подъемной трубы.
Учитывая большую степень сжатия подводимого в смеситель воздуха (100 - 150), уве¬
личение скорости движения трехфазной смеси в подъемном трубопроводе заметно про¬
является на верхнем участке (150 - 200 м) последнего. Поэтому, в целях ограничения
скорости, верхний участок подъемного трубопровода, как сказано в разделе гидравли¬
ческого расчета подъемного трубопровода переменного диаметра, выполняется из сек¬
ций большого диаметра, величина которого принимается из условия ограничения ско¬
рости трехфазной гидросмеси на выходе из подъемной трубы Fmax- Для этой цели
исследуется зависимость транспортной скорости FTp г по длине подъемной трубы
лО2
, м/с
(4.99)
Глава 4
209
где
Чъ = до
Л +Р’с
h +Я„
до определяется по формуле (4.86).
Из построенного по формуле (4.99) графика FTpz =/(z) (рис.4.51) определяется
координата z' (расстояние от смесителя), в которой FTp z=Vm&x- Начиная с этой коор¬
динаты увеличивается диаметр подъемной трубы, величина которого определяется по
формуле
4Qr (1 + д'г)10,5
ту =
и п,т —
nY
(4.100)
ще V = (1,15 ... 1,35) (1-0,42Соб) Fsz' — новое значение транспортной скорости
гидросмеси в месте расширения подъемной трубы;
vsz’=
1
фазной гидросмеси;
— критическая скорость трех-
1 - 5п
Рис. 4.51. Распределение скоростей и давления в трубе эрлифта.
При выборе толщины стенок секций ТТ, кроме учета обычных сил тяжести собст¬
венно трубопровода и навешенных на нею элементов, кабельных конструкций, следует
учитывать и силу сжатия трубопровода, возникающую вследствие разности гидроста¬
тического давления окружающей среды и избыточного давления внутри ТТ (рис. 4.51).
Максимальная величина разности давлений, зависящая от потерь давления при движе¬
нии двухфазной гидросмеси в подводящем трубопроводе, достигается в зоне смесителя.
Величина этого перепада давления определяется по формуле:
210
Глава 4
А Рс i L\i,
в которой гидравлический уклон i определяется по формулам (4.89), (4.91) и (4.92).
Учитывая большую длину подводящего участка ТТ и влияние плотности гидросме¬
си на динамическое давление в смесителе, необходимым элементом в глубоководной
эрлифтной системе является бункер - дозатор (БД), который устанавливается в ТТ.
БД выполняет функции буферного устройства и дозатора, тем самым обеспечивая
равномерную, управляемую по величине загрузку системы подъема твердым полезным
ископаемым (ТЛИ) при неравномерной подаче ТПИ от донного агрегата сбора. Рав¬
номерность и дозирование подачи ТПИ обеспечивает стабильность и оптимизацию
гидравлического режима системы подъема и постоянную нагрузку на компрессорную
станцию. При обосновании целесообразности дробления ТПИ в ряде случаев функцию
дозирования совмещают с процессом дробления ТПИ.
При аварийном прекращении подачи сжатого воздуха в смеситель движение гид¬
росмеси в ТТ прекращается и начинается процесс осаждения твердой фазы гидросмеси.
Для исключения забутовки ТТ осаждающимся твердым по длине ТТ устанавливается
несколько пульпосбросов, управление которыми осуществляется за счет энергии дви¬
жущегося потока гидросмеси.
Одновременно, при аварийном прекращении подачи сжатого воздуха, вода из внут¬
ренней полости ТТ, а в месте с ней и частицы твердого, заполняет воздухопровод, что,
в принципе, при длительной остановке может вызвать и забутовку (закупоривание)
воздухопровода. Поэтому воздухопроводы глубоководных эрлифтов должны подклю¬
чаться к смесителю через обратные клапаны, обеспечивающие перекрытие обратного
потока гидросмеси из ТТ и подачу в воздухопровод чистой воды в целях исключения
сжатия воздухопровода гидростатическим давлением. К тому же, воздухопровод выпол¬
няется толстостенным с относительно малым внутренним диаметром.
При выборе рациональных параметров глубоководных эрлифтов в большинстве
методик в качестве минимизируемого критерия оптимальности обычно принимается
мощность потока сжатого воздуха у смесителя. При этом игнорируется влияние пара¬
метров трубопровода, по которому транспортируется сжатый воздух от компрессорной
установки к смесителю, на энергоемкость системы, которое для глубоководного эрлифта
может быть существенным. Более корректно использовать в качестве критерия оптими¬
зации параметров глубоководных эрлифтов мощность потока сжатого воздуха у комп¬
рессорной установки. В работе [ 1 ] приведены теоретические исследования течения газа
высокого давления (порядка 15 - 25 МПа) в вертикальном трубопроводе большой про¬
тяженности. В результате анализа расчетных данных установлено, что приращение
давления за счет веса столба сжатого воздуха в пневмосети превосходит диссипативные
потери. Характеристика трубопровода имеет отрицательную геодезическую высоту и
способствует разгрузке компрессора, что необходимо учитывать при выборе давления
источника сжатого воздуха, определении параметров оптимальных (по энергоемкости)
рабочих режимов. Установлено также, что температура сжатого воздуха на расстоянии
250 - 300 м от компрессора практически не отличается от температуры морской воды.
Этот фактор является ограничением для выбора максимальной глубины погружения
смесителя вследствие того, что при низких температурах (менее +5°С) и высоких дав¬
лениях ( 20 МПа) возможно образование гидратов воздуха. Поэтому практически глу¬
бина погружения смесителя в разрабатываемых глубоководных эрлифтных системах
подъема не превышает 2000 м.
Глава 4
Ш
5. РАЗНООБРАЗИЕ КОНСТРУКЦИЙ
ЭРЛИФТОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Различных конструкций эрлифтов очень много. С одной стороны это разнообразие
предопределено различием условий применения, а с другой - безграничным изобрета¬
тельным воображением проектировщиков. Из великого множества конструкций эрлиф¬
тов мы выбрали наиболее значимые, на наш взгляд, указав це только их отличие, но и
потенциальные достоинства, недостатки, а также область применения. Этот раздел
поможет читателю определиться с наиболее рациональным типом конструкции в зави¬
симости от условий применения. Кроме того, данный материал может служить и посо¬
бием по дальнейшему изобретательству в этой области.
Деление на подразделы достаточно условное. Так, например, часто иной эрлифт
отличается от своего собрата лишь отдельным элементом (например, смесителем),
поэтому этот признак может быть как в подразделе 5.1. «Оригинальные эрлифтные
установки», так и в подразделе 5.2. «Смесители». Аналогично обстоит дело с воздухоот¬
делителями и всасами. Осознавая, что это недостаток классификации, мы также осоз¬
нали, что он неизбежен. Поэтому принимая во внимание относительность данной клас¬
сификации, следует иметь ввиду, что при поиске отличительного элемента
конструкции (например, воздухоотделителя) необходим просмотр также и подразде¬
ла 5.1. «Оригинальные эрлифтные установки», который может содержать любой отли¬
чительный признак. В разделе 5.1. всегда указана область применения только для
случаев, когда эта область отлична от следующей формулировки: эрлифтные установки
для транспортирования пульпы в промышленности, строительстве и сельском хозяйст¬
ве.
5.1. ОРИГИНАЛЬНЫЕ ЭРЛИФТНЫЕ УСТАНОВКИ
Если взять трубу, опустить ее вертикально в жидкость и в нижнюю часть подать
под давлением воздух, - то мы будем иметь классический образец конструкции эрлифта,
вполне рабочий и надежный. Изменение же конструктивных параметров эрлифта,
изменение его элементов немедленно сказывается на его характеристиках и возможно¬
стях. Именно по этой причине почти каждый инженер, столкнувшийся с необходимо¬
стью какого-то конкретного применения эрлифта, интуитивно чувствует, что если чуть
подправить тут и изменить что-то там, эрлифт будет лучше для этих условий. И часто
бывает прав! А после получения первого положительного результата у инженера воз¬
никает «эрлифтная болезнь», выражающаяся в неуемном поиске новых решений. Так
родились тысячи изобретений - конструкций эрлифтов. Авторы этой книги тоже в свое
время «болели эрлифтом», и следы этого представлены ниже. «Эрлифтная болезнь»
проходит, когда собственный опыт категорично указывает на то, что, к сожалению, есть
ограничение по к.п.д. (слабое место эрлифта) и никакие ухищрения не могут его сдви¬
нуть.
212
Глава 5
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 958718 ].
1. Описание установки (рис. 5.1). Сжатый воздух, поступающий по воздухопроводу
4, равномерно распределяется в кольцевом коллекторе 3 и через отверстия в решетке 6,
суммарная площадь которых составляет 2-3 площади поперечного сечения воздухопро¬
вода 4, попадает в конический насадок 5. Решетка 6
способствует более равномерному поступлению сжа¬
того воздуха в конический насадок 5 и позволяет из¬
бежать закручивания потока сжатого воздуха. Далее
сжатый воздух попадает в первый из сопряженных
цилиндров - цилиндр 7 подъемного трубопровода 2.
Здесь начинается процесс смешения сжатого воздуха
с потоком гидросмеси, поступающим из всасывающей
трубы 1. В цилиндре 8 подъемной трубы 2 завершается
процесс смешения воздуха и гидросмесц и далее газо¬
жидкостная смесь проходит в переходный цилиндр 9
и далее в верхний участок подъемной трубы 2, где и
осуществляется эрлифтный подъем.
2. Предполагаемые преимуства и недостатки
(здесь и далее по мнению авторов). При аварийной
остановке эрлифта коллектор 3 заштыбуетея оседаю¬
щим твердым материалом, очистка его потребует де¬
монтажа всей установки, Применение ступенчатой
подъемной трубы обеспечивает снижение скорости
потока в ней и, следовательно, уменьшение износа и
потерь энергии.
ЭРЛИФТ ДЛЯ ПОДЪЕМА МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИХ ПУЛЬП [ах. № 1250734 ]
1. Описание установки (рис. 5.2).
Пульпа через решетку 9 с размером ок¬
на, равным 0,3 диаметра подъемной тру¬
бы 1, поступает в аккумулирующую ем¬
кость 8, диаметр цилиндрической части
которой равен 3-м диаметрам подъемной
трубы 1. Затем через окно 5 пульпа вхо¬
дит в подъемную трубу 1. Пройдя уча¬
сток активного перемешивания между
верхней кромкой бокового окна 5 и вы¬
ходным торцом 4 конечного {/-образного
участка воздухопровода 3, пульпа под¬
хватывается воздухом и, пройдя всю
подъемную трубу 1, попадает в воздухо¬
отделитель 2 и покидает эрлифт. Уста¬
новленная предохранительная решетка
9 не может полностью оградить аккуму¬
лирующую емкость 8 от попадания в нее
кусков, длина которых выше 0,3 диамет¬
ра подъемной трубы 1 ("щук"), которые
могут застревать у входа в окно 5. Пово¬
ротом подъемной трубы 1 устройством
Глава 5
213
10, а также возвратно-поступательными движениями тросом 6 по вертикали, воздейст¬
вием боковых кромок и кромками окна 5 застрявшие негабаритные куски внедряются в
нижнюю часть подъемной трубы 1 и далее подхватываются воздушным потоком. В
случае, если внезапно прекратится или резко уменьшится поступление воды в аккуму¬
лирующую емкость 8, а также, если внезапно уменьшится поступление воздуха по
воздухопрововоду 3, твердые частицы могут забить значительный участок подъемной
трубы 1, и работа эрлифта после повторной остановки, подачи воды и воздуха может не
возобновиться. В этом случае с помощью троса 6 подъемная труба 1 поднимается вверх
и механическим способом очищается. В этот период хомут, крепящий устройство 10
ослабляется и не препятствует подъему подъемной трубы 1. После очистки подъемная
труба 1 постепенно опускается. Одновременно по водоводу подается вода, размывающая
твердые частицы в аккумулирующей емкости 8, а по воздухопроводу 3 подается воздух.
Вертикальными перемещениями и поворотом подъемной трубы 1 последняя опускается
до нижней точки аккумулирующей емкости 8. После чего восстанавливается нормаль¬
ная работа эрлифта.
2. Рекомендуемая область применения - дренажные эрлифтные установки.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Установка обеспечивает эффек¬
тивное устранение отказов при заштыбовках эрлифта. Вместе с тем она громоздка и
требует применения подъемно-транспортных средств. Установка обеспечивает исполь¬
зование не только потенциальной, но и кинетической энергии сжатого воздуха.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 1288375 ].
1. Описание установки (рис. 5.3). Сжатый
воздух через воздухопровод 3 подается в коллек¬
тор 4, откуда он через наклонные патрубки 5
направляется в подъемную трубу 2, где устрем¬
ляется вверх. В результате взаимодействия воз¬
духа и пульпы, последняя через подающую 1 и
подъемную 2 трубы движется вверх.
В случае экстренной остановки эрлифта
(например, при аварийном отключении элект¬
роэнергии) гидросмесь резко направляется вниз
и через патрубки 5 частицы твердого могут ока¬
заться в коллекторе 4. Наклонностью коллекто¬
ра 4 и наличием аккумулирующей трубы 6 обес¬
печивается перемещение твердого вниз к
подающей трубе 1, исключается его попадание в
воздуховод 3, и закупорка последнего. Наклон
нижней стенки (угол <р) зависит от транспорти¬
руемого материала.
Для того, чтобы твердое не подбучивало при
его движении вниз по патрубку 5, установка
снабжена рассекателем 8, обеспечивающим
скольжение твердого вдоль стенок.
Соединение воздуховода предпочтительнее
под углом у < 90° ввиду того, что уменьшение
у снижает потерю скорости в коллекторе, так как
при этом уменьшается угол преломления на¬
214
Глава 5
правления движения, частично определяющей эти по¬
тери.
Наклон соединительной косынки 7 предпочтите¬
лен при в < 83° (так как минимальный угол безнапор¬
ного гидротранспортирования на шахтах принят 7°),
что обеспечивает скатывание вниз твердого при его по¬
падании на соединительную косынку 7 от патрубков 5.
Тем самым предохраняется воздуховод 3 от забутовок.
2. Предполагаемые достоинства и недостатки. Ус¬
тановка обеспечивает защиту воздуховода от возмож¬
ных закупорок твердым материалом для длинных эр¬
лифтов.
ЭРЛИФТ [ах. №1312260].
1. Описание установки (рис. 5.4). Сжатый воздух
через воздуховод 3, верхний участок 5 аккумулирующей трубы 4 подается в подъемную
трубу 1 эрлифта и устремляется вверх.
В случае экстренной остановки эрлифта пульпа устремляется вниз, и частицы
твердого могут попасть в аккумулирующую трубу 4. В этом случае частицы перещаются
вниз через верхний 5 и нижний 6 участки аккумулирующей трубы 4 к всасу эрлифта,
тем самым предохраняется забутовка воздуховода.
Расположение воздуховода 3 под тупым углом fh исключает попадание в него
частиц твердого, так как пследние под действием силы тяжести перемещаются по
верхнему участку 5 вниз.
Расположение верхнего участка 5 под
острым углом (т.е. уклон больше 7°) обес¬
печивает скорость перемещения части твер¬
дого (угля, породы), превышающую крити¬
ческую, и тем самым исключается забутовка
участка 5.
2. Предполагаемое достоинство: повы¬
шение надежности за счет исключения забу¬
товок твердым материалом воздуховода и ак¬
кумулирующей трубы.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 1562539],
1. Описание установки (рис. 5.5). Эр¬
лифт содержит смеситель 1, всасывающее ус¬
тройство 2, и подъемную трубу 3, имеющую
телескопический патрубок 4, установленный
с возможностью осевого перемещения и под¬
соединенный к последнему подающий патру¬
бок, установленный на опорной балке 6, при¬
чем подающий патрубок снабжен на конце
цилиндрической втулкой 7, размещенной под
углом к оси патрубка и образующей с подъем¬
ной трубой 3 цилиндрический шарнир. Пода¬
ющий патрубок выполнен по меньшей мере
Глава 5
215
на двух шарнирно соединенных участков 5 и 8.
Эрлифт работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха в смеситель 1
по подъемной трубе 3 начинает подниматься водовоздушная смесь, которая увлекает за
собой через всасывающее устройство 2 частички твердого вещества. При повороте
подающего патрубка или его участка вокруг вертикальной оси происходит смещение
всасывающего устройства 2, зависящее от количества участков 5 и 8 подающего патруб¬
ка 4 и цилиндрических втулок 7, а также от угла между их осями. При значительных
размерах эрлифта подающий патрубок может быть снабжен приводом поворота.
Достоинство: конструкция позволяет существенно увеличить зону захвата всасы¬
вающего устройства 2.
Недостаток: сложность.
ЭРЛИФТ [а.с№ 987202]
1. Описание установки (Рис. 5.6а и 5.66). Эрлифт опускают в скважину. Через
воздуховод 2 и распределитель 3 сжатый воздух по трубке 8 направляется во внутрен¬
нюю полость 7 эластичной манжеты 6 и раздувает ее до плотного прилегания к стенке
подъемной трубы 1, уплотняя таким образом водозаборный патрубок 4. Под воздейст¬
вием разности гидростатических давлений выше и ниже эластичной манжеты 6 жид¬
кость с песком и шламом устремляется в водозаборный патрубок 4, выливается через
сливные окна 5 и в дальнейшем транспортируется по подъемной трубе 1 за счет подачи
сжатого воздуха по воздуховоду 2 через распределитель 3. При прекращении подачи
сжатого воздуха в систему жидкость вытесняет воздух из внутренних полостей эластич¬
ной манжеты 6, трубки 8, распределителя 3 и воздуховода 2. При установившемся
гидростатическом давлении внутри полости 7 и вне эластичной манжеты 6 последняя за
216
Глава 5
счет упругих деформаций принимает первона¬
чальный вид, разуплотняя водозаборный патру¬
бок 4 относительно подъемной трубы 1 и обеспе¬
чивая проход по скважине во время подъема
эрлифта.
2. Рекомендуемая область применения. В эр-
лифтных гидросистемах для подъема пульпы в
промышленности и строительстве, но не для
крупнокусковых материалов.
3. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Использование предлагаемого устройства
позволяет улучшить условия монтажных и де¬
монтажных операций при установке эрлифта в
скважину.
ЭРЛИФТ [а.с,№ 973947]
1. Описание установки (рис. 5.7). Воздух под
давлением поступает от источника 7 сжатого воздуха в камеры 3 и 4 смешения. Образу¬
ющиеся газожидкостные смеси поднимаются по подъемным трубопроводам 1 и 2. Газо¬
вые фазы смесей в верхней части трубы 8 отделяются и удаляются в атмосферу, а
жидкостные фазы перетекают через кольцевой зазор, образованный трубой 8 и труб¬
кой-питателем 9, по которой подается третий компонент.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Соединение подъемных трубопро¬
водов с трубой-смесителем, наличие трубки-питателя, установленной концентрично
трубе-смесителю, позволяет транспортировать сразу несколько компонентов, необхо¬
димых для приготовления заданной смеси.
»ч
Ь^_|
1
Рис. 5.7.
ЭРЛИФТ [ах.№ 987198]
1. Описание установки
(рис. 5.8). При подаче жидкости
через водовод 6 и насадки 7 и 8 в
приемник 5 происходит закру¬
чивание твердого материала
жидкостью. При подаче воздуха
через воздухопровод 3 в смеси¬
тель 2 и подъемную трубу 1
пульпа из приемника 5 через
всасывающий патрубок 4 посту¬
пает в подъемную трубу 1.
2. Предполагаемые пре¬
имущества и недостатки. Низ¬
кая надежность установки, т.к.
при работе установки на пульпе
колено перед всасывающим
патрубком 4 будет постоянно
заштыбовываться. Закручива¬
ние потока в приемнике 5 не ус¬
траняет этот недостаток.
Глава 5
217
ЭРЛИФТ [а.с. No 1036960]
1. Описание установки (рис. 5.9). Воздух, истекая из воздухопровода 5 в цилинд¬
рическую камеру 1, образует в ней кольцеобразный газожидкостный вихрь, от враще¬
ния которого в центре цилиндрической камеры 1 образуется зона пониженного давле¬
ния, куда поступает
жидкость из всасывающего
патрубка 3. Поступившая
через воздухоотделитель 5.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Основная часть воздуха будет идти
вместе с пульпой по трубопроводу 7 на слив. Колено 6 будет быстро изнашиваться при
транспортировании пульпы, что снижает надежность установки.
жидкость из центра вихря
под действием центробеж¬
ных сил выбрасывается из
цилиндрической камеры 1 с
большой окружной скоро¬
стью в подъемную трубу 4
совместно с газом. В подъ¬
емной трубе 4 кинетическая
энергия потока преобразу¬
ется в статический напор,
способствующий подъему
пульпы.
А-А
2. Предполагаемые
преимущества и недостат¬
ки. Низкая надежность ус¬
тановки, обусловленная
тем, что колено всасываю¬
щего патрубка и цилиндри¬
ческая камера будут посто¬
янно забиваться твердым
материалом при пусках и
остановках эрлифта.
4
Фиг.1
Рис. 5.9.
ЭРЛИФТ [а.с. №987203]
1. Описание установки (рис. 5.10). В сме¬
ситель 2 поступает по воздухопроводу 4 воздух
и по всасывающему патрубку 3 пульпа. Смесь
воздуха и пульпы из смесителя 2 по подъемной
трубе 1 и колену 6 поступает в наклонный уча¬
сток 7 пульпопровода. Разделение фаз потока
происходит при движении его по колену 6, при
этом пульпа как более плотная и инерционная
среда под действием центробежных сил прижи¬
мается к верхней, наружной стенке колена 6, а
воздух движется по оставшейся части сечения
колена 6. Воздух свободно выходит в атмосферу
Рис. 5.10.
218
Глава 5
ЭРЛИФТ [ах. №989162]
Рис. 5.11.
1. Описание установки (рис. 5.11).
При подаче воздуха через воздухопровод 3
в смеситель 2 пульпа через всасывающее
устройство поступает в подъемную тру¬
бу 1. Максимальная величина диаметра
участка 4, примыкающего к смесителю 2,
равна 0,9 диаметра подъемной трубы 1,
минимальная величина этого диаметра
равна 0,5 диаметра подъемной трубы 1.
Диаметр участка 5 больше, чем у участка
4.
2. Предполагаемые преимущества и
недостатки. Горизонтальный участок вса¬
сывающего трубопровода от участка 5 до
участка 4 будет постоянно заштыбовы-
ваться при транспортировании пульпы,
что обуславливает низкую работоспособ¬
ность эрлифта в делом.
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЭРЛИФТ [а.с. № 1000609]
1. Описание установки (рис. 5.12). Приток с нижнего горизонта по водосборнику
14 поступает в наклонную выработку, откуда первой ступенью эрлифта 1 подается в
накопительную емкость 16, соединенную с воздухоотделителем 7 и нисходящим тру¬
бопроводом 10, по которому вода с приме¬
сями поступает в приемный резервуар 12
второй ступени. Накопительная емкость
16 сглаживает колебания уровня,воды в
нисходящем трубопроводе 10. При умень¬
шении (увеличении) подачи уровень в
приемном резервуаре 12 также начинает
уменьшаться (увеличиваться), однако,
это не отражается на величине относи¬
тельного погружения эрлифта ввиду до¬
полнительного объема жидкости в накопи¬
тельной емкости 16 и ее форме, поскольку
боковые поверхности емкости ограничены
двумя усеченными конусами, состыкован¬
ными меньшими основаниями. Вторая сту¬
пень эрлифта, установленная в стволе, по¬
дает воду в свою накопительную емкость
17, соединенную с воздухоотделителем 8 и
нисходящим трубопроводом 11. В нисходя¬
щий трубопровод И второй ступени по
трубопроводу 18 одновременнл поступает
приток из водосборника 15 этой ступени
(промежуточного горизонта). При этом
подача третьей ступени больше подачи
Глава 5
219
второй ступени на величину притока с
промежуточного горизонта. Накопи¬
тельные емкости 16 и 17 обеспечивают
сглаживание колебаний уровня воды в
нисходящих трубопроводах до вели¬
чин, при которых обеспечивается нор¬
мальная работа многоступенчатого эр¬
лифта.
2. Предполагаемые преимущества
и недостатки. Применение накопи¬
тельной емкости, боковые поверхности
которой ограничены двумя усеченны¬
ми конусами, не обеспечивает стаби¬
лизацию относительного погружения
каждой ступени. С этой целью нужно
применять накопительную емкость с
большой поверхностью зеркала жидко¬
сти.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 1015126]
1. Описание установки (рис. 5.13а
и 5.136). По воздухопроводу 3 подают в
воздухораспределитель 4 сжатый воз¬
дух, который выходит сплошной
струей через отверстия 5 и увлекает за
собой находящуюся в зазоре 8 жид¬
кость. Благодаря тому, что диаметр от¬
верстий 5 равен 0,01-0,02 диаметра
подъемной трубы 1 обеспечивается на¬
ибольшая производительность эрлифта
за счет создания наиболее устойчивых
выходных струй сжатого воздуха. Из
конфузорной камеры 2 смесь по подъ¬
емной трубе 1 поступает на поверх¬
ность. Избыточные включения по отво¬
дящему трубопроводу 6 поступают в
отстойники (не показаны). Количество
подаваемых в отстойники избыточных
включений регулируется задвижкой 7.
2. Предполагаемые преимущества
и недостатки. Воздухораспределитель и
воздухопровод будут заштыбовываться
оседающим из подъемной трубы твердым материалом при остановках эрлифта, что
резко снизит его надежность.
А-А
Рис. 5.136.
ЭРЛИФТ [а.с,№ 1016569]
1. Описание установки (рис. 5.14). Сжатый воздух по воздухопроводу 2 поступает
в смеситель 3, а затем в подъемную 1, увлекая за собой гидросмесь, поступающую в
подъемную трубу 1. Восходящий поток воды захватывает частицы песка, поступающие
220
Глава 5
через телескопический
насадок 6, всасывающий
патрубок 4 и окна 7, и ув¬
лекает их вверх по подъ¬
емной трубе 1. Движение
гидросмеси указанным
путем обеспечивает уп¬
лотнительная манжетка
5, изготовленная-из уп¬
руго-эластичного мате¬
риала, размещенная
между подъемной трубой
1 и всасывающим патруб¬
ком 4. По мере увеличе¬
ния выработки телеско¬
пический насадок 6
перемещается вниз под
действием собственного
веса.
2. Предполагаемые
преимущества и недо¬
статки. Низкая надеж¬
ность установки, т.к.
1) наличие подвижных
телескопических частей
приведет при работе на
пульпе к быстрому изно¬
су их уплотнений; 2) при
остановках эрлифта осе¬
дающий на манжету 5 из
подъемной трубы’ 1 твер¬
дый материал заштыбует
подъемную трубу I и сделает невозможной дальнейшую работу эрлифта.
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЭРЛИФТ [ах. № 1020656]
[.Описание установки (рис. 5.15). Гидросмесь поступает в нижний водосборник 10.
По воздухопроводу 3 в смеситель 2 подается воздух, а через всасывающий патрубок 4
из водосборника поступает гидросмесь. Образовавшаяся аэрогидросмесь по подъемной
трубе 1 поднимается в воздухоотделитель 5, где происходит отделение воздуха от
гидросмеси, которая попадает в накопительную емкость 7 через трубопровод б, откуда
по нисходящей ветви попадает в приемную емкость 9 следующей ступени и по всасыва¬
ющему патрубку 4 в смеситель 2. Далее цикл повторяется. Первая ступень установки
обеспечивает подачу большую, чем приток гидросмеси, поступающей в нижний водо¬
сборник 10 и подача следующей ступени. Избыток гидросмеси из накопительной емко¬
сти 7 сбрасывается в водосборник 10 по сбросному трубопроводу 12. Для предотвраще¬
ния выброса пульпы в ствол при увеличении притока гидросмеси, поступающей в
промежуточный водосборник 10, накопительная емкость 7 снабжена сбросным трубоп¬
роводом 12, другой конец которого заведен в промежуточный водосборник 10. Первая
Глава 5
221
ступень установки за
счет своей большей
подачи обеспечивает
стабильность рабочих
режимов последующих
ступеней. При увели¬
чении притока гидро¬
смеси уровень погру¬
жения смесителя 2
увеличивается, при
этом увеличивается
подача первой ступени.
В этом случае по тру¬
бопроводу 12 будет
сбрасываться большее
количество гидросме¬
си, а величина погру¬
жения второй ступени
и ее режим работы ос¬
танутся прежними.
При уменьшении при¬
тока гидросмеси в водо¬
сборник 10 величина
погружения уменьша¬
ется, подача первой
ступени также умень¬
шается. В этом случае
по сбросному трубоп¬
роводу 12 будет сбра¬
сываться меньше гид¬
росмеси, однако, за
счет того, что подача
первой ступени боль¬
ше, чем второй, погружение второй останется прежним.
2. Рекомендуемая область применения. Эрлифтные установки для подъема пульпы
на большую высоту.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Увеличение подачи первой ступе¬
ни в сравнении с последующей на 5-10% обеспечивает сглаживание колебаний притока
гидросмеси. Стабильность режима работы второй ступени обеспечивает стабильность
работы всех последующих ступеней.
Рис. 5.15.
ЭРЛИФТ [а.с. № 973946]
1. Описание установки (рис. 5.16). Поступающий через воздухопровод 2 в нижнюю
часть обогатителя 3 воздух устремляется вверх, захватывая по пути частицы воды и
образуя водовоздушную эмульсию (смесь), которая выносится по водоподъемной трубе
1 наружу. Создаваемая при этом тяга обеспечивает постоянный подсос воды из скважи¬
ны в обогатитель 3 через его нижний торец и с боков через кольцевые входные щели 4.
Благодаря направляющим ребрам 7, равномерно размещенным по окружности, дости¬
222
Глава 5
гается равномерное (по периметру
обогатителя 3) поступление в коль¬
цевые щели 4 подсасываемой воды и
организуется параллельноструйное
ее движение. Выполнение ребер 7 с
отгибами 8 обуславливает повыше¬
ние турбулизации пристенного слоя
потока за счет взаимодействия струй
смежных ярусов. Подвижное соеди¬
нение соседних патрубков, обеспечи¬
вающее им возможность относитель¬
ного вертикального перемещения,
позволяет изменять высоту обогати¬
теля 3 и устанавливать оптимальные
размеры площадей сечения кольце¬
вых входных щелей 4, что способст¬
вует снижению их гидравлического
сопротивления.
2. Предполагаемые преимуще¬
ства и недостатки. Повышается КПД
эрлифтной установки. Но установка
может работать лишь по чистой воде.
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ
ЭРЛИФТ [ах. №885633]
1. Описание работы (рис. 5.17). При подаче воздуха в воздухопровод 5 в смесителе
3 образуется многофазная смесь которая увлекается в воздухоотделитель 6, где воздух
будет освобождаться и выходить из смеси, а жидкость с твердыми включениями по
сливной трубе 7 будет поступать в приемник 8 следующей ступени и транспортировать¬
ся далее в описанном выше порядке.
2. Рекомендуемая область применения. Для откачки и транспортирования гидро¬
смеси по горизонтальным выработкам.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Установка позволяет обеспечить
эрлифтное перемещение гидросмеси по горизонтальным выработкамб при этом расход
воздуха в наклонном подъемном трубопроводе будет значительно больше, чем в
вертикальном.
Глава 5
223
ЭРЛИФТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ДНА
РЕЗЕРВУАРА [ах. №885630]
1. Описание установки (рис. 5.18). При по¬
гружении в резервуар кожух 2, имеющий отрица¬
тельную плавучесть, опускается на дно, а попла¬
вок 7, оставаясь на поверхности, производит
выдвижение подъемной трубы 3. Жидкость через
нижнюю открытую часть кожуха 2 заполняет
трубы 1 и 3 до уровня жидкости в резервуаре.
Когда в воздухопровод 4 подается сжатый воздух,
то он, выходя из барботера 5, заполняет трубы 1
и 3 мелкими пузырьками. При этом благодаря
уменьшению плотности смесь устремляется
вверх. Восходящий поток жидкости и воздуха за¬
хватывает частички придонного осадка. Смесь
направляется в фильтр 8. Воздух выходит в ат¬
мосферу, а жидкость, пройдя фильтр 8, под дей¬
ствием своего веса возвращается в резервуар. По
мере накопления загрязняющего вещества в
фильтре 8 он снимается, а на его место устанав¬
ливается чистый фильтр.
2. Рекомендуемая область применения. Уст¬
ройство может быть использовано при проектиро¬
вании очистных устройств общехозяйственного
назначения.
3. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Такое однотипное устройство можно
применять для очистки резервуаров различной
глубины. Однако, наличие подвижных телеско¬
пических частей снижает надежность установки.
ЭРЛИФТ [а.с № 868133]
1. Описание установки (рис. 5.19). При по¬
даче воздуха через воздухопровод 3 в дисперги¬
рующую насадку 2 в подъемной трубе 1 образу¬
ется гидросмесь, которая поднимается в
воздухоотделитель 6, после соударения с отража¬
телем 7 воздух отделяется от осадка, который
идет вместе с жидкостью на слив. В случае засо¬
рения подъемной трубы 1 подвижная в осевом
направлении крышка перемещается в крайнее
нижнее положение, где она перекрывает подъем¬
ную трубу 1, внутри которой создается давление,
вытесняющее пробку из нижней части трубы 1.
2. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Повышается надежность работы эрлифта
за счет повышения эффективности его расшты-
бовки.
224
Глава 5
ГАЗЛИФТ [ах. №
830012]
1. Описание установки
(рис. 5.20). Жидкость через
отверстия 3 попадает внутрь
подъемной трубы 1 и через со¬
пло 5 в патрубок 4. Попадая в
зазор между нагревателем 8 и
патрубком 4, а также в каналы
9 и 10, жидкость нагревается,
превращается в пар, который
через профилированные от¬
верстия 6 выходит в участок 2
подъемной трубы 1, выпол¬
ненный в виде трубки Венту¬
ри, ще смешивается с жидко¬
стью и поднимает ее
благодаря снижению веса
двухфазной смеси.
2. Предполагаемые пре¬
имущества и недостатки. Вы¬
полнение электронагревателя
с центральным или несколькими каналами по¬
зволяет увеличить теплоотдачу и повысит
КПД газлифта. Однако, значительно эффек¬
тивнее было бы подвести в подъемную трубу
сжатый воздух от компрессора или воздухо¬
дувки. Кроме того, установка может работать
на жидкости без включения твердого матери¬
ала.
ЭРЛИФТ [а.с. №853196]
1. Описание установки (рис. 5.21). Через
воздухопровод 2 и форсунку 3 в нижнюю часть
подъемной трубы 1 подается сжатый воздух,
образующий с жидкостью или пульпой более
легкую, чем исходная жидкость смесь, кото¬
рая поднимается за счет гидростатических
сил. При этом рассекатели 4,5, 6 препятству¬
ют объединению мелких пузырьков воздуха в
более крупные, а отгибы 9 способствуют от¬
клонению пузырьков, турбулизации потока и
образованию более равномерной смеси.
2. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Применение рассекателей создает до¬
полнительные гидравлические сопротивления
движению потока аэрогидросмеси в подъем¬
ной трубе и снижает КПД и подачу установки.
Рис. 5.20.
Рис. 5.21.
Глава 5
225
ВАКУУМ-ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА
[а.с.№ 853191]
1. Описание установки (рис. 5.22). После
создания вакуума в воздухоотделителе 1 от¬
крывается воздухопровод 4 и воздух из атмос¬
феры начинает поступать в смеситель 5. Уро¬
вень жидкости в технологической емкости
понижается. Одновременно с этим плавающая
в жидкости поплавковая камера 8 вместе с
нижней частью 7 подъемной трубы 2, смесите¬
лем 5, воздухопроводом 4 и подающей трубой
6 опускается. В результате положение смеси¬
теля 5 относительно уровня жидкости остается
неизменным, следовательно, давление в сме¬
сителе 5 также остается неизменным при лю¬
бом уровне жидкости в технологической емко¬
сти 9. Аналогично протекает работа
вакуум-эрлифтной установки и при повыше¬
нии уровня жидкости.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Сложность конструкции установ¬
ки и наличие подвижных частей значительно снижают ее надежность.
-
Рис. 5.22.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА fa.c. № 922327 ]
1. Описание установки (рис. 5.23). При подаче воздуха через воздухопровод 4 в
смеситель 3 в нем образуется водовоздушная смесь которая за счет динамического
взаимодействия воздуха с жидкосыо движется в напорном трубопроводе 1 к воздухоот¬
делителю 2, в котором происходит отделение воздуха от жидкости. При этом по всасы¬
вающему патрубку 7 в смеситель 3 поступает жидкость в смеси с твердым материалом.
За счет того, что всасывающий патрубок 7 входит на 1-2 диаметра в напорный трубоп¬
ровод 1, между ними образуется кольцевое пространтсво, которое придает направлен¬
ность движению воздуха и исключает возможность его попадания во всасывающий
патрубок 7, что может уменьшить подачу установки или способствовать закупорке
всасывающего патрубка 7 за счет увеличения концентрации твердого материала у ее
входа. Так как торцы 8 и 9 кожуха 5 и всасывающего патрубка 7 лежат в одной
наклонной плоскости, составляющей угол с вертикальной плоскостью, больший угла
естественного отко¬
са твердого матери¬
ала в жидкости, то
твердый материал
не закрывает всасы¬
вающий патрубок 7,
а располагается в
непосредственной
близости от его тор¬
ца 9 и захватывает¬
ся за счет скорости
жидкости, поступа-
226
Глава 5
ющей во всасывающий патрубок 7. При неравномерном поступлении твердого матери¬
ала большем, чем транспортирующая способность установки, или после ее остановки
может образоваться слой твердого материала выше кожуха 5. Количество жидкости,
фильтрующейся через слой, будет недостаточно для создания скорости, достаточной для
транспортирования. В этом случае жидкость во всасывающий патрубок 7 поступает
через подпитывающую трубу 6, верхний открытый конец которой располагается выше
возможного слоя твердого материала. Подразумевается работа эрлифта с горизонталь¬
ной подъемной трубой.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Конструкция близка к эрлифту
А.С. 377557. При горизонтальной подъемной трубе эффективность эрлифта очень низ¬
кая.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. №603772]
1. Описание установки (рис. 5.24). Пуск установки производится при открытом
клапане 10 подачей сжатого воздуха в воздухопровод 2. Под действием избыточного
давления воздуха вода из воздухопровода 2 частично из верхней камеры 7 удаляется
через открытый клапан 10, трубу подпитки 9 в отстойник. Как только воздух проникнет
в смеситель 11, наступает фаза смешения воздуха с водой с последующим движением
воздушной смеси вверх по подъемной трубе 1 в воздухоотделитель 13. После пуска
эрлифта через трубу подпитки 9, открытый клапан 10, камеру 7, открытый снизу
смеситель 11 происходит подача чистой воды в подъемную трубу 1. Для перевода
эрлифта в режим откачки твердого материала из отстойника необходимо нажать кнопку
17 в положение «закрыто». При этом подается напряжение на катушку управления
распределителя 16, который
|~ Закрыто 1
j jоткрыто |
Рис. 5.24.
срабатывает, обеспечивая до¬
ступ сжатого воздуха в штоко¬
вую полость пневмоцилиндра
15. Под действием сжатого
воздуха поршень пневмоци¬
линдра 15 поднимается и по¬
средством тяги 18 закрывает
клапан 10. После закрытия
клапана 10 на всасывающей
трубы 3 увеличивается пере¬
пад давления и начинается
движение гидросмеси. Даль¬
нейшая работа всасывающего
устройства эрлифта анало¬
гична работе всасывающего
устройства грунтового насоса.
2. Предполагаемые пре¬
имущества и недостатки. Из¬
лишняя (надуманная) слож¬
ность конструкции,
управляемый клапан 10 нера-
ботаспособен при работе на
пульпе, а тем более при за-
штыбовке эрлифта, когда
твердые частицы засыпят его.
Глава 5
227
ГАЗЛИФТ [а.с. № 10829891
10
1. Описание установки (рис. 5.25). В интерме¬
таллическом соединении газогенератора 1 при под¬
воде тепла с помощью теплорегулирующего уст¬
ройства 6 выделяется водород, который через
клапан 4, представляющий палладиевую стенку
подъемного трубопровода 2, поступает внутрь
подъемного трубопровода 2 и увлекает находящу¬
юся там жидкость вверх. Так осуществляется
транспортирование жидкости в газлифте. В герме¬
тическом сепараторе 5 происходит разделение
жидкости и газа, последний через дополнительный
клапан 9 поступает в газоподводящий трубопровод
3. Далее переключатель 7 газового потока направ¬
ляет газ к тому газогенератору, который израсхо¬
довал свой запас водорода, при этом теплорегули¬
рующее устройство 6 работает как холодильник, и
интерметаллическое соединение интенсивно по¬
глощает водород. Таким образом, газогенераторы
1 работают одновременно, но в разных режимах:
один из них выделяет водород с подводом тепла от
теплорегулирующего устройства, а другой погло¬
щает водород при отводе тепла от него. Всей рабо¬
той газогенераторов 1 и переключателя 7 газового
потока управляет блок 10 управления, который получает команду от датчика 11 расхода
транспортируемой жидкости. Так обеспечивается попеременная работа газогенерато¬
ров 1 в режиме выделения или поглощения газа. Холодильник 8 в паровом пространстве
сепаратора 5 служит для конденсации па¬
ров транспортируемой жидкости во избе¬
жании повышения давления в сепараторе
и возможного срыва работы газлифта.
2. Достоинство: исключается загряз¬
нение окружающей среды.
3. Недостатки: ввиду сложности - ма-
лонадежность, низкая подача и к.п.д.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 929889]
1. Описание установки (рис. 5.26).
При номинальном погружении эрлифта
сжатый воздух нагнетателем 8 подается по
основному воздухопроводу 6 в смеситель 4
и подъемную трубу 1. Одновременно в
подъемную трубу 1 через всасывающий
патрубок 5 поступает гидросмесь, которая
смешиваясь в подъемной трубе 1 с возду¬
хом, движется вверх. При повышении
уровня до максимально возможного погру¬
жение смесителя увеличивается. При этом
нагнетатель 8, подающий сжатый воздух,
228
Глава 5
не в состоянии преодолеть противодавление смеси и эрлифт останавливается. Последу¬
ющий пуск эрлифта возможен лишь при подаче воздуха в подъемную трубу 1 через
дополнительный воздухопровод 7. Так как длина дополнительного воздухопровода 7 в
зумпфе 2 составляет 0,5-0,8 длины погруженного участка подъемной трубы 1, то давле¬
ние будет достаточно для того, чтобы преодолеть противодавление столба гидросмеси.
Воздух поступает в подъемную трубу 1, и работа эрлифта возобновится. При снижении
уровня гидросмеси до номинального подача воздуха в подъемную трубу 1 происходит
через основной воздухопровод 6 и смеситель 4.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Устройство не работоспособно, т.к.
весь сжатый воздух будет идти через дополнительный воздухопровод, а не через основ¬
ной воздухопровод б и смеситель 4. Необходима задвижка на дополнительном возду¬
хопроводе 7.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 781401 ]
1. Описание установки (рис. 5.27). Сжатый воздух по воздухопроводу 4 подается в
смеситель 1, который служит для смешения гидросмеси со сжатым воздухом перед
входом в подъемную трубу 3. За счет разности веса столбов водовоздушной смеси в
подъемной трубе и жидкости в откачиваемой емкости осуществляется всасывание гид¬
росмеси через всасывающий трубопровод 2, которая через смеситель 1 подается в на¬
клонную подъемную трубу 3, на конце которой расположен воздухоотделитель 5, пред¬
назначенный для отделения воды от воздуха. При этом воздух уходит из
воздухоотделителя 5 в атмосферу, а вода направляется в сливную трубу воздухоотде¬
лителя.
2. Предполагаемые преимущества и недостат¬
ки. За счет вертикального расположения вса¬
сывающего устройства и смесителя улучшают¬
ся условия всасывания; обеспечивается
полное смешение сжатого воздуха с гид¬
росмесью в смесителе; не происхо¬
дит отслоение воды от воздуха в
смесителе. Вместе с тем эр¬
лифт будет работать с малой
подачей при располо¬
жении оси смесителя и
подъемной трубы
под углом 100. . .
150° друг к другу.
Рис. 5.27.
Глава 5
229
ЭРЛИФТ [785557]
1. Описание установки (рис. 5.28). После
завершения очистки от осадка какого-либо
участка дна резервуара во внутреннюю по¬
лость 7 стакана б от источника сжатого воздуха
через шланг 10 и вентиль 9 подается воздух.
При этом вентиль 8 закрыт. Эрлифт всплывает
и его легко можно транспортировать в горизон¬
тальном направлении, например, с помощью
рукоятки 11. После доставки на новое место
работы открывают вентиль 8 и закрывают вен¬
тиль 9. Эрлифт погружается. Затем через
шланг 5 и воздухопровод 4 в смеситель 1 пода¬
ется сжатый воздух и начинается подъем осад¬
ка. После очистки участка цикл повторяется.
2. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. При применении предложенного эр¬
лифта нет необходимости в использовании
подъемных устройств при его перемещении в
вертикальной и горизонтальной плоскостях
резервуара. Однако необходимы дополни¬
тельные устройства для обеспечения верти¬
кального положения эрлифта при его работе и
нормальных условий всасывания твердого ма¬
териала (зазора между всасом и дном резерву¬
ара).
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЭРЛИФТ
[а.с.№ 909346]
1. Описание установки (рис. 5.29). При
подаче воздуха по воздухопроводам 19-21 в
смесителях 4-6 образуется гидросмесь, кото¬
рая поднимается по подъемным трубам 1-3 в
воздухоотделители 7-9, где воздух отделяется
и уходит в атмосферу, а жидкость и примеси
через накопительные емкости 16 и 17 и нисхо¬
дящие трубопроводы 10 и 11 поступает в при¬
емные резервуары 12 и 13. При этом приемные
резервуары каждой последующей ступени
подключены к водосборникам 14 и 15 пред¬
ыдущей ступени через нисходящие трубопро¬
воды 10 и 11 трубами 18, благодаря чему сгла¬
живаются колебания уровня воды в
нисходящем трубопроводе 11, обеспечивается
постоянное погружение ступени и равномер¬
ное распределение воздуха по ступеням эр¬
лифта. Подача последующей ступени больше
Рис. 5.29.
230
Глава 5
подачи предыдущей на величину притока промежуточного горизонта.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Конструкция проста и позволяет
снизить себестоимость подъема гидросмеси за счет автоматического распределения
подачи сжатого воздуха в ступени эрлифта. Улучшаются условия эксплуатации. Обес¬
печивается откачка с помощью одной установки с нескольких горизонтов.
ЭРЛИФТ [а.с. № 1193302 ]
1. Описание установки (рис. 5.30). После запуска компрессора (не показан) сжатый
воздух, подаваемый последним, заполняет газовод 3 и кольцевую камеру 4. На испол¬
нительный механизм 11 подается команда, последний отпускает двухседельный запор¬
ный элемент 12 и сжатый газ из кольцевой камеры 4 попадает в кожух 6. После
попадания сжатого газа в кожух 6 газ начинает вытеснять в подъемную трубу 1 жид¬
кость, находящуюся в кожухе 6. Уровень жидкости в кожухе 6 начинает понижаться и
при открытии отверстий перфорации участка подъемной трубы 1. Сжатый газ начинает
поступать в подъемную трубу 1, где захватывает находящуюся там жидкость и уносит
ее с собой вверх по подъемной трубе 1. Эрлифт, таким образом, запускается. После его
разгона и выхода на рабочий режим в подъемную трубу 1 засасываются твердые частицы
и транспортируются вверх по подъемной трубе 1. Работа эрлифта сопровождается коле¬
баниями давления в подъемной трубе 1, обусловленными изменениями концентрации
твердых веществ в жидкости, т.е. изменениями плотности пульпы. Это приводит к тому,
что в процессе работы эрлифта периодически повторяются ситуации, при которых
давление пульпы в подъемной трубе 1 превышает давление сжатого воздуха в кожухе 6.
В результате этого наблюдаются обратные токи пульпы, т.е. пульпа, содержащая твер¬
дые частицы, перетекает из подъемной трубы 1 через отверстия перфорации 2 в кожух
Глава 5
231
6. Но так как кольцевая камера 4 с запорным элементом 12 находится выше отверстий
перфорации 2 участка под ъемной трубы 1, то частицы твердого не попадают в отверстия
кольцевой камеры 4 и не выводят из строя запорный элемент 12. Частицы твердого
материала за счет собственной тяжести оседают на коническую обечайку 7, но так как
тангенс угла наклона образующей конической обечайки 7 к оси подъемной трубы 1 по
крайней мере равен коэффициенту трения твердого транспортируемого материала о
поверхность конической обечайки 7, то частицы твердого материала сползают по повер¬
хности конической обечайки 7 и попадают в зону зазора между участками подъемной
трубы 1, ще струя движущейся по подъемной трубе 1 пульпы и захватывает и уносит с
собой вверх по подъемной трубе 1.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Все попадающие из подъемной
трубы 1 через отверстия перфорации частицы твердого материала, содержащиеся в
пульпе, удаляются в процессе работы эрлифта. Кроме того, вертикальная перегородка
8, разделяющая кожух 6, образует несколько независимых узлов, каждый из которых
может работать независимо один от другого. Тем самым достигается дополнительный
резерв, что также повышает эксплуатационную надежность зрлифтной установки.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [ах. № 1180562 ]
/sK
ft]
l
I/
1. Описание установки (рис. 5.31). Для запуска эрлифта подачу сжатого воздуха
осуществляют в смеситель 5. При этом эрлифт начинает работать на воде. По мере
всасывания и подъема пульпы скорость в подводящей и подъемной трубах 1 и 2 снижа¬
ется и при достижении ею величины, определяемой глубиной разработки, устанавлива¬
ется рабочий режим эрлифта на смесителе 5. В рабочем режиме давление в смесителях
5 и 6 уменьшается по сравнению с пусковым, которое определяется давлением столба
пульпы в подъемной трубе и потерями давления в воздухопроводе, на величину потерь
давления в подводящем трубопроводе. После установления рабочего режима на смеси¬
теле 5 увеличивают сопротивление управляемого дросселя 8, что приводит к росту
потерь давления в подводящем трубопроводе 1 и
снижению давления в смесителях 5 и 6. Увеличе¬
ние сопротивления управляемого дросселя 8 про¬
изводится до тех пор, пока величина давления в
смесителе 6 не станет равной величине давления
воздуха в газовой трубе 3. Сжатый воздух подают
в смеситель 6 и далее в подъемную трубу 2, после
чего прекращается подача сжатого воздуха в сме¬
ситель 5. Эрлифт начинает работать на смесителе
6. Затем сопротивление управляемого дросселя 8
уменьшается до начального значения, которое
устанавливается расчетным путем, подача эр¬
лифта увеличивается и устанавливается рабо¬
чий режим.
3. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Стабилизируется режим работы, повы¬
шается надежность пуска двухсмесительного эр¬
лифта, повышается КПД и подача эрлифта за
счет увеличения относительного погружения
смесителя. Вместе с тем наличие управляемого
дросселя, расположенного под водой, вследствие
его малой надежности и износостойкости, снижа¬
ет надежность эрлифтной установки в целом. Рис. 5.31.
\>
7/ X
^-6
-7JH
— — — 1-
£
m
ft
I
‘ i
j-
^ 1
I
ft
Ч-l
232
Глава 5
ЭРЛИФТ [ах. № 1288374 ]
1. Описание установки (рис. 5.32). Сжатый воздух по
воздуховоду 4 через перфорацию 5 подается в сегмент 7,
препятствуя поступлению пульпы через сегмент 7 в подъ¬
емную трубу 1 и обеспечивая всасывание гидросмеси в
основном через сегмент 8. За счет разности веса столбов
пульповоздушной смеси в подъемной трубе 1 и гидросмеси
в скважине осуществляется всасывание пульпы из сква¬
жины через сегменты 8 и 7. Далее пульповоздушная смесь
подается в подъемную трубу 1, на верхнем конце которой
расположен воздухоотделитель, предназначенный для
отделения гидросмеси от воздуха. При этом воздух из
воздухоотделителя уходит в атмосферу, а пульпа направ¬
ляется к потребителю.
2. Рекомендуемая область применения. Эрлифтные
установки, применяемые в стесненных условиях (зумп¬
фах, скважинах и т.д.)
3. Предполагаемые преимущества и недостатки.
Улучшается всасывающая способность эрлифта при
транспортировании пульпы.
ЭРЛИФТ [ах. №1112153]
1. Описание установки (рис. 5.33). Сжатый воздух по воздухопроводу 3 подается в
смеситель 2, который служит для смешения гидросмеси со сжатым воздухом перед
входом в подъемную трубу 1. За счет разности веса столбов пульповоздушной смеси в
подъемной трубе 1, гидросмеси во всасывающем патрубке 4 и гидросмеси в нисходящем
трубопроводе 7 осуществляется всасывание пульпы через отверстия 14 во всасывающий
патрубок 4. Далее пульпа через смеситель 2 по¬
дается в подъемную трубу 1. Частицы твердого
материала с большим удельным весом, чем сред¬
ний удельный вес транспортируемой горной мас¬
сы, оседают через всасывающий патрубок 4 ак¬
кумулирующем резервуаре 13, из которого они
удаляются по мере накопления через сбросной
рукав 9 и шибер 10.
2. Рекомендуемая область применения. На
обогатительных фабриках.
3. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Конструкция эрлифта исключает его за¬
бутовку при остановках, т.к. твердый материал,
оседающий в подъемной трубе и всасывающем
патрубке собирается в аккумулирующем резер¬
вуаре 13. Эрлифтная установка такой конструк¬
ции может быть применена для одновременного
обогащения транспортируемой горной массы вы¬
делением из ее потока твердых фракций больше¬
го удельного веса (например, золота, вольфрама,
серебра, платины, молибдена).
Глава 5
233
ЭРЛИФТ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОПРИЕМНОЙ полости
БЕСФИЛЬТРОВОЙ СКВАЖИНЫ [а.с. № 802646 ]
1. Описание установки (рис. 5.34). Сжатый воздух, постоянно нагнетаемый комп¬
рессором 6 по воздуховодной трубе 5, поступает в водоподъемную трубу 3 через смеси¬
тель 4, где перемешивается с водой и образует водовоздушную смесь с удельной плот¬
ностью меньшей, чем у воды, вследствие чего смесь поднимается по водоподъемной
трубе 3 и выливается из скважины 2. Восходящий поток воды увлекает частицы песка
за собой в водоподъемную трубу 3 по гофрированному патрубку 7, в результате чего на
забое скважины 2 образуется полость 1. По мере увеличения размеров полости 1 гофри¬
рованный патрубок 7, выполненный с возможностью изменения линейных размеров из
эластичного материала, под действием наконечника-груза 8 удлиняется. Стойки 9
обеспечивают размещение патрубка 7 на неизменном расстоянии от разрабатываемого
грунта 10.
1. Описание установки (рис. 5.35). Сжатый воздух от источника 4 по воздухопро¬
воду 3 поступает в подъемную трубу 1 через смеситель 2 и, устремляясь по ней вверх,
увлекает за собой воду, которая изливается из скважин на поверхность. Восходящий
поток воды захватывает частицы песка из водоносного пласта через боковые окна 8
всасывающего патрубка 5, увлекая их за собой в подъемную трубу 1. По мере увеличе¬
ния размеров полости разработки всасывающий патрубок 5, выполненный в виде отрез¬
ка трубы с гладкими стенками и размещенный концентрично относительно подъемной
трубы 1 с зазором к ее внешней поверхности, перемещается вниз под собственным весом
до упора своим ограничительным кольцом в упор 7 подъемной трубы 1. Окна 8, распо¬
2. Рекомендуемая об¬
ласть применения. Установ¬
ка может быть использована
для разработки водоприем¬
ной полости бесфильтровых
скважин, сооружаемых в
песчаных грунтах, а также
при добыче полезных иско¬
паемых со дна водоемов.
3. Предполагаемые
преимущества и недостат¬
ки. Обеспечивается непре¬
рывность процесса форми¬
рования водоприемной
полости, кроме того, разме¬
щение патрубка на постоян¬
ном расстоянии от забоя по-
вышает интенсивность
захвата песка восходящим
потоком воды, увеличивает
скорость разработки поло¬
сти и поддерживает посто¬
янное содержание песка в
откачиваемой воде.
Рис. 5.34.
ЭРЛИФТ [а.с. №943442]
234
Глава 5
рис. 5.35.
ложенные по окружности в нижней час¬
ти всасывающего патрубка 5, обеспечи¬
вают всасывание на постоянной высоте
от поверхности песка, что позволяет от¬
бирать воду с одной и той же площади,
сохраняя интенсивность захвата песка,
постоянную мутность воды и скорость
разработки. Ограничительное кольцо 9,
размещенное в верхней части всасываю¬
щего патрубка 5, упираясь в упор 7 подъ¬
емной трубы 1, удерживает на ней всасы-
вающий патрубок 5 при
спуско-подъемных операциях, а при вза¬
имодействии с упором 6 исключает пере¬
крытие окон 8 всасывающего патрубка 5.
2. Предполагаемые преимущества и
недостатки. Наличие подвижных (теле¬
скопических) частей снижает подачу эр¬
лифта по горной массе вследствие по¬
ступления воды через места сопряжений
подвижных и неподвижных поверхно¬
стей. Резко возрастает вероятность за-
штыбовки мест сопряжения подвижных
и неподвижных частей эрлифта, что при¬
водит к значительному снижению на¬
дежности его работы.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 802645 ]
И
1. Описание установки (рис. 5.36). Сжа¬
тый воздух через воздухопровод 12 подается
в смеситель 3 и далее через кольцевой зазор 8
в подъемную трубу 1. В результате взаимо¬
действия воздуха и пульпы последняя из зум¬
пфа 13 через всасывающую 6 и подъемную 1
трубы движется в воздухоотделитель 11, где
отделяется от воздуха и поступает по назна¬
чению. При неравномерном поступлении в
зумпф 13 твердого материала вне всасываю¬
щего устройства 4 может образоваться слой
материала. При этом жидкость через патру¬
бок подпитки 5 и всасывающее устройство
подается во всасывающую трубу 6. Благодаря
фильтрации слой твердого материала посте¬
пенно размывается и пульпа движется во вса¬
сывающую трубу 6 вне всасывающего уст¬
ройства 4.
2, Предполагаемые преимущества и не¬
достатки. Уменьшаются габариты установки,
улучшаются условия всасывания.
/7 ^ 1
Глава 5
235
ЭРЛИФТ Д ЛЯ ОЧИСТКИ ЗУМПФА [а.с. № 966320]
-ГГ-\
1. Описание установки <см. рис. 5.37). Про¬
сыпавшаяся через решетку 8, предназначен¬
ную для исключения попадания крупных кус¬
ков породы, углепородная масса попадает в ак¬
кумулирующую емкость 5. Некоторые твердые
частицы скатываются по наклонной плоскости
воронки 6 в аккумулирующую емкость 5 или же
непосредственно туда попадают при просеива¬
нии через решетку 8, остальная же масса смы¬
вается поступающим в зумпф притоком воды.
Всасывающее устройство 3 дозирует количест¬
во пульпы, подаваемой в смеситель 2, ще про¬
исходит смешение пульпы со сжатым воздухом
подведенным посредством воздухопровода 4,
вынесенного за пределы аккумулирующей ем¬
кости 5 и закрепленного у стенки зумпфа. Из
подъемной трубы 1 трехфазная смесь попадает
в воздухоотделитель, ще происходит разделе¬
ние пульпы и воздуха.
2. Предполагаемые преимущества и недо¬
статки. Обеспечивается полное удаление попа¬
дающей в зумпф горной массы. Усложняется
демонтаж установки вследствие усложнения ее
конструкции.
Vtt
вода
Рис. 5.37.
ЭРЛИФТ [ах. № 937789 ]
1. Описание установки (рис. 5.38). Сжатый
воздух по воздуховоду 3 поступает в кольцевой
зазор 7, образованный всасывающим патрубком
5 и конусным насадком 6 подъемной трубы 1.
Воздух движется в зазоре 7 вверх до верхнего
торца 8 всасывающего патрубка 5, расположен¬
ного выше верхней кромки входного отверстия
воздухопровода 3 на расстоянии, не меньшем ди¬
аметра всасывающего патрубка 5, где взаимо¬
действует с пульпой. Всасывающее устройство,
выполненное в кожухе 4, обеспечивает подачу
пульпы ко всасывающему патрубку 5 с опреде¬
ленной консистенцией. При неравномерном по¬
ступлении твердого материала вокруг кожуха 4
образуется слой твердого материала, при этом
увеличивается гидравлическое сопротивление
прохождению пульпы ко всасывающему патуб-
ку 5. Вода начинает поступать через кожух 4 и
кольцевой зазор 7, образованный конусным на-:
садком 6 и кожухом 4. Благодаря тому, что вода
из кольцевого зазора 7 движется ко всасывающе¬
му патрубку 5 через образующийся слой твердо-
Рис. 5.38.
236
Глава 5
го материала, непосредственно контактируя с ним, происходит интенсивное его размы¬
вание. Расположение верхнего торца 8 всасывающего патрубка 5 выше верхней кромки
входного отверстия 2 воздухопровода на расстоянии, не меньшем величины его диамет¬
ра, обеспечивает выравнивание скорости воздуха в осевом направлении по сечению
подъемной трубы 1.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Пульпа будет поступать в подъем¬
ную трубу 1 через конусный насадок 6, а не через всасывающий патрубок 5, что
ухудшает условия всасывания твердого материала и снижает надежность работы уста¬
новки (увеличивается вероятность ее заштыбовки).
ЭРЛИФТ [а.с.№ 929891]
1. Описание установки (рис. 5.39). При подаче воздуха через воздухопровод 9 в
смеситель 8 и в подъемную трубу 1 в ней образуется водовоздушная смесь-пульпа,
которая движется вверх. При этом пульпа поступает в смеситель 8, подъемную трубу 1
и в воздухоотделитель 2. В воздухоотделителе 2 пульпа отделяется от воздуха и посту¬
пает по назначению, а воздух через дренажный патрубок 6 - в газоход 7. Так как
дренажный патрубок б соединен с воздухоотделителем 2, то воздух из эрлифта не
выбрасывается в пространство, приле¬
гающее к воздухоотделителю 2, что
одновременно исключает выброс
транспортируемой среды, а через дре¬
нажный патрубок 6 поступает в газо¬
ход 7. Давление в газоходе меньше ат¬
мосферного, поэтому соединение
газохода 7 с воздухоотделителем 2
приводит к уменьшению давления
воздуха в воздухоотделителе 2. Благо¬
даря этому мощность при расширении
воздуха в подъемной трубе 1 увеличи¬
вается, что приводит к увеличению
производительности эрлифта.
2. Предполагаемые преимущест¬
ва и недостатки. Установка обеспечи¬
вает эффективное увеличение подачи
и КПД эрлифта, защиту окружающей
среды. Вместе с тем, в связи с увеличе¬
нием степени расширения воздуха,
возрастает скорость его движения в
подъемной трубе, что приводит к по¬
вышенному износу подъемной трубы
и воздухоотделителя эрлифта.
ВАКУУМНЫЙ ЭРЛИФТ [а.с. № 808707 ]
1. Описание установки (рис. 5.40). Под влиянием разрежения в воздухоотделителе
5, создаваемого вакуумным насосом, по подающей трубе 1 в смеситель 3 движется
пульпа. Одновременно по подающей трубе 1 в смеситель 3 под действием атмосферного
давления поступает воздух. В смесителе 3 происходит смешивание пульпы и воздуха,
образуется аэрогидросмесь, движущаяся по подъемной трубе 2 вверх. Азрогидросмесь,
выйдя из подъемной трубы 2, попадает в воздухоотделитель 5, где происходит отделение
Глава 5
237
4.
б
Рис. 5.40.
воздуха от пульпы. Отделившийся воздух поднимается вверх по воздухоотделителю 5
и отсасывается вакуум-насосом (не показан), а пульпа сливается в барометрический
патрубок 7. При этом жидкость через перфорацию 10 на внутренней поверхности колена
9 барометрического патрубка 7 заполняет гидрозатвор 8 выше уровня ограничительного
отверстия 13, а пульпа благодаря колену 9 барометрического патрубка 7 движется по
нему и направляется по сливному трубопроводу 12 по назначению. Ограничительное
отверстие 13 в барометрическом патрубке 7 служит для увеличения пропускной способ¬
ности, для подачи атмосферного давления в воздухоотделитель 5 при прекращении
работы вакуумного эрлифта и для обеспечения уровня жидкости в гидрозатворе 8,
необходимого для нормального запуска эрлифта. Некоторый уровень жидкости й гид¬
розатворе 8 должен быть всегда, т.к. в момент пуска вакуумного эрлифта в работу
жидкость из гидрозатвора 8 через перфорацию 10 барометрического патрубка 7 посту¬
пает в него и препятствует прорыву воздуха в воздухоотделитель 5. При работе вакуум¬
ного эрлифта уровень жидкости в гидрозатворе 8 повышается благодаря притоку жид¬
кости через перфорацию 10 в барометрическом патрубке 7. Поднявшийся уровень
жидкости закрывает ограничительное отверстие 13 в барометрическом патрубке 7 и при
этом сливной трубопровод 12 начинает работать как сифонная система. В момент
прекращения работы вакуумного эрлифта по сливному трубопроводу 12 отсасывается
пульпа из барометрического патрубка 7 с подсосом жидкости из гидрозатвора 8 через
перфорацию 10 на барометрическом патрубке 7. При снижении уровня жидкости в
гидрозатворе 8 до ограничительного отверстия 13 атмосферный воздух попадает в баро¬
метрический патрубок 7, повышает в нем давление до атмосферного и при этом прекра¬
щается движение жидкости по барометрическому патрубку 7, а в гидрозатворе 8 оста¬
ется уровень жидкости, необходимый для нормального запуска вакуумного эрлифта в
работу.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Низкая надежность колена 9,
перфорации 10, которые при работе вакуум-эрлифта на пульпе будут заштыбовываться.
Применение ограничительного отверстия 13 обеспечивает надежный запуск при работе
вакуум-эрлифта на воде.
238
Глава 5
2
Щ
Рис. 5.41.
ГАЗЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [ах. № 823655 ]
1. Описание установки (рис. 5.41). При включении водоструйного насоса 4 давле¬
ние низкого сепараторного газа, подводимого к водоструйному насосу 4, повышается. В
сепараторе 3 происходит разделение газа и воды, а затем по пневмопроводу 2 газ
повышенного давления подается в нижнюю часть подъ¬
емной трубы 1.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки.
Конструкция позволяет использовать низконапорный
газ для подъема пульпы на большую высоту. Однако,
вопрос эффективного сброса рабочей жидкости водо¬
струйного насоса без захвата газа представляет значи¬
тельную сложность. В устройстве этот вопрос не решен.
Эффективнее было бы водоструйный насос разместить
непосредственно возле смесителя эрлифта или совме¬
стить с ним,
ЭРЛИФТ [а.с. №823763]
1. Описание установки (рис. 5.42). Под действием
разности гидростатических давлений выше и ниже
манжеты 6 жидкость с песком и шламом, поступающая
в скважину, устремляется в патрубок 4, выливается
через сливные окна 5 и в дальнейшем транспортирует¬
ся до слива из подъемной трубы 1 за счет подачи сжа¬
того воздуха по воздуховоду 2 через распределитель 3.
Глава 5
239
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Низкая надежность установки,
т.к. при аварийных остановках эрлифт будет заштыбовываться твердым материалом,
оседающим на манжету б. Весьма высока вероятность прекращения работы (временно¬
го) эрлифта в случаях, когда сжатый воздух будет идти не только через смеситель 3, а
и через окна 5, а это возможно при повышенном давлении, развиваемом источником
сжатого воздуха. В этом случае сжатый воздух перекроет поступление пульпы из пат¬
рубка 4 в подъемную трубу.
ЭРЛИФТ [а.с. № 943442 ]
Область применения: промышленность строительных материалов.
Назначение: разработка песка в подводных забоях.
Устройство и принцип действия (рис. 5.43):
1 - подъемная труба; 2 - смеситель; 3 - воздухопровод; 4 - источник сжатого воздуха;
5 - всасывающий патрубок, расположенный концентрично подъемной трубе 1 с возмож¬
ностью перемещения вдоль трубы 1 под собственным весом; 6, 7 - ограничительные
упоры; 8 - боковые всасывающие окна; 9 - ог¬
раничительное кольцо, взаимодействующее с
упорами 6 и 7 при перемещении всасывающего
патрубка 5 в верхнее или нижнее положение.
Сжатый воздух по воздухопроводу 3 по¬
ступает через смеситель 2 в подъемную трубу 1
и увлекает за собой воду, которая выливается
из скважины на поверхность. Восходящий по¬
ток жидкости захватывает частицы песка из
водоносного пласта через окна 8 всасывающего
патрубка 5, увлекая их за собой в подъемную
трубу 1. По мере увеличения размеров полости
разработки, всасывающий патрубок 5 переме¬
щается вниз под собственным весом до упора
кольца 9 в нижний упор 7 подъемной трубы 1.
Достоинство: сохранение постоянными
интенсивности захвата частиц, плотности гид¬
росмеси (пульпы) и скорости разработки при
изменении глубины разработки грунта.
Недостаток: повышенный износ воздухо¬
провода, помещенного внутри подъемной тру¬
бы и контактирующего с движущимися части¬
цами песка.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОДЪЕМНИК ГИДРОСМЕСИ [а.с. № 922332 ]
Область применения: строительная, энергетическая, добывающая промышленно¬
сти.
Назначение: разрыхление и удаление шлама из отстойников.
Устройство и принцип действия (рис. 5.44):
1 - подъемная труба; 2 - воздухопровод; 3 - приемник гидросмеси; 4 - конус сопла;
5, б - перфорированные кольца; 7 - втулка; 8 - крыльчатка; 9 - лопасти.
Подъемник работает следующим образом.
Сжатый воздух по трубопроводу 2 подается в конус 4 и крыльчатку 8, где лопастями
9 воздух раскручивается, разрыхляет и аэрирует крупные куски шлама, осевшие у дна.
Рис. 5.43.
240
Глава 5
Сжатый воздух через перфорацию колец 5 и 6 параллель¬
ными оси подъемника струями поступает в подъемную
трубу 1 и эжектирует гидросмесь. Гидросмесь в нижней
части подъемной трубы 1 движется в основном за счет
кинетической энергии струй сжатого воздуха, в верхней
части - за счет разницы плотности гидросмеси в подъемной
трубе 1 и вне ее.
Достоинство: более полное использование энергии
сжатого воздуха.
Недостатки: необходимость постепенного выделения
подъемника на забой и невозможность работы под слоем
завала.
ЭРЛИФТНОЕ УСТРОЙСТВО [ах. № 607986 ]
Область применения: мелиорация, промышленность
строительных материалов.
Назначение: извлечение валунно-галечных грунтов при проходке узких траншей
под слоем воды.
Конструкция и функционирование (рис. 5.45):
Эрлифтное устройство состоит из:
1 - вертикального трубопровода,
2 - направляющей стойки,
3 - породоразрушающего органа,
4 - воздушной смесительной камеры,
5 - воздушной трубы,
6 - выходного патрубкаб
7 - камеры-резонатора, длина которого составляет
2,6-3,2 диаметра пульповода, не менее 4% его длины.
При разработке троншей в валунно-галечных грун¬
тах породоразрушающий орган 3, перемещаясь вдоль
направляющей стойки 2 сверху вниз, разрабатывает за¬
бой путем последовательного фрезерования его торца по
вертикали. При этом породоразрушающий орган недро¬
бит, а вырывает валуны и гальку целиком. Попадая с
пульпой во входное отверстие пульповода, валуны и
галька транспортируются по его стволу и выносятся на
поверхность. Благодаря наличию резонатора с указан¬
ными параметрами пульпа при прохождении валунов и
крупных кусков породы начинает пульсировать, что
препятствует сводообразованию.
НОУ-ХАУ: резонатор (его конструкция, настройка)
Достоинства: совмещенность операций разработки
и транспортирование крупнокускового материала.
Недостатки: наличие ответвлений и поворотов по трассе подъема разрабатываемого
грунта, а также практически не контролируемость размеров кусков породы при обру¬
шении забоя может создать условия, при которых порода вовсе не будет забрана от забоя
во всасывающую трубу, что затруднит последующую разработку торца забоя без допол¬
нительных работ по демонтажу устройства и очистки подошвы траншеи у забоя другими
средствами.
Рис. 5.45.
Глава 5
241
ЭРЛИФТ [а.с. № 500379 ]
11 -
, 8ч _.
"~Х
1^4
$
!
' 1
ШМ3 '
it/-!
9
Г
Область применения: горнодобывающая, нефтяная промышленности.
Назначение: подъем различных жидкостей и жидкостей с твердыми включениями.
Устройство и функционирование:
Эрлифт состоит из (рис.5.46):
1,2- ступени эрлифта меньшего диаметра;
3,4- ступени эрлифта большего диаметра;
5 - всасывающее устройство;
6 - смеситель;
7, 8 - уплотнительные кольца;
9 - траверса;
10 - канат;
11 - подъемник;
12 - приемный патрубок.
Эрлифт работает следующим образом.
При запуске нижние подвижные части эрлифта
находятся в верхнем положении и при подаче воздуха
в смеситель эрлифт поднимает жидкость. В случае,
если твердый материал из-за наличия в нем крупных
кусков засоряет всасывающее устройство, нижние ча¬
сти 1 и 2 поднимают над слоем твердого материала и
прекращают подачу воздуха. При этом куски, засо¬
рившие всасывающее устройство, отпадают от прием¬
ного патрубка 12, и эрлифт вновь запускают.
Достоинство: простота очистки засорившегося
приемного патрубка.
Недостаток: не надежная работа уплотнений (их повышенный износ), большие
массы перемещающихся частей эрлифта и недостаточная надежность при этом переме¬
щающихся устройств, особенно при больших глубинах.
12^~
Рис.5.46.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОГО НАВОЗА [а.с. № 416459 ]
Область применения: сельское хозяйство.
Назначение: откачка из неглубоких приямков навозной жижи
Конструкция и функционирование:
Состав (рис. 5.47):
1 - воздухопровод;
2 - подъемная труба;
3 - воздухоотводящие трубы;
4 - приемная емкость-смеситель;
5 - дополнительная емкость;
6 - всасывающая труба;
7 - колпак;
8 - водоподводящая труба;
9 - воронка-всас;
10 - приямок-углубление, куда стекает навозная
жижа.
Устройство работает следующим образом.
Через трубу 8 в емкость 5 заливается вода, а затем
по трубе 1 подается сжатый воздух. В приемной части
242
Глава 5
эрлифта 4 образуется водовоздушная смесь с малой плотностью, которая поднимается
по трубе 2 вверх и стекает по ней далее, где в трубы 3 из водовоздушной смеси уходит
воздух. По мере откачки воды из емкости 5 под колпаком 7 создается разрежение, что
побуждает навозную жижу из приямка 10 через воронку 9 и трубу 6 переливаться в
емкость 5, где она засасывается в приемную емкость эрлифта 4, и по трубе 2 подниматься
вверх. Подача воды в емкость 5 из трубы 1 может быть как одноразовая для запуска
устройства в работу, так и непрерывная для разжижения навозной жижи.
Такая конструкция эрлифта позволяет перекачивать материал из неглубоких при¬
ямков, когда другими средствами осуществить подобное не представляется возможным.
Кроме того, конструкция проста, не требует больших материальных и трудовых затрат
на ее осуществление.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЪЕМА РОССЫПНЫХ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА ГЛУБОКИХ ВОДОЕМОВ И МОРЕЙ [а.с. № 325415 ]
Область применения: глубоководная добыча полезных ископаемых.
Назначение: подъем россыпных материалов со дна морей и глубоких водоемов.
Устройство и функционирование (рис. 5.48):
Эрлифтная установка состоит из всаса, включающего всасывающую трубу 1, ка¬
меру подпитки 2 и патрубок 3, подъемной трубы 4, смесителей
5, воздушных труб 6, воздухоотделителя 7 и управляемых за¬
движек 8.
Запуск эрлифта производится подачей сжатого воздуха в I / I
верхний смеситель, при этом эрлифт начинает работать на чи- % ^
стой воде. По мере засасывания и подъема пульпы скорость во
всасывающей трубе 1 по подъемной 4 снижается, и при дости¬
жении критической величины, подают сжатый воздух во второй
смеситель, при этом верхний смеситель отключается. При сни¬
жении скорости подъема пульпы до критической включается
третий смеситель и т.д. до полного запуска эрлифта.
При остановке эрлифта процесс выключения смесителей
происходит в обратном порядке.
НОУ-ХАУ: количество смесителей и расстояния между ни¬
ми.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: жесткие требования к определению скорости
гидросмеси в подъемной трубе, являющейся основным парамет¬
ром в системе переключений смесителей.
Рис. 5.48.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОДЪЕМНИК ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
[а.с. №201042]
Область применения: водоснабжение, милиорация, нефтяная промышленность,
водный транспорт.
Назначение: перекачка воды, нефтепродуктов и других жидкостей из резервуаров,
находящихся на некотором расстоянии от эрлифта, например, для перекачки нефтепро¬
дуктов из одного судна в другое или из судна в береговые емкости.
Устройство и принцип действия (рис. 5.49):
1 - резервуар с жидкостью, подлежащей перекачиванию;
2 - всасывающий трубопровод;
Глава 5
243
3 - герметическая цилиндрическая емкость с
установленными концентрично друг к другу тру¬
бами 4 и 5;
6 - штуцер для подвода сжатого воздуха к
воздухопроводу.
Для работы пневматического подъемника
необходимо, чтобы нижний край эрлифта нахо¬
дился ниже уровня жидкости в опорожняемом
резервуаре.
Перед началом работы подъемника емкость
3 и всасывающий трубопровод 2 заполняют до
определенного уровня жидкостью, подлежащей
перекачиванию. В эрлифт подают сжатый воз¬
дух, жидкость смешивается с ним, поступает в
центральную трубу эрлифта и транспортируется
по ней.
Установившимся процесс работы подъемни¬
ка станет в тот момент, когда из всасывающей трубы 2 под действием поступающей
жидкости удалится весь воздух, т.е. когда жидкость из резервуара 1 начнет поступать
непрерывным потоком в герметичную емкость 3.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: ограниченность расстояния между откачиваемым резервуаром и эр¬
лифтом.
Рис. 5.49.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 186290]
Область применения: горнодобывающая промышленность.
Назначение: подъем пульпы из шахтных приямков или баков определенных раз¬
меров. С,
Устройство и принцип действия (рис. '5$):
1 - подъемная труба;
2 - всасыващая труба, соосно установленная подъем¬
ной трубе;
3 - башмак (устройство для впуска воздуха);
4 - аккумулирующая труба, установленная соосно с
воздушной трубой 5;
6 - подпиточная труба;
7 - конус всасывающего устройства (обечайка);
8 - приямок;
9 - пусковая трубка.
При пуске установки с образовавшимися в ней во
время остановки пробками из твердого материала вода из
воздушной трубы 5 вытесняется сжатым воздухом через
башмак 3 в подъемную трубу 1. При подаче сжатого воз¬
духа в подъемную трубу через пусковую трубку 9 давление
в башмаке 3 понижается, подъемная труба начинает рабо¬
тать, что способствует размыванию пробки во всасываю¬
щей трубе и в аккумулирующей трубе. Внешний слой осев¬
шего в нижней части труб твердого материала размывает¬
ся пульсирующим потоком жидкости во всасывающей тру¬
бе и струей из подпиточной трубы.
Рис. 5.50.
244
Глава 5
Достоинство: возможность устранения образовавшихся при остановках эрлифта
пробок из твердого материала путем их размыва.
Недостаток: возможность закупорки подпитующей трубы посторонними предмета¬
ми и ухудшение, в следствие чего, размывающей способности подпиточного потока
жидкости.
ЭРЛИФТ ДЛЯ ЗАБОРА ПУЛЬПЫ [а.с. № 164847 ]
Область применения: доноуглубительные работы, гидротехнические сооружения,
добыча строительного песка.
Назначение: разработка, транспортировка и погрузка строительного песка.
Устройство и принцип действия (рис. 5.51):
1 — всасывающий трубопровод;
2 — воздухоподводящий трубопровод;
3,4 — трубы, в которые телескопически входят трубы 1 и 2;
5 — кольцевой зазор;
6 — дифузор всасывающего устройства;
7 — кожух;
8 — разделитель.
Поступающий из воздухопровода 2 сжатый воздух по¬
сле входа через кольцевой зазор 5 во всасывающий трубоп¬
ровод, направляется вверх по всасывающему трубопрово¬
ду и выбрасывает всю воду, находящуюся выше точки его
входа, в разделитель 8. По мере поступления воды в разде¬
литель давление во всасывающем трубопроводе снижает¬
ся, что вызывает подсос пульпы через насадку 9 формы.
При непрерывной подаче сжатого воздуха во всасывающем
трубопроводе устанавливается непрерывное движение
пульпы.
Достоинство: возможность забора пульпы с разной
глубины.
Недостаток: ограниченная зона захвата твердого ма¬
териала и невозможность регулировать консистенцию гид¬
росмеси.
СИСТЕМА ГИДРОЗОЛОУДАЛЕНИЯ [ах. № 1671997]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на тепловых электрических станциях, ра¬
ботающих на твердом топливе.
Система работает следующим образом (рис. 5.52).
Один из эрлифтов, например эрлифт 1, является рабочим, а другой, например,
эрлифт 2, — резервным. При нормальных режимах работы открыт клапан 16, а осталь¬
ные закрыты, эрлифт 1 получает питание через клапан 16 от нагнетателя 3. Уровень
жидкости в эрлифте находится ниже канала системы перелива 14 и датчика уровня 5.
Со всех датчиков на логический автомат поступает сигнал «О». При аварийной ситуации
происходит повышение уровня до тех пор, пока он не достигнет вначале датчика уровня,
а затем канала системы перелива 14. При этом с датчика 5 в логический автомат 11
поступает сигнал «1», жидкость через канал системы перелива 14 перетекает в резерв¬
ный эрлифт 2. Если повышение уровня происходит вследствие увеличения притока, то
никакие другие сигналы в логический автомат не поступают, если же аварийная ситу-
Глава5
245
Рис. 5.52.
ация возникает в результате закупорки эрлифта, то уменьшается давление в воздухо¬
проводе, и датчик давления 4 вырабатывает сигнал «1», который поступает также в
логический автомат 11. При выходе из строя нагнетателя 3 поступает сигнал с его
датчика 17.
Достоинства: повышение экономичности, контроль за состоянием нагнетателя.
Недостатки: конструктивное усложнение эрлифта и низкая надежность клапанов.
ГАЗЛИФТНАЯ УСТАНОВКА
[а.с.№ 1474334}
Область применения: водоотлив, гидро¬
подъем.
Назначение: газлифтные установки об¬
щепромышленного назначения.
Газлифтная установка работает следую¬
щим образом (рис. 5.53).
При включении пароструйного компрес¬
сора 4 паровоздушная смесь по газопроводу 3
подается в смеситель 2, где смешивается с по¬
ступающей через всасывающую трубу 4 лиф-
тируемой жидкостью. Газожидкостная смесь
поднимается по конфузору 5, а затем по подъ¬
емной трубе 1 в воздухоотделитель, где проис¬
ходит разделение смеси на газообразную фазу,
(воздух и несконденсировавшийся пар) выбра¬
сываемую в атмосферу, и жидкую фазу, отво¬
димую отдельно.
В предлагаемой установке изменение объ¬
емных расходов компонентов паровоздушной
смеси по длине подъемной трубы 1 и конфузору
5 происходит по всей длине от смесителя 2 до
воздухоотделителя. Причем пар, конденсиру¬
ясь и охлаждаясь, уменьшает свой объем от
246
Глава 5
начального на входе в смеситель 2 до нуля в некоторой
точке подъемной трубы 1, а воздух, расширяясь, из-за
уменьшения давления в подъемной трубе 1 от давления
в смесителе 2 до атмосферного давления будет увеличи¬
вать свой объем.
Достоинства: снижение расхода газа и гидропотерь
по длине подъемной трубы.
Недостатки: некоторое усложнение конструкции.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 1224462]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидроподъем твердого материала.
Эрлифт работает следующим образом (рис. 5.54).
Транспортируемая среда с твердой фракцией (на¬
пример, золошлаковая гидросмесь на ТЭС) через всасы¬
вающий патрубок 4 поступает в смеситель 3. Туда же по
воздухопроводу 2 подают рабочее тело (напримр, сжа¬
тый воздух). В смесителе 3 образуется аэрогидросмесь,
которая за счет разности с плотностью транспортируе¬
мой среды, находящейся вне эрлифта, и энергии рабоче¬
го тела транспортируется по подъемной трубе 1.
При прекращении подачи рабочего тела в смеситель
3 транспортируемая среда с твердой фракцией, находя¬
щаяся в подъемной трубе 1, опускается вниз. Через вса¬
сывающий патрубок 4 и открытое меньшее основание
смесителя 3 твердая фракция под действием силы тяже¬
сти удаляется из эрлифта. Этим исключается закупорка
смесителя 3, воздухопровода 2 и подъемной трубы 1
твердой фракцией транспортируемой среды и возмож¬
ные повторные закупорки эрлифта даже после остановов без предварительной промыв¬
ки.
Достоинства: уменьшение забутовок смесителя воздухопровода и подъемной тру¬
бы.
Недостатки: усложнение конструкции.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 1163049 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на ГРЭС,ТЭЦ с твердым топливом.
Установка работает следующим образом (рис. 5.55).
При включении источника 6 рабочего тела паровоздушная смесь по пневмопроводу
5 подается в дефлегматор 8, где пар частично конденсируется. После этого смесь с
заданным соотношением компонентов пар-воздух поступает по пневмопроводу 5 в
смеситель 2 эрлифта, где смешивается с лифтируемой жидкостью. Газожидкостная
смесь поднимается по подъемной трубе 1 в воздухоотделитель 3, где она разделяется на
газообразную фазу, выбрасываемую в атмосферу, и жидкую, отводимую по трубопро¬
воду 4 в аккумулирующую емкость 7. В дальнейшем вода через дефлегматор 8 подается
к потребителю. Регулирование воды через дефлегматор 8 в зависимости от необходимо¬
го соотношения компонентов пар-воздух в паровоздушной смеси, а следовательно, от
того количества пара, которое нужно сконденсировать, осуществляется при помощи
Глава 5
247
регулирующего клапана 9. Для обеспечения надежного снабжения дефлегматора 8
охлаждающим агентом, в качестве которого используют лифгируемую воду, применя¬
ется аккумулирующая емкость 7, в которой создается определенный запас жидкости.
Конденсат от дефлегматора 8 отводится к потребителю по трубопроводу 10.
Достоинства: уменьшение гидропотерь в подъемной трубе.
Недостатки: значительное усложнение конструкции.
ЭРЛИФТ [ах. № 1474334]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на тепловых электростанциях, работаю¬
щих на твердом топливе.
Эрлифт работает следующим образом (рис. 5.56).
При номинальном погружении эрлифта сжатый воздух от источника 12 сжатого
воздуха через открытое с помощью исполнительного механизма 10 запорное устройство
8 по основному воздухопроводу 3 подается в смеситель 2. В последний через всасываю¬
щий патрубок 4 из зумпфа поступает гидросмесь. Образовавшаяся в смесителе 2 аэро¬
гидросмесь за счет разности плотностей гидросмеси, находящейся в зумпфе, и энергии
сжатого воздуха, поступающего по основному воздухопроводу 3, транспортируется
вверх по подъемной трубе 1.
При повышении уровня гидросмеси в зумпфе выше номинального источник 12
сжатого воздуха не в состоянии преодолеть давления, создаваемого этим уровнем,
подача сжатого воздуха по основному воздухопроводу 3 в смеситель 2 прекращается, и
эрлифт останавливается. Для повторного запуска эрлифта необходимо закрыть запор¬
ное устройство 8 с помощью исполнительного механизма 10 и открыть запорные устрой¬
ства 7 и 9 соответственно с помощью исполнительных механизмов 13 и 11. Тогда сжатый
воздух от источника 12 сжатого воздуха подается по дополнительному воздухопроводу
5 в подъемную трубу 1, в которую через дополнительный всасывающий патрубок 6
248
Глава 5
п=п
г/7//
поступает гидросмесь. Образовавшаяся в подъемной трубе
1 аэрогидросмесь за счет разности плотностей гидросмеси,
находящейся в зумпфе, и энергии сжатого воздуха, посту¬
пающего по дополнительному воздухопроводу 5, транспор¬
тируется вверх по подъемной трубе 1, и работа эрлифта
возобновляется. При снижении уровня в зумпфе до номи¬
нального открывается запорное устройство 8 с помощью
исполнительного механизма 10 и закрываются запорные
устройства 7 и 9 с помощью исполнительных механизмов 13
и 11 соответственно, и
работа эрлифта путем
подачи сжатого воздуха
по основному воздухо¬
проводу 3 возобновляет¬
ся.
Достоинства: более
надежный запуск эр¬
лифта.
Недостатки: приме¬
нение дополнительных
П 7
\ ■
0 &
/
I
'JP
и /// /// 77?
/ /7/ 777 "//7 /// /7/
ненадежноработающих задвижек.
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЪЕМА ГИДРОСМЕСИ
[а.с.№ 1128003]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на
ГРЭС , ТЭЦ и др., работающие на твердом топливе.
Установка работает следующим образом
(рис. 5.57).
У Гидросмесь поступает в отсек 16 расход-
у ной емкости 11. Для транспортирования гидро¬
смеси на заданную высоту включают эрлифт 1,
подача которого по величине не превышает ми¬
нимального притока при максимально возмож¬
ном погружении, определяемом высотой перегородки 12, для чего открывают задвижку
36 на воздухопроводе 31. Сжатый воздух с общего коллектора 41 подается в смеситель
6, где смешивается с поступающей сюда по всасывающему патрубку 21 гидросмесью.
Аэрогидросмесь за счет энергии сжатого воздуха транспортируется по подъемной трубе
26 в воздухоотделитель 42, где происходит отделение воздуха от гидросмеси, которая
направляется потребителю. Воздух сбрасывается в атмосферу.
Если приток гидросмеси больше подачи эрлифта 1, жидкость из отсека 16 перели¬
вается через перегородку 12 и заполняет отсек 17. Погружение эрлифта 1 при этом
остается постоянным, так как определяется высотой порога перелива гидросмеси из
отсека 16 в отсек 17, т.е. высотой перегородки 12. Сохранение постоянным величины
погружения смесителя 6 при увеличении притока гидросмеси обеспечивает также по¬
стоянство подачи эрлифта 1, а следовательно, и расхода воздуха на него, а это в свою
очередь обеспечивает работу его в оптимальном режиме с максимально возможным
КПД, т.е. в том режиме, на который и рассчитывается эрлифт 1. Обеспечение постоян¬
ства расхода воздуха на эрлифт 1 и давления в смесителе 6 исключает необходимость
Глава 5
249
постоянного регулирования потребления сжатого возду¬
ха, что повышает надежность системы воздухоснабжения
и снижает расход энергии на ее регулирование.
После перелива через перегородку 12 вследствие
увеличения притока уровня гидросмеси в отсеке 17 вы¬
соты, равной высоте перегородки 13, включают эрлифт
2, открывая задвижку 37 на воздухопроводе 32. Воздух
в смесителе 7 смешивается с поступающей сюда по вса¬
сывающему патрубку 22 гидросмесью и аэрогидросмесь
по подъемной трубе 27 поступает в воздухоотделитель
43. Если подача двух эрлифтов 1 и 2 меньше притока
гидросмеси и она переливается последовательно через
перегородки 13-15 в отсеки 17-19, сохраняя при этом
режим работы эрлиф¬
тов 1 и 2 оптимальным,
включают соответству¬
ющие эрлифты 3-5, для
чего открывают за¬
движки 38-40 на возду¬
хопроводах 33-35. Воз¬
дух смешивается в
смесителях 8-10 с по¬
ступающей жидкостью
по всасывающим пат¬
рубкам 23-25 транспор¬
тируется в воздухоот¬
делители 44-46, где
разделяется на жидкую и газообразную фазы. Эта операция продолжается до установ¬
ления равновесия между притоком гидросмеси и суммарной подачей эрлифтов 1-5.
Достоинства: экономичность.
Недостатки: усложнение конструкции.
Рис. 5.57.
СИСТЕМА ГИДРОЗОЛОШЛАКОУДАЛЕНИЯ [а.с. № 1193373]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на тепловых электростанциях, работаю¬
щих на твердом топливе.
Установка работает следующим образом (рис. 5.58).
Водяной пар из котла 16 по паропроводу 17 поступает в паровую турбину 18. За
счет перепада давлений в конденсаторе 20 и на входе в паровую турбину 18 поток
водяного пара происходит через последнюю, срабатывая на ее лопатках запас своей
энергии. Паровая турбина 18, приводимая в движение энергией водяного пара, вращает
генератор 19, вырабатывающий электрическую энергию.
После паровой турбины 18 насыщенный водяной пар, отдавая в конденсаторе 20
теплоту парообразования оборотной охлаждающей воде, превращается в конденсат,
который питательным насосом 22 по трубопроводу 21 нагнетается в котел 16. За счет
энергии сжигаемого в котле 16 угля (или другого твердого топлива) конденсат превра¬
щается в водяной пар и по паропроводу 17 поступает в паровую турбину 18. Цикл
паротурбинной установки 3 повторяется.
При сжигании в котле 16 твердого топлива образуется шлак, удаляемый из котла
16 через шлаковые ванные (не показаны) и зола, которая уносится из котла 16 дымовы-
250
Глава 5
ми газами и улавливается золоулавливающими аппаратами (не показаны). После этого
зола и шлак (или один из них при других способах удаления) в виде пульпы по золош¬
лаковым каналам (не показаны), либо другим способом направляется в зумпф 15 эр-
лифтной установки 1 для удаления ее по назначению.
Для этого по пневмопроводу 10 от пароструйного компрессора 5 подают в смеситель
11 эрлифта 4 паровоздушную смесь, которая смешивается с поступающей сюда по
подводящей трубе 13 из зумпфа 15 золошлаковой пульпой. Аэрогидросмесь по подъем¬
ной трубе 12 поднимается в воздухоотделитель 14, где разделяется на жидкую и газооб¬
разную фазы. Золошлаковая пульпа от воздухоотделителя 14 по пульпопроводам отво¬
дится по назначению, а воздух с несконденсировавшейся в подъемной трубе 12 водяным
паром сбрасывается в атмосферу.
Для производства паровоздушной смеси, являющейся рабочим телом для эрлифта
4, в пароструйном компрессоре 5 используется энергия водяного пара. Водяной пар из
промежуточного отбора паровой турбины 18 по паропроводу 2 поступает в рабочее сопло
6. Подключение паропровода 2 к промежуточному отбору паровой турбины 18 позволя¬
ет использовать для производства паровоздушной смеси водяной пар, отдавший основ¬
ную часть своей энергии в паровой турбине 18 для выработки электроэнергии. Отбор
пара от любых других источников (пароперегревателя или барабана котла 16, паропро¬
вода 17) увеличивает затраты на систему золошлакоудаления по сравнению с отбором
пара из промежуточного отбора паровой турбины 18, так как использование пара
непосредственно из котла 16 или паропровода 17 лишает его возможности участвовать
в производстве электроэнергии.
Водяной пар, проходя через рабочее сопло 6, приобретает сверхзвуковую скорость,
скачкообразно снижая свое давление. За счет большой кинетической энергии он через
штуцер в приемной камере 7 инжектирует (подсасывает) атмосферный воздух. Паро¬
воздушная смесь поступает в камеру 8 смешения, отношение площади сечения которой
к критическому сечению рабочего сопла 6 больше 36, где происходит выравнивание поля
скоростей компонентов смеси, сопровождающееся повышением давления. Из камеры 8
смешения паровоздушная смесь поступает в диффузор 9, где ее давление увеличивается
до значения давления в смесителе 11 эрлифта 4, определяемого гидростатическим
давлением столба золошлаковой пульпы в зумпфе 15, превышающим уровень смесите¬
Глава 5
251
ля 11, с учетом потерь давления по длине и не местных сопротивлениях пневмопривода
10, по которому паровоздушная смесь из диффузора 9 пароструйного компрессора 5
поступает в качестве рабочего тела в эрлифт 4.
Достоинства: экономичность.
Недостатки: усложнение конструкции, возможность работы только совместно с
паровой турбиной.
ГАЗЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [ах. № 1430612 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на тепловых электростанциях, работаю¬
щих на твердом топливе.
Газлифтная установка работает следующим образом (рис. 5.59).
При запуске газлифтной установки рабочий газ, подаваемый в эжектор 6 захваты¬
вает воздух, находящийся в трубопроводе 8 и газоотделителе 3. Газовоздушная смесь,
поизведенная в эжекторе 6, по газопроводу 5 подается в смеситель 2, куда поступает и
транспортируемая гидросмесь. Образовавшаяся в результате смешения смесь поступает
по подъемной трубе 1 в газоотделитель 3, откуда гидросмесь удаляется по назначению,
а несконденсировавшийся газ через трубопровод 8 поступает в пассивное сопло 7 эжек¬
тора 6, где захватывается рабочим газом и опять нагнетается в смеситель 2. Цикл
повторяется.
Таким образом устройство работает в установившемся режиме, во время которого
сообщение пассивного сопла 7 с атмосферой через импульсный трубопровод 9 отсутст¬
вует. Агрессивные газы в окружающую среду не выбрасываются.
Нарушение установившегося режима работы газлифтной установки происходит
при изменении рабочего давления газа на вход в эжектор 6.
При уменьшении рабочего давления на входе в эжектор 6 наступает режим, харак¬
теризующийся снижением подачи эжектора 6 и уменьшением доли рабочего потока в
смеси. Подача газлифта снижается, что вызывает повышение уровня геометрического
погружения газлифта, в результате чего происходит рост давления сжатия, развивае¬
мого эжектором 6. в
Рис. 5.59.
При неизменном ра¬
бочем давлении с повыше¬
нием давления сжатия
происходит снижение ко¬
эффициента инжекции, а
значит, снижение расхода
инжектируемого потока,
т.е. количество отсасывае¬
мой из газоотделителя 3
по трубопроводу 8 в пас¬
сивное сопло 7 газовой
смеси уменьшается. Это
приводит к повышению
давления инжектируемого потока в газоотделителе
3, трубопроводе 8, пассивном сопле 7, что вызывает
рост коэффициента инжекции эжектора 6, а следо¬
вательно увеличение доли инжектируемого потока.
Наличие импульсного трубопровода 9 позволяет
предотвратить выброс агрессивных газов в зону об¬
служивания установки. При увеличении погруже-
252
Глава 5
ния смесителя 2 конец трубопровода 10, заведенный в зумпф, погружается под уровень
гидросмеси. При определенном повышении давления в газоотделителе 3, трубопроводе
8 часть газового потока сбрасывается через импульсный трубопровод 9.
Причем агрессивный газ, проходя через столб гидросмеси, на глубину которого
погружен трубопровод 9, очищается от агрессивных компонентов, таким образом пред¬
отвращается загрязнение окружающей среды.
При повышении давления рабочего газа в начальный момент времени давления
сжатия эжектора 6, определяемое геометрической глубиной погружения газлифта,
остается постоянным, в результате чего производительность эжектора 6 увеличивается.
При постоянном притоке гидросмеси и увеличении расхода рабочего тела на газлифт
геометрическое погружение смесителя 2 уменьшается. Следовательно, уменьшается и
потеребное давление эжектора 6, что ведет к увеличению коэффициента инжекции и
росту количества отсасываемого из газоотделителя 3 инжектируемого потока. Давление
в газоотделителе 3 уменьшается, т.е. уменьшается давление инжектируемого потока.
Оснащение эжектора 6 трубопроводом 10 позволяет стабилизировать режим рабо¬
ты газлифтной установки, за счет того, что один конец импульсного трубопровода 9
установлен в зумпфе 4 на уровне зеркала гидросмеси. При увеличении давления рабо¬
чего газа уровень гидросмеси в зумпфе 4 уменьшается, следовательно, импульсный
трубопровод 9 сообщается с атмосферой. Дальнейшее развитие процесса приводит к
уменьшению инжектируемого потока. При отсутствии импульсного трубопровода 9 это
ведет к аварийной ситуации.
Наличие импульсного трубопровода 9 обеспечивает в этом случае соединение пас¬
сивного сопла 7 эжектора б с атмосферой.
Стабилизация давления инжектируемого потока на уровне величины атмосферно¬
го давления позволяет стабилизировать режим работы эжектора 6 газлифта, и всей
установки в целом.
Достоинства: уменьшение загрязнения окружающей среды.
Недостатки: невозможность работы эр¬
лифта при остановленном блоке.
ГАЗЛИФТ [ах. №15149811
Область применения: гидромеханиза¬
ция.
Назначение: гидроподъемные системы
общепромышленного назначения.
Газлифт работает следующим образом
рис. 5.60).
Сжатый газ нагнетается в воздухорас¬
пределитель 3. Под действием силы давле¬
ния сжатого воздуха на внутренние стенки
конфузора 8, превышающей силу давления
гидростатического столба гидросмеси на на¬
ружные стенки конфузора 8, последний пе¬
ремещается в верхнее крайнее положение,
открывая доступ воздуху в подъемную тру¬
бу 2. При этом направляющей для обечайки
7 является воздухораспределитель 3, а на¬
правляющей для перегородки 4 - подъемная
труба 2. Сжатый воздух, смешиваясь с по¬
ступающей на подающей трубе 1 гидро¬
Глава 5
253
смесью, образует аэрогидросмесь, которая по подъемной трубе 2 поднимается на задан¬
ную высоту. В силу возникающих в подающей трубе 1 гидравлических потерь давление
аэрогидросмеси в нижней части подъемной трубы 2, а следовательно, и давление сжа¬
того воздуха в воздухораспределителе 3, становится меньше давления гидростатическо¬
го столба гидросмеси в каждом рассматриваемом горизонтальном сечении. Поэтому
сила давления гидростатического столба гидросмеси на наружную стенку конфузора 8
превышает силу давления сжатого воздуха на внутреннюю его стенку, и конфузор 8 с
обечайкой 7 и перегородкой 4 перемещается вниз. Конфузор 8 состыковывается с поса¬
дочной поверхностью 6 раструба 5 и прекращается доступ сжатому воздуху в подъемную
трубу 2. Одновременно это исключает проникновение твердых частиц из подъемной
трубы 2 в воздухораспределитель 3 и закупорку пневмопривода 10.
При нижнем крайнем положении конфузора 8 давление сжатого воздуха в возду¬
хораспределителе 3 повышается, в результате чего он вновь перемещается вверх. Цикл
повторяется.
Достоинства: некоторое повышение экономичности.
Недостатки: повышенные динамические нагрузки на всю систему.
ГАЗЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 1474335]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: эрлифтный гидроподъем на тепловых электростанциях.
Газлифтная установка работает следующим образом (рис. 5.61 Фиг. 1).
При включении паровоздушного эжектора 17 смесь воздуха и пара под давлением
подается в трубопровод 18 и вытесняет воду, достигая дросселя 16. Паровоздушная смесь
поступает в смеситель 2 и обеспечивает расход рабочего тела объемом Fz, но проходное
сечение дросселя 16 на столько мало, что давление в трубопроводе 18 продолжает
повышаться и вода вытесняется, достигая дросселя 15, расход рабочего тела через
смеситель 3 становится равен Из,. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вода не
будет вытеснена во всех дросселях 10, 9, 8,14, 13,12 и во всех смесителях 4-6, расходы
через которые будут соответственно равны F4,, F5, и Fs,, а лифтирование начнется
только тогда, когда паровоздушная смесь объемом F&, начнет поступать через дроссель
12 в смеситель 6.
Пневмогидросмесь по подъемной трубе 2 поднимается в воздухоотделитель, где
происходит разделение на жидкость и газ. Как видно из графика, после смесителя 6
объем паровоздушной смеси по длине подъемной трубы 1 уменьшается по кривой 20
(рис. 5.61. Фиг.2) за счет конденсации пара и на уровне смесителя 5 достигает, оставаясь
больше того, минимального расхода, при котором лифтирование еще возможно. Допол¬
нительный расход паровоздушной смеси F5, через смеситель 5 позволяет поддержать
объем рабочего тела в подъемной трубе 1 больше минимально необходимого до смеси¬
теля 4, это же происходит и в остальных смесителях.
Достоинства: увеличение к.п.д.
Недостатки: работа эрлифта только совместно с паровой трубиной.
ЭРЛИФТ [а.с. № 1724952 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидроподъем общего назначения.
Эрлифт работает следующим образом (рис. 5.62).
В смеситель 2 по воздухопроводу 4 попадает сжатый воздух. По всасывающему
патрубку 5 в смеситель 2 поступает жидкость или пульпа. Сжатый воздух, обладающий
254
Глава 5
I
Afoffj®
К-
It. ,n
Я ь^-fSJr
нн-Шг
«-cjftMJr
i-c ьЧ—Зг
rii^
u
tg
^мз/час
Фиг. 1.
Фиг. 2.
Рис. 5.61.
Глава 5
255
энергией и движущийся с определенной скоро¬
стью, при взаимодействии с жидкостью передает
часть своей энергии на сообщение некоторой час¬
ти жидкости ускорения, т.е. в смесителе 2 и на
входе в подъемную трубу 1 формируется структу¬
ра потока аэрогидросмеси. Затем, аэрогидросмесь
движется вверх по подъемной трубе 1 к воздухо¬
отделителю 3. По мере своего продвижения вверх
воздух, входящий в состав аэрогидросмеси, рас¬
ширяется, увеличивает свой объем и скорость.
При достижении аэрогидросмесью щелей 8 в подъ¬
емной трубе 1 образовавшийся в результате рас¬
ширения «лишний» воздух выходит через них в
камеру 9, образованную кожухом 6 и подъемной
трубой 1.
В результате этого аэрогидросмесь, которая
транспортируется по подъемной трубе 1 в зоне
щелей 8, освобождается от «лишнего» воздуха. В
этом случае относительная скорость движения
жидкости и оставшегося воздуха нормализуется,
а значит уменьшается скорость проскаьзывания
воздуха относительно жидкости. Но при этом
аэрогидросмесь не затрачивает дополнительной
энергии на переформирование структуры потока,
поскольку поток аэрогидросмеси продолжает дви¬
жение вверх в подъемной трубе 1 того же диамет¬
ра, т.е. при неизменных условиях. Выходящий из
подъемной трубы 1 через щели 8 воздух поступает
в камеру 9 и направляется вверх в воздухораспре¬
делитель 3. Далее, в воздухоотделителе 3 из камеры 9 воздух выходит через кольцевое
сопло 7, что дополнительно к процессу лифтирования создает эффект эжектировйния
аэрогидросмеси. Так как в камеру 9 через щели 8 из подъемной трубы 1 поступает не
только воздух, но и жидкость или гидросмесь, то сечение камеры 9 обеспечивает скоро¬
сть воздуха в нижней своей части 2 м/с. При такой скорости воздуха не будет уноса
частиц жидкости или гидросмеси вверх к кольцевому соплу 7, в камере 9 двигается
только воздух, а жидкость через щели 8 обратно возвращается в подъемную трубу 1.
Достоинства: некоторое снижение гидропотерь.
Недостатки: большой износ выходных отверстий, невозможность работы на твер¬
дом материале.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СРЕДЫ С ТВЕРДОЙ
ФРАКЦИЕЙ [а.с. № 1176106]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: гидрозолошлакоудаление на тепловых электростанциях, работаю¬
щих на твердом топливе и другие эрлифты общего назначения.
Установка работает следующим образом (рис. 5.63).
Транспортируемая среда из приемного резервуара 6 через запорное устройство 8
(двухпозиционный клапан в положение «Открыто») по нисходящей ветви 5, располо¬
женной под углом, превышающим критический угол покоя твердой фракции в несущей
256
Глава 5
фазе (воде) транспортируемой среды, поступа¬
ет во всасывающий патрубок 4 и смеситель 2.
Туда же по воздухопроводу 3 подают рабочее
тело (например, сжатый воздух). В смесителе
2 образуется аэрогидросмесь, которая за счет
разности с плотностью транспортируемой сре¬
ды, находящейся в приемном резервуаре 6 и
нисходящей ветви 5, и энерши рабочего тела
транспортируется по подъемной трубе 1. При
этом сбросное устройство 7 закрыто (двухпози¬
ционный клапан в положении «Закрыто»).
Твердая фракция транспортируется эрлифт-
ной установкой. При отключении эрлифтной
установки и прекращении подачи рабочего те¬
ла по воздухопроводу 3 в смеситель 2 закрыва¬
ют запорное устройство 8 (двухпозиционный
клапан переводят в положение «Закрыто») и
открывают сбросное устройство 7 (двухпози¬
ционный клапан переводят в положение «От¬
крыто»). При этом оставшаяся в нисходящей
ветви 5 и всасывающем патрубке 4 транспорти¬
руемая среда под действием силы тяжести удаляется из эрлифтной установки через
сбросное устройство 7. В эрлифтной установке отсутствует транспортируемая среда,
твердая фракция которой, осаждаясь, может вызвать закупорки нисходящей ветви 5 и
всасывающего патрубка 4. Эрлифтная установка может быть переведена в рабочее
состояние. Для этого необходимо закрыть сбросное устройство 7 (двухпозиционный
клапан перевести в положение «Закрыто»), открыть запорное устройство 8 (двухпози¬
ционный клапан перевести в положение «Открыто») и подать рабочее тело по воздухо¬
проводу 3 в смеситель 2.
Достоинства: возможность сброса твердого материала.
Недостатки: необходимо иметь аккумулирующую емкость для твердого материала
ниже всаса, что, как правило, невозможно.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 1687913]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: эрлифтный гидроподъем общепромышленного назначения.
Эрлифтная установка работает следующим образом (рис. 5.64).
Газообразное рабочее тело по магистральному пневмопроводу 7 подается к полости
6. Из полости 6 концентричных стаканов 3 и 4 по патрубку 5 газ вводится в подъемную
трубу 1, куда поступает по кольцевой щели, образованной подъемной трубой 1 и рабочей
частью патрубка 5, транспортируемая гидросмесь. Так как направление движения
газообразного рабочего тела и транспортируемой гидросмеси на входе в подъемную
трубу 1 соответствует направлению движения аэрогидросмеси в эрлифте и длина рабо¬
чей части 1 патрубка 5 составляет не менее одного диаметра подъемной трубы 1, в
нижней его части не возникает вихреобразных и циркуляционных потоков. Это исклю¬
чает преобладающий износ нижней части подъемной трубы 1 в сравнении с ее верхними
частями и, следовательно, увеличивает срок службы эрлифта.
Образовавшаяся аэрогидросмесь по подъемной трубе 1 поступает в воздухоотдели¬
тель 2, где разделяется на газ и жидкость с включениями транспортируемых твердых
Глава 5
257
частиц. Газ сбрасывается в атмосферу, а
гидросмесь по трубопроводу отводится
по назначению.
Подвод газообразного рабочего тела
к подъемной трубе 1 эрлифта по пнев¬
мопроводу, который образован стакана¬
ми 3 и 4, исключает загромождение зум¬
пфа и обеспечивает свободный доступ к
нижней части подъемной трубы 1.
Достоинства: улучшение условий
эксплуатации и срока службы.
Недостатки: затруднения в уста¬
новке воздушной полости, особенно в
стесненных условиях колодца и возмож¬
ность забутовки воздушного патрубка.
ЭРЛИФТ [а.с. № 1732002]
Область применения: гидромехани¬
зация.
Назначение: эрлифтный гидро¬
подъем твердого материала в энергети¬
ке, горной, металлургической и других
отраслях промышленности.
Эрлифт работает следующим обра¬
зом (рис. 5.65).
При работе эрлифта на оптималь¬
ном режиме процесс в подъ-
еной трубе 1 имеет резко вы¬
раженный характер колеба¬
тельный. Поэтому и воздух в
смеситель 3 поступает перио¬
дически, когда давление в
нем меньше давления в воз¬
духопроводе 4. После проры¬
ва воздуха в смеситель 3 рас¬
ход его резко увеличивается,
а давление падает. В этот мо¬
мент жидкость из смесителя 3
поступает в воздухопровод 4,
вытесняя из него воздух. Од¬
нако коэффициент сопротив¬
ления нормального сопла 6
при прямом направлении по¬
тока воздуха равен 0,01 -
0,03, а при обратном - 0,03 -
0,05, т.е. в 17-30 раз меньше.
Соответственно скорость об¬
ратного потока будет значи¬
тельно меньше. За время об¬
ратного броска заполнение
258
Глава 5
воздухопровода жидкостью будет незначительным, и потери энергии на ее вытеснение
при прямом токе воздуха будут снижены.
В момент обратного броска камера с соплами условно закрыта, т.е. расход воздуха
через нее незначителен по сравнению с расходом прямого тока, а источник 7 продолжает
нагнетать сжатый воздух в воздухопровод 4. Поэтому давление в нем нарастает, так как
воздух уходит вверх по подъемной трубе 1 и дальше через воздухоотделитель 2 в
атмосферу. В определенный момент давление в воздухопроводе 4 становится больше,
чем в смесителе 3, наступает прорыв воздуха в смеситель, и цикл повторяется.
Достоинства: некоторое увеличение к.п.д.
Недостатки: пульсирующая работа эрлифта (неточный режим) негативно сказы¬
вается на его работу (динамические нагрузки, возможность забутовок и др.).
СИСТЕМА ГИДРОЗОЛОШЛАКОУДАЛЕНИЯ [ах №1423861]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: золошлакоудаление на тепловых электростанциях, работающих на
твердом топливе.
Система гидрозолошлакоудаления (рис. 5.66) работает следующим образом.
При номинальной нагрузке паротурбинной установки 3 в топку котла 16 подается
твердое топливо (уголь), для сжигания которого сюда же при помощи дутьевого венти-
ляра 19 по нагнетательному тракту 20 подается атмосферный воздух. Запорный элемент
21 на дополнительном всасывающем патрубке 22 при этом закрыт. За счет энергии
сжигаемого топлива в котле 16 производится водяной пар, поступающий по паропроводу
17 в паровую турбину 18. Образовавшиеся в результате сжигания твердого топлива
шлак и зола в виде гидросмеси поступают в зумпф 15 эрлифтной установки.
Рабочее тело для эрлифта 4 производится в пароструйном компрессоре 5. Для этого
из паротурбинной установки 3 водяной пар с расчетным давлением, соответствующим
давлению пара при номинальной нагрузке паротурбинной установки 3, подается по
паропроводу 2 в рабочее сопло 6. Здесь потенциальная энергия (энергия статического
давления) водяного пара преобразуется в кинетическую энергию газового потока. В
приемной камере 7 водяной пар
захватывает (инжектирует) ат¬
мосферный воздух, который
подводится сюда по всасываю¬
щему патрубку 23. Обратный
клапан 24 при этом открывает¬
ся за счет энергии потока атмос¬
ферного воздуха.
Смешанный паровоздуш¬
ный поток проходит через ка¬
меру 8 смешения и диффузор 9
повышая свое давление до вели¬
чины, потребной для преодоле¬
ния потерь энергии в пневмоп¬
роводе 10 и гидростатического
давления столба золошлаковой
гидросмеси в зумпфе 1э. Ь сме¬
сителе 11 паровоздушная смесь
смешивается с поступающей
сюда по подводящей трубе 13
золошлаковой гидросмесью.
Глава 5
259
Аэрогидросмесь поднимается по подъемной трубе 12 в воздухоотделитель 14, где разде¬
ляется на жидкую и газообразную фазы. Газ сбрасывается в атмосферу, золошлаковая
гидросмесь по пульпопроводу отводится по назначению.
Достоинства: повышается надежность при совместной комплексной работе всей
системы.
Недостатки: усложнение конструкции, невозможность работы эрлифта самостоя¬
тельно без включенной паротурбинной установки.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с №1657769]
Изобретение относится к насосостроению в частности к конструкции газлифта, и
может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем общепро¬
мышленного назначения. Например при .добыче полезных ископаемых со дна водоема,
особенно в зимних условиях.
Эрлифтная установка (рис. 5.67) содержит смонтированные на плавсредстве 1
подъемную трубу 2 со смесителем 3 в ее нижней части, компрессор 4 с воздуховодом 5
и два воздушных коллектора 6,7, имеющих сопла и установленных ниже ватерлинии 9
плавсредства 1. Последнее снабжено насосом 10. Коллекторы 6, 7 размещены по пери¬
метру плавсредства 1; один из них (например, коллектор 7) подсоединен к насосу 10.
Установка работает следующим образом.
Компрессор 4 через воздуховод 5 нагнетает в смеситель 3 воздух, образующий с
пульпой смесь, которая благодаря меньшей, чем у пульпы, плотности, поднимается по
подъемной трубе 2 к потребителю. Одновременно воздух поступает в коллектор 6, через
сопла 8 выходит наружу и подогревает забортную воду.
При необходимости увеличить полынью включают насос 10, который через сопла
8 выбрасывает струи воды, увеличивающие незамерзающее пространство.
Достоинства: возможность работы в зимних условиях.
260
Глава 5
Недостатки: необходимость использования значительной дополнительной мощно¬
сти на поддержание полыньи (майны) вокруг земснаряда.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОДЪЕМНИК [а.с № 1712671 ]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано: при проек¬
тировании гидротранспортных систем в горной и химической промышленности, строи¬
тельстве и сельском хозяйстве.
Пневматический подъемник работает следующим образом (рис. 5.68).
Сжатый воздух подается в охватывающую трубу 1
по воздуховоду 2 и при достижении в воздухоподводя¬
щей трубе 2 давления большего, чем давление погруже¬
ния в жидкость на глубину h верхнего конца водопода¬
ющей трубы 5, образуется пережим 8 подъемной трубы
4 до размера высоты подачи Н, после чего наступает
истечение жидкости из водоотводящей трубы 6, так как
жидкость не может вернуться назад в водоподводящую
трубу 5 через пережим 8 подъемной трубы 4, вследствие
превышения давления в воздушной полости 9 над дав¬
лением в нижней части жидкой четки 7.
Превышение давления в газовой полости 9 связано
с необходимым запасом потенциальной энергии давле¬
ния сжатого воздуха для ускоренного перемещения
жидкой четки 7. По мере истечения жидкости скорость
четки возрастает с уменьшением ее массы, давление в
газообразной полости 9 падает ниже давления погруже¬
ния h и порция жидкости из подводящей трубы 5 вновь
подается в подъемную трубу 4 до тех пор, пока давление
газообразной фазы, находящейся на выходе из водопод¬
водящей трубы 5, не превысит давление погружения h
и процесс образования новой четки 7 повторится.
Образование четок - автоколебательный процесс,
частота которого зависит от динамических свойств сис¬
темы: величина масс, участвующих в колебательном
процессе; приведенная упругость воздухоподводящей
трубы 2, воздушных полостей 9 и трубы 4, которая
зависит от давления в системе. В предлагаемом пневма¬
тическом подъемнике до начала истечения четки 7 масса жидкости в подводящей трубе
5 исключена из динамических процессов пережатием 8 на водоподводящей трубе 5, что
уменьшает период автоколебаний (время образования четок 7 и их размер). Кроме того,
скорость образования четки 7 зависит от давления в воздухоподводящей трубе 2 и в
воздушных полостях 9, которое зависит от расхода сжатого воздуха. При увеличении
расхода сжатого воздуха будет возрастать давление в верхней части водоподводящей
трубы 5 и процесс пережатия шланга ускорится, что приводит к образованию мелких
четок 7.
Достоинства: увеличение к.п.д.
Недостатки: сложность изготовления и ненадежность работы упругоподатливой
подъемной трубы.
Глава 5
261
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с № 1728536]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, а именно к системам гидроподъема с
твердой фракцией, и может быть использовано в промышленности и сельском хо¬
зяйстве (например, при добыче сыпучих строительных материалов, сапропелей ипе-
лоидов со дна водоемов).
Эрлифтная установка работает следующим образом (рис. 5.69).
Гидросмесь из водоема через смеситель 14, куда компрессор 2 по воздухопроводу
15 подает сжатый воздух, поступает по подъемной трубе 6 в воздухоотделитель 7.
Воздух из него сбрасывается в атмосферу, а гидросмесь по сбросному трубопроводу 8
направляется в находящуюся на плаву промежуточную емкость 11, откуда она по вса¬
сывающему трубопроводу 5 с помощью грунтонасоса 4 перемещается в подающий
трубопровод 3. Промежуточная емкость 11, механически связанная с плавсредством 1,
позволяет обеспечить требуемую концентрацию твердых включений в пере¬
качиваемой гидросмеси, необходимую для оптимальной работы грунтонасоса 4. Для
этого опускают или поднимают промежуточную емкость 11, закрепленную с проти¬
воположных сторон шарниром 13 на плавсредстве 1 и связанную с тросом 10 с лебед¬
кой 9, под уровень заборт¬
ной воды. Углом наклона
промежуточной емкости
11 регулируется количест¬
во забортной воды, по¬
ступающей в емкость 11.
Перегородки 12 в емкости
11 служат для обеспечения
полного отделения возду¬
ха из гидросмеси, посту¬
пающей по сбросному
трубопроводу' 8.
Достоинства: высо¬
кий процент выделения
воздуха из пульпы, регу¬
лирование концентрации
твердого материала в
пульпе.
Недостатки: необхо¬
димость перенастройки системы (глубины погружения дополнительной емкости) при
изменении подачи эрлифта.
Рис. 5.69.
ЭРБОЛИФТ [а.с. № 1707273]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к гидроподъемникам,
предназначенным для подъема жидкостей, суспензий и пульп, и используемым в гор¬
нодобывающей и энергетической промышленности.
262
Глава 5
Эрболифт работает следующим
образом (рис. 5.70).
Подаваемый в смеситель 3 сжатый
воздух из воздухоподвода 4 под дей¬
ствием разности давлений в нем и отво¬
де 6 устремляется вверх по подъемной
трубе 5, создавая разряжение, благода¬
ря которому осуществляется всас жид¬
кости 16 и твердых частиц 17 в смеси¬
тель 3 через приемный патрубок 1. Вса¬
сываются также тела 18 вращения
(шары), которые, перемещаясь вверх,
совершают работу, аналогичную рабо¬
те поршня насоса. При этом полностью
(за исключением потерь на трение и
веса самих шаров) используется как
потенциальная, так и кинетическая
энергия сжатого воздуха. В отводе 6
происходит отделение воздуха (кото¬
рый выпускается через отверстие 8), а
пульпа устремляется вниз через наклон¬
ное сетчатое дно 9 и далее по наклон¬
ному днищу 19 через трубу 20 — к по¬
требителю. Шары из-за того, что они крупнее отверстий сетчатого дна 9, устремля¬
ются в камеру 10 и далее попадают в воронку 13, загружая направляющую трубу 12.
Остатки пульпы, уносимые шарами, возвращаются в общий поток через каналы 11 и
окно 14. Далее цикл повторяется.
Достоинства: самый высокий к.п.д. для эрлифтов и возможность работы при ми¬
нимальном погружении.
Недостатки: повышенные требования к качеству изготовления.
ЭРЛИФТ [а.с№ 1665101]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при про¬
ектировании гидротранспортных систем общепромышленного назначения (например,
при добыче сыпучих строительных материалов, сапропеля пелоидов и торфа со дна
водоемов).
Эрлифт работает следующим образом (рис. 5.7 П.
Сжатый воздух от компрессора 8 поступает на размывающие насадки 7 ив сме¬
ситель 3, где, смешиваясь с пульпой, он поднимает ее по подъемной трубе 1 к потре¬
бителю. Одновременно вибратор 5 вызывает возвратно-поступательное движение
телескопического участка 2 подъемной трубы 1, способствуя внедрению всасы¬
вающего устройства 4 в грунт, что повышает содержание твердого материала в пуль¬
пе. Нагнетатель 6, например жидкостный, подсоединен к размывающим насадкам 7,
размещенным наклонно, что способствует их повороту и внедрению в грунт.
Глава 5
263
Достоинства: улучшение смесеоб¬
разование, увеличение к.п.д.
Недостатки: сложность устройства
поворотного механизма и вибратора при
постоянном перемещении подъемной
трубы.
ЭРЛИФТ [ах №1606745]
Область применения: гидромехани¬
зация.
Изобретение относится к насосост-
роению, в частности к конструкции эр¬
лифта, и может быть использовано при
проектировании гидротранспортных си¬
стем общепромышленного назначения.
Эрлифт работает следующим обра¬
зом (рис. 5.72).
Сжатый воздух по воздуховоду 4
поступает в подъемную трубу 1 через
профильный патрубок 5 и обратный кла¬
пан с поднятой в вертикальное положе¬
ние пластиной 7. Смесь воздуха и подни-
маемой жидкости (пульпы)
перекачивается на поверхность. При
прекращении подачи воздуха смесь, на¬
ходящаяся в нижней части подъемной
трубы 1, устремляется вниз и давлением на ушки 9 закрывает пластину 7 обратного
клапана. Остатки смеси сползают по скосам проставки 3 и среза 6 профильного патрубка
5, закрытого пластиной 7, в подающий патрубок 2.
Достоинства: увеличение к.п.д.
Недостатки: ненадежность работы обратного клапана при работе на пульпе.
ЭРЛИФТНЫЙ ГИДРОПОДЪЕМНИК [а.с №1620692]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифтного
гидроподъемника, и может быть использовано: при проектировании гидротранспортных
систем общепромышленного назначения.
Эрлифтный гидроподъемник работает следующим образом (рис. 5.73).
При подаче воздуха в смеситель 9 по подъемной трубе 4 начинает подниматься
воздухожидкостная смесь, которая увлекает за собой через всасывающее устройство 1
частички твердого вещества. При помощи сервоцилиндра 11 углового перемещения
можно сместить всасывающее устройство 1 в горизонтальном направлении за счет
поворота наружного патрубка 6 телескопического участка 5, при этом изменение раз¬
мера по вертикали может быть компенсировано сервоцилиндром 12 осевого перемеще¬
ния. Конструкция позволяет существенно увеличить зону захвата всасывающего уст¬
ройства 1.
Достоинства: увеличение зоны захвата.
Недостатки: ненадежность работы шарниров и сервоцилиндров в воде содержащей
большое количество мелких твердых материалов.
264
Глава 5
Рис. 5.72.
Глава 5
265
ЭРЛИФТ ДЛЯ ОЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРОВ [ах № 1740798 ]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифта, и
может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем общепро¬
мышленного назначения.
Эрлифт для очистки резервуаров (рис. 5.74) содержит подъемную трубу 1, в ниж¬
ней части которой размещен смеситель 2, сообщенный с воздухоподводом 3 и подающей
трубой 4. Соосно трубе 4 расположен кольцевой коллектор 5, отделенный от смесителя
2 перегородкой 6 и снабженный трубопроводом 7, посредством которого он подключен
к источнику 8 среды высокого давления. В подающей трубе 4 выполнены щелевые
прорези 9, площадь которых увеличивается от верхнего среза к нижнему, причем
кольцевой коллектор 5 снабжен соплами 10 для размыва грунта.
Эрлифт работает следующим образом.
По воздухоподводу 3 в смеситель 2 подается сжатый воздух, который, выходя
вместе с жидкостью из верхней части подъемной трубы 1, снижает гидростатическое
давление в смесителе 2 и подающей трубе 4. Отложения на дне резервуара размываются
средой высокого давления, поступающей от источника 8 через трубопровод 7, коллектор
266
Глава 5
5 и сопла 10. Они поднимаются по подающей, а затем подъемным трубам 4 и 1 на высоту,
где поступают на сепарацию и отгрузку.
Достоинства: повышение к.п.д., улучшение смешения гидросмеси.
Недостатки: существует возможность забутовки смесителя при оседании пульпы
большой концентрации из подъемной трубы.
ЭРЛИФТ [а.с №1751439]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифта, и
может быть использовано: при проектировании гидротранспортных систем общепро¬
мышленного назначения.
Эрлифт работает следующим образом (рис. 5.75).
Воздух подается по воздухопроводу 3 через распределительное устройство 4 в
смеситель 2 подъемной трубы 1. При обтекании ряда торообразных колец 5 в жидкост¬
ной среде над кольцами возникают регулярные кольцевые вихри, частота которых
определяется по формуле
где к -- 0,8; V - скорость потока, м/с;
d - малый диаметр тора, м.
Поперечные вихревые пульсации
турбулизируют среду на расстоянии, не¬
сколько превышающем малый диаметр
тора. Поэтому расстояние 6 между торо-
выми кольцами должно быть несколько
больше малого диаметра тора, чтобы бы¬
ло обеспечено равномерное перемешива¬
ние фаз, то есть <5 > d .
Поскольку движение смеси проис¬
ходит с ускорением, то для обеспечения
фазового совпадения необходимо у по¬
следнего ряда колец менять диаметр и
выбирать расстояние Н пропорционално
скорости. Путем соответствующего под¬
бора можно обеспечить резонансный ре¬
жим с наименьшими потерями энергии.
Достоинства: повышение к.п.д. пу¬
тем обеспечения поперечной турбулиза-
ции потока.
Недостатки: некоторое усложнение
конструкции.
Рис. 5.75.
ЭРЛИФТ [ах №1751439]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифта, и
может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем общепро¬
мышленного назначения. Например, при добыче сыпучих строительных материалов со
дна водоемов.
Глава 5
267
Эрлифт работает следующим образом (рис. 5.76).
Дополнительное плавсредство 11 буксируется гидротранспортным средством 10 в
зону добычи стройматериалов. Затем от источника 3 повышенного давления через
воздуховод 5 сжатый воздух подается смеситель 4, гидросмесь поднимается в воздухо¬
отделитель 6, а затем по отводу 8 насосом 7 по трубопроводу 9 подается потребителю.
После выработки грунта на заданную глубину плавсредство 11 приближают к берегу,
постепенно поднимая подъемную трубу 1 и меняя глубину ее погружения. С помощью
датчика 12 разрушения краевой кромки размыва и сигнализатора 13 соблюдается дан¬
ное отношение расстояния L до подъемной трубы 1 к глубине погружения h.
Оптимальный диапазон изменения отношения L/h лежит в пределах 1,2- 0,95.
Достоинства: сохранение экологически устойчивых донных рельефов карьера.
Недостатки: ненадежность датчиков, особенно при работе в мутной воде с твердыми
телами.
Рис. 5.76.
268
Глава 5
\Пульла
Рис. 5.77.
5.2. СМЕСИТЕЛИ
ЭРЛИФТ [а.с.№ 907313]
1. Описание установки (рис. 5.77). Эр¬
лифт работает следующим образом. Части¬
цы твердого материала, которые проникают
в камеру 2 смешения, не имеют возможно¬
сти прохода через отверстия 3 в кольцевой
коллектор 4, воздуховод 5 и образования
там (в камере 4) пробки из твердого матери¬
ала, так как меньшее основание усеченного
конуса верхней части 8 расположено выше
большего основания. При этом частицы
твердого материала оседают из камеры 2
смешения на внутреннюю поверхность
нижней части 6 камеры 2 смешения и ска¬
тываются по ней под действием собственно¬
го веса в подающий патрубок 7, так как
меньшее основание нижней части 6 камеры
2 смешения расположено ниже плоскости
сопряжения больших оснований. При нор¬
мальной работе эрлифта по подъему жидко¬
сти с включениями твердого материала
пульпа, выходя из подающего патрубка 7 в
нижнюю часть камеры 2 смешения поступает через коноидальный насадок 9, препятст¬
вующий расширению потока пульпы по длине камеры 2 смешения в ее верхнюю часть
8, куда из воздуховода 5 через коллектор 4 и отверстия 3 подается сжатый воздух. Далее
пульпа поступает в подъемную трубу 1.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Этот узел обеспечивает повыше¬
ние надежности при работе эрлифтов с
относительно короткой длиной трубно¬
го става, которые наиболее часто при¬
меняются в настоящее время в про¬
мышленности. Для эрлифтов с большой
длиной трубного става, которые пред¬
полагается применять для подъема по¬
лезных ископаемых со дна моря с боль¬
ших глубин предполагается
увеличение периода и амплитуды коле¬
баний подачи и давления и смеситель¬
ная камера на участке от воздуховода 5
до отверстий 3 может запггыбовывать-
ся, что снижает надежность установки.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 393477]
Назначение: подъем жидкости с
крупными включениями (рис. 5.78).
Всасывающее устройство 1 соеди¬
няется с напорным трубопроводом 2 с
Глава 5
269
помощью конического корпуса 3 форсунки. Ко¬
нический корпус 3 и нижняя часть подъемной
трубы 4 образуют кольцевой коллектор форсун¬
ки для ввода воздуха. Воздух, подаваемый по
трубе 5, равномерно распределяется в коллекто¬
ре и через отверстия б выходит в подъемную
трубу, увлекая за собой поток жидкости.
Достоинство: уменьшение потерь энергии
сжатого воздуха при выходе его из смесительно¬
го устройства в подъемную трубу за счет формы
форсунки и расположения щелевидных отвер¬
стий.
Недостаток: ограниченный радиус захвата
твердого материала.
ГАЗЛИФТ [ах. №629368]
1. Описание установки (рис. 5.79). В под¬
земную емкость, заполненную, например, сжи¬
женным углеводородным газом, и имеющую
приямок для увеличения глубины заглубления
под гидродинамический уровень и уменьшения
мертвого пространства в емкости, спускают с
поверхности земли колонну рабочих труб, слу¬
жащих для подъема газожидкостной смеси. В
начальный период жидкость через входные от¬
верстия 4 в нижней части основания 2, располо¬
женные ниже уровня установки сопла 6, запол¬
няет межтрубное пространство и через сопло 6
свободно проникает во внутреннюю полость
внутреннего патрубка 5, заполняя ее доверху.
Внутренний патрубок 5 с размещенным в нем
электронагревателем 9 служит в качестве паро¬
генератора. Для подъема жидкости из подзем¬
ной емкости к электронагревателю 9 подается
электроэнергия. В результате нагрева находящейся во внутреннем патрубке 5 жидкости
происходит ее бурное испарение. Установка сопла 6 в нижней части парогенератора
повышает надежность и эффективность работы газлифтного устройства, создавая до¬
полнительное гидравлическое сопротивление препятствуя прорыву образовавшихся
паров в емкость. Пары с высокими скоростями через пластину 8 с профилированными
отверстиями, расположенную в верхней части внутреннего патрубка 5, выполненного
в виде усеченного конуса 7, устремляется в трубку 3 Вентури, создавая при этом эффект
струйного насоса. Образующаяся при этом газожидкостная смесь подается на поверх¬
ность по подъемной трубе 1, причем возможна и колонна труб, состоящая из нескольких
подъемных труб. Для улучшения гидродинамики движения жидкости и пара во внут¬
ренней полости парагенератора электронагреватель 9 снабжен цилиндрическим кожу¬
хом, концы которого выполнены в виде конусов.
2. Рекомендуемая область применения. Изобретение предназначено для подъема
хранимых под землей углеводородов.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Попытки увеличить производи¬
тельность эрлифта (газлифта) путем оптимальной организации движения пузырьков
Рис. 5.79.
270
Глава 5
пара и жидкости, а не увеличением расхода
сжатого воздуха до настоящего времени не
имели практического успеха. В связи с этим
цель настоящего газлифта не может быть до¬
стигнута.
ГАЗЛИФТ fax. № 896261 ]
1. Описание установки (рис. 5.80). При
погружении в жидкость происходит заполне¬
ние подъемной трубы 1 и электролизной каме¬
ры 2, которая заполняется через нижние щеле¬
вые прорези 5 и удаление воздуха через
верхние прорези 4 за пределы электролизной
камеры 2. Цилидрический электрод, выпол¬
ненный в виде втулки 6, подключен к источни¬
ку тока, корпус электролизной камеры 2 за¬
землен. Благодаря этому между электродом,
выполненным в виде втулеи 6 и корпусом элек¬
тролизной камеры 2 возникает разность потен¬
циалов и в кольцевом зазоре между ними на¬
чнется электролиз жидкости. В результате в
электролизной камере 2 образуются пузырьки газа, поднимающиеся вверх к крышке 3
и через прорези 4 поступающие в подъемную трубу 1. Пузырьки газа движутся вверх по
подъемной трубе 1, осуществляя при
этом подъем жидкости. Пополнение
воды в электролизной камере 2 осуще¬
ствляется за счет постоянного поступ¬
ления ее через нижние щелевые про¬
рези 5. Изменение подачи жидкости
осуществляется путем регулирования
интенсивности процесса электролиза
за счет изменения плотности тока.
2. Предполагаемые преимущест¬
ва и недостатки. Устройство позволя¬
ет снизить энергоемкость процесса
электролиза жидкости, а, следова¬
тельно, повысить коэффициент по¬
лезного действия. Однако, при этом
энергозатраты на подъем жидкости
будут в несколько раз больше, чем при
подводе сжатого воздуха от компрес¬
сора.
У/
ЭРЛИФТ fax. №731077]
1. Описание установки (рис.
5.81). При подаче рабочей жидкости
через кольцевое сопло 5 она оказывает
эжектирующее воздействие на транс¬
портируемую пульпу, и последняя че-
Рис. 5.81.
Глава 5
271
рез всасывающий патрубок 2 поступает в подъемную трубу 1. Одновременно через
воздуховод 3 в подъемную трубу 1 подается сжатый воздух. Образуемая аэрогидросмесь
поднимается на заданную высоту и жидкость далее поступает к месту назначения.
Конструкция позволяет транспортировать крупнокусковый материал и увеличить вы¬
соту подъема. Эрлифт содержит подъемную трубу 1 с всасывающим патрубком 2, рас¬
положенным концентрично в воздуховоде 3, и установленную концентрично патрубку
2 обечайку 4, образующую с ним кольцевое сопло 5, имеющее срез, расположенный на
одном уровне с плоскостью выходного сечения патрубка 2.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Для создания необходимой для
всасывания твердого материала скорости в под¬
водящем трубопроводе эрлифта кольцевое сопло
5 должно иметь малое сечение, по сравнению со
1. Описание установки (рис. 5.82). Воздух
по воздухопроводу 3 подается в коллектор 4 и
далее через патрубки 6 и 8, создающие восходя¬
щий поток, и патрубки 5 и 7, создающие вихре¬
вой поток, в подъемную трубу 2. По мнению
всасом меньше в несколько раз, и следовательно,
значительно большее, чем у всасывающего пат¬
рубка гидравлическое сопротивление. В связи с
этим практически вся подача эрлифта будет про¬
ходить через всасывающий патрубок, а не коль¬
цевое сопло 5 и эффект эжектирования наблю¬
даться не будет, т.к. скорость истечения
жидкости из сопла будет небольшой.
ЭРЛИФТ [а.с. № 885632 ]
Фиг. 1.
Фиг. 2.
Рис. 5.82.
272
Глава 5
автора такое исполнение эрлифта позволяет повысить его производительность.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Эрлифт не имеет каких-либо
преимуществ и недостатков по сравнению с конструкциями, приведенными в работах
В.Г. Гейера и В.С. Костанды. Нельзя увеличить подачу эрлифта только лишь изменяя
конструкцию смесителя и не меняя расход сжатого воздуха (при неизменном диаметре
подъемной трубы).
ЭРЛИФТ [а.с. №989163]
1. Описание установки (рис. 5.83). При погружении эрлифта в донные отложения
буровая коронка 8 утапливает¬
ся внутрь подъемной трубы 1.
Сжатый воздух приводит в
действие турбину 6, в связи с
чем подающая труба 4 прихо¬
дит во вращение, буровая ко¬
ронка 8 рыхлит грунт, а ее вин¬
товая нарезка 9 способствует
его подаче на поверхность.
Воздух, поступающий из воз¬
духопровода 3, не только спо¬
собствует разрыхлению грун¬
та, благодаря буровой коронке
8, вращаемой турбиной 6, но и
выносит пульпу на поверх¬
ность за счет эрлифтного эф¬
фекта.
2. Рекомендуемая область
применения. В горнорудной и
химической промышленности
при рыхлении и перекачке от¬
ложений.
3. Предполагаемые пре¬
имущества и недостатки. Низ¬
кая надежность установки, т.к.
при остановках турбина б не¬
избежно будет заштыбовы-
ваться оседающим твердым ма¬
териалом и для ее очистки
нужно демонтировать всю эр-
лифтную установку.
ЭРЛИФТ ДЛЯ
ПОДЪЕМА ПУЛЬПЫ [ а.с. № 987201 ]
1. Описание установки (рис. 5.84). Под действием разности гидростатических дав¬
лений жидкость с песком и шламом, поступающая в скважину, устремляется в водоза¬
борный патрубок 7, и транспортируется до слива из подъемной трубы 1 за счет подачи
сжатого воздуха по воздуховоду 3 через воздухораспределитель 4. Жидкость, поступа¬
ющая по водозаборному патрубку 7 и эмульсия в зоне смешения перемещаются с
Глава 5
273
постоянной скоростью, т.к. камера 2 смешения и закрепленный внутри нее воздухорас¬
пределитель 4 установлены с образованием между ними кольцевой полости 6 с перемен¬
ной площадью проходного сечения, пропорциональной объему проходящих по ней
жидкости и воздуха.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Из описания непонятно, как воз¬
дух из воздухопровода 3 попадает в смеситель и где находятся каналы 5. Данная
установка не обладает какими-либо преимуществами и недостатками по сравнению с
эрлифтами, описанными в работах В.Г. Гейера и В.С. Костанды.
ЭРЛИФТ Д ЛЯ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТЕЙ СО ВЗВЕСЯМИ [а.с. № 826092 ]
1. Описание установки (рис. 5.85). При подаче в камеру 3 сжатого воздуха (газа)
через пневмопровод 4 под давлением, упругие кромки эластичного патрубка 5 отжима¬
ются от раструба 7, образуя с раструбом 7 и подъемной трубой 1 кольцевой канал 6, в
который устремляется сжатый газ, создавая необходимый эффект подъема жидкости.
При отключении (запланированном или внезапном) подачи сжатого газа упругие кром¬
ки эластичного патрубка 5 прижимаются к раструбу 7, препятствуя попаданию в камеру
3 подвода сжатого газа и пневмопровод 4 осаждающихся из подъемной трубы 1 взвесей.
274
Глава 5
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 922328 ]
1. Описание установки (рис. 5.86). При подаче воздуха через воздухопровод 3 и
смеситель 2 и напорный трубопровод 1 в нем движется гидросмесь. При этом гидросмесь
из воронки 6 поступает во всасывающий патрубок 4 и далее в напорный трубопровод 1.
При подаче жидкости через подпитывающую трубу 5 и насадки 7 происходит интенсив¬
ное воздействие ее на гидросмесь и твердый материал. Насадки 7 направлены в сторону
всасывающего патрубка. Поэтому под воздействием струи твердый материал более
интенсивно поступает во всасывающий патрубок 4. Так как скорость струи на выходе
из насадков 7 значительно больше скорости гидросмеси во всасывающем патрубке
4 (примерно в 10 и более раз), то подача жидкости через насадки 7 приводит к увеличе¬
нию производительности эрлифтной установки и увеличению скорости во всасывающем
патрубке 4. Благодаря этому появляется возможность увеличения диаметра всасываю¬
щего патрубка 4 и размеров куска твердого материала. Таким образом, применение
воронки 6 повышает эффективность транспортирования крупнокускового материала за
счет нагнетания его во всасывающий патрубок 4 и за счет возможности увеличения
размеров куска твердого материала.
2. Рекомендуемая область применения. Эрлифтные установки для транспортиро¬
вания золошошлаковых материалов на электростанциях, и может применяться в энер¬
гетической, металлургической и строительной промышленности.
Глава 5
275
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Горизонтальный эрлифт не рабо¬
тоспособен, т.к. сжатый воздух пойдет не по напорной трубе 1, а, вследствие меньшего
противодавления, через всасывающий патрубок 4 с воронкой 6 и подпитывающую
трубу 5.
ЭРЛИФТ [а.с. № 1020655 ]
Область применения (рис. 5.87): горнодобываю¬
щая промышленность, строительство, сельское хо¬
зяйство.
Назначение: транспортировка сыпучих матери¬
алов и жидкостей с взвесями, загрязнениями, вклю¬
чениями.
Устройство и принцип действия:
1 - напорный трубопровод; 2 - камера смешения;
3 - воздухопровод; 4 - всасывающий патрубок, кон-
центрично размещенный в камере смешения и име¬
ющий участок 5, выступающий за ее пределы; 6 -
водопровод; 7 - выходной конец водопровода, распо¬
ложенный соосно всасывающему патрубку; 8 - наса¬
док; 9 - срез насадки; 10 - торец выступающего уча¬
стка 5. Расстояние между 9,10 составляет 0,5-2 диа¬
метра всасывающего патрубка 4.
При подаче воздуха в напорный трубопровод и рабочей жидкости через насадок 8
во всасывающий патрубок 4 транспортируемая жидкость или твердый материал из
пространства, прилегающего ко всасывающему патрубку, поступает в него и далее
потребителю.
Достоинство: возможность транспортирования жидкости с крупными включения¬
ми.
Недостатки: критичность в настройке расстояния насадка 8 от входа во всасываю¬
щий патрубок и зависимость силового воздействия струи, вытекающей из насадки, от
давления жидкости.
ГИДРОЭЛЕВАТОР [а.с. № 954639 ]
Область применения (рис. 5.88): строительство,
сельское хозяйство.
Назначение: очистка технологических емкостей от
шлама.
Устройство и принцип действия:
1 - подъемная труба; 2 - конусная входная воронка;
3 - активное сопло, соосно установленное с входной во¬
ронкой, закрепленной на нижнем конце 4 подъемной
трубы 1; 5 - конусный кожух; 6 - размывающее сопло.
Внутренняя поверхность кожуха 5 сопряжена с внутрен¬
ней поверхностью воронки 2 и имеет равный с последу¬
ющей угол раскрытия конуса.
Гидроэлеватор работает следующим образом.
Во внутреннюю полость кожуха 5 подают воду. Во¬
да, истекая из размывающего сопла 6, разрушает поро¬
ду. Размытая порода подхватывается струей воды, выте¬
Рис. 5.88.
276
Глава 5
кающей из активного сопла 3, и направляется в подъемную трубу 1. При этом устанав¬
ливается оптимальный зазор между входной воронкой 2 и активным соплом 3, соответ¬
ствующий наибольшей производительности.
НОУ-ХАУ: величина зазора между активным соплом 3 и входной воронкой 2.
Достоинство: совмещение в одной конструкции операций по разрушению донных
отложений и их всасыванию.
Недостаток: сложность в изготовлении и сборке; повышенный износ камеры сме¬
шения из-за высоких скоростей потока и аброзивности частиц транспортируемого ма¬
териала.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 987199]
1. Описание установки (рис. 5.89). При подаче сжатого воздуха по воздуховоду 3 в
воздухораспределитель 4 в камере 2 смешения образуется гидросмесь, нягкштрннпд
воздухом. Гидростатическое давление обеспечивает подъем гидросмеси по подъемной
трубе 1. Поскольку сливные окна 6 и 7 всасывающего патрубка 5 находятся выше
воздухораспределителя 4, то под сливными окнами 6 и 7 не образуется застойная зона.
2. Рекомендуемая область применения. Эрлифтные установки для транспортиро¬
вания пульпы.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Устраняется застойная зона под
сливными окнами 6 и 7. Вместе с тем установка обладает низкой надежностью, т.к. при
внезапных остановках эрлифта оседающий твердый материал заштыбует в воздухорас¬
пределитель 4, а также, оседая на манжету под воздухораспределителем, может зашты-
бовать сливные окна б и 7. Устранение таких отказов потребует демонтажа всей уста¬
новки и значительных затрат тяжелого физического труда.
ЭРЛИФТ [а.с. № 1076643 ]
Назначение: подъем жидкостей, суспензий, пульп.
Устройство и принцип действия (рис. 5.90):
1 - подъемная труба; 2 - входное отверстие воздухопровода 4; 3 - нижняя часть
подъемной трубы; 5 - кожух; 6 - всасывающий патрубок; 7 - насадок; 8 - кольцевой зазор;
9 - верхний торец всасывающего патрубка; 10 - верхняя кромка входного отверстия 2;
11 - перфорированный расширяющийся участок всасывающего трубопровода; 12 - коль¬
цевой зазор; 13 - воздухоотделитель.
Работает следующим образом.
Воздух по воздухопроводу 4 поступает в нижнюю часть 3 подъемной трубы 1, ще,
проходя через перфорированный участок 11 всасывающего патрубка 6, смешивается с
жидкостью, и образовавшаяся аэрогидросмесь поднимается по подъемной трубе 1 и
поступает в воздухоотделитель 13.
Достоинство: рациональное использование энергии сжатого воздуха.
Недостаток: ограниченная доза захвата твердого материала.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 1059280]
Назначение: подъем жидкости со взвесями.
Устойство и пинцип действия (рис. 5.91)
1 - всасывающая труба; 2 - подъемный трубопровод; 3 - кольцевой коллектор; 4 -
воздуховод; 5 - конический насадок; 6 - основание конического насадка; 7 - решетка; 8
- нижняя часть всасывающего труюопровода; 9 - прямоугольные вырезы, имеющие
Глава 5
277
Рис. 5.89.
278
Глава 5
Рис. 5.90. Рис. 5.91.
высоту 0,8-1 >2 Д и ширину 0,3-0,4 Д всасывающего трубопровода; 10 - камера смеше¬
ния; 11 - кольцевой зазор.
Сжатый воздух попадает в камеру смешения 10, где смешивается с потоком пуль¬
пы, поступающей из всасывающей трубы 1 и, двигаясь затем вверх осуществляет эр-
лифтный подъем гидросмеси.
Достоинство: возможность очистки шахтных технологических емкостей от твердо¬
го материала, осевшего на их дно.
Недостаток: неравномерное поступление твердого материала во всас и ограничен¬
ный радиус захвата.
ЭРЛИФТ fa.c. №989163]
Область применения: горнорудная и хи¬
мическая промышленности.
Назначение: рыхление и перекачка отло¬
жений.
Устройство и принцип действия (рис.
5.92):
1 - подъемная труба; 2 - ее нижняя часть;
3 - воздухоподвод; 4 - вращающаяся подающая
труба; 5 - смеситель; 6 - лопастная турбина; 7
- опорный фланец; 8 - буровая коронка; 9 -
винтовая нарезка.
Эрлифт работает следующим образом.
При погружении эрлифта в донные отло¬
жения буровая коронка 8 утапливается внутрь
подъемной трубы 1. Сжатый воздух приводит в
действие турбину 6, в связи с чем подающая
труба 4 приходит во вращение, буровая корон¬
ка рыхлит грунт, а ее винтовая нарезка 9 спо¬
собствует его подаче на поверхность. Воздух,
поступающий из воздухоподвода 3 не только
способствует разрыхлению грунта, но и выно-
Глава 5
279
сит пульпу на поверхность за счет эрлифтного эффекта.
Достоинство: совмещение операций рыхления и всасывания грунта.
Недостатки: ограниченная зона захвата твердого материала, ограниченная круп¬
ность транспортируемых частиц, наличие вращающихся узлов, работающих под водой.
Эрлифт fax. N 987202 ]
Назначение: откачка воды с песком и шламом из скважин.
Устройство и принцип действия (рис. 5.93 и рис. 5.94): 1- подъемная труба; 2 -
воздуховод; 3 - распределитель; 4 - водозаборный патрубок; 5 - сливные окна; 6 -
уплотнительная эластичная манжета; 7 - полость манжеты; 8 - сообщающая трубка.
Эрлифт работает следующим образом.
Эрлифт опускают в скважину. Через воздуховод 2 и распределитель 3 сжатый
воздух по трубке 8 направляется во внутреннюю полость 7 эластичной манжеты 6 и
раздувает ее до плотного прилегания к стенке подъемной трубы 1, уплотняя таким
образом водозаборный патрубок 4. За счет разности давлений выше и ниже эластичной
манжеты 6 жидкость с песком и шламом устремляется в водозаборный патрубок 4,
выливается через сливные окна 5 и в дальнейшем транспортируется по подъемной трубе
1 за счет подачи сжатого воздуха по воздуховоду 2 через распределитель 3.
Достоинство: возможность использования обсадной трубы скважины в качестве
подъемной трубы эрлифта.
Недостаток: ограниченная зона всасывания.
рис. 5.93 Нерабочее положение рис. 5.94 Рабочее положение
ЭРЛИФТ ДЛЯ ПОДЪЕМА ПУЛЬПЫ (ах N681227)
Назначение: транспортирование тяжелых суспензий и пульп, в частности, рудных.
Устройство и функционирование (рис. 5.95):
Эрлифт содержит воздуховод 1, связанный с подъемной трубой 2 посредством
диафрагмы 3, размещенной в верхней части воздуховода 1 над уровнем 4 пульпы, а
между воздуховодом 1 и подъемной трубой 2 размещен амортизатор 5.
Эрлифт снабжен упором 6 и винтами 7 для регулирования центровки подъемной
трубы 2.
Эрлифт для подъема пульпы работает следующим образом.
280
Глава 5
Сжатый воздух от сети поступа¬
ет в воздухопровод 1. Давление сжа¬
того воздуха передается диафрагме 3,
которая выталкивает вверх до сопри¬
косновения с упором 6 подъевшую
трубу 2, в результате чего между
нижним торцом подъемной трубы и
амортизатором 5 образуется кольце¬
вой зазор для прохода сжатого возду¬
ха в подъемную трубу.
При падении давления в возду¬
ховоде подъемная труба опускается
на амортизатор и перекрывает сус¬
пензии и кускам руды доступ в возду¬
ховод, предотвращая его забивание.
Центровка подъемной трубы ре¬
гулируется винтами 7.
Достоинства: автоматическая
защита воздуховода от забивания его
кусками породы при снижении рабо¬
чего давления в воздуховоде или при
остановке эрлифта.
Недостатки: возможность заку¬
порки подъемной трубы твердым ма¬
териалом при аварийной остановке
эрлифта «на ходу» и затрудненный запуск такого эрлифта в связи с возможной продув¬
кой воздуха через всасывающее отверстие в зумпф. Трудоемкость процесса
разбучивания эрлифта.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА (ах. N 603772)
Область применения: угольная промышленность.
Назначение: периодическая очистка шахтных вертикальных отстойников от шла¬
ма.
Устройство и функционирование (рис. 5.96):
Установка состоит из:
1 - подъемной трубы;
2 - воздуховода;
3 - всасывающей трубы;
4 - всасывающего устройства;
5 - обечайки;
6 - перегородки;
7,8 - соответственно верхней и нижней камеры;
9 - трубы подпитки;
10 - управляемого клапана;
11 - смесителя;
12 - крышки обечайки всасывающего устройства;
13 - воздухоотделителя;
14 - пусковой трубы;
15 - привода клапана 10 (пневмоцилиндр).
рис. 5.95.
Глава 5
281
Пуск эрлифтной установ¬
ки производится при открытом
клапане 10 подачей сжатого
воздуха в воздухопровод 2.
При этом вода из воздухопро¬
вода 2 и частично из верхней
камеры 7 удаляется через от¬
крытый клапан 10, трубу под¬
питки 9 в отстойник. После вы-
теснения воды воздух
поступает в смеситель И где
наступает фаза смешения воз¬
духа с водой с последующим
движением воздушной смеси
вверх по подъемной трубе 1 в
воздухоотделитель 13. После
пуска эрлифт работает на чис¬
той воде, поступающей по
тракту: 9-10-7-11-1. После за¬
крытия клапана 10 на всасыва¬
ющей трубе 3 увеличивается
перепад давлений и начинает¬
ся движение гидросмеси. По¬
ток чистой воды из трубы под¬
питки 9, проникая через
пусковую трубу 14, размывает
слой твердого материала, осев¬
шего вокруг всасывающего на¬
конечника 3.
Достоинство: в конструкции всасывающего устройства предусмотрена возмож¬
ность аварийного сброса гидросмеси из подъемной трубы при остановке эрлифта «на
ходу».
Недостатки: наличие застойных зон в верхней части обечайки 5 всасывающего
устройства 4 приводит к постепенной заштыбовке этих зон и выключению пусковой
трубы 14, что ухудшает запуск эрлифта, особенно при сжавшемся слое илистого мате¬
риала в отстойнике.
ЭРЛИФТ ДЛЯ ОЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРОВ <а.с. N1504374)
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: шдроподъем в очистных системах общепромышленного назначения.
Эрлифт для очистки резервуаров работает следующим образом (рис. 5.97).
В резервуар с гидросмесью до уровня слежавшейся твердой фракции опускают
эрлифт. Сжатый воздух по воздухопроводу 3 подается в смеситель 2. Гидросмесь посту¬
пает в подающую трубу 4. На выходе из подающей трубы 4 в верхней части смесителя
2 основная часть поступившей гидросмеси смешивается со сжатым воздухом и аэрогид¬
росмесь по подъемной трубе 1 поднимается на заданную высоту. Часть гидросмеси на
выходе из подающей трубы 4 попадает в полутороидальную камеру 10. Кольцевая сетка
8 с заданным размером ячейки предотвращает проникновение в камеру 10 твердой
фракции с размером, превышающим 1/3 диаметра минимального сечения разбутовоч-
ных патрубков 11, 12. Так как на выходе из подающей трубы 4 гидросмесь обладает
рис. 5.96.
282
Глава 5
V
з
1
10
1
п
к
13
определенной скоростью, то из полутороидальной камеры 10 за счетгидродинамическо-
го давления жидкость с твердыми включениями нагнетается в разбутовочные патрубки
11, 12. Вытекая из разбутовочных патрубков 11, 12 с определенной скоростью, гидро¬
смесь взрыхляет слежавшиеся твердые фракции. При этом плотность взрыхляющего
потока соответствует плотности всасываемого подающей трубой 4 потока. Поэтому при
равенстве скоростей данных потоков взрыхляющий поток будет переводить во взвешен¬
ное состояние все те частицы твердого, которые могут быть увлечены всасывающим
потоком и удалены данным эрлифтом из очищаемой емкости.
Достоинство: сокращение времени очистки резервуара.
Недостатки: значительный расход сжатого воздуха с малым эффектом разбучива-
ния твердого материала.
Глава 5
283
5.3. ВОЗДУХООТДЕЛИТЕЛИ
ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ГАЗООТДЕЛИТЕЛЬ ЭРЛИФТА [а.с. № 1054579].
Описание узла (рис. 5.98). Поток гидросмеси, выйдя из подъемной трубы 1 попа¬
дает в первую ступень газоотделителя - камеру 2, на криволинейной поверхности
которой радиально расширяется, испытывая действие инерционных сил, вызывающих
разделение потока таким образом, что пульпа движется по образующей поверхности
цилиндрической камеры 2, а газ вытесняется к центру камеры 2, откуда он поступает
через срез 7 с некоторым количеством влаги во вторую ступень - трубу 4, в которой газ,
испытывая действие инерционных сил, освобождается от влаги и выходит в атмосферу.
Пульпа, сохраняя кинетическую энергию, поступает в патрубок 3, давление в котором
повышается на величину скоростного напора потока.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Увеличиваются потери давления
в воздухоотделителе, что снижает подачу эрлифта. Повышенный износ цилиндриче¬
ской камеры 2 снижает надежность работы установки. Высока вероятность выноса
пульпы воздухом через трубы 5 и 6.
Рис. 5.98.
284
Глава 5
СИСТЕМА ОТВОДА СРЕДЫ ИЗ ПОДЪЕМНОЙ ТРУБЫ ЭРЛИФТА [ах.№ 1298428]
1. Описание установки (рис. 5.99). Система работает только при неточном режиме
эрлифта. Это оптимальный режим, при котором эр¬
лифтом выталкивается определенная порция жидко¬
сти (пульпы) в течение определенного времени (для
шахтных данных эрлифтов 50-20 с), а затем воздуха.
После этого процесс повторяется со строгой перио¬
дичностью для заданных параметров эрлифта.
Среда направляется на отбойник 4 и поступа¬
тельно перемещает его вверх, что обеспечивается ки¬
нетической энергией жидкости. При этом поршень 6,
перемещаясь в камере 3, нагнетает рабочую жид¬
кость из надпоршневой полости 7 потребителю, а
подпоршневую полость 8 соединяет через распреде¬
литель 9 с емкостью 10.
Затем среда поворачивается вниз вдоль поверх¬
ностей отбойника 4 и удаляется из корпуса 1.
Следующая за этим порция воздуха направляет¬
ся на отбойник 4. Однако кинетическая энергия воз¬
духа ввиду малой его массы почти в 1000 раз ниже
кинетической энергии среды, поэтому поршень со
штоком 5 и отбойником 4 опускается под действием
Глава 5
285
собственной силы тяжести вниз. Отбойник 4 меня¬
ет направление движения воздуха, и последний че¬
рез выпускные отверстия 2 поднимается кверху
(сплошными стрелками показаны направления
движения среды, а пунктирными - воздуха).
При появлении следующей порции среды про¬
цесс повторяется.
Распределитель 9 предназначен для распреде¬
ления рабочей жидкости в полостях камеры 3 при
перемещениях поршня 6.
Обратный клапан 12 предназначен для блоки¬
рования отсоса жидкости от потребителя по тру¬
бопроводу 11 при обратном ходе поршня 6.
В системе производится необходимое воздухо-
отделение. При этом кинетическая энергия газо¬
жидкостной смеси преобразуется в любой вид энер¬
гии. Тем самым дополнительно совершается
полезная работа, что улучшает эффективность эр¬
лифта.
Конструкция стенок (рис. 5.99. фиг.2) выпо-
нена в форме телескопически соединенных цилин¬
дров 13, что технологически упрощает изготовле¬
ние и саму конструкцию корпуса.
2. Предполагаемые достоинства и недостатки.
Конструкция собственно воздухоотделителя по¬
зволяет при ее простоте отделить воздух с мини¬
мальными потерями и с максимальной надежно¬
стью. Использование же кинетической энергии
возможно лишь при неточном режиме установки.
ЭРЛИФТ ДЛЯ ПОДЪЕМА ПУЛЬПЫ
Рис. 5.100.
[ах. №987200]
1. Описание установки (рис. 5.100). При движении смеси воздуха и пульпы по
подъемному трубопроводу 1, осуществляется эрлифтный подъем смеси. Дойдя до заглу¬
шенного торца 2 подъемного трубопровода 1 смесь через боковые окна 4 поступает в
отражатель 5, ударяется о его внутреннюю поверхность и перемещается вниз вдоль его
стенок. Пульпа через прорези 9 горизонтальной перегородки 8 попадает в нижнюю часть
корпуса 3 для слива жидкости и удаляется через установленный на выходе дроссель 11,
а отделившийся воздух через отверстие 7 на боковой поверхности цилиндрической
обечайки 6 поступает в верхнюю часть корпуса 3 для слива жидкости и через дроссель
12, установленный на патрубке 10 для отвода воздуха сбрасывается в атмосферу.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. За счет постоянства давления по
длине подъемной трубы скорость перемещения пульпы по мере движения вверх не
увеличивается, в результате чего уменьшаются потери по длине подъемной трубы и ее
износ. Однако, увеличение давления в смесителе резко снижает подачу и КПД эрлифта.
286
Глава 5
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ЭРЛИФТОМ
ГИДРОСМЕСИ [а.с. №821757]
1. Описание установки (рис. 5.101). Поток гидросмеси, движущийся с большой
скоростью из подъемной трубы 1, попадает на внутреннюю поверхность полого цилин¬
дра 2, испытывает действие инерционных сил, под влиянием которых происходит его
формирование по высоте и ширине. Вода, имеющая большую плотность, располагается
у поверхности цилиндра, а воздух, как более легкий, вытесняется и выбрасывается
вверх. Затем гидросмесь под действием инерционных сил гравитации движется по
спирали. Инерционные силы прижимают гидросмесь к внутренней поверхности сетча¬
того фильтра, выполненного в виде усеченного конуса 3. Вода проходит сквозь отверстия
фильтра и сбрасывается. Твердые частицы остаются внутри усеченного конуса 3 и
сбрасываются в вагон или другое транспортное средство.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Конструкция неработоспособна,
так как воздух будет выносить гидросмесь в атмосферу. Фильтр 3 при транспорте
пульпы необходимо будет очищать каждые несколько минут работы, что приведет к
резкому увеличению физического труда, необходимого для обслуживания установки.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ЭРЛИФТОМ
ГИДРОСМЕСИ [а.с. №1048183}
1. Описание установки (рис. 5.102). Поток гидросмеси, выходящий из подъемной
трубы (не показана), попадает на внутреннюю поверхность полого цилиндра 1, испы¬
тывает действие инерционных сил, под влиянием которых происходит его формирова-
Глава 5
287
s
ние по высоте и ширине. Вода с твердыми частицами, имея большую плотность, распо¬
лагается у поверхности цилиндра 1, а воздух, как более легкий, вытесняется и выбра¬
сывается через отверстие 12 в крышке 11. Затем гидросмесь попадает на внутреннюю
поверхность сетчатого фильтра, выпоненного в виде усеченного конуса 2. Под действием
инерционных сил и сил гравитации гидросмесь движется по спирали. Инерционные
силы прижимают гидросмесь к внутренней поверхности сетчатого фильтра, выполнен¬
ного в виде усеченного конуса 2. Вода проходит через его щели и поступает внутрь
кожуха 8, а затем сбрасывается по сливной трубе 10. Твердые частицы из конуса 2
сбрасываются по сбросной трубе 9, Если скорость потока велика, то необходимо открыть
задвижку 7 трубы 6. Часть воздуха в этом случае выходит через трубу 6 в открытый
резервуар 3. Капельная жидкость, попавшвя в резервуар 3 вместе с воздухом, оседает в
нем и затем удаляется по сливному патрубку 4 в кожух 8. Регулируя сопротивление
трубы 6 с помощью задвижки 7 изменяют количество воздуха, сбрасываемого в резер¬
вуар 3, и следовательно, выходную скорость гидросмеси.
2. Рекомендуемая область применения. Устройство может быть использовано в
горной промышленности при очистке зумпфов, шахтных водосборников и других тех¬
нологических емкостей, где необходимо производить не только удаление осадка, но и
осушение образовавшейся гидросмеси, чтобы обеспечить транспортирование ее меха¬
ническими средствами к месту разгрузки.
288
Глава 5
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Воздух будет выносить пульпу
через отверстие 12. Большая часть жидкости будет сбрасываться через трубу 9, не
отделяясь от твердого материала. Все это обуславливает низкую эффективность работы
устройства.
УСТРОЙСТВО ДМ ОТДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА [a.c.N 1025918]
1. Описание установки (рис. 5.103). Гидросмесь поднимается по подъемной трубе 2
и , пройдя отверстия 4-6 и, отразившись от отбойных щитов 7 и 8, поступает в полость
корпуса 1. Благодаря тому, что отводной патрубок 15 расположен выше заглушенного
торца 3 подъемной трубы 2 истечение гидросмеси происходит в жидкость высотой Н,
величина которой задается в зависимости от подачи, расхода сжатого воздуха, глубины
погружения, высоты подъема гидросмеси. При этом скорость истечения гидросмеси из
подъемной трубы 2 уменьшается, а, следовательно, уменьшаются динамические на¬
грузки и износ стенок отверстий 4-6. Жидкость сливается через отводной патрубок 15 в
сливную трубу 16. Воздух с частью оставшейся пульпы проходит влагоотделитель 18 и
гидрозатворы, образованные выступами 13 и 14 насадков 9-11, освобождаясь от остатков
пульпы. Слив жидкости, которая находится в нижней части корпуса 1, осуществляется
с помощью сливной трубы 16 и задвижки 17.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Наличие подпора на выходе из
подъемной трубы снижает подачу эрлифта.
Глава 5
289
ВОЗДУХООТДЕЛИТЕЛЬ ЭРЛИФТА [а.с. №918570]
1. Описание узла (рис. 5.104). При выходе аэрогидросмеси из подъемной трубы 1
она ударяет в пластины 5, изменяет направление скорости и движется в корпусе 2 вниз.
При дальнейшем движении аэрогидросмесь вновь изменяет направление движения и
поступает в пульпопровод 3. Гидросмесь дальше движется по назначению, а воздух
выходит через патрубок 4. При изменении вектора скорости гидросмеси в корпусе 2
появляются центробежные силы. Их действием осуществляется разделение потока гид¬
росмеси, как обладающего большей плотностью от потока, как менее плотного. Так как
корпус 2 сверху закрыт, то вся смесь движется вниз, далее из корпуса 2 поступает в
пульпопровод 3. Из корпуса 2 смесь выходит в виде двух слоев: нижний - гидросмесь,
верхний - воздух. Так как патрубок 4 для выхода воздуха отстоит от корпуса 2 и от
подъемной трубы 1 на расстоянии не менее, чем диаметр подъемной трубы 1, то частицы
гидросмеси, отражающиеся от нижней части корпуса 2, не могут попасть в патрубок 4
и случайно быть вынесенными из воздухоотделителя. Ширина корпуса 2 воздухоотде¬
лителя позволяет достигнуть сравнительно небольшой скорости гидросмеси на выходе
из корпуса 2 при сравнительно небольшом слое гидросмеси. Это позволяет пузырькам
воздуха, захваченным гидросмесью, за время движения к патрубку 4 всплыть и выйти
из гидросмеси. Далее воздух выходит через патрубок 4 для отвода воздуха, а гидросмесь
движется в пульпопроводе 3. Так как отражатель выполнен в виде пластин 5, то при
работе эрлифта между ними всегда будет находиться гидросмесь. Это предохраняет
верхнюю часть корпуса от прямых ударов гидросмеси и увеличивает срок службы. Для
уменьшения сопротивления отражателя аэрогидросмеси нижние торцы его расположе¬
ны над верхним концом подъемной трубы с зазором, превышающим диаметр последней.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Применение данного узла возду¬
хоотделителя, как показывает опыт пуска эрлифтов ВНИПИгорцветмета на ОФ рудни-
2
290
Глава 5
Фиг-2 Фиг. 3
Рис. 5.105.
Глава 5
291
ка им. Джамбула Акчатауского ГОКа, приводит к снижению подачи эрлифта в 3-5 раз
и работе его в зоне близкой к барботажной (основная причина - значительные потери
давления в воздухоотделителе).
ЭРЛИФТ ДЛЯ ПОДЪЕМА ПУЛЬПЫ [ас. №866293]
1. Описание установки (рис. 5.105). Смесь пульпы с воздухом, выйдя из подъемного
трубопровода 1 через боковые окна 3, ударяется о внутреннюю поверхность отражателя
4 и поворачивает вниз вдоль стенок отражателя 4. Пульпа через прорези 6 перегородки
5 попадает в корпус 2 и удаляется, а отделившийся воздух вдоль подъемного трубопро¬
вода 1 и через отверстия 8 цилиндрической обечайки 7 выходит в корпус 2 и поднимается
вверх. Наличие цилиндрической обечайки 7 и перегородки 5 с прорезями 6 обеспечивает
полное разделение пульпы и отработанного воздуха.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Применение такой конструкции
снижает загрязнение окружающей среды, предохраняет воздуходувки и вакуумнасосы
от выхода из строя за счет того, что пульпа не попадает в них.
Вследствие значительных дополнительных гидравлических сопротивлений на вы¬
ходе потока из подъемной трубы снижается подача эрлифта. Снижается надежность
воздухоотделителя, т.к. заглушенная верхняя часть подъемной трубы будет быстро
разрушаться от прямых ударов.
ЭРЛИФТ ДЛЯ ПОДЪЕМА ПУЛЬПЫ [а.с
№731078]
1. Описание установки (рис.
5.106). При подаче воздуха через воз¬
духовод 4, в камере смешения 2 обра¬
зуется водовоздушная смесь со взве¬
сями, которая, поднимаясь вверх,
засасывает пульпу через всасываю¬
щий патрубок 3. У заглушенного тор¬
ца 7 смесь тормозится, образуя непод¬
вижную подушку, а поднимающаяся
пульпа через отверстия 8 попадает в
отражатели 5 и благодаря наличию
козырьков 10, плоских перегородок
12 с отверстиями 13 и глухих перего¬
родок 14 попадает в обечайку 6 с плав¬
ным безударным изменением скоро¬
сти. При этом воздух отделяется от
пульпы без уноса последней.
292
Глава 5
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Благодаря безударному взаимо¬
действию пульпы с отражателем повышается надежность и долговечность эрлифта.
Обеспечивается хорошее отделение воздуха. Вместе с тем снижается износостойкость
отражателя и подача эрлифта.
ВОЗДУХООТДЕЛИТЕЛЬ ЭРЛИФТА [а.с. № 922331 ]
1. Описание узла (рис. 5.107). Гидросмесь, выходя из подъемной трубы 4, ударяет
в верхнюю стенку 11 отражателя 5, изменяет направление и движется вниз. Действием
центробежных сил гидросмесь прижимается к торцовым стенкам 8 и 9, а воздух отделя¬
ется от нее и движется вместе с жидкостью в центральной части отражателя, как менее
плотная среда вниз. Гидросмесь, сохраняя направление, ударяет о днище корпуса 1 и
далее через пульпоотвод 2 поступает по назначению. Воздух, выйдя из отражателя 5,
изменяет направление и движется вверх в зазоре между отражателем 5 и корпусом 1.
Благодаря тому, что нижние кромки 13 отражателя 5 расположены ниже среза 12
подъемной трубы 4 на расстоянии I, не меньше, чем зазор h между боковыми стенками
6 и 7 отражателя 5 и подъемной трубы 4, пульпа приобретает направленное строго вниз
движение и значительную силу инерции в этом направлении. Воздух, изменяя направ¬
ление движется вверх, при этом не проходит через поток пульпы. Кроме того, поднима¬
ющийся воздух не обладает энергией, достаточной для выноса частиц пульпы, облада¬
ющих значительной силой инерции, направленной вниз. В связи с этим достигается
высокая эффективность отделения воздуха от пульпы. Верхняя стенка 11 отражателя 5
размещена от среза 12 подъемной трубы 4 на на расстоянии L, составляющем 1-4
диаметра подъемной трубы 4. Форма отражателя 5 обеспечивает уравновешивание
реактивных сил от воздуха на корпусе 1 без взаимодействия с жидкостью, благодаря
чему уменьшается унос пульпы воздухом из воздухоотделителя. При закупорке пуль-
поотвода 2 гидросмесь из корпуса 1 по сливному патрубку 10 возвращается в зумпф
эрлифта. При нормальной работе вся гидросмесь из корпуса 1 выходит через пульпоот¬
вод 2.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Повышение надежности работы
эрлифта при закупорках пульпоотвода 2. Снижение надежности отражателя 5, его
верхней стенки 11, выполненной плоской и воспринимающей большие ударные нагруз¬
ки от транспортируемой эрлифтом пульпы, что приведет к быстрому разрушению этой
верхней стенки.
ОТРАЖАТЕЛЬ ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ [а.с. №896262]
1. Описание установки (рис. 5.108). Отражатель эрлифтной установки работает
следующим образом. При прохождении пульпы с воздухом через конец 6 эрлифта со
щелевыми отверстиями 7 через них выходит основная часть отработанного воздуха в
сборник 8, кинетическая энергия потока уменьшается, удар на полуцилиндры 1 и 2
отражателя снижается, пульпа поворачивается на 180° по дуге полуцилиндров 1, 2 и
направляется вдоль прямых вертикальных стенок 3 и 4. Оставшаяся в смеси часть
воздуха выходит через отверстия щитов 5 в сборник 8 и весь воздух поднимается вверх,
а пульпа удаляется через сливную трубу 9. Площадь щелевых отверстий рассчитывается
из условия, что скорость смеси после отделения от воздуха должна быть равной 1,1 -1,2
от критической.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Техническое решение не работо¬
способно по своему замыслу, так как основная часть воздуха пойдет вверх к полуцилин¬
драм 1 и 2, а не через боковые щели.
Глава 5
293
294
Глава 5
5 f
Область применения: гидромеханизация.
назначение: использовано при проектировании эрлифтных гидротранспортных си¬
стем общехозяйственного назначе¬
ния, в частности эрлифтно-землесос-
ных снарядов при гидромеханизации
земляных работ и добычи полезных
ископаемых из подводных месторож¬
дений.
Эрлифт работает следующи об¬
разом (рис. 5.109).
В смеситель поступает пульпа.
Смесь воздуха из воздуховода и пуль¬
пы из смесителя по подъемной трубе
1 и колену 4 поступает в наклонный
участок 5 пульпопровода 3. Разделе¬
ние фаз потока происходит при дви¬
жении пульпы по колену 4, при этом
пульпа как более плотная и инерци¬
онная среда под действием центро¬
бежных сил прижимается к верхней
наружной стенке колена 4, а воздух
движется по оставшейся части сече¬
ния колена 4.
Рис. 5.109.
Глава 5
295
Воздух, отделенный от пульпы еще при движении в колене 4, свободно выходит в
атмосферу через воздухоотделитель 2. Однако в пульпе еще остается значительное
количество воздуха, которое не позволяет снизить скорость движения пульпы, что
приводит к износу и образованию льда. Выполнение наклонного участка 5 пульпопро¬
вода 3 с заглушкой 8 позволяет надежно отделить воздух от пульпы, причем одновре¬
менно предотвращается возможность образования льда, а через дополнительный возду¬
хоотделитель 7 полностью отводят лишний воздух.
Достоинства: более полное выделение воздуха из пульпы.
Недостатки: попадание на плавсредство пульпы, что ухудшает эстетику производ¬
ства.
ЭРЛИФТНО-ЗЕМЛЕСОСНАЯ СИСТЕМА [ах. №1622644]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: использовано при проектировании гидроподьемных установок в про¬
мышленности, строительстве и сельском хозяйстве.
Система работает следующим образом (рис. 5.110).
Гидросмесь из водоема эрлифтом 1 подается в воздухоотделитель 2, откуда воздух
выбрасывается в атмосферу, а гидросмесь с остаточным содержанием воздуха в нижних
слоях потока поступает в
прерыватель потока, выпол¬
ненный в виде бака 5, где
происходит перемешивание
нижних воздухонасыщен¬
ных и верхних слоев транс¬
портируемой пульпы путем
неоднократного изменения
направления ее движения на
пластине 7, а также полное
отделение воздуха, который
выбрасывается в атмосферу
через отверстия 8. Из преры¬
вателя потока, выполненно¬
го в виде бака 5, пульпа по¬
ступает в накопительную
емкость 3, из которой с по¬
мощью откачивающего уст¬
ройства 4 перекачеитвается
потребителю.
Достоинства: более
полное выделение воздуха
из пульпы.
Недостатки: необходи¬
мость установки дополни¬
тельного бака, что усложняет конструкцию.
Рис. 5.110.
ВОЗДУХООТДЕЛИТЕЛЬ ЭРЛИФТА [а.с. №1373901 ]
Область применения: эрлифтный гидроподъем горной массы.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции устройства
для отделения воздуха, и может быть использовано при проектировании эрлифтов.
296
Глава 5
Воздухоотделитель рабо¬
тает следующим образом (рис.
5.111).
Трехфазная гидросмесь
(вода, воздух, твердый матери¬
ал) по подъемной трубе 1 под¬
нимается до выходных окон 8 и
9, через которые изливается и
по внутренним стенкам короб¬
чатого отражателя 5 опускает¬
ся в нижнюю часть корпуса 2,
где благодаря наличию силы
тяжести происходит отделение
пульпы (вода, твердый матери¬
ал) от воздуха. Пульпа посту¬
пает через пульпоотвод 4 в про¬
межуточное всасывающее
устройство последующей сту¬
пени эрлифта, а отделенный
воздух через воздуховыпуск¬
ные отверстия 11 выходит в ат¬
мосферу. Демпфирующее от¬
верстие 10, служащее для со¬
здания демпфирующего столба
жидкости между отверстиями 8 и 9, предотвращает удар твердого материала в заглу¬
шенную часть подъемной трубы 1.
При увеличении подачи предыдущей ступени эрлифта пульпа не успевает прохо¬
дить через пульпоотвод 4, при этом уровень ее внутри корпуса 2 повышается. Благодаря
наличию сливного патрубка 3, по закону сообщающихся сосудов, уровень пульпы по¬
вышается и в патрубке 3 до перемычки 6, находящейся ниже уровня нижней части
отражателя 5, что не позволяет перекрывать кольцевое отверстие для выхода гидросме¬
си, расположенное между наружным диаметром подъемной трубы 1 и внутренним
диаметром отражателя 5. При этом выходные окна 8 и 9 никогда не закрываются
пульпой и свободны для излива гидросмеси.
Достоинства: устранение закупорок.
Недостатки: некоторое усложнение конструкции.
ВОЗДУХООТДЕЛИТЕЛЬ [ах. № 1735610 ]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифта, и
может быть использовано при проектировании гидротранспортных систем общепро¬
мышленного назначения.
Воздухоотделител ьнар (рис. 5.112) для эрлифта содержит цилиндрический корпус
1 с газоотводящим 2 и сливным 3 патрубками, подводами 4 и 5 гидросмеси, сообщенными
с соосной корпусу 1 подъемной трубой 6 и тангенциально введенными в корпус, и
коаксиальную перегородку 7, внутренняя полость 8 которой сообщена с газоотводящим
патрубком 2.
Корпус 1 и перегородка 7 снабжены двумя закрепленными на них полками 9 и 10,
выполненными в виде двухзаходной спирали с образованием каналов 11 и 12, сообщен¬
ных с подводами 4 и 5 гидросмеси и сливным патрубком 3, а на внутренней стороне
Глава 5
297
каждого канала 11 и 12, в вер¬
хней части выполнена спи¬
ральная прорезь 13, сообщаю¬
щая каналы с газоотводящим
патрубком, а выше подсоеди¬
нения подводов гидросмеси
подъемная труба 6 снабжена
глухой перегородкой 14.
Воздухоотделитель рабо¬
тает следующим образом.
Гидросмесь по подъемной
трубе 6 и подводам 4 и 5 гидро¬
смеси поступает в каналы 11 и
12 и затем спускается по ним к
сливному патрубку. При этом
жидкость и твердое отжима¬
ются к наружной стенке, а
воздух имеет возможность
свободно выходить через спе¬
циальные прорези 13.
Конструкция обеспечи¬
вает высокую степень сепара¬
ции газообразной фазы из гид¬
росмеси.
Достоинства: улучшение
условий сепарации.
Недостатки: усложнение
конструкции и повышенный
износ спиралей и каналов при
похождении пульпы.
ВОЗДУХООТДЕЛИТЕЛЬ
ЭРЛИФТА [ас. N1751438]
Область применения:
гидромеханизация.
Изобретение относится к
насосостроению, в частности к
конструкции эрлифта, и мо¬
жет быть использовано при
проектировании гидротранс¬
портных систем общепро¬
мышленного назначения.
Воздухоотделитель эрлифта работает следующи образом (рис. 5.113).
Гидросмесь по подъемкой трубе 5 попадает в конусный расширитель 9 и приобре¬
тает закрутку на разделителе 10 крестообразного сечения при взаимодействии с лопат¬
ками 11. Затем через сопла 12 гидросмесь попадает в кольцевое пространство между
корпусом 1 и перегородкой 6, где воздух уходит через газоотводящий отвод 2, а гидро¬
смесь - через сливной отвод 3. В случае, если расход через подвод 4 гидросмеси большой
и возможно переполнение воздухоотделителя, заглушка 13 закрыта и закрутка потока
298
Глава 5
и сепарация происходят под несколько повышенным
давлением. Когда режим работы номинальный, за¬
глушка 13 открыта и воздух дополнительно сепариру¬
ется через патрубок 8 и перфорацию в крышке 7.
Оптимальное отношение между диаметрами пе¬
регородки и корпуса составляет 0,72 - 0,75.
Достоинства: повышенные качества сепарации.
Недостатки: некоторое усложнение конструкции
и повышенный износ тангенциальных сопел.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.е N1751436 ]
Область применения: гидромеханизация.
Изобретение относится к устройствам для добычи
сыпучих полезных ископаемых со дна различных во¬
доемов, в частности к конструкции эрлифтных устано¬
вок, и может быть использовано в различных отраслях
промышленности.
Работает эрлифтная установка следующим обра¬
зом (рис. 5.114).
Пульпа через всасывающее устройство поступает
в совмещенный с ним смеситель 2, куда также от источника 4 подается сжатый воздух
по воздухопроводу 3. Из смесителя 2 образовавшаяся аэрогидросмесь (воздух+во-
да+твсрдое) направляется по подъемной трубе 1 в воздухоотделитель 5. Двигаясь по
стенке воздухоотделителя, выполненного в виде вертикальной обечайки 5, поток аэро¬
гидросмеси закручивается, причем, дойдя до загнутой стенки 7 воздухоотделителя 5,
поток еще более поджимается внутрь обечайки, этим исключается выбрасывание дви¬
жущейся внутри воздухоотделителя 5 по спирали пульпы за пределы воздухоотделите¬
ля через вертикальный вырез 6. В процессе движения аэрогидросмеси внутри воздухо¬
отделителя 5 происходит полное выделение воздуха из нее, который выходит в
атмосферу, а пульпа через нижний конец воздухоотделителя 5 направляется в сбросный
резервуар 10. По мере откачки пульпы увеличивается расстояние между всасом эрлиф-
тной установки и забоем. При помощи троса 11 лебедкой установка опускается плавно
на забой. При этом удлинять подъемную трубу 1 нужно только в том случае, когда
выходной участок 8 по направляющим 9 дойдет до нижнего конца воздухоотделителя 5.
Удлиняется подъемная труба 1 сразу на высоту воздухоотделителя 5. Возможен и такой
вариант работы, ковда эрлифтная установка, всасом опираясь на забой, опускается по
мере откачки полезного ископаемого под собственным весом.
Достоинства: более полное удаление воздуха из пульпы, повышение надежности и
удобства обслуживания.
Недостатки: при увеличении подачи эрлифта выше номинальной появляется воз¬
можность проникновения воздуха в сбросном резервуаре, что негативно скажется на
работе насоса при перекачке пульпы из этого резервуара.
Глава 5
299
10
фиг. 2
Рис. 5.114.
300
Глава 5
5.4 ВСАСЫВАЮЩИЕ УСТОЙСТВА
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО КОНСТРУКЦИИ ИГМ АН УССР
Область применения: горнодобывающая и строительная промышленности.
Назначение: гидротранспорт зернистых минеральных материалов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.115):
1 - всасывающий трубопровод;
2 - телескопический всасывающий патрубок;
3 - обечайка (камера подпитки, экран);
4 - всасывающий патрубок;
5 - подпитывающий шибер;
6 - тяга привода;
7 - опорные штанги.
Всасывающее устройство работает сле¬
дующим образом:
В исходном положении шибер 5 и теле¬
скопический патрубок находятся в крайнем
верхнем положении, обеспечивающем мак¬
симальный подпитывающий поток Qn чистой
воды из верхней части пульпосборника. В та¬
ком состоянии запускают углесос и после вы¬
хода последнего на рабочий режим постепен¬
но закрывают шибер 5 и одновременно
перемещают всасывающий наконечник к
слою твердого материала. При этом подпиты¬
вающие поток Qn уменьшается, а фильтра¬
ционный Qtp увеличивается, обеспечивая за¬
хват частиц и их транспортировку по
трубопроводу 1. Изменяя соотношение Qn и
Q(p, регулируют плотность транспортируе¬
мой гидросмеси вплоть до перевода на работу
по чистой воде.
Достоинство: возможность регулирова¬
ния количества твердого материала, посту¬
пающего во всас; простота конструкции.
Недостаток: невысокая надежность ра¬
боты телескопической пары; ограниченная
зона захвата; затруднены условия подтека¬
ния твердых частиц ко всасывающему нако¬
нечнику.
Рис. 5.115.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЭРЛИФТНОШ САМООТВОЗНОГО
ЗЕМСНАРЯДА [ах. №234240]
Назначение: разрыхление и транспортировка грунта в трюм земснаряда.
Конструктивные особенности и функционирование.
Устройство включает (рис. 5.116):
1 - всасывающий трубопровод;
2 - сливная часть всасывающего трубопровода;
Глава 5
301
2
Рис. 5.116.
3 - трюм земснаряда 4;
5 - гру нтоприемник;
6 - накопитель скребкового типа;
7 - всасывающее отверстие;
8 - воздухоподводящий трубопровод;
9 - форсунка;
10 - тыльная часть грунтоприемника;
11 - щелевое отверстие распирающейся горизонтальной камеры форсунки;
12 - невозвратный клапан- предохранитель в виде резиновой накладки;
13 - компрессор.
Работает устройство следующим образом.
Грунтоприемник 5 при движении по каналу в первый момент после подачи сжатого
воздуха выбрасывает из всасывающего трубопровода 1 имеющуюся там воду, и в нем на
некоторое время создается давление, близкое к атмосферному. В следующий момент
грунт под давлением столба воды входит через грунтоприемник 5 во всасывающий
трубопровод. Поступающий непрерывно сжатый воздух рассекает грунт в месте впуска
у щелевого отверстия 11 форсунки 9 и отдельная пробка грунта под давлением воздуха
движется вверх по трубопроводу 7 с нарастающей скоростью.
Как только пробка грунта выйдет из сливной части 2 всасывающего трубопровода
1, давление в нем резко понизится, и в этот момент в трубопровод внедрится новая
пробка грунта и т.д. В результате грунт через определенные промежутки времени
(импульсы), обусловленные глубиной всасывания и плотностью грунта, будет выбра¬
сываться в трюм отдельными порциями.
Достоинство: простота конструкции грунтоприемника, осуществляющего захват и
дробление вязкопластичных грунтов.
Недостаток: возможность забивки всасывающего отверстия грунтоприемника кам¬
нями, валунами и другими предметами, случайно оказавшимися в створе производимых
работ. При этом очистка грунтоприемника невозможна без его подъема на поверхность.
Кроме того, вода как менее вязкий компонент будет устремляться сверху-вниз к нако¬
пителю, снижая тем самым концентрацию грунта в пульпе.
302
Глава 5
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 1199874 ]
Область применения: мелиорация.
Назначение: извлечение органических материалов (донных отложений) из водо¬
емов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.117):
1 - фреза-шнек; 2 - сменные ножи; 3 - вал; 4,5 - подшипники;
6 - консоль с хвостовиком; 7 - отражательные стенки; 8 - отводящее колено; 9 -
редуктор; 10-подвижные ножи; И -всасывающий наконечник; 12-обечайка; 13-ребра
обечайки; 14 - неподвижные ножи.
Устройство работает следующим образом.
Устройство опускают в воду так, чтобы вер¬
хняя кромка лыжи находилась над водой на рас¬
стоянии 0,1-0,2 м. Включают привод 9 фрезы, а
затем грунтовый насос и дают ход вправо. Лыжа
сжимает верхний слой торфосплавины, понижа¬
ет на 0,5-066 м и направляет в рабочую зону
фрезы 1, а вертикальная отражательная стенка 7
поднимает к фрезе торфосплавину сбоку по глу¬
бине разрабатываемого слоя. Фреза 1 входит в
слой и производит его фрезерование. Срезанный
материал шнеком подается вверх ко входному
патрубку (всасывающему наконечнику 11), где
подвергается окончательному измельчению по¬
движными и неподвижными ножами стеблерез¬
ки. Несфрезерованные стебли и корневища раз¬
резаются при взаимодействии ножей 2 с
боковыми и горизонтальными ножами. Все ножи
представляют собой клиновидные лезвия с пило¬
образной режущей кромкой.
Для дальнейшей глубинной очистки водо¬
ема устройство опускают в нижние горизонты,
которые могут представлять собой торфосплави¬
ны, сапропеля и другие донные отложения. В этом случае лыжу устанавливают на
верхней границе донных отложений, меняя положение колонки и тем самым изменяя
размеры рабочей зоны.
Достоинство: возможность разработки как донных отложений, так и растительно¬
сти в верхних слоях водоемов.
Недостаток: сложность конструкции, залипание вязкопластичных грунтов на шне¬
ке.
КОМПЛЕКТ ПОРОДОЗАБОРНЫХ УСТРОЙСТВ ЗЕМСНАРЯДОВ ТИПА
«МОЛЮСК»
В комплект породозаборных устройств входят гидромеханический качающийся
породозаборник, всасывающее устройство морского земснаряда, всасывающий нако¬
нечник землесосного снаряда.
У всех этих породозаборных устройств разрушение породы, ее захват осуществля¬
ется либо в плоскости зева, либо внутри корпуса породозаборного устройства. При этом
Глава 5
303
Рис. 5.118.
отсутствует операция транспортирования породы от места разрушения к всасывающему
отверстию.
1. Всасывающее устройство морского земснаряда (рис. 5.118) применяется для
снятия с поверхности дна слоя несвязной поро¬
ды. Оно представляет собой опрокинутый
вверх дном эластичный желоб, подсоединен¬
ный ко всасывающей трубе. Принцип действия
этого породозаборного устройства основан на
смыве породы боковой поверхностью потока
воды с участка дна, покрытого желобовидным
насасывающим наконечником, и увлечении ее
во всасывающую трубу. При этом разрушение
породы осуществляется главным образом за
счет воздействия гидродинамических сил, а
также благодаря нагружению породы градиен¬
том давления в потоке.
1 - эластичный желоб (всасывающий на¬
конечник) ;
2 - подсоединительный патрубок;
3 - соединительная труба;
4 - всасывающая труба;
5 - транспортные лыжи;
6 - силовые элементы, обеспечивающие жесткость конструкции.
2. Всасывающий наконечник землесосного снаряда имеет следующую конструк¬
цию (рис. 5.119). .
На конец всасывающей трубы 1 надет сосуд 2
с винтовой крышкой 3 таким образом, что между
сосудом и стенкой всасывающей трубы образется
спиральный желоб 6. На крышке 3 сосуда 2 в на¬
чале желоба установлен подпитывающий патру¬
бок 1, из которого вода проходит по желобу в от¬
верстие 7, соединяющее желоб со всасывающей
трубой. Причем сечение желоба увеличивается в
направлении потока. Для увеличения жесткости
конструкции спирального желоба внутри его уста¬
новлены растрелы 5.
Всасывающий наконечник землесосного сна¬
ряда может работать в нескольких режимах. Если
он не вдавливается в породу, то работает также
как предыдущий породозаборник (рис. 5.118).
Если у такого породозаборного устройства
перекрыт всасывающий патрубок 8 и всасывание
идет из-под слоя породы, то процесс забора породы
аналогичен работы под слоем обычного круглого
всасывающего устройства с экранирующим коль¬
цом (обечайкой). Номинальный режим работы
всасывающего наконечника возникает в том слу¬
чае, когда он вдавливается в породу так, что вин¬
товая крышка на небольшом участке по длине же¬
лоба ложится на породу или образует с ней неболь¬
шой зазор. В этом случае принцип работы породо-
L „1-д
РазРергк*
А Пульпа
Рис. 5.119.
304
Глава 5
заборника заключается в том, что перепад давления в местах перекрытия прохода воды
из подпитывающего патрубка 1 во всасывающую трубу или образования небольшого
зазора так нагружает породу, что она становится текучей и увлекается фильтрацией во
всасывающуу трубу 1. При этом породозаборник постепенно вдавливается глубже в
породу и поэтому место перекрытия (или малого зазора между крышкой и породой)
перемещается от конца желоба к началу, заставляя разрушаться породу по всей длине
желоба. Таким образом этот всасывающий наконечник применяется при разработке
несвязного песчано-гравийного грунта и насыпей на дне водоема.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЭРЛИФТНОГО СНАРЯДА [а.с. № 883259 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка грунтов при открытых горных работах.
Конструкция и функционирова¬
ние (рис. 5.120):
1 - цилиндрический всасываю¬
щий наконечник;
2 - цилиндрическая обечайка; 3 -
конические кольца (3 шт.);
4 - водовод; 5 - воздухопровод; 6
- насадка;
7 - щслсиыс окна и решетке; 8 -
объемная решетка;
9 - амартизатор (пружина); 10 -
водяной коллектор;
11 - воздушный коллектор.
Устройство работает следующим
образом.
При погружении грунтозаборно¬
го устройства запускают компрессор
и водяной насос земснаряда. Включа¬
ется подача сжатого воздуха в тру¬
бопровод 1 и напорной воды на насад¬
ки 6. Включается вибратор и
производится опускание наконечни¬
ка эрлифта до соприкосновения с
грунтом. При достижении наконечника подошвы забоя производится подъем трубопро¬
вода и новое зашагивание (перестановка) на расчетный радиус.
Достоинство: совмещение в одной конструкции операций разрушения и захвата
твердого материала.
Недостаток: ограниченный радиус захвата с одной постановки и необходимость в
многократной перестановке всасывающего органа.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 992668 ]
Назначение: разработка грунта подводных забоях.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.121).
1 - рама; 2 - всасывающая труба; 3 - всасывающий наконечник, выполненный из
боковых частей; 5 - задняя стенка; 6 - верхняя часть; 7 - шток цилиндра 8; 9 - шарнир
соединения штока с верхней частью 6; 10 - шланг питания гидроцилиндра; 11 - забой.
Глава 5
305
Устройство работает следующим
образом.
В исходном положении плита 6
сдвинута до отказа (шток 7 полно¬
стью вдвинут в гидроцилиндр 8). В
таком положении устройство опуска¬
ют в акваторию забоя. Включают
землесос. Во всасывающий наконеч¬
ник поступает вода. Затем опускают
устройство на дно. Под действием ве¬
са конструкции боковые поверхности
всасывающего наконечника вдавли¬
ваются в грунт, который размывается
у образующей ВС и всасывается на- *>ис"
конечником 3. Постепенно образуется откос размываемого грунта, который отодвига¬
ется от образующей ВС и занимает последовательно положение DE , затем FL и т.д.
Для поддержания высокой интенсивности размыва грунта с помощью гидроцилиндра 8,
выдвигая шток 7, надвигают верхнюю часть б от точки С в сторону точки К К.
Достоинство: исключается возможность засорения акватории забоя взвесями.
Недостаток: необходимость в периодическом подъеме всаса над грунтом для пере¬
становки в другое рабочее положение (теряется при этом рабочее время и снижается
производительность). Кроме того, сложность конструкции: шток плюс цилиндр в усло¬
виях вязкопластичного грунта снижает надежность.
ГРУНТОВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО
СНАРЯДА [а.с. № 1006635]
Назначение: подводная разработка грунтов (рис. 5.122).
Конструкция и принцип действия:
1 - всасывающая труба; 2 - наружный всасывающий наконечник;
3 - конусный раструб; 4 - цилиндрическая часть раструба;
5 - центральный внутренний всасывающий пат¬
рубок;
6, 7 - промежуточные внутренние всасывающие
Z-образные патрубки; 8 - жесткая рама; 9 - магнит¬
ные замки;
10 - радиальные планки; 11 - гидроцилиндр; 12 -
шток гидроцилиндра; 13 - прилив присоединения
штока гидроцилиндра.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении наружный наконечник 2
полностью выдвинут из всасывающей трубы 1, все
внутренние патрубки 6, 7 внешними торцами сопри¬
касаются с торцами рамки 8 и замкнуты магнитными
замками 9.
Опускают устройство в забой и включают земле¬
сос. Вода поступает через центральный внутренний
патрубок 5 и кольцевые зазоры, образующиеся меж¬
ду стенками патрубков 5, 6; 6, 7; 7, 8. Подводят уст¬
ройство к грунту и струями всасываемого потока про¬
306
Глава 5
изводят размыв грунта. В случае необходимости разработки грунтов более крупного
фракционного состава или плотного сложения, включают в работу гидроцилиндр 11.
Вдвижением штока 12 достигают перемещения патрубка 2 вверх. При этом перекрыва¬
ются кольцевые зазоры между патрубками 5, 6, 7 и изменяются площади проходных
сечений всасывающего устройства (увеличиваются).
Достоинство: разработка несвязного грунта без дополнительных устройство рых¬
ления, а также плотных грунтов и крупнозернистых.
Недостаток: наличие подвижных узлов, работающих в тяжелых условиях под
слоем воды и грунта.
ЭРОЗИЙНОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ах. № 1035145 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка грунтов в подводных забоях.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.123):
I - рама; 2 - всасывающая труба; 3 - всасывающий наконечник;
4 - цилиндрическая часть всасывающего наконечника;
5 - коническая часть всасывающего наконечника;
6 - направляющие ребра; 7,8 - экранные сектора;
9 - гидроцилиндр; 10 - штоки гидроцилиндра;
II - крепления гидроцилиндра.
При полностью поднятых в предельно верх¬
нее положение экранах 7 и 8, опускают устройство
в акваторию забоя и включают землесос. Подво¬
дят наконечник 3 к грунту забоя так, чтобы откры¬
тый конец 5 наконечника касался грунта. При
этом грунт размывается и уносится в наконечник.
Образуется воронка размыва. Постепенным опу¬
сканием наконечника 3 заглубляют его на величи¬
ну нижней отметки проходки. Затем включают в
работу левый гидроцилиндр и делают проходку
слева направо. При достижении крайнего правого
положения с помощью гидроцилиндра 9 подыма¬
ют сектор 7 экрана в крайнее верхнее положение.
Заглубляют наконечник 3 на глубину следующей
проходки.
С помощью правого гидроцилиндра опускают
сектор 8 в крайнее нижнее положение и разраба¬
тывают грунт справа налево и т.д.
Достоинство: возможность направленного
изменения скорости всасывания по периметру
входной кромки всасывающего наконечника.
Недостаток: невозможность (неэффективность) разработки связных грунтов.
ЭРЛИФТ [а.с.№ 215727]
Назначение: разработка и транспортирование песчаных грунтов.
Устройство эрлифта (рис. 5.124):
1 - всасывающая труба;
2 - подъемная труба;
3 - смесительная камера;
Рис. 5.123.
Глава 5
307
4 - воздухопровод;
5 - форсунка.
Всасывающая 1 и подъемная 2 тру¬
бы эрлифта с разными диаметрами обра¬
зуют смесительную камеру 3, в которую
по трубе 4 через через форсунку 5 подве¬
ден сжвтый воздух. Благодаря касатель¬
ному подводу сжатого воздуха в смеси¬
тельную камеру улучшается
всасывающая способность эрлифта, а
также улучшается условия движения га¬
зо-жидкостной смеси при наклонном
расположении подъемной трубы.
Достоинство: более эффективное
использование энергии воздушной
струи для транспортирования гидросме¬
си.
Недостаток: ограниченная глубина
разработки несвязанного грунта ограни¬
ченной крупности.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА
[а.с. №688720]
Область пименения: элифты для
подъема жидкостей с тведыми включе¬
ниями.
Описание установки (рис. 5.125).
По воздухопроводу 3 сжатый воздух подается к смесителю 2 и вытесняет пульпу из
подъемной трубы 1, а вытесненный объем заполняет пульпа, поступающая из подаврщей
трубы 4 за счет давления уровня пульпы в зумпфе. При нормальной работе эрлифтной
установки шибер 9 закрыт и пульпа поступает через дополнительное всасывающее
устройство 11 по подающему патрубку 10 и подающей трубе 4 к смесителю 2. Перед
остановкой эрлифтной установки с помощью привода 12 открывается круговой шибер 9
и вода из зумпфа поступает через основное всасывающее устройство 5 по подающей
трубе 4 к смесителю 2 и осуществляется промывка трубы 4, смесителя 2 и подъемной
трубы 1, после чего эрлифтная установка останавливается. Повторный запуск установ¬
ки происходит при открытом положении шибера 9 и эрлифтная установка работает на
чистой воде, а после полного запуска установки в работу шибер 9 закрывается приводом
12 и пульпа подается к смесителю 2 через всасывающее устройство 11, патрубок 10 и
трубу 4.
Предполагаемые преимущества и недостатки. Низкая надежность установки, обус¬
ловленная наличием подвижных частей работающих в пульпе и тем обстоятельством,
что патрубок 10 будет постоянно забит осевшим при остановках эрлифта твердым
материалом.
Рис. 5.124.
308
Глава 5
Рис. 5.126.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ
ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ПУЛЬПЫ
[а.с.№ 637554]
Область применения: горнодо¬
бывающая промышленность.
Назначение: размыв и перека¬
чивание уплотненного грунта под
слоем завала.
Устройство и функционирова¬
ние (рис. 5.126):
Эрлифтная установка для пере¬
качивания пульпы содержит корпус-
смеситель 1 с подъемным патрубком
2, подающую трубу 3, установленную в стакане 4 с возможностью вращения в подшип¬
никах 5, и размещенные на ней воздушную турбину 6 и вихреобразователь 7, введенный
в грунтозаборное устройство 8, воздушный трубопровод 9, сопловой аппарат 10, перфо¬
рированный кожух 11с камерой подпитки 12, сообщенной через канал 13 с вихрепре-
образователем 7.
Установка работает следующим образом.
При подаче воздуха через воздушный трубопровод 9 и сопловый аппарат 10, вместе
с воздушной 6 в подшипниках 5 и стакане 4 вращается подающая труба 3 с вихрепреоб-
разователсм 7. При этом происходит подсос пульпы через подающую трубу 3 в корпус-
смеситель 1, откуда, смешиваясь с воздухом, она поднимается по подъемному патрубку
2. Одновременно вихрепреобразователь 7 подает отфильтрованную перфорированным
кожухом 11 воду на размыв грунта под грунтозаборным устройством 8. В случае работы
под слоем грунта, уменьшается подсос пульпы через подающую трубу 3, что увеличи¬
вает подсос чистой воды в камеру подпитки 12 и через канал 13 на вихрепреобразователь
Рис. 5.125.
Глава 5
309
7, что, в свою очередь, делает подачу воды через грунтозаборное устройство 8 более
интенсивной, а это приводит к размыву слоя завала из грунта.
Достоинства: совмещение функций размыва слоя и всасывания грунта в одном
устройстве за счет более полного использования энергии сжатого воздуха, подающего в
смеситель.
Недостатки: наличие вращающихся узлов, работающих под слоем воды и твердого
материала. Возможность засорения турбины посторонними включениями.
Вывод: может быть применен для разрушения и транспортирования легкосвязан¬
ных мелкозернистых и средней крупности грунтов.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА
ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ
ПУЛЬПЫ [а.с.№ 759749]
1. Описание установки
(рис. 5.127). Воздух, необходи¬
мый для работы эрлифта, по
воздушному трубопроводу 4
поступает в сопловый аппарат
15 воздушной турбины 14. Из
соплового аппарата 15 воздух
попадает на воздушную турби¬
ну 14, отдавая часть энергии на
приведение во вращение трубы
3. Отработавший в турбине 14
воздух, поднимается вверх по
смесителю 1, подхватывает
пульпу и поднимает ее по подъ¬
емному патрубку 2 эрлифтной
установки. Вращаясь, лопатки
вихреобразователя 7 сообщают
воде кинетическую энергию и
последняя движется по грунто¬
заборному устройству 5, разде¬
ляясь горизонтальной перего¬
родкой 9 на два потока.
Верхний поток попадает в ка¬
налы верхней части 10 направ¬
ляющего аппарата 8, и пройдя
отверстия 12, подрезает сле¬
жавшийся грунт.
Тангенциальные лопатки
16, ограничивающие с боков
указанные струи, способству¬
ют также закручиванию пуль¬
пы вокруг грунтозаборного ус¬
тройства 5, что в свою очередь
активизирует разработку сле¬
жавшегося грунта. Нижний
310
Глава 5
поток попадает в сужающиеся межлопаточные каналы 12 направляющего аппарата,
служащие размывающими насадками, струи которых направляются на подрезанный и
разрушенный грунт, приводя его во взвешенное состояние и направляя его к подающей
трубе 3 эрлифтной установки. Размывающие струи, выходящие из грунтозаборного
устройства 5 подсасывают окружающую пульпу, увеличивая тем самым зону захвата.
Часть воды при подходе к подающей трубе 3 отбирается снова на лопатки вихреобразо-
вателя 7. При завале эрлифтной установки слоем грунта сопротивление перед грунто¬
заборным устройством 5 увеличивается и лопатки внхреобразователя 7 начинают заби¬
рать чистую воду из камеры подпитки 18, куда она попадает из перфорированного
кожуха 17.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Эрлифтная установка способна
интенсивно размывать слежавшийся грунт, увеличивает зону активного грунтозабора,
но конструктивно сложна, имеет низкую надежность подвижных частей.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ПУЛЬПЫ [ах. № 769108 ]
1. Описание установки (рис. 5.128). При подаче воздуха через сопловой аппарат 9
и воздушный трубопровод 7, вместе с воздушной турбиной 8 вращается в подшипниках
4 и подающая труба 3 с вихреобразователем 6. При этом происходит подсос пульпы через
подающую трубу 3 в корпус-смеситель 1, отку¬
да, смешиваясь с воздухрм, она поднимается по
подъемному патрубку 2. Одновременно вихре-
образователь 6 будет подавать отфильтрован¬
ную перфорированным кожухом 10 воду на раз¬
мыв грунта под грунтозаборным устройством 5.
В случае работы под слоем грунта уменьшится
подсос пульпы через подающую трубу 3, что
увеличит подсос чистой воды в камеру подпит¬
ки и на вихреобразователь 6, что, в свою оче¬
редь, сделает подачу воды через грунтозабор¬
ное устройство 5 более интенсивной.
Отработавший в воздушной турбине 8 воздух
попадает в пространство под кольцевой шибер
12, создает избыточное давление и подымает
кольцевой шибер 12с опорных колец 13 и 14. Во
время работы установки кольцевой шибер все
время находится в верхнем положении, а воз¬
дух проходит в кольцевой зазор, образованный
опорным кольцом 13 и нижним срезом подъем¬
ного патрубка 2, При выключении эрлифтной установки давление воздуха под кольце¬
вым шибером снижается и последний опускается на опорные кольца, отсекая выходную
камеру турбины от подъемного патрубка. В верхней части корпуса-смесителя над коль¬
цевым шибером образуется полость, заполненная воздухом, создавая воздушный за¬
твор, препятствующий попаданию оседающей части грунта на ротор турбины.
2. Предполагаемые преимущества и недостатки. Низкая надежность установки,
обусловленная наличием подвижных частей, работающих в загрязненных воде (пуль¬
пе) и воздухе.
Рис. 5.128.
Глава 5
311
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 821758]
Назначение: размыв уплотненного
грунта под слоем завала и транспортирова¬
ние грунта по вертикали.
Устройство и принцип действия (рис.
5.129):
1 - перфорированный кожух; 2 - смеси¬
тель; 3 - подъемный патрубок; 4 - подающая
труба; 5 - подшипники; 6 - герметичная ка¬
мера; 7 - воздушный трубопровод; 8 - грун¬
тозаборное устройство; 9 - воздушная тур¬
бина; 10 - соединительный патрубок; 11-
обратный клапан.
При подаче воздуха через трубопровод
7 вместе с воздушной турбиной 9 вращается
в подшипниках 5 подающая труба 4, приво¬
дя в действие грунтозаборное устройство 8.
При этом происходит подсос пульпы в сме¬
ситель 2 откуда поднимается по подъемно¬
му патрубку 3. Одновременно в грунтоза¬
борное устройство подается отфильтрован¬
ная вода на размыв грунта под устройством 8.
Достоинство: предохранение подшипников от засорения путем подачи сжатого
воздуха в герметичную камеру подшипникового узла.
Недостаток: ограниченная зона захвата.
ВСАСЫВАЮЩИЙ НАКОНЕЧНИК ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1157176]
1. Описание установки (рис. 5.130). Наконечник 1 содержит установленную в
плоскости входного его отверстия неподвижную решетку 2 и подвижную решетку 3,
соприкасающуюся с неподвижной, с возможностью поворота вокруг шарнира 4, закреп¬
ленного на наконечнике 1. Решетки (подвижная и неподвижная) имеют ячейки 5 и 6,
размер которых превышаетнаибольший допустимый размер куска. На подвижной ре¬
шетке ячейки смещены относительно неподвижной по двум координатам на половину
размера ячеек в каждом направлении. В исходном положении решетки соприкасаются
и в результате создается приемное устройство (единая решетка) с ячейками нужного
проходного размера. В качестве привода подвижной решетки можно использовать,
например, гидроцилиндр 7 с подпружиненным шток-поршнем 8. Цилиндр 7 закреплен
шарнирно на наконечнике 1, а шток шарнирно соединен с подвижной решеткой 3. В
поршневую полость цилиндра 7 подается рабочая жидкость от насоса, находящегося на
земснаряде.
При нормальной работе в цилиндре 7 находится в верхнем положении и пружина
через шток-поршень 8 прижимает подвижную решетку 3 к неподвижной 2. Во время
работы грунтового насоса подвижная решетка также прижимается к неподвижной за
счет силы всасывающего потока. При засасывании пульпы находящиеся в ней крупно¬
габаритные куски задерживаются приемным устройством и застревают в нем. При
забивании негабаритными включениями ячеек во всасывающей трубе возникает боль¬
шое разряжение и на пульте управления земснарядом возрастают показания вакуум¬
метра. По этому сигналу всасывающая труба земснаряда отводится в выработанное
пространство, грунтовый насос отключается. От насоса, находящегося на земснаряде,
312
Глава 5
подается рабочее тело в
поршневую полость ци¬
линдра 7, давление кото¬
рого выдвигает шток-
поршень 8 из цилиндра
7. Шток-поршень 8, сое¬
диненный шарнирно с
подвижной решеткой 3,
поворачивает ее вокруг
шарнира 4 и отводит от
неподвижной решетки 2.
При этом увеличивается
расстояние между сосед¬
ними стержнями непод¬
вижной и подвижной ре¬
шеток и заклинившиеся
между ними негабарит¬
ные куски освобождают¬
ся и выпадают на дно во-
доема под действием
собственного веса. Затем
поршневая полость ци¬
линдра сообщается с ат¬
мосферой, и шток-пор¬
шень 8 под воздействием
пружины перемещается
в верхнее исходное поло¬
жение в цилиндре, по¬
движная решетка снова
прижимается к непод¬
вижной и приемное уст¬
ройство принимает ис¬
ходное рабочее
положение.
Достоинство: пред¬
лагаемое устройство по¬
зволяет производить
полную очистку всасы¬
вающего наконечника
грунтового насоса зем¬
снаряда от негабаритных
включений, застрявших
между соседними стерж¬
нями подвижной и не¬
подвижной решеток путем их разъема.
Недостаток: для очистки необходим отвод всасывающей трубы. Кроме того, цилин¬
дры и шарнир, находящийся в слое пульпы будут малонадежны.
Глава 5
313
5 ВСАСЫВАЮЩИЙ ПАТРУБОК
[а.с.№ 205696]
Область применения: угольная и гор¬
норудная промышленности.
Назначение: транспортирование жид¬
костей с твердыми включениями, напри¬
мер, пульпу, шлам и т.п.
Устройство и принцип действия.
Всасывающий патрубок содержит (рис.
5.131):
Рис. 5.131.
/6
1 - корпус; 2 - цилиндро-коническая
обечайка для подачи чистой воды; 3 - кони¬
ческая часть обечайки; 4 - всасывающий
трубопровод; 5 - углесос; 6 - подпитываю¬
щий перфорированный патрубок; 7 - ши¬
берная задвижка, соединенная тягой 8 с
приводом 9; 10 - полость обечайки в преде¬
лах которой установлен регулировочный
патрубок 11, имеющий шиберную задвиж¬
ку 12 с тягой 13 и приводом 14; 15 - стойки, посредством которых к обечайке 2 прикреп¬
лено днище 16.
Предложенное устройство позволяет углесосу 5 работать на любой (регулируемой)
консистенции вплоть до чистой воды. Для перевода углесоса на воду шибер 12 открыва¬
ют и чистая вода из верхней части зумпфа через перфорированный патрубок 6 и
регулировочный патрубок 11 поступает в трубу 4. Сопротивление подпиточной ветви
подобрано так, чтобы при открытой задвижке 12 через всасывающий патрубок проте¬
кала вода со скоростью ниже критической, т.е. ниже скорости, обеспечивающей подъем
твердого материала. При этом углесос работает на воде, осуществляя промывку всасы¬
вающей и нагнетательной магистрали углесосной установки.
При переводе углесоса (элифта) на работу по гидросмеси шибер 12 закрывают
полностью, а шибер 7 остается открытым на расчетную величину, определяемую вели¬
чиной допустимой консистенции перекачиваемой гидросмеси.
Регулируя степень открытия шиберов задвижек 7 и 12 можно устанавливать жела¬
емую консистенцию пульпы в трубопроводе 4.
Достоинство: возможность регулирования консистенции перекачиваемой гидро¬
смеси и на этой основе создавать управляемые по подаче и консистенции гидротранс¬
портные установки. Возможность аботы и элифта с этим всасом.
Недостатки: 1) неполное использование рабочего объема зумпфа для работы угле¬
сосной (элифтной) установки (минимальный уровень откачки определяется местом
установки шиберов 7 и 12, которые установлены, как правило не менее, чем на 3-4
диаметра всасывающего трубопровода от днища 16);
2) большие динамические нагрузки в зазоре между днищем и всасывающим нако¬
нечником, требующие периодического усиления и замены крепежных стоек 15.
ВСАСЫВАЮЩИЙ ПАТРУБОК [а.с. № 815162 ]
Область применения: угольная и горнорудная промышленности.
Назначение: гидротранспортирование твердого материала из зумпфов, колодиев,
пульпосборников и других технологических емкостей.
314
Глава 5
Устройство и
принцип действия
(рис. 5.132):
1 - всасывающий
трубопровод; 2 - обе¬
чайка; 3 - подпитыва¬
ющий патрубок; 4 -
всасывающий нако¬
нечник; 5 - днище; 6 -
стойки;
7 - шток приво¬
да; 8 - привод; 9 - рас¬
ширительная камера;
10 - подпитыва¬
ющее отверстие; 11-
кассета; 12 - затвор.
Устройство ра¬
ботает следующим
образом.
При необходи¬
мости промывки тру¬
бопроводов и транс¬
портного насоса
^ (элифта) затвор 12
& посредством тяги 7 и
привода 8 перемеща¬
ется в кассете 11 в
крайнее верхнее по¬
ложение. При этом
осветленная вода из
Рис. 5.132. верхней части водо¬
сборника проходит через подпиточный патрубок 3, проходные каналы в кассете 11 и
подпитывающее отверстие 10 в камеру 9 и далее в трубопровод 1.
Регулируя степень открытия проходного отверстия в кассете, можно добиться из¬
менения плотности транспортируемой гидросмеси в широком диапазоне.
При необходимости более полной откачки зумпфа, когда уровень жидкости должен
быть ниже места установки затвора, последний посредством тяги 7 и привода 8 переме¬
щается в кассете 11 в крайнее нижнее положение. При этом отверстие 10 надежно
герметируется затвором 12, а гидросмесь поступает только через всасывающий нако¬
нечник 4.
Достоинства: а) более полная откачка зумпфа и сокращение ручного труда при
очистке емкости;
б) широкий диапазон изменения плотности гидросмеси;
в) возможность работы устройства при большом слое завала.
Недостаток: большие динамические нагрузки на стойки 6, особенно при значитель¬
ной высоте слоя завала.
Этот недостаток может быть устранен тем, что при большом слое завала (около 6
м и более) надо работать с приоткрытым регулировочным шибером с тем, чтобы интен¬
сифицировать подпитывающий поток.
8
Глава 5
315
ВСАСЫВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С УЛУЧШЕННЫМИ РЕГУЛИРОВОЧНЫМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ КОНСТРУКЦИИ ДПИ.
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: автоматизированные гидротранспортные установки шахт, карьеров,
рудников.
Одним из основных требовании, предъявляемых к дозирующим устройствам явля¬
ется наличие средств, обеспечивающих автоматическое регулирование плотности
транспортируемой гидросмеси. Это повышает надежность и эффективность работы
гидротранспортных систем.
Для решения этих вопросов необходимы всасывающие устройства с определенным
качеством регулировочных характеристик (обычно линейность характеристики рабо¬
чего органа).
Как показывают исследования [29 ... 33, 47 ... 50], для условий шахт, карьеров и
рудников наиболее подходящими являются всасывающие устройства, построенные на
базе УВ-2 (ДПИ) [48 ], и содержащие в своей конструкции два регулировочных органа:
подпитывающий и регулировочный шибера (рис. 5.133).
Состав всасывающего устойства: 1 — всасывающий трубопровод; 2 — кольцевой
регулировочный шибер, установленный соосно всасывающей трубе; 3 — плоский боко¬
вой подпитывающий шибер, установленный в кассете; 4 — перфорированный подпи¬
тывающий патрубок; 5 — перегородка; 6 — кожух; 7 — всасывающий патрубок; 8 —
входное регулировочное отверстие; 9 — подпитывающая камера; 10 — аккумулиру¬
ющая камера;
Qp — основной регулировочный поток; Q$, — фильтрационный (транспортный)
t
поток; Q п — подпитывающий поток; Q п — вспомогательный подпитывающий по¬
ток; Qy — основной (результирующий) транспортный поток, развиваемый углесосом.
Приведенные конструкции отличаются друг от друга формой входного регулиро¬
вочного отверстия 8, а значит и основными регулировочными характеристиками.
Входное отверстие круглой формы (рис. 5.133 в) обеспечивает существенно нели¬
нейную регулировочную характеристику, присущую типовым характеристикам запор¬
ных устройств.
Характеристика имеет «петлю гистерезиса» в области малых консистенций и зна¬
чительное, по сравнению с другими конструкциями, гидравлическое сопротивление
ветви регулировочному потоку. В результате чего устройство не обеспечивает нулевую
концентрацию твердых частиц в потоке при переводе углесоса на воду.
Такое устройство может быть рекомендовано:
1. В случае двухпозиционного регулирования консистенции гидросмеси (минимум
- максимум).
2. При наличии значительного слоя завала всаса.
Недостатки: плохо зарекомендовал себя при работе шибер, вызывающий трудности
уплотнения проточной части.
Входное регулировочное отверстие прямоугольной формы (рис. 5.133 б) обеспечи¬
вает лучшие регулировочные параметры по сравнению с предыдущим (больший линей¬
ный участок характеристики, меньшее гидравлическое сопротивление подпитывающей
ветви). Может быть применено при минимальном слое завала и при многопозиционном
регулировании консистенции гидросмеси.
Лучшими регулировочными характеристиками обладают всасывающие устройства
с трапецевидными (рис. 5.133 а) и фигурными (рис. 5.133 г) входными отверстиями.
316
Глава 5
Рис. 5.133.
Наиболее линейными регулировочными характеристиками обладает всасывающее ус¬
тройство, приведенное на рис. 5.133 г. Это устройство рекомендуется для систем авто¬
матического регулирования гидротранспортными установками.
Глава 5
317
Общим недостатком перечисленных устройств является ненадежная рабоиа регу¬
лировочного узла, обусловленная наличием телескопической пары, работающей в тя¬
желых условиях и наличием «глухих» карманов, подверженных заилению.
ВИБРАЦИОННОЕ ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЭРЛИФТНОШ
ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 166905]
Область применения: доноуглубительные и очистные работы на реках и озерах.
Назначение: разработка и подъем связанных илистых и песчаных грунтов со дна
рек и озер.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.134):
1 - всасывающий наконечник;
2 - пневматический вибратор;
3 - оголовок вибратора;
4 - соединительные планки;
5 - всасывающая труба;
6 - амортизатор;
7 - каналы вибратора для выхода воздуха, которые
одновременно являются форсунками эрлифта, установ¬
ленные под углом 10-25° к оси вибратора;
8 - воздухопровод для подвода сжатого воздуха к
эрлифту.
Устройство работает следующим образом:
Воздух для работы вибратора и эрлифта по трубоп¬
роводу 8 поступает в полость вибратора клепанного ти¬
па. Внутри вибратора отработанный воздух проходит в
каналы 7 и далее в эрлифт где создается эжекция. Вибрация от вибратора 2 передается
через косынки 4 всасывающему наконечнику 1, чем обеспечивается внедрение наконеч¬
ника в грунт, рыхление последнего и всасывание гидросмеси трубой 5 земснаряда.
Достоинство: использование воздуха, необходимого для работы эрлифтного зем¬
снаряда, одновременно и для работы вибратора.
Недостаток: требуется дорогостоящая высококачественная воздухоподготовка для
работы пневматического вибратора.
Рис. 5.134.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО КОНСТРУКЦИЙ УКРНИИГИДРОУГОЛЬ
Область применения: угольная и горнорудная промышленности.
Назначение: гидротранспортирование зернистых материалов.
Конструкция и принцип действоия (рис. 5.135):
1 - всасывающий трубопровод; 2 - камера подпитки; 3 - патрубок подпитки (пер¬
форированный) ; 4 - регулировочный шибер; 5 - стойки; 6 - зумпф; 7 - тяга привода 8
регулировочного шибера 4; 9 - слой твердого материала.
Устройство работает следующим образом:
В исходном состоянии регулировочный шибер 4 открыт и при включении транспор¬
тного насоса вода через сетку 3, подпитывающую камеру, отверстие шибера 4 поступает
во всасывающий трубопровод и насос работает на чистой воде. После запуска насоса
шибер 4 закрывают на расчетную величину, при которой обеспечивается заданное
соотношение подпитывающего Qn и фильтрационного (транспортного) £)ф потоков,
обусловливающее расчетное значение консистенции гидросмеси. Перед остановкой на-
318
Глава 5
Глава 5
319
coca шибер 4 открывают и переводят работу насоса на воду, промывают напорный
трубопровод, а затем насос отключают.
Достоинство: простота конструкции; возможность регулировки плотности гидро¬
смеси и использования устройства в системах управления технологическими процесса¬
ми. Возможность работы и эрлифта с такой конфигуарцией всасывающего устройства.
Недостаток: ограниченная зона захвата; ограниченная высота завала твердого
материала.
ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА [а.с. № 922327 ]
Область Применения: энергетическая, горная, ме¬
талл угическая, промышленности.
Назначение: для подъема и транспортирования
пульп.
Устройство и принцип действия (рис. 5.136):
1 - напорный трубопровод;
2 - воздухоотделитель;
3 - смеситель;
4 - воздухопровод;
5 - кожух (всасывающее устройство);
6 - подпитывающая труба;
7 - всасывающий патрубок;
8,9- торцы всасывающего кожуха.
Установка работает следующим образом.
При подаче воздуха через воздухопровод 4 в смеси¬
тель 3 в нем образуется водовоздушная смесь, которая
движется по трубопроводу 1 к воздухоотдели¬
телю 2, где происходит отделение воздуха от
гидросмеси. При этом по всасывающему пат¬
рубку 7 в смеситель 3 поступает жидкость в
смеси с твердым материалом.
Достоинство: возможность транспортиро¬
вания крупнокускового материала.
Недостаток: неравномерный захват твер¬
дого материала (колебание плотности транс¬
портируемой гидросмеси).
ЭРЛИФТ 1а.с.№ 1198262 J
Облясть применения: горнодобывающая,
нефтяная, химическая, металлургическая
промышленности.
Назначение: удаление шламов из сква¬
жин.
Устройство и принцип действия (рис.
5.137):
1 - подъемный трубопровод;
2 - всасывающий наконечник;
3 - эжектор с кольцевым зазором 4;
5 - кольцевой коллектор;
6,1 - сопловые каналы;
Рис. 5.136.
Рис. 5.137.
320
Глава 5
8 - нагнетательный трубопровод (воздухопровод);
9 - точка присоединения нагнетательного трубопровода.
Эрлифт всасывающим наконечником 2 погружают в емкость, подают сжатый воз¬
дух по нагнетательному трубопроводу 8 в кольцевой коллектор 5. Часть воздуха из
коллектора 5 через сопловые каналы 6 и 7 выходит из наконечника и взмучивает перед
ним осевший шлам. Другая часть воздуха поступает в эжектор 3 и далее через кольцевой
зазор 4 равномерно выходит в подъемный трубопровод 1.
Достоинство: компактность конструкции.
Недостаток: возможность заштыбовки кольцевого канала и коллектора шламом
при аварийной остановке эрлифта.
ЭРЛИФТНОЕ УСТРОЙСТВО [а.с. № 1160126]
Назначение: подъем жидкостей и взвешенных частиц из скважин.
Конструкция и принцип действия (рис.
5.138):
1 - подъемный трубопровод;
2 - всасывающий наконечник;
3 - кольцевое сопло;
4 - коллектор;
5 - нагнетательный трубопровод;
6 - корпус рыхлителя;
7 - фреза;
8 - скребки;
9 - винтовые каналы;
10 - винтообразная лопасть рыхлителя.
Эрлифтное устройство работает следую¬
щим образом.
После погружения всасывающего наконеч¬
ника 2 в обводненную скважину, подают сжатый
воздух по нагнетательному трубопроводу 5 в
кольцевой коллектор 4 и через кольцевое сопло
3 в подъемный трубопровод 1. При этом во вса¬
сывающем наконечнике создается разрежение и
в него засасывается вода и шлам. Засасываемая
вода, двигаясь по винтовым каналам 9 корпуса 6
рыхлителя, создает напор на винтовую лопасть
10 и тем самым сообщает корпусу 6 рыхлителя
вращательное движение. При встрече всасываю¬
щего наконечника 2 с осевшим на дно скважины шламом вращающаяся фреза 7 скреб¬
ками 8 разрыхляет его и подает к центру, где он подхватывается всасывающей водой и
вместе с ней в виде пульпы входит в корпус 6 рыхлителя.
Достоинство: возможность удаления из скважин слежавшегося твердого материа¬
ла.
Недостаток: наличие вращающегося узла, работающего в сложных условиях и
возможность заштыбовки кольцевого канала.
ЭРЛИФТ [а.с. № 1174605]
Назначение: удаление шламов и других отложений из колодцев, шахт, отстойни¬
ков, резервуаров и других технологических емкостей.
Глава 5
321
Устройство и принцип действия (рис. 5.139):
1 - основная всасывающая труба;
2 - подъемный трубопровод;
3 - кольцевой коллектор;
4 - газопровод;
5 - распределитель газа;
6,7,8- дополнительные всасывающие труб¬
ки, расположенные под углом 120° относительно
друг друга и под углом 30-45° к продольной оси;
9, 10, 11 - опорные стержни.
Эрлифт работает следующим образом.
При погружении в резервуар стержни 9-11
опираются на дно и эрлифт занимает устойчивое
положение. Сжатый воздух по газопроводу 4 по¬
ступает в кольцевой коллектор 3 и через распре¬
делитель 5 - в зону смешения подъемного трубоп-
ровода 2. Наличие дополнительных J'
всасывающих труб приводит к увеличению про¬
изводительности эрлифта.
Достоинство: высокая производительность,
равномерный захват твердого по площади зоны
всасывания круглого сечения.
Недостаток: вероятность заштыбовки распределителя и кольцевого коллектора при
аварийной остановки эрлифта, а также снижение эффективности очистки емкостей
некруглого сечения.
Рис. 5.139.
ВИБРАЦИОННО-ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1159987 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.140):
1 - всасывающая труба;
2 - наконечник;
3 - гибкая вставка;
4 - гидравлическая камера;
5 - металлический шар;
6 - вставка;
7 - рыхлящие ребра;
8 - кольцевой гидравлический коллектор;
9 - водоподающие трубки;
10 - насадки;
11 - присоединительные патрубки;
12 - водоподающая труба;
13 - шланг.
Устройство работает следующим образом.
При включенном в работу землесосе опускают устройство в акваторию забоя. Во
всасывающий наконечник 2 из акватории засасывается вода. Включают водяной насос.
Напорная вода от водяного насоса по шлангу 13 и трубе 12 поступает во вставку 6,
проходит клапанное устройство и поступает в гидравлическую камеру 4, течет слева
322
Глава 5
направо, увлекая за собой шар 5. Шар катится по
камере 4, которая выполнена по синусоиде. При
этом возникают колебания всасывающего уст¬
ройства в радиальном и осевом направлениях. В
радиальном - за счет центробежной силы, а в
осевом - за счет выполнения камеры по синусои¬
де. Вкатившись во вставку 6, шар 5, ударяет в
клапанное устройство, в результате чего проис¬
ходит переключение потока воды. Он начинает
течь справа налево и увлекает за собой шар, ко¬
торый также катится справо налево. Вода, нахо¬
дящаяся перед шаром 5, сливается в патрубок 11
и поступает в кольцевой коллектор 8, из которого
напорная вода по патрубкам 9 поступает к насад¬
кам 10 и вытекает из них. Подводят устройство к
грунту забоя, опускают рыхлящие ребра 7 на
грунт.
Колебания, вызванные перемещением шара
5 в камере 4, радиальные и осевые, передаются
наконечником 2 рыхлящим ребрам 7, а ребрами
7 - грунту. Связи между частицами грунта нару¬
шаются. Под действием напорных струй воды из
насадков 10 частицы грунта отделяются от массива и увлекаются в наконечник.
Достоинство: возможность разработки уплотненного, слежавшегося слоя материала.
Недостаток: наличие клапанной коробки и золотниковой пары, требующих для
своей работы очищенную от твердых включений воду.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ [ас. № 1137204 ]
Назначение: разработка горных пород при проведении шурфов, стволов, колодцев
ит.п.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.141):
1 - центральная выданная колонна;
2 - рабочий орган;
3 - приемная камера рабочего органа;
4 - напорная колонна;
5 - станина;
6 - трубопроводная разводка;
7 - насадки;
8 - патрубок;
9 - устройство для всасывания пульпы;
10 - аккумулирующая емкость;
11 - разводка;
12 - коллектор;
13 - крючья крепления канатов лебедки;
14 - эжектор;
15 - форсунки;
16 - направляющие.
Устройство работает следующим образом.
10
Рис. 5.140.
Глава 5
323
При проведении верти¬
кальной выработки по напор¬
ной колонне 4 под давлением от
насоса подают воду, выходя из
насадков 7, она размывает по¬
роду забоев. Вращением ко¬
лонн осуществляют круговое
разрушение забоя. Размывае¬
мая порода в виде пульпы по¬
ступает в приемную камеру 3 и
по выданной колонне 1 выдает¬
ся на поверхность.
При наличии в размывае¬
мых породах крупных включе¬
ний, последние в силу ограни¬
ченной площади сечений
отверстий приемной камеры 3,
минуя ее, отбрасываются пото¬
ком в аккумулирующую ем¬
кость 10, где и происходит их
накопление.
Достоинство: возмож¬
ность автоматического дробле¬
ния крупногабаритных вклю¬
чений из ограниченного
пространства.
Недостаток: сложность
конструкции и повышенный
износ внешней стенки прием¬
ной емкости крупной фрак¬
цией.
ГРУПНОЗАБОРНОЕ Рис. 5.141.
УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 1090807 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта с гравийными и валунными включени¬
ями.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.142):
1 - всасывающая труба;
2 - рыхлительная головка;
3 - днище рыхлительной головки;
4 - всасывающие отверстия;
5 - режущий элемент в виде единого двухотвального резца, обращенного вершиной
в сторону перемещения устройства.
При перемещении рыхлительной головки режущие элементы 5 осуществляют по¬
слойное срезание грунта, который через отверстия 4 поступает в кожух 2 и далее во
всасывающую трубу 1. Встречающиеся в грунте валунные включения сдвигаются от¬
324
Глава 5
вальными поверхностями режущих
элементов 5 в стороны проходки, а
находящиеся между ними более
мелкие частицы грунта всасывают¬
ся при прохождении их под всасыва¬
ющими отверстиями 4.
Достоинство: предохранение
рыхлительной головки от забивки ее
негабаритами.
Недостаток: узкая полоса раз¬
работки, обусловленная шириной
рыхлительной головки.
Рис. 5.142.
ГРУНТОЗАБОРНЫЙ ОРГАН ЭРЛИФТНОГО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1040058 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Устройство и принцип действия (рис. 5.143):
1 - всасывающая труба;
2 - наконечник;
3 - коллектор сжатого воздуха;
4 - воздухоподающие патрубки;
5 - грузила;
6 - воздухоподающая труба.
Устройство опускают на грунт так, чтобы устье АВ наконечника 2 лежало на
поверхности. Включают в работу компрессор. Сжатый воздух поступает в камеру 3, из
нее по патрубкам 4 - в полость наконечника 2 и далее во всасывающую трубу 1, увлекая
за собой воду, заполняющую полость наконечника. На место ушедшей воды в устье АВ
поступает вода из акватория забоя. При этом ею размываются и уносятся в наконечник
частицы грунта. Кроме того, гибкие патрубки 4 при работе создают гидравлические
удары в местах соприкосно¬
вения патрубков с грунтом,
которые разрыхляют по- J
следний И способствуют
увеличению интенсивности
разработки грунта.
Достоинство: повыше- А \х —у / / # о
ние эйхЬективности оазоа- п Ир, „1Д— о - ■■/„ у ь
боткиза счет ударной на-
грузки на грунт. в
*Т°7
Недостаток: узкая зона
разработки забоя.
Рис. 5.143.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ах. N 1040057]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунтов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.144):
1 - рама;
2 - всасывающая труба;
3 - шаровой шарнир;
Глава 5
325
4 - всасывающий наконечник;
5 - прилив;
6 - шарник крепления штока 7, гидроцилин¬
дра 8;
9 - шарник крепления гидроцилиндра 8 к ра¬
ме 1;
Ni, N2, N3 - отвально-режущие лопасти ак¬
ций защитной решетки.
Устройство работает следующим образом.
При работающем землесосе подводят нако¬
нечник к несвязному грунту, заглубляют в него и
движением слева направо и справа налево разра¬
батывают грунт. При этом отвально-режущие ло¬
пасти Ni - N3 выполняют роль защитной решет¬
ки, заграждая вход в устье наконечника 4
предметам негабаритных размеров. При встрече с
прослойкой связного грунта включают в работу
гидроцилиндр 8. За счет возвратно-поступатель¬
ных движений штока 7 наконечник 4 поворачива¬
ется влево и вправо, разрушая связный грунт, пу¬
тем разрезания последнего на отдельные стружки.
Таким образом, всасывающий наконечник выполняет роль качающегося или маятни¬
кового рыхлителя и всасывающего наконечника одновременно и неразрывно (техноло¬
гически) .
Достоинство: возможность разработки связных грунтов.
Недостаток: ограниченная глубина разработки.
O', Vs
Рис. 5.144.
ВСАСЫВАЮЩАЯ ТРУБА ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ax.No 1035144]
Область применения: гидромеханиза¬
ция.
Назначение: подводная разработка
грунтов.
Устройство и принцип действия (рис.
5.145):
1 - всасывающий трубопровод;
2 - устье всасывающего наконечника;
3 - кожух;
4 - проточный канал;
5 - дополнительный патрубок;
6 - рабочая кромка;
7 - фиксаторы;
а - угол естественного откоса;
R - радиус размыва;
Б - зона формирования гидросмеси.
При работающем землесосе устройство
находится во внедренном в грунт состоянии
при неизменных параметрах: сечения про¬
точного канала, расстояния грунтовой во¬
ронки от устья и постоянной величины зоны
326
Глава 5
Б. В состав гидросмеси в зоне Б с поверхности воронки грунт входит равномерным
потоком за счет фильтрационных сил.
Перед использованием устройство проходит регулировку в несколько приемов для
установления оптимальной величины консистенции гидросмеси.
Достоинства: простота конструкции, возможность регулировки консистенции гид¬
росмеси и работа под значительным слоем завала.
Недостаток: сложность регулировки консистенции и невозможность регулировки
без поднятия всасывающего устройства на поверхность воды.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ах. № 1027344]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.146):
1 - погружной землесос;
2 - всасывающий патрубок;
3 - напорный патрубок;
4 - лыжи;
5 - опоры;
6 - амортизаторы;
7 - лоток рыхлителя;
8 - борт лотка;
9 - поддон;
10 - отверстие;
11 - режущая кромка рыхлите¬
ля;
12-15 - всасывающие окна, вы¬
полненные размерами, увеличиваю¬
щимися по мере приближения их ме¬
стоположения к всасывающему пат-
Рис. 5.146.
рубку;
16 - привод землесоса;
17 - тяговый тросе.
Опускают устройство на грунт и включают землесос. С помощью тяговых тросов
17 перемещают устройство справа налево. При этом режущая кромка 11 заглубляется
в грунт и нарезает грунтовую стружку, которая ползет по лотку 7, из нее по мере
продвижения по лотку просеивается в окна 12 самые мелкие частицы грунта, в 13 - более
крупные и т.д. Проникшие через отверстия частицы всасываются землесосом и транс¬
портируется на поверхность.
Достоинство: возможность разработки грунтов с валунными включениями.
Недостаток: применение герметичных погружных насосов.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 1025811 ]
Назначение: разработка грунтов в подводных забоях.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.147):
1 - всасывающая труба;
2 - наконечник; 3 - соединение;
4, 5 - всасывающие патрубки; 6, 9, 12 - шарниры;
7 - клапан; 8 - хвостовик; 10 - шток гидроцилиндра 11;
13 - защитный фартук; г, R - радиусы размыва грунта;
Глава 5
327
I, II, III - положени, занимаемые клапаном 7
при работе устройства.
Всасывающее устройство опускают на дно
так, чтобы входные сечения АВ и СД всасываю¬
щих патрубков 4 и 5 соприкасались с грунтом.
Включают землесос. Частицы грунта струями во¬
ды, подтекающими ко всасам, отрываются от за¬
боя и уносятся в патрубки 5 и 4. При этом образу¬
ется зона размыва грунта радиуса г. Включают
гидроцилиндр 11 и клапан 7 переходит из положе¬
ния I в II и III и обратно. В итоге возникает пуль¬
сация потоков в патрубках 4 и 5. За счет этой
пульсации увеличивается интенсивность всасы¬
вания грунта и его размыва.
Достоинство: увеличение зоны захвата.
Недостаток: наличие подвижных частей, ра¬
ботающих под водой.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1025810]
Назначение: подводная разработка грунтов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.148):
1 - всасывающая труба; 2 - всасывающий наконечник;
3 - воздуховодная труба; 4 - крепление;
5 - подъемная цистерна; 6, 8, 10 - патрубки;
7, 9, 11 - запорные приспособления.
Исходное положение: цистерны 5 заполнены воздухом, все запорные приспособле
ния закрыты, штуцера 8 находятся в воде, всасывающая труба 1 находится над поверх
ностью воды в акватории забоя. Открывают
запорные приспособления 7, 9. Вода из ак¬
ватории по штуцерам 8 поступает в цистер¬
ны 5, вытесняет из них воздух, который по
трубкам б поступает в воздуховодную трубу
3, а из нее - в атмосферу. По мере заполне¬
ния цистерн 5 водой происходит их погру¬
жение в воду, а вместе с ними - всасываю¬
щей трубы 1 пока всасывающий
наконечник не ляжет на поверхность грун¬
та. Закрывают запорные приспособления 7
и 9. Включают в работу землесос. По окон¬
чании разработки грунта открывают запор¬
ные приспособления 9 и 11. Вода из цистерн
5 по трубке 10 вытесняется во всасывающую
трубу 1, а полость цистерн заполняется воз¬
духом. Происходит подъем цистерн 5, а с
ними - подъем всасывающей трубы 1.
Достоинство: дистанционное управле¬
ние глубиной разработки грунтов.
328
Глава 5
Недостаток: разработка только несвязных грунтов, легкоподдающихся эрозийному
размыву.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с.№ 1024562]
Назначение: подводная разработка несвязных грунтов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.149):
I - рама; 2 - всасывающая труба; 3 - всасывающий
наконечник;
4 - всасывающие окна в стенках наконечника;
5 - прилив для крепления тяги 6; 7 - шток; 8 - гидроци¬
линдр;
9 - фланцевое соединение; 10 - опора гидроцилиндра;
II - шарнир.
При выдвинутом штоке 7 гидроцилиндра 8, когда вса¬
сывающий наконечник 3 имеет вид, изображенный на ри¬
сунке, опускают устройство в акваторию забоя и включают
в работу землесос. Начинается забор воды через всасываю¬
щие окна 4. Наконечник 3 опускают на дно забоя. При
необходимости вести разработку проходки слоя меньшей
толщины вдвигают шток 7 гидроцилиндра 8. Наконечник 3
получает другие очертания и размеры, т.е. большую шири¬
ну и меньшую высоту (грушевидная форма).
Достоинство: возможность регулирования ширины и глубины разработки.
Недостаток: применим только для разработки несвязных грунтов, легко поддаю¬
щихся эрозийному размыву.
ЭРЛИФТ [ах. №1016569]
Область применения: гидротехника, строительство, сельское хозяйство.
Назначение: подъем мелкозернистых сы¬
пучих материалов со дна водоемов и скважин.
Устройство и принцип действия (рис.
5.150):
1 - подъемная труба; 2 - воздухопровод,
расположенный соосно с подъемной трубой; 3 -
смеситель; 4 - всасывающий патрубок;
5 - уплотнительная манжета; 6 - телеско¬
пический насадок;
7 - воздуховыпускные окна смесителя.
Эрлифт работает следующим образом.
Сжатый воздух по воздухопроводу 2 по¬
ступает в смеситель 3, а затем в подъемную
трубу 1, увлекая за собой гидросмесь, поступа¬
ющую в подъемную трубу 1.
Восходящий поток воды захватывает час¬
тицы песка, поступающие через телескопиче¬
ский насадок 6, всасывающий патрубок 4 и ок¬
на 7 и увлекает их вверх по подъемной трубе 1.
Движение гидросмеси указанным путем обес¬
Глава5
329
печивает уплотнительная манжета 5, изготовленная из упругоэластичного материала.
Достоинство: простота конструкции, уменьшение металлоемкости (в качестве
подъемной трубы используется эксплуатационная колонна скважины).
Недостаток: повышенный абразивный (механический) износ воздухопровода, рас¬
положенного в движущемся потоке гидросмеси.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1013583]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка торфа, сапропеля и других органических и органо-мине¬
ральных материалов.
Конструкция и принцип действия (рис.
5.151):
1 - полая фреза; 2 - экран фрезы; 3 - транс¬
портирующий шнек;
4 - всасывающая труба; 5 - лопасти фрезы;
6 - ступица;
7 - передний подшипник; 8 - ступица; 9 -
задний подшипник;
10 - ведущий вал; 12 - пустотелый вал;
13 - заборная часть грунтозаборного уст¬
ройства;
14 - всасывающая часть устройства; 15 -
цилиндрическая часть;
16 - балка; 17 - коническая часть; 18 -
подшипниковый узел;
19, 20 - полумуфты.
Работа устройства заключается в следую¬
щем.
Лопастями 5 фрезы 1 грунт отделяется от
массива и перемещается ими в осевом направ¬
лении в цилиндрическую часть 15 всасываю¬
щей трубы 4. Причем фреза экранируется поворотным экраном 2 и массивом, что
ограничивает попадание осветленной воды во всасывающую трубу 4. Внутри цилинд¬
рической части частицы грунта засасываются заборной частью 13 шнека 3, и в виде
пульпы подаются во всасывающую трубу 4. При этом длину активной зоны всасывания
рекомендовано определять, пользуясь зависимостями.
Для определения количества витков фрезы, укладываемого в зону всасывания h,
последнюю величину делят на шаг между смежными витками фрезы.
Достоинство: повышение (по сравнению с другими конструкциями) консистенции
транспортируемой пульпы.
Недостаток: ограниченная зона применения устройства по величине рабочей ско¬
рости вращения (производительности) при разработке образивных грунтов.
ГРУНТОВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА
[а.с.№ 1008368 ]
Назначение: подводная разработка грунтов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.152):
1 - рама; 2 - всасывающая труба; 3 - наконечник (всасывающий);
6
Рис. 5.151.
330
Глава 5
4 - окно; 5 - торцевая стенка наконечника; 6 - запор¬
ное тело (клапан); 7 - тяга; 8 - гидроцилиндр; 9 - опора
гидроцилиндра;
10 - шланг питания гидроцилиндра.
В исходном положении штоки 7 втянуты в гидроци¬
линдры 8, а окна 4 открыты. В этом положении грунто-
заборное устройство опускают в акваторию и включают
в работу землесос. Во всасыващий наконечник 3 засасы¬
вается вода. Заглубляют наконечник в грунт на величи¬
ну толщины слоя разработки. После этого включают в
работу правый гидроцилиндр 8 (правое тело опускается
и закрывает правое отверстие 4). Всасывание произво¬
дится только через левое окно 4. Движением справа на¬
лево разрабатывают грунт. При достижении крайнего
левого положения включают в работу правый гидроци¬
линдр 8, открывают правое отверстие 4 и опускают (за¬
глубляют) наконечник на требуемую величину толщи¬
ны разработки. При достижении нужной глубины вклю¬
чают левый гидроцилиндр 8, закрывают левое всасывающее окно 4 и движением слева
направо разрабатывают грунт до крайнего правого положения и т.д.
Достоинство: возможность работы с грунтами, имеющими валунные включения, и
возможность очистки всасывающих окон от засорения их негабаритными материалами
без остановки процесса разработки грунта.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ас №1008367]
Назначение: доноуглубительные и строительные работы, разработка породосодер¬
жащих грунтов карьеров и шахт.
Конструкция и принцип действия (рис.
5.153):
1 - всасывающий трубопровод; 2 - кольцевой
эжектор;
3 - дополнительная труба; 4 - рабочая камера;
5 - поршень;
6 - шток; 7 - шатун; 8 - кривошип; 9
- редуктор;
10 - электродвигатель.
Устройство работает следующим об¬
разом.
Вибропривод обеспечивает возврат¬
но-поступательные движения
поршня 5. При этом в зависимости
от направления движения поршня
во всасывающий трубопровод по¬
ступает увеличенное или умень¬
шенное против номинального ко¬
личество гидросмеси. Таким
образом, в зоне грунтозабора со¬
здается пульсирующий поток во¬
ды, интенсивно размывающий
грунт. Частоту вращения двигате- Рис. 5.153.
Глава 5
331
ля и ход поршня 5 можно регулировать, изменяя, тем самым, параметры потока, под¬
водимого ко всасу.
Достоинство: эффективная разработка грунтов различного состава и качества.
Недостаток: наличие поршневой группы в трубопроводе, работающем в воде со
взвесями.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 987046 ]
Область применения: гидромеханизация, гидротехнические сооружения.
Назначение: разработка грунта в подводных забоях, заросших растительностью.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.154): 1 - приводной 'вал; 2 - фрезерный
рыхлитель; 3 - нож; 4 - криволинейный нож; 5
- кольцо; 6,7 - зубья; 8 - полукольцо; 9 - всасы¬
вающий патрубок; 10 - ступица; 11-12 - болты-
фиксаторы.
При вращении приводного вала 1 и про¬
дольном перемещении устройства криволи¬
нейные ножи 4 разрезают послойно грунт, при
этом растительные остатки скользят по криво¬
линейным кромкам ножей, что способствует
их самоочищению. Ножи 3 в форме отвалов
поднимают послойно грунт и смешивают его с
водой. При вращении кольца 5 зубьями 6 и 7
срезают стебли растений, высоту среза кото¬
рых можно регулировать изменением положе¬
ния ступицы 10 кольца 5 на валу 1 и полуколь¬
ца 8 на всасывающем патрубке.
Достоинство: возможность регулировки
высоты среза донной растительности.
Недостаток: необходимость поднятия вса-
са и ручной перестановки зазора между рыхли¬
телем и всасывающим патрубком.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 663788 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка грунтов под водой.
Конструкция и функционирование (рис. 5.155):
Грунтозаборное устройство земснаряда имеет роторное кольцо 1, расположенный
в нем бункер 2, который имеет в верхней части люк 3. К нижней части бункера 2 с
помощью обечайки 4 подсоединен всасывающий трубопровод 5 и отсасывающий тру¬
бопровод 6. На консоли 7 вала 8 насажено рабочее двухстороннее колесо 9 гидротурбины
10. Гидротурбина 10 отсасывающим трубопроводом 6 посредством обечайки 4 соединена
с бункером 2, а отсасывающим трубопроводом 11 - с трубопроводом 5, параллельным
трубопроводу 11. Трубопровод 11 в месте соединения с трубопроводом 5 имеет решетку
12, которая предотвращает попадание негабаритной для гидротурбины породы. К кожу¬
ху гидротурбины 10 подсоединен подводящий трубопровод 13. Вал 14 на подшипниках
15 крепится на раме. На раме жестко укреплены бункер 2 и кожух гидротурбины 10. В
бункере по оси со всасывающим трубопроводом 5 расположен лоток 16 с подпружинен¬
ным клапаном 17.
Устройство работает следующим образом.
332
Глава 5
Землесосным снарядом созда¬
ется поток Qnu который состоит из
//
двух ПОТОКОВ Qo и Qn. Поток
и
Qo направляется ко всасу транс¬
портного трубопровода 5 через люк
3 в бункере 2, а поток Qn - через
трубу подпитки 13 гидротурбины 10
и отсасывающие трубопроводы 6 и
11. Поступив в гидротурбину на ло¬
пасти роторного колеса 9 поток Qn
начинает вращать его вместе с ва¬
лом 14, на котором закреплено ро¬
торное колесо 1 рыхлителя. Поток
Qn в кожухе гидротурбины делится:
Г
на два потока Q0 и Q0. Поток Q0
направляется по отсасывающему
трубопроводу 11, параллельному
всасывающему трубопроводу 5, в
точку соединения с последним.
Грунт захватывается роторным ко¬
лесом 1 в период прохождения ков¬
шей над верхней открытой частью 3
бункера 2, высыпается в него и вме¬
сте с водой засасывается в транспор¬
тный трубопровод 5. При этом тур¬
бина вращается быстрее за счет
увеличения потока в отсасывающем
трубопроводе 11 и 6, обусловленно¬
го большим перепадом давления на гидротурбине, как параллельной ветви. За счет
подпитывающего трубопровода 6, соединенного с бункером, куда поступает твердый
материал, подводится повышенный подпитывающий поток, способствующий дозирова¬
нию поступления твердого материала. При аварийной остановке эрлифта гидросмесь,
находящаяся в транспортном трубопроводе, устремляется вниз и через люк 16 в бункере
2, который открывается под действием обратного тока гидросмеси на подпружиненный
клапан 17, выходит за пределы бункера.
Достоинства: совмещение функций активного разрыхления грунта, его всасывания
и дозирования твердого материала в гидросмеси, а также возможность аварийного
сброса гидросмеси из устройства при остановке системы.
Недостатки: наличие большого числа вращающихся частей конструкции работаю¬
щих под водой в тяжелых условиях абразивного износа, что снижает надежность экс¬
плуатации устройства и увеличивает затраты на ремонт и замену изношенных узлов.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЭРЛИФТНОШ ЗЕМСНАРЯДА [ах.№ 546716 ]
Область применения: подводная добыча полезных ископаемых и строительных
материалов.
Назначение: разработка месторождений с большой толщиной полезного грунта под
водой.
Конструкция и функционирование:
Рис. 5.155.
Глава 5
333
Устройство состоит из (рис. 5.156):
1 - подъемной трубы; 2 - форсунки;
3 - воздухопровода;
4, 5 - соответственно основного и до¬
полнительного воздуховодов; 6 - перфори¬
рованного насадка; 7 - клапана.
Работает устройство следующим об¬
разом.
В воздухопровод 3 подают воздух, ко¬
торый по основному воздуховоду 4 посту¬
пает в форсунку 2. В случае внезапного
обрушения грунта и завала грунтозабор¬
ного устройства давление воздуха в возду¬
хопроводе 3 повышается, вследствие чего
открывается настроенный на определен¬
ное давление клапан 7 и воздух по допол¬
нительному воздухопроводу 5 через пер¬
форированный насадок 6 выходит наружу,
аэрируя обрушившийся грунт и превра¬
щая его в легкоподвижную массу, что
обеспечивает возможность извлечения
грунтозаборного устройства из завала.
Достоинство: простота реализации.
Недостаток: ограниченность приме¬
нения (перфорированный насадок 6 при
работе с мелкодисперсными и слипающимися частицами грунтов со временем может
заилиться и выйти из строя. Поэтому такое устройство не годится, например, для чистки
вертикальных шахтных отстойников, илонакопителей обогатительных фабрик и подо¬
бных технологических емкостей).
Рис. 5.156.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 4070101
Область применения: доноуглубительные работы, мелиорация.
Назначение: разрушение и транспортирование грунтов.
Конструкция устройства (рис. 5.157):
1 - водоподводящий патрубок (тангенционально подключенный к коллектору); 2 -
коллектор; 3 - расширяющая часть эжектора;
4 - цилиндрический патрубок; 5 - корпус телескопической части гидрорыхлителя;
6 - насадок, прикрепленный к телескопической части посредством гибкого шланга; 7 -
всасывающая труба (выход); 8 - входная часть эжектора.
Принцип действия устройства заключается в следующем.
При тангенциальном подводе рабочей воды в коллекторе 2 возникает вращение
потока, вследствие чего пьезометрическое давление в нем возрастает от центра к пери¬
ферии. Закрутка потока создается таким образом, чтобы струи воды в центральной
части выходили через сопло эжектора при оптимальном давлении. Поток воды, двига¬
ющийся в периферийной части коллектора, попадает в струенаправляющий канал и
вводится в патрубок 4 при большемдавлении по сравнению с эжектором.
Возможность изменения направления вылета струи гидрорыхлителя осуществлена
при помощи поводков 9 и 10, укрепленных на барабане оперативной лебедки.
334
Глава 5
6
2
Рис. 5.157.
Рис. 5.158.
Достоинства: совмещение в одном устройстве операций рыхления и всасывания
грунта, причем гидрорыхлитель выполнен с возможностью изменения расстояния от
забоя в перпендикулярном и угловом направлении.
Недостаток: ограниченная крупность частиц разрабатываемого грунта.
ЭРЛИФТ ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 216535 ]
Область применения: доноуглубительные и очистные работы на реках и озерах.
Назначение: разработка гравийно-песчаных грунтов, содержащих крупные вклю¬
чения (валуны).
Устройство и функционирование (рис. 5.158):
1 - воздуховод; 2 - подъемный трубопровод;
3 - всасывающая труба, имеющая форму усеченного конуса и расположена внутри
расширяющего конусообразного патрубка 4;
5 - цилиндрический насадок; 6 - кольцевой зазор.
Насадок 5 служит для направления потока сжатого воздуха, поступающего через
воздуховод 1, и приема пульпы. Сечение приемного отверстия насадка 5 равно сечению
подъемного трубопровода 2, что и обеспечивает разработку гравийно-песчаных грунтов
с включениями больших размеров, вплоть до размера диаметра подъемного трубопро¬
вода эрлифта.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: большой удельный расход сжатого воздуха.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с.№ 178749]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: траншейная разработка грунта на дне водоемов.
Конструкция и функционирование (рис. 5.159):
1 - всасывающие патрубки; 2 - наконечники;
3 - заборный конец общего трубопровода 4; 5 - шаровое соединение; 6 - сопло; 7 -
напорный трубопровод;
Глава 5
335
Рис. 5.159.
8 - центральный патру¬
бок водовода; 9 - напорный
водовод;
10 - гибкий шланг.
Устройство работает следую¬
щим образом.
Всасывающие патрубки опу¬
скают на дно забоя и включают зем¬
лесос. Производят разработку
грунта путем нарезки N ярусов (по
числу всасывающих патрубков).
При забивки какого-либо патрубка
включают подачу чистой воды по
напорному трубопроводу 7 к насад¬
ке 6. Поток воды, вытекающий из
насадки 6, размывает пробку заку¬
порки и нормальная работа всасы¬
вающего патрубка возобновляется.
Достоинство: возможность
очистки всасывающего наконечни¬
ка от закупорки.
Недостаток: неопределенность момента подачи воды для очистки и неопределен¬
ность порядкового номера включающего патрубка нуждающего в очистке.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗЕМЛЕСОСНЫХ МАШИН [а.с№ 3235151
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: доноуглубительные работы в заболоченных водоемах.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.160):
1 - грунтовый насос; 2 - полый вал; 3 - вал; 4, 5 - двигатели;
6 - фрезерный рыхлитель с ножами; 7 - всасывающий патрубок;
8,9- режущие элементы с зубьями.
Принцип действия грунтозаборного уст¬
ройства заключается в следующем.
Двигатель 4 через вал 2 приводит в дейст¬
вие грунтовый насос 1. Двигатель 5 через вал 3
приводит во вращение фрезерный рыхлитель 6
и одновременно режущие элементы с зубьями
9. Последние относительно неподвижных эле¬
ментов с зубьями 8 образуют стригущее при¬
способление для резания растительности. Од¬
новременно корни растительности и грунт
разрабатываются ножами фрезерного рыхлите¬
ля 6 и посредством осевого грунтового насоса 1
поступают в напорный трубопровод для транс¬
портирования.
Достоинство: разработка грунтов с расти¬
тельностью.
Недостаток: ограниченная глубина разра¬
ботки и наличие двухприводной конструкции. £
Рис. 5.160.
336
Глава 5
ВСАСЫВАЮЩАЯ ТРУБА [а.с. № 335441 ]
Область применения: строительство, горное
дело.
Назначение: откачка воды из технологиче¬
ских емкостей.
Устройство и принцип действия (рис. 5.161):
1 - всасывающая труба; 2 - сосуд; 3 - насос;
4 - отверстие, расположенное во всасываю¬
щей трубе выше уровня жидкости; 5 - клапан; 6 -
пружина клапана.
Под действием вакуума, создаваемого насо¬
сом 3, жидкость поднимается в трубе 1 на высоту
А. Для подъема ее на высоту Б (Б > A'j ъ тру¬
бе 1 выполнено отверстие 4, расположенное над
уровнем жидкости. В трубе образуются пузырьки
воздуха, которые, поднимаясь, расширяются под
влиянием вакуума и, подобно поршенькам, под¬
нимают жидкость на добавочную величину. Та¬
ким образом, происходит увеличение высоты вса¬
сывания.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: критичность к размеру отвер¬
стия, которое со временем «затягивается» (при чи¬
стой воде) или вовсе закупоривается (при гряз¬
ной, содержащей мелкие частицы твердого
материала). Попадание воздуха в насос уменьша¬
ет его подачу и может явится источником кавита¬
ционного режима работы.
ВИБРАЦИОННОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ
УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО
СНАРЯДА [а.с. № 379750 ]
4
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: доноуглубительные работы.
Конструкция и функционирование (рис. 5.162):
1 - объемная решетка; 2 - всасывающий наконечник;
3 - упругие элементы; 4 - вибропривод; 5 - шаровой шарнир;
6 - амортизатор; 7 - ползуны.
Устройство работает следующим образом.
Погружают устройство в воду до вибропривода, запускают в работу землесос и
вибратор. Решетка 1 приобретает направленные колебания. Под действием вибрации
грунт разрыхляется, засасывается землесосом и транспортируется к месту складирова¬
ния. При упоре решетки в грунт упругие элементы 3 деформируются пропорционально
усилию, развиваемому попильонажной лебедкой, и решетка поворачивается на неко¬
торый угол относительно центра шарового шарнира.
Достоинства: 1. эффективная разработка песчаных залежей;
2. наличие виброизоляции рамы земснаряда.
Глава 5
337
Рис. 5.
Недостатки: 1. ограниченная глубина разра¬
ботки;
2. ограниченный радиус зоны захвата.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 383800 ]
Область применения: строительство.
Назначение: разработка мелкозернистых ма¬
териалов (например, песка) в подводных забоях.
Конструкция и функционирование (рис.
5.163):
1 — рабочая камера; 2 — поршни-дис¬
ки; 3 — вибропривод; 4 — двигатель; 5 —
несущая рама; 6 — всасывающий наконеч¬
ник; 7— импульсные трубы; 8 — направля¬
ющие патрубки гидрорыхлителя.
Поршни-диски 2, получающие колебатель¬
ные движения от вибропривода 3, установлены в
рабочих рамерах 1 ниже уровня воды. Рабочие
камеры соединены трубами с направляющими
патрубками 8 гидрорыхлителя. Можно использо¬
вать несколько параллельно установленных рабочих камер с трубами и направляющи¬
ми патрубками, что обеспечивает более эффективное разрушение грунта.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Включают вибропривод 3, в результате движений поршней в воде возникает удар¬
ная волна, движущаяся по трубам 7 к патрубкам 8 гидрорыхлителя, откуда передается
на забой, где происходит разрушение грунта под воздействием дископеременной удар¬
ной нагрузки. Пульпа поступает во всасывающий наконечник и транспортируется на
карты намыва грунта.
Достоинство: совмеще¬
ние операций разрушения
массива и всасывания твер¬
дых частиц.
Недостатки: 1. отрица¬
тельное влияние ударных
волн в воде на фауну водо¬
ема;
2. частая смена
позиции всасывающего уст¬
ройства из-за небольшой
зоны захвата твердых час¬
тиц.
НОУ-ХАУ: амплитуда
и частота колебаний пото¬
ка, выходящего из направ¬
ляющих патрубков гидро¬
рыхлителя.
Возможное решение:
использовать регулируе- „
Рис. 5.163.
338
Глава 5
мыи кривошинно-шатунный механизм пульсатора, позволяющий регулировать ампли¬
туду и частоту движения дисков-поршней в рабочих камерах.
ПОДПИТЫВАЮЩИЙ ПАТРУБОК
[а.с.№ 384994]
Область применения: гидромеханизация в 7
горной промышленности.
Назначение: удаление шлама, перекачива¬
ние пульпы.
Устройство и принцип действия (рис. 5.164):
I - корпус U-образного профиля; 2 - обечай¬
ка;
3 - заборный всасывающий трубопровод; 4 -
наклонные пластины;
5 - шиберная задвижка; 6 - тяга шиберной
задвижки;
7 - привод шиберной задвижки; 8 - подпи-
точное отверстие;
9 - подпйточнвя полость; 10 - регулировоч¬
ный патрубок;
II - шиберная задвижка; 12 - тяга шиберной
задвижки;
13 - привод регулировочного шибера.
Корпус 1 выполнен с открытой стенкой, а
между боковыми стенками закреплены наклон¬
ные пластины 4 так, что наружный торец одной
пластины находится на уровне не выше внутрен¬
него торца другой пластины. Угол наклона пла¬
стины 4 выбирается таким, чтобы он был не мень¬
ше угла трения покоя твердого материала.
При заполнении зумпфа гидросмесью под¬
питывающий патрубок заполняется твердым ма¬
териалом так, что материал располагается под
наружным торцом каждой пластины с углом ес¬
тественного откоса, а нижняя граница откоса ле¬
жит на нижнележащей пластине. По мере опо¬
рожнения зумпфа подпиточный патрубок
обнажается и материал, расположенный на пла¬
стинах, наклоненных под углом, превышающим
угол трения покоя твердого материала, сползает
с пластин, очищая окна.
При открывании шиберной задвижки 5 вода,
находящаяся над твердым материалом, через ок¬
на поступает в подпитывающий патрубок и, регулируя степень открытия шиберных
задвижек 5 и 11, устанавливают заданную консистенцию гидросмеси или промывают
гидротранспортную систему.
Достоинство: возможность регулирования консистенции гидросмеси, вплоть до
перевода гидротранспортной установки в режим промывки трубопровода.
W
Рис. 5.164.
Глава 5
339
Недостаток: возможность забивки подпитывающих зазоров между наклонными
пластинами щепой, проволокой, металлом и другими материалами, находящимися в
зумпфе шахтных гидротранспортных установок.
ВИБРАЦИОННОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГОС
НАРЯДА [а.с.№ 387093]
Область применения: гидромеха¬
низация.
Назначение: земляные работы
при доноуглублении и намыве дамб,
плотин.
Конструкция и функционирова¬
ние (рис. 5.165):
1 — всасывающий наконечник;
2 — объемная решетка; 3 — амортиза¬
торы, соединяющие объемную решет¬
ку со всасывающим наконечником;
4 — вибропривод; 5 — верхняя часть
разъемного корпуса обтекателя;
6, 7 — кольца объемной решетки;
8 — соединительные стержни объем¬
ной решетки; 9 — съемные стержни
(наружные); 10 — вибратор.
Грунтозаборное устройство рабо¬
тает следующим образом.
При работающем земснаряде и
включенном вибраторе грунтозабор¬
ное устройство опускают в подводный
забой до тех пор, пока он не коснется
забоя объемной решеткой. Вибра¬
цией, передаваемой на решетку, про¬
изводят разрушение грунта забоя. Ча¬
стицы грунта засасываются вместе с
водой во всасывающий наконечник.
Достоинство: совмещение в од¬
ной конструкции операций разруше- рис 5 155
ния слежавшегося грунта и всасыва¬
ние частиц.
Недостатки: ограниченная зона всасывания, сложность конструкции, невысокая
надежность работы амортизаторов в тяжелых условиях эксплуатации, отрицательное
влияние вибрации на фауну водоема.
НОУ-ХАУ: конструкция вибратора и вибропривода.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСГГОЙСТЮ ЩЦРОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ [ас. №407009]
Область применения: гидротранспорт в угольной, строительной, металлургиче¬
ской, горнорудной промышленностях.
Назначение: очистка технологических емкостей.
Конструктивные особенности и функционирование (рис. 5.166):
340
Глава 5
1 - всасывающий патрубок; 2 -
горизонтальный участок всасываю¬
щего патрубка, погруженный в слой
твердого материала;
3 - приемное окно, выполненное
ниже горизонтальной оси;
4 - подпитывающий патрубок; 5
- регултровочный шибер;
6 - привод шибера 5.
При работе устройства твердые
частицы под действием гравитацион¬
ных сил сползают по образующей ес¬
тественного откоса в приемное окно
3, где смешиваются с потоком воды,
поступающей через подпитывающий
патрубок 4 и регулировочный шибер
5, и увлекаются в горизонтальный
участок всасывающего патрубка.
Достоинства: простота конструкции, воз¬
можность регулировки плотности перекачивае¬
мой гидросмеси.
Недостатки: ограниченная зона захвата и не¬
равномерная подача твердого материала во всасы¬
вающую линию гидротранспортной установки.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 514936 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка грунта в подводных
забоях.
Конструкуия и функционирование (рис.
5.167):
1 — рама; 2 — всасывающий трубопровод;
3 —- расширяющийся всасывающий наконечник;
4 — неподвижные ножи; 5 — фрезерный разрых¬
литель; 6 — приводной вал; 7 — подшипник;
8—гидропривод; 9—подвижные ножи; 0—опор¬
ное кольцо; 11— обтекатель; 12 — ступица опор¬
ного кольца.
Устройство работает следующим образом.
Рама с вращающимся разрыхлителем и
включенным землесосом подается на забой. Наре¬
занные отвалами фрезы пласты грунта скользят
во внутреннюю полость фрезы, подхватываются
потоком воды, увлекаются во входное сечение на¬
конечника 3, где пласты грунта и растительные
включения измельчаются ножами 4 и 9. При этом
Рис. 5.167.
Глава 5
341
максимальное проходное сечение между указанными ножами не превышает проходного
сечения землесоса.
Достоинства: возможность разработки грунтов, содержащих растительные вклю¬
чения, а также защита всасывающего наконечника от попадания в него негабаритных
включений.
Недостатки: ограниченная ширина захвата, небольшая глубина разработки грунта.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 606953 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: открытые горные работы с по¬
мощью земснарядов.
Конструктивные особенности и принцип дей¬
ствия (рис. 5.168):
1 - всасывающий наконечник; 2 - водоподво¬
дящий коллектор;
3 - рыхлящие гидромониторные насадки; 4 -
эжектирующий насадок; 5 - кольцевая щель, на¬
ружный диаметр которой меньше диаметра всасы¬
вающего наконечника, выполняющего одновре¬
менно роль камеры смешения, а внутренний
диаметр соответствует величине сечения грунто¬
вого насоса.
Принцип действия устройства заключается в
следующем. От насоса по водоподводящему коллектору 2 рабочая вода для эжектиро-
вания подается в эжектирующий насадок 4, из которого она истекает через кольцевую
щель 5 во всасывающий наконечник 1. Часть рабочей воды истекает через разрыхляю¬
щие гидромониторные насадки 3 и создает зону диффузии. Подсасываемый поток фор¬
мируется как по внешней, так и по внутренней поверхности эжектирующей струи, при
этом часть его протекает через внутреннюю осевую полость кольцевого зжектирующего
насадка 4.
Достоинство: эффективность разработки донных отложений.
Недостаток: ограниченная крупность транспортируемых частиц и опасность заку¬
порки внутреннего подводящего кольцевого
канала негабаритными включениями.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
£ ЗЕМЛЕСОСНОГОСНАРЯДА [ас. №612031]
Назначение: подводная разработка
грунта, проросшего растениями.
Конструкция и функционирование
(рис. 5.169):
1 - всасывающая труба; 3 - выпуклый
экран; 3 - нож; 4 - ступица крепления но¬
жей; 5 - вал; 6 - опорное кольцо, соединяю¬
щее ножи 3; 7 - дополнительные ножи,
смонтированные на опорном кольце 6.
При работе устройства грунт режется
рабочими ножами 3, образующая гидро¬
Рис. 5.169.
Ш
Глава 5
смесь поступает во всасывающую трубу 1, всасываемый поток интенсифицируется
вращающимися ножами 3 и 7.
При наличии в грунте больших частей растений они попадают в зазор между
внутренними кромками ножей 3 или 7 и кромкой всасывающего отверстия трубы 1 и
разрубаются на части. Причем ножи 7 вытянуты и изогнуты по спирали в направлении
всасываемого потока. Эти ножи выполнены укороченными по сравнению с ножами 3 и
не доходят до рабочей зоны, не создавая тем самым дополнительного сопротивления
всасыванию. Внутренние кромки ножей 7 заточены по форме экрана 2. Таким образом,
между кромками ножей 7 и кромкой отверстия всасывающей трубы 1 образуется равно¬
мерный по ширине измельчительный зазор.
Достоинство: предотвращение засорения всасывающего наконечника растительно¬
стью за счет конструктивного решения рабочих и дополнительных ножей.
Недостаток: ограниченная глубина разработки и ограниченная зона захвата.
СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ НЕГАБАРИТНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА
ВСАССЕ ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 609897 ]
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.170):
1 - грунтоприемник; 2 - решетка; 3 - положительный электрод;
4 - отрицательный электрод; 5 - ге¬
нератор импульсов тока;
6 - рефуленый насос; 7 - электро¬
двигатель насоса; 8 - напорный трубоп¬
ровод.
Негабаритные минеральные вклю¬
чения удерживаются под решеткой ва¬
куумом порядка 0,7 ати и потоком пуль¬
пы. Одновременно создают
электрические разряды над решеткой и
дробят материал, прижатый к решетке
снизу, струями пульпы с давлением 800
ати и более. Образующиеся мелкие кус¬
ки свободно проходят через решетку
вверх по грунтоприемнику.
Достоинство: простота реализации.
Недостаток: отрицательное влия¬
ние импульсного напряжения и создаваемых при этом волн в среде большой интенсив¬
ности (микрогидроудары) на фауну водоема, где производится разработка грунта.
Рис. 5.170.
ВСАСЫВАЮЩИЙ НАКОНЕЧНИК ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 613106 ]
Область применения: гидромеханизация земляных работ.
Назначение: разработка грунтов в подводных забоях.
Устройство и принцип действия (рис. 5.171):
1 - всасывающий наконечник; 2 - устье с торообразным очертанием грушевидной
формы; 3 - образующие; 4 - ребра наконечника; 5 - криволинейный канал торообразного
устья.
Работает всасывающий наконечник следующим образом.
Глава 5
343
Наконечник 1 опускают на грунт. За
счет разрежения к устью наконечника
подтекает вода. Ребрами 4 спирального
очертания поток закручивается на подходе
к устью 2. Этот поток втекает в криволи¬
нейные каналы 5 и получает еще большую
закрутку. Завихренными струями более
интенсивно размывается грунт, к которо¬
му приближен наконечник.
Перемещением влево или вправо,
производят смыв грунта на полосе, равной
по ширине диаметра всасывающего устья
наконечника.
Достоинство: интенсификация грун-
тозабора за счет подкрученных струй во¬
ды.
Недостаток: неэффективность разра¬
ботки плотных грунтов и ограниченный
радиус захвата наконечника.
Рис. 5.171.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТГОЙСТЮ
ЗЕМЛЕООСНОГОСНАРЯДА [ае. №646010]
Область применения: гидромеханиза¬
ция земляных работ.
Назначение: разработка тяжелых сле-
жащихся грунтов.
Состав устройства (рис. 5.172):
1 - всасывающая труба; 2 - цилиндр; 3 -
редуктор;
4 - гидропривод; 5 - подводящие патруб¬
ки гидропривода;
6 - подшипники; 7 - рама; 8 - отвально¬
режущие лопасти грунтозаборного устрой¬
ства, закрепленные на вращающемся ци¬
линдре 2.
Устройство работает следующим образом.
От гидропривода 4 вращение передается цилиндру 2 через редуктор 3. При враще¬
нии цилиндра 2 отвально-режущими лопастями 8 производится разрыхление грунта.
Рис. 5.172.
344
Глава 5
Разрыхленный грунт по внутренней образующей лопасти поступает к основанию лопа¬
сти, где расположено щелевидное всасывающее отверстие. Разрыхленный грунт с водой
поступает в отверстие БВГД. Чтобы в это отверстие
не попали негабаритные включения, отверстие БВГД
по длине разделено перегородками на ячейки, равные
$ ^ по размерам проходному сечению землесоса.
Достоинство: возможность принудительной пода¬
чи грунта ко всасывающей щели.
Недостаток: ограниченная глубина разработки
грунта.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО [а.с. №663789]
Назначение: разработка несвязных грунтов с ва¬
лунными включениями.
Конструктивные особенности и функциониро¬
вание (рис. 5.173):
1 - всасывающая труба; 2 - начальный участок
всасывающей трубы; 3 - полые отвалы; 4 - полая
ступица крепления отвалов;
5 - отверстия; 6 - подшипники; 7 - рама; 8 -
приводной вал;
9 - привод; 10 - редуктор.
Устройство работает следующим образом.
Приводом 9 через редуктор 10 приводят во вра¬
щение начальный участок 2 всасывающей трубы 1.
Раму 7 грунтозаборного устройства землесосного
снаряда опускают под воду, включают в работу угле¬
сос. Через отверстия 5 в передних стенках отвалов
вода поступает в отвалы 3, а через них - в полую
стружку 4 и всасывающую трубу 1. Отвалы подводят
к грунту и врезают в него. Начинается рыхление и
всасывание грунта.
Достоинство: возможность разработки тяжелых
грунтов.
Недостаток: небольшая глубина разра¬
ботки.
ПРИЕМНЫЙ НАКОНЕЧНИК СОСУНА
ЗЕМЛЕСОСА [а.с. № 699115]
Назначение: транспортирование жид¬
ких и сыпучих сред.
Устройство и функционирование (рис.
5.174):
1 - всасывающая труба; 2 - всасываю¬
щий патрубок; 3 - решетка;
4 - пневмо- или гидроцилиндры; 5 -
штоки-поршни цилиндров;
Рис. 5.173.
Глава 5
345
6 - аерсекающиеся (в плане) пластины (две и более);
7 - бандаж; 8 - питающие шланги гидро- (пневмо-) цилиндров;
9 - выступающие за плоскость зева штыри, установленные в плане в шахматном
порядке и образующие внешнюю решетку различной длины: длиные штыри располага¬
ются ближе к оси решетки, короткие - на периферии. Полосы 6 проходят либо между
штырями 9, либо имеют отверстия под ними.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении поршни-штоки втянуты в цилиндры, бандаж 7 находится
над патрубком 2, крестовина прижата к решетке 3. При засасывании пульпы находящи¬
еся в ней крупные предметы задерживаются решетками 3 и составленной из штырей 9
и оседают в осевой зоне устройства. Со временем они могут полностью забить эту зону
и движение пульпы по ней прекратится. В это время происходит всасывание пульпы с
периферии решетки 3, но режим работы механизма изменяется либо в сторону умень¬
шения подачи пульпы, либо в сторону увеличения мощности, потребляемой двигателем
насоса. При изменении хотя бы одного из указанных параметров через шланги 8 в
цилиндры 4 подается среда, давление которой выдвигает штоки из цилиндров.
Крестовина перемещается вдоль штырей 9 от решетки к засоренным концам шты¬
рей. В процессе движения полосы 6 выталкивают сорные предметы неустройства и
очищают его. Затем давление в цилиндрах 4 стравливается, штоки 5 под действием
пружин втягиваются в цилиндры и устройство принимает исходное положение.
Достоинство: возможность очистки всасывающего наконечника без его поднятия
над водой.
Недостаток: наличие упругих элементов и поршневых пар, работающих в тяжелых
загрязненных условиях, что резко снижает надежность функционирования устройства.
ЗЕМЛЕСОС [ах. N 767397 ]
Назначение: подводная разработка грунта.
Устройство и принцип действия (рис. 5.175):
1 - корпус; 2 - рабочий орган (рабочее колесо насоса);
3 - механический рыхлитель в виде короба; 4 - верхняя крышка;
5 - нижняя крышка; 6 - решетка ножей; 7 - выступ с боковыми стенками, располо¬
женными под углом, вершина которого обращена к рабочему органу; 8 - привод; 9 -
продольные ножи;
10 - поперечные ножи;
11 - тяговый канат.
Землесос работает сле¬
дующим образом.
После спуска его на дно
водоема включают привод
8. С помощью канатов 11 ус¬
тройство перемещают впра¬
во. Ножи 9 и 10 врезаются в
грунт и нарезают его струж¬
ками определенного разме¬
ра. Струями воды, поступа¬
ющими в ячейки между
ножами 9 и 10 стружки
грунта изламываются в
комья, которые увлекаются
водой в землесос. Нижние Рис. 5.175.
346
Глава 5
стружки принудительно перемещаются по правой боковой стенке выступа 7, т.е. по
конхоиде Никомеда. В это время по левой ее стенке течет вода. В вершине 7 грунтовая
стружка и вода встречаются и гидросмесь увлекается в рабочий орган 2.
Достоинство: совмещение операций всасывания и разрушения грунта.
Недостатки: ограниченная глубина разработки, сложность маневрирования при
работе, неэффективность разрушения грунта при наличии в нем связных пород.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 857365 ]
Область применения: гидромехани¬
зация земляных работ.
Назначение: подводная разработка
грунта.
Конструкция и принцип действия
(рис. 5.176):
1 - всасывающая труба; 2 - кониче¬
ский наконечник; 3 - насадка;
4 - соединение; 5 - решетка с ячейка¬
ми 6; 7 - зоны активного всасывания.
Работа устройства осуществляется
следующим образом.
При включенном землесосе создает¬
ся ток воды в насадку 3, из нее - в нако¬
нечник 2, а из наконечника - во всасыва¬
ющую трубу 1.
Насадку 3 подводят к грунту. Струи
воды, подтекающие к ячейкам 6 в нижней
части насадки 3, размывают, увлекают и
уносят грунт через ячейки 6 в насадку 3,
которая заглубляется в грунт.
После разработки грунта устройство
поднимают над забоем и промывают во¬
дой, засасывая воду из верхних слоев ак¬
ватории. После этого устройство готово к дальнейшей работе.
Достоинство: сохранение чистоты водной поверхности акватории.
Недостатки: ограниченная зона захвата, недостаточно высокая размывающая спо¬
собность особенно при разработке уплотненных и связных грунтов, возможность заку¬
порки всасывающих ячеек негабаритными частицами грунта.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 857366 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.177):
1 - всасывающая труба; 2 - рама грунтозаборного устройства;
3 - всасывающий наконечник; 4 - всасывающее устройство, выполненное в виде
полого тела конусной формы;
5 - всасывающие окна; 6 - наголовник; 7 - трубки, в стенках которых выполнены
всасывающие окна 8; 9 - полый тор (коллектор); 10 - водоподводящая трубка.
Устройство работает следующим образом.
Глава 5
347
При включенном в работу землесосе к вса¬
сывающим окнам 5 подтекает вода из окружа¬
ющего бассейна и далее вода поступает во вса¬
сывающую трубу 1. Одновременно вода по
трубке 10 поступает в тор 9, а из него - в трубки
7. Изливаясь из окон 8, смешивается с общим
потоком и поступает через окна 5 во всасываю¬
щее устройство 4. Размыв грунта происходит за
счет эрозии грунта и перемещения его в зону
всасывания.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: неэффективная работа уст¬
ройства на плотных и связных грунтах.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ах. №857368 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разрабока грунта.
Конструкция и функционирование (рис.
5.178):
1 - всасывающая труба; 2 - щелевой нако¬
нечник; 3 - насадка в виде гармоники с рам¬
ками АВ и СД с шарнирами в точках С и Д;
4 - шток гидроцилиндра 5; 6 - рама
грунтозаборного устройства землесосного
снаряда.
Работа устройства заключается в сле¬
дующем.
Определяют закономерности опти¬
мального значения угла СДЕ. Выдвижени¬
ем штока 4 устанавливают рамку СД в по¬
ложение соответствующее оптимальному
значению угла СДЕ. Перемещая устройст¬
во в направлении стрелки, производят раз¬
работку грунта. При изменений вида грунта или характер его залегания заново опреде¬
ляют оптимальный угол наклона рамки СД и устанавливают этот угол на всасывающем
устройстве.
Достоинство: простота настройки угла и разработка различного рода несвязных
грунтов.
Недостаток: неопределенность момента необходимого изменения угла наклона
рамки.
Hemp. д£цжен.
Рис. 5.178.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ах. N 861495 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная добыча грунта.
Конструкция и функционирование (рис. 5.179):
348
Глава 5
Рис. 5.179.
1 - погружной землесос; 2 - напорный
патрубок; 3 - всасывающий патрубок; 4 -
привод; 5 - механический разрыхлитель;
6 - тяговый трос; 7 - продольные ножи; 8 -
поперечные ножи.
Устройство работает следующим об¬
разом.
Решетка из ножей 8 и 7 лежит на дне.
Землесос 1 включен. Производят переме¬
щение тросом 6. При перемещении уст¬
ройства по дну ножами 7 и 8 срезают
грунт. Разрыхленный грунт подхватыва¬
ется потоком воды и поступает во всасы¬
вающий патрубок 3 землесоса 1 и далее -
в напорный патрубок 2. С поступлением
грунта в землесос последний начинает ра¬
ботать с вибрацией, которая передается
разрыхлителю 5. При дальнейшем пере¬
мещении устройства эффективность раз¬
рыхления грунта увеличивается.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: небольшая зона захвата и неэф¬
фективность использования устройства на плот¬
ных грунтах.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ас №870602]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная добыча грунта.
Конструкция и функционирование (рис.
5.180):
1 - всасывающая труба; 2 - пульповсасываю¬
щий наконечник;
3 - водоводный всасывающий наконечник; 5 -
гидроцилиндр;
6 - шток гидроцилиндра; 7 - шарнир; 8 - грунт
забоя;
9 - пульпа.
Работа устройства осуществляется следую¬
щим образом.
Шток 6 выдвинут в гидроцилиндр 5, а нако¬
нечник 4 - в трубу 3. Включают в работу грунто¬
вый и водяной насосы. В трубы 1 и 3 засасывается
вода. Подводят устройство к грунту 8. Подтекаю¬
щими к устью наконечника струями воды грунт
размывается. Образуется зона размыва. В середи¬
не зоны размыва подымается вверх поток пульпы.
Сечение потока больше сечения пульповсасывающего наконечника 2. В этом случае
пульпа засасывается в наконечник 2, из него поступает в трубу 1. При этом часть пульпы
Рис. 5.180.
Глава 5
349
поступает в пространство между стенками наконечников 2 и 4, попадает вместе с водой
в водоводную трубу 3 и транспортируется к водяному насосу. Обнаружив просос пуль¬
пы, включают в работу гидроцилиндр 5. Выдвижением штока 6 производится выдвиже¬
ние наконечника 4 до тех пор, пока поток пульпы в зоне размыва не станет равно
сечению устья наконечника 2.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: невысокая надежность работы телескопических пар при увеличении
глубины разработки, мала эффективность размыва грунта, осуществляемая только за
счет эрозии грунта.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМСНАРЯДА [а.с.№ 897971 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грун¬
та.
Конструкция и функционирование (рис.
5.181):
I - всасывающая труба; 2 - всасывающий
наконечник;
3 - плита с окнами 4 и 5; 6 - зубья; 7 -
кожух; £
8 - соединение; 9 - шарнирный узел подве¬
ски кожуха 7 к всасывающему наконечнику 2;
10 - грунтовый насос;
II - электродвигатель; 12 - всасывающий
патрубок;
13 - нагнетательный патрубок; 14 - наса¬
док; 15 - разрабатываемый грунт; 16 - папиль-
онажный трос; 17 - подъемный трос;
18 - электрокабель; 19 - зона размыва.
Устройство работает следующим образом.
Включают в работу грунтовый насос 10, вода из акватории через окно 4 поступает
во всасывающий патрубок 12 и под напором выбрасывается из насадка 14. Потоком воды
из насадка 14 грунт 15 размывается, взвешивается. Образуется зона размыва 19. Из
зоны 19 размыва гидросмесь засасывается во всасывающий наконечник 2, а из наконеч¬
ника поступает во всасывающий трубопровод 1. При работе грунтового насоса 10 возни¬
кает вибрация, которая передается через плиту 3 зубьям 6. Зубья 6 производят вибра¬
ционное разрушение грунта, частички которого захватываются через окно 4 грунтовым
насосом 10.
Достоинство: совмещение операции разрушения грунта и захвата его частиц.
Недостаток: ограниченная зона захвата и возможность забивки сопла, частицами
грунта, попавшими через окно 4 в грунтовый насос 10 при разрушении массива зубьями
6.
Однако данное устройство может быть успешно применено при чистке форватеров
рек на илистом и мелкозернистом материале.
350
Глава 5
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с. № 901399 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка сапропеля.
Конструкция и функционирование (рис. 5.182):
1 - всасывающий патрубок; 2 - направляю¬
щий аппарат с неподвижными лопатками 3; 4 -
ступица; 5 - опорное кольцо;
6 - ножи; 7 - вал; 8 - шнек; 9 - гидропривод.
Принцип действия грунтозаборного устрой¬
ства заключается в следующем.
Двигатель 9 через вал 7 приводит во враще¬
ние шнек 8 и ножи 6 с опорным кольцом 5, которое
при подаче устройства в осевом направлении вре¬
зается в залежь сапропеля и предотвращает заса¬
сывание воды и разбрасывание разрушаемых но¬
жами 6 фрезерного рыхлителя кусков сапропеля,
структура которого при продавливании через на¬
правляющий аппарат 2 разрушается.
После направляющего аппарата разрушен¬
ная масса сапропеля поступает на шнек 8, кото¬
рый, благодаря шагу навивки, возрастающему по
мере сужения проходного сечения всасывающего
патрубка, увеличивает осевую скорость потока и
создает возможность транспортировать сапропель
естественной влажности по трубам, диаметр кото¬
рых в несколько раз меньше диаметра всасываю¬
щего отверстия. Шнек для более равномерной
подачи сапропелевой массы в трубопровод конст¬
руктивно выполнен многозаходным, но возмож¬
но, что для создания транспортабельной по пуль¬
поводу массы естественной влажности достаточно
установить и однозаходный шнек.
Достоинства: 1. расположение грунтового на¬
соса и всасывающего устройства в одном корпусе;
2. высокая эффективность работы за
счет транспортирования сапропеля естественной
влажности;
3. возможность получить продукцию без обвалования поля намыва.
Недостаток: необходимость частой перестановки грунтозаборного устройства на
новое место.
Данное грунтозаборное устройство может быть успешно применено для очистки
емкостей или колодцев, отстойников, помсйниц от шлама, просыпи в шахтных услови¬
ях с нагрузкой выдаваемого шлама в вагонетки для дальнейшей его транспортировки.
Тем самым может быть использовано как средство механизации неквалифицированно¬
го ручного труда при очистках емкостей в шахтах и обогатительных фабриках от
шламов.
2 ЛЛ J
v JlD г
> » \~жг6
S,г уз
CSZZEZZE
5 6
Рис. 5.182.
Глава 5
351
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ал. № 909036 ]
Рис. 5.183.
Область применения: гидромеханизация земляных работ в горном деле.
Назначение: подводная разработка грунтов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.183):
1 - наконечник всасывающей трубы;
2 - конусообразный экран; 3 - коническая
обечайка; 4 - струенаправляющие выход¬
ные отверстия; 5 - коллектор; 6 - выходящие
патрубки; 7 - входной патрубок, присоеди¬
няемый к водоподводящей магистрали;
8 - направляющие.
Устройство работает следующим обра¬
зом.
При работе землесоса нижняя часть эк¬
рана прижимается к грунту. Напорный по¬
ток воды от насоса по водоподводящей ма¬
гистрали коллектора 5 поступает в проме¬
жуток между обечайкой и экраном и достигает закругленной части устройства. Весь
поток закручивается под острым углом к продольной оси устройства наклонными стру¬
енаправляющими выходными отверстиями. За счет гидродинамической силы слой грун¬
та разрыхляется и размывается, начиная с периферии забоя к всасывающему отвер¬
стию. При этом исключается выброс размытого грунта на наружную сторону, т.к. струи
закручены по винтовой линии внутрь экрана и размытый грунт увлекается ими к центру
устройства в зоне активного всасывания.
Достоинство: предотвращение взмучивания аква¬
тории забоя.
Недостатки: ограниченная зона разработки забоя
(не более контура всасывающего устройства).
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [а.с.№ 945296]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.184):
1 - всасывающая труба; 2 - всасывающий патрубок,
выполненный в виде гибкого шланга; 3 - шарнирное
соединение; 4,5- звенья гибкого шланга; 6 - шарнирное
соединение между звеньями 4 и 5; 7 - всасывающие окна
в стенках шлангов; 8 - рыхлящие ребра, выполненные из
прочного, износостойкого материала. Размещены по пи-
рали между окнами. Ребра выполнены прерывистыми
для достижения гибкости шлангов.
Устройство работает следующим образом.
Погружают устройство в акваторию забоя. При
этом всасывающая труба 1 наклонена к горизонту под
острым углом (не превышающем 60° ). Звенья 4 и 5
шлангов изогнуты так, что концы звеньев 5 свисают
вниз. Включают землесос. Опускают устройство на дно
забоя. Всасывающую трубу перемещают в направлении,
352
Глава 5
указанном на рис. 5.184. При перемещении по дну звеньев 4 и 5 происходит разработка
и забор грунта. Многократным протягиванием шлангов разрабатывают грунт до проек¬
тной отметки по глубине.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: ограниченная зона всасывания и отсутствие дозирования твердого
материала и, как следствие, низкая концентрация частиц в потоке гидросмеси.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ах. N 956700]
Область применения: доноуглубительные работы.
Конструктивные особенности и принцип действия (рис. 5.185):
1 - грунтоприемник; 2,3,4 - вса¬
сывающие патрубки (2, 4 - поворот¬
ные; 3 - жестко укрепленный);
5 - общий трубопровод; 6 - шар¬
нирные соединения всасывающих
патрубков; 7 - рама; 8 - кронштей¬
ны; 9, 10 - ось вращения; 11, 12 -
гидроцилиндры для перемещения
боковых всасывающих патрубков (2,
4) в одной плоскости с патрубком 3;
13 - водовод, подающий воду для рых¬
ления грунта.
Грунтозаборное устройство ра¬
ботает следующим образом.
Устройство опускают на грунт,
включают землесос и подают воду по
трубопроводу 13 к насадкам, распо¬
ложенных на всасывающих патруб¬
ках. При доноуглублении с увеличе¬
нием толщины снимаемого слоя
высота гребней между всасывающи¬
ми наконечниками при постоянном
их закреплении увеличивается. Ре¬
гулируя расстояние между наконеч¬
никами 3-2 и 3-4, путем включения
гидроцилиндров 11, 12, добиваются
равномерной углубки дна на проектную отметку.
Достоинство: регулируемость (подвижность) крайних всасывающих патрубков,
обеспечивающие повышение эффективности работы земснаряда.
Недостаток: управление всасывающими патрубками под водой производится
«вслепую» без наличия контроля их относительно забоя, что усложняет работу по
выравниванию дна разрабатываемого забоя.
ГРУНТОВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с.№ 968212 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструктивные особенности и принцип действия (рис. 5.186):
Рис. 5.185.
Глава 5
353
1 - рама; 2 - всасывающий патрубок; 3 -
конический всасывающий наконечник; 4 - эк¬
ран; 5 - тяга; 6 - гидроцилиндр; 7 - опора гидро-
цилиндра; 8 - шланг питания гидроцилиндра;
9 - направляющий прилив.
Устройство работает следующим образом.
В исходном нерабочем положении шток
гидроцилиндра полностью вдвинут в гидроци¬
линдр, экран 4 полностью вдвинут в наконечник
3. Опускают устройство в акваторию забоя,
включают в работу гидроцилиндр б, опускают шток 5
вниз. При этом экран 4 выдвигается из наконечника 3,
образуется кольцевой зазор между экраном 4 и наконеч¬
ником 3, через который происходит всасывание грунта.
Перед устьем наконечника 3 образуется зона размыва
глубиной большей кг. Опускают наконечник 3 ниже до
тех пор, пока не будет достигнуто нужного заглубления
в грунт. После чего движением вправо (влево) осущест¬
вляют выемку забоя.
Рис. 5.186.
Достоинство: простота
конструкции.
Недостаток: износ клапа¬
на 4 и возможность закупорки
рабочего зазора крупными час¬
тицами грунта.
ВИБРАЦИОННОЕ
ГРУНТОЗАБОРНОЕ
УСТРОЙСТВО
ЗЕМСНАРЯДА [ах.№
1036853]
Область применения: гид¬
ромеханизация.
Назначение: подводная
разработка грунта.
Конструкция и принцип
действия (рис. 5.187):
1 - всасывающая труба; 2 -
всасывающий наконечник; 3 -
вибратор направленного дей¬
ствия, выполненный в виде вы¬
ступа 4 с гнездом 5; 6 - корпус
вибратора; 7 - ударник; 8 - эла-
Рис. 5.187.
354
Глава 5
стачная манжета-клапан; 9 - возвратные пружины; 10 - направляющий стержень; 11 -
подводящий канал; 12 - отводящий канал; 13 - обратный клапан; 14 - основание корпуса;
15 - наковальня; 16 - поворотная ось; 17 - зубчатый венец; 18 - ведущая коническая
шестерня; 19 - приводной вал; 20 - рыхлящие ребра; 21 - защитный кожух поворотного
узла; 22 - шланг для подвода к вибратору энергоносителя; 23 - периодически гермети¬
зированная камера.
Устройство работает следующим образом.
При работающем земснаряде устройство опускают на грунт так, чтобы ребрами 20
оно опиралось на поверхность грунта. При этом происходит засасывание воды из аква¬
тории. Вода протекает между ребрами 20. Включают в работу вибратор. Ударник 7
ударяет по наковальне 15. Вибратор создает ударную нагрузку, передающуюся основа¬
нию корпуса 14, наконечнику 2 и ребрам 20, которые врезаются в грунт, нарушая связи
в нем вибрацией, ударом и резанием. От грунтового массива отделяются отдельные
зерна и конгломераты зерен. Последние подхватываются потоком и уносятся во всасы¬
вающий наконечник 2, а из него - во всасывающую трубу 1.
Достоинство: совмещение операций по разрушению забоя и автоматическому пе¬
ремещению всасывающего устройства.
Недостаток: наличие манжетно-клапанного устройства и возможность его засоре¬
ния частицами разрабатываемого грунта.
ВИБРАЦИОННОЕ ГРУНТОЗАЮРНОЕ УСТРОЙСТЮ ЗЕМСНАРЯДА [ас № 1036855 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка действия (рис. 5.188):
1 - всасывающий наконечник; 2 - всасывающая труба; 3 - амортизатор; 4 - пуль¬
попроточная полость; 5 - внутренняя стенка полости 4; 6 - внешняя стенка; 7 - продоль¬
ные рыхлительные ребра; 8, 9 - перегородки
внутренней полости; 10 - водопитающая коль¬
цевая камера; 11 - водоподающая труба; 12 -
вибрационная камера; 13, 15 - вибраторы; 14 -
кольцевая камера; 16 - водоподводящий канал;
17 - распределительный коллектор; 18 - водо¬
отводящие каналы в стенке 5.
Работа устройства осуществляется следу¬
ющим образом.
При работающем землесосе опускают вса¬
сывающую трубу 2 на дно забоя до тех пор,
пока наконечник 1 не соприкоснется с грунтом
ребрами 7. Включают вибраторы 13 и 15, для
чего подают напорную воду от водяного насоса
в кольцевую камеру 10 и распределительный
коллектор 17. При работе вибраторов 13 и 15
колебания от перегородки 9 передаются всему
всасывающему наконечнику 1. При этом виб¬
ратор 13 настроен на резонансную частоту од¬
ной фракции грунта, а вибратор 15 - другой
фракции. Ребра 7 внедряются в грунт и переда- Рис- 5.188.
ют ему вибрацию.
Достоинство: возможность разработки плотных и связных грунтов.
Недостаток: дополнительный расход энергии для работы вибраторов, сложность
конструкции полостей камер вибраторов.
Глава 5
355
ВИБРАЦЦОННО-ГИДРАВЛИЧЕСКО
ЕГРУНТ08АЮРНОЕ
УСГЮЙСГЮ [ас. №1051176]
Область применения: гидромеха¬
низация земляных работ.
Назначение: подводная разработ¬
ка грунта.
Конструкция и функционирова¬
ние (рис. 5.189):
1 - всасывающая труба;
2 - всасывающий наконеч¬
ник; 3 - гибкий шланг; 4 - гид¬
равлический вибратор, включаю¬
щий кольцевую камеру 5, с
тангенциальным подводящим пат¬
рубком 6, перепускной патрубок 7 (не
показан), металлический шар 8; 9 -
коллектор; 10 - патрубки; 11 - рыхля¬
щие ребра; 12 - гидравлический наса¬
док.
Устройство работает следующим
образом.
От водяного насоса вода по шлан¬
гу 6 подводится к кольцевой камере 5.
Приводится в движение металлический шар 8, ко¬
торый двигается по кольцевой камере справа на¬
лево и наоборот. При этом возникают вибрации,
передающие силовое воздействие на рыхлящие
ребра 11. Одновременно вода, вытекающая из на¬
садка 12 производит гидродинамическое рыхле¬
ние грунта и его подачу в зону всасывания.
Достоинство: возможность разработки плот¬
ных грунтов.
Недостаток: сложность в изготовлении золот¬
никовой пары, отрицательное влияние вибрации
на фауну водоема.
ВИБРАЦИОННО-ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1051177 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструкция и функционирование (рис.
5.190):
f
W
Рис. 5.190.
356
Глава 5
I — всасывающая труба; 2 — наконечник; 3 — гибкий шланг; 4 — гидрав¬
лическая камера, внутри которой находится металлический шар 5 (не показан); 6 -
вставка; 7—рыхлящие ребра; 8—кольцевой гидравлический коллектор; 9 — водопода¬
ющие трубки; 10 — насадок; 11 — патрубок; 2 — фланцевое соединение;
13 — патрубок; 14 — водоподающий шланг.
Устройство работает следующим образом.
При работающем землесосе включают в работу водяной насос и подают воду в
гидравлическую камеру 4, где организуется периодический подвод воды к патрубку 11
и через него к соплу 10. Струями воды, вытекающими из сопел 10, производится размыв
грунта и его взвешивание в зоне всасывания. Одновременно с этим за счет движения
металлического шара 5 в гидравлической камере справа налево и обратно и его ударов
о крайние концы кольцевой камеры происходит вибрационное разрушение грунта ре¬
брами 7, внедряемыми в грунт.
Достоинство: совмещение двух видов разрушения грунта, что расширяет область
применения устройства.
Недостатки: сложность изготовления и эксплуатации золотниковых устройств,
работающих под водой.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ас. №1055836]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструктивные особенности и функционирование (рис. 5.191):
1 — всасывающий наконечник; 2 — сопло; 3 — экран; 4 — коллектор; 5 — сопла
гидрорыхлителя; 6, 7 — пантографы; 8 — рама; 10 — гидроцилиндр;
11 — трубопровод.
Грунтозаборное уст¬
ройство работает следую¬
щим образом.
Грунт разрыхляется
струями воды из сопел 5
коллектора 4, располо¬
женного на экране 3. При
этом сопла 5 выполнены
разного диаметра и распо¬
ложены таким образом,
что угол наклона фронта
сплошного размыва к
грунту а должен быть
близок к углу естествен¬
ного откоса грунта, что со¬
здает условия для осыпания грунта к зеву всасывающего наконечника. Кроме того,
грунт дополнительно транспортируется к зеву напорными струями воды из сопел 2. При
изменении толщины снимаемого слоя грунта в процессе доноуглубления оптимального
положения экрана 3 относительно грунта устанавливается пантографом 7 и гидроци¬
линдром 10.
Достоинство: возможность работы устройства на тонких слоях.
Недостатки: неравномерная подача твердого материала во всасывающую систему
земснаряда.
Глава 5
357
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
[а.с. № 1094910)
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка грунтов в подвод¬
ных забоях.
Конструкция и принцип работы (рис.
5.192):
1 — всасывающая труба; 2 — конический
наконечник; 3 — устье в виде полого тора;
4,5 — трубки для подвода и отвода
теплоносителя;8—фланцевое соединение;
9, 10 — гибкие вставки; 11, 12 — слои
льда.
Устройство работает следующим образом.
Предлагаемое устройство, но без слоев
льда 11 и 12, опускают в акваторию забоя. За¬
полняют теплоносителем систему, включаю¬
щую охлаждающую емкость, трубки 6 и 7 и
полость тора 3. Охлаждающая система может Рис. 5.192.
работать по схеме с принудительной циркуля¬
цией теплоносителя летом и естественной циркуляции при отрицательных температу¬
рах воздуха. При этом на поверхности тора образуются слои льда, которые расположены
как внутри наконечника, так и снаружи. Включают в работу грунтовый насос. Начина¬
ется всасывание воды в наконечник.
Достоинство: малые потери давления на трение.
Недостаток: наличие токсичных для окружающей среды теплоносителей в системе
охлаждения.
ЭЖЕКТОРНОЕ ГРУНТОЗАЮРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ах №1146375]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: разработка несвязных грунтов.
Конструктивные особенности и принцип работы (рис. 5.193):
1 — рама земснаряда; 2 — всасывающий наконечник; 3 — диффузор; 4 — размы¬
вающий насадок; 5— эжектирующийнасадок; 6 — распределительная камера;
7 — соединительные трубы; 8 — коллектор; 9 — напорный трубопро¬
вод вспомогательного насоса; 11 — всасывающий трубопровод грунтового насоса;
13 — внешний всасывающий патрубок; 14 — всасывающий трубопро¬
вод дополнительного насоса; 15 — решетка; 16 — спиральные струенаправляю¬
щие лопатки.
Устройство работает следующим образом.
Вспомогательный насос через всасывающий трубопровод 14 и внешний всасываю¬
щий патрубок 13 осуществляет забор воды из зоны разработки грунта.
Эта вода участвует в размыве грунта и его транспортировке к устью всасывающего
наконечника 2, а под воздействием сил инерции частицы грунта поступают во всасыва¬
ющий наконечник 2, трубопровод 11 и грунтовый насос (основной), в то время как вода
отсасывается дополнительным насосом через патрубок 13, производя сгущение пульпы
в зоне грунтозабора. Напорная вода из вспомогательного насоса поступает в напорный
трубопровод 9, коллектор 8, водоподводящие трубы 7, распределительную камеру 6,
358
Глава 5
/
3
г
/з
в
7
6
*
Рис. 5.193.
разрыхляющий насадок 4 и эжектирующий насадок 5. Струя воды из насадка 4 размы¬
вает грунт в забое, а струя из насадка 5 создает через диффузор дополнительный подпор
основному грунтовому насосу, что повышает всасывающую способность основного грун¬
тового насоса и увеличивает возможную глубину разработки забоя при высокой конси¬
стенции пульпы.
Достоинство: увеличение глубины разработки за счет эжекции во всасывающий
патрубок грунтового насоса.
Недостаток: не исключается возможность за¬
купорки всасывающего наконечника.
ЭЖЕКТОРНОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ
УСТРОЙСТВО [а.с. № 1204683]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная добыча грунта зем¬
снарядами.
Конструкция и принцип действия (рис.
5.194):
1 — всасывающий наконечник; 2 — рыхли¬
тель вибрационного типа; 3 — водораспредели¬
тельная камера; 4 — водоподводящий трубопро¬
вод; 5 — смесительная камера; 6 — диффузор;
7— гидрорыхлитель.
Глава 5
359
В водораспределительной камере 5 расположены эжектирующее сопло, направлен¬
ное вдоль оси трубы 5 и рыхлительное сопло, направленное на забой грунта.
8 — груз автоматического регулятора воды, подающей на гидрорыхлитель на эжек¬
тирующее сопло всасывающего патрубка.
Устройство работает следующим образом.
При небольшой глубине разработки угол между осью подвески груза 8 и верти¬
калью приближается к нулю. При этом расход воды на эжектирующее сопло уменьша¬
ется, а на гидрорыхлительное сопло увеличивается. При увеличении глубины разработ¬
ки угол между осью подвески груза и вертикалью увеличивается. При этом расход воды
на эжектирование увеличивается, а на гидрорыхлитель уменьшается.
Перераспределение расхода воды с гидрорыхления на эжектирование по мере за¬
глубления грунтозаборной рамы позволяет стабильно поддерживать насыщение гидро¬
смеси и тем самым увеличить производительность земснаряда и снизить удельный
расход электроэнергии на добычу грунта.
Достоинство: совмещение оопераций захвата частиц и разрушения забоя, автома¬
тического регулирования подачи воды в режиме эжектирования и отбойки.
Недостаток: наличие игольчатых клапанов, работающих в тяжелых и загрязнен¬
ных условиях.
ВСАСЬШАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ГВДРОТРАЖШРТНОЙ УСТАНОВКИ {ас.№ 1213139]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: транспортирование сыпучих материалов.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.195).
1 —всасывающая труба; 2 — центральная труба; 3 — расши¬
ряющийся патрубок; 4— под¬
питывающие патрубки; 5 — нако¬
нечник всасывающей трубы; б —
уплотнительные элементы; 7 —
штыри для рыхления грунта; 13 —
продольный паз; 14 — фланец; 15
— шток главного приводного порш¬
ня гидроцилиндра; 18 — подпиты¬
вающие окна; 19 — золотник;
20 — шток; 21 — поршень;
22 — гидроцилиндр.
Устройство работает следую¬
щим образом.
При работе гидротранспорт¬
ной установки в зоне всасывания
образуется вакуум, вследствие чего
в эту зону через окна 18 подпиточ-
ных патрубков 4 поступает вода, а
через нижнее отверстие расширяю¬
щего патрубка 3 - гидросмесь. При
подаче жидкости или воздуха под
поршень 21 гидроцилиндра 22 зо¬
лотник 19 внутри подпиточного
патрубка 4 поднимается и происхо¬
дит увеличение расхода воды и Рис. 5.195.
плотность гидросмеси, поступаю¬
360
Глава 5
щей в трубу 1, уменьшается. При подаче жидкости или сжатого воздуха над поршнем
21 гидроцилиндра 22 золотник 19 внутри подпиточного патрубка 4 опускается, проис¬
ходит уменьшение расхода воды и плотность гидросмеси увеличивается. При ходе штока
15 вверх экранирующее устройство поднимается относительно всасывающей трубы 1, а
при ходе штока 15 вниз - опускается. При этом происходит разрыхление грунта шты¬
рями 7.
Достоинства: возможность регулирования плотности гидросмеси, а также глубины
откачки зумпфов, разрушение слежавшегося слоя отложений.
Недостаток: наличие подвижных частей и упругих элементов (пружин), работаю¬
щих в неблагоприятных условиях.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ас № 1308716]
Рис. 5.196.
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунтов.
Конструкция и принцип работы (рис. 5.196):
1 — всасывающий наконечник; 2 — смеситель¬
ная камера; 3 — коллектор; 4 — размывочная
насадка; 5 — эжектирующая насадка; 6 —
патрубок; 7 — обтекатель; 8 — решетка; 9 —
кольцевой зазор; 10 — всасывающее отверстие; 11 —
водоотводящая труба.
Грунтозаборное устройство работает следующим
образом.
В разрабатываемый забой опускают всасывающий
наконечник 1 и по трубе 11 подают напорную воду в
коллектор 3, откуда часть воды поступает к эжектиру-
ющей насадке 5, а другая часть - к размывочной насадке
4 и кольцевому зазору 9. Благодаря кольцевому зазору
9 образуется кольцевая эжектирующая струя, обеспеч-
мвающая засасывание грунта из забоя через решетку 8
и всасывающее отверстие 10.
Достоинство: эффективность использования рабо¬
чего тела (воды).
Недостаток: ограниченная зона захвата и ограни¬
ченная связывающая способность разрабатываемых
грунтов.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1339209 ]
Область применения: строительство.
Назначение: разработка грунтов с негабаритными включениями в обводненных
забоях.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.197):
1 —всасывающий наконечник; 2 — гидроцилиндр; 3 — шток гидроцилин¬
дра; 4 — внутренняя решетка; 5 — внешняя решетка;7 — прилив; 8 — шарнир.
Устройство работает следующим образом.
Всасывающий наконечник подводят к грунту, врабатываются в него и движением
вправо и влево разрабатывают забой. Частицы грунта с размерами, не превышающими
размер проходного сечения насоса, свободно проходят через просветы решеток 4 и 5
(наложенные друг на друга). Негабаритные частицы ударяются о ребра решеток и
Глава 5
361
опадают на дно забоя. Однако, некоторые из них могут застре¬
вать между решеток. Установив по показаниям приборов (ва¬
куумметр показывает возрастание вакуума) забивку решеток
всасывающего наконечника, багермейстер принимает меры по
их очистке. При этом включают гидроцилиндр 2, решетки
совместно, не отделяясь одна от другой поворачиваются на
некоторый угол /? i, далее происходит расцепление решеток и
решетка 5 поворачивается на некоторый угол/5 г относительно
решетки 4. При этом при совместном повороте решеток 4 и 5
вместе с решетками перемещаются и застрявшие в них негаба¬
ритные частицы грунта. Они оказываются удаленными от ус¬
тья всасывающего наконечника, где величина вакуума падает.
При повороте решетки 5 на угол, больший /? i, просвет между
4 и 5 увеличивается и застрявшие частицы выпадают из ячеек
4 и 5.
Достоинство: возможность очистки всасывающего пат¬
рубка от негабаритных включений не прекращая работы зем¬
снаряда и не подымая всас над поверхностью воды.
Недостаток: недостаточная надежность работы упруго¬
гибкой защелки подвижных решеток 4 и 5 в подводных усло¬
виях.
7
7
.2
i
3
ff
й' / /
9 jf S
всасывающее устройство землесосного
Рис. 5.197.
СНАРЯДА [а.с. № 1348460]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунтов (колодцы, траншеи)
Конструкция и принцип действия (рис. 5.198) :
1 — всасывающая труба; 2 — конический нако¬
нечник; 3 — полусферическая решетка; 4 — фланце¬
вое соединение; 5, 6 — фланцы; 7 — ребро обтекае¬
мой формы.
Устройство работает следующим образом.
Во всасывающей трубе 1 землесос создает разре¬
жение, которое распространяется на наконечник 2, а
через продольные ячейки решетки - на водную среду.
Создается ток воды в конический наконечник 2, а
затем во всасывающую трубу 1. Заглубленная в грунт
решетка 3 производит рыхление грунта ребрами 7,
отделение негабаритов и всасывание габаритных
включений грунта, не превышающих по размеру
проходное сечение землесоса. Мелкие фракции грун¬
та, попадающие в зону всасывания между обтекае¬
мыми ребрами 7, перемещаются во всасывающую
трубу 1.
Достоинство: простота конструкции.
Недостаток: ограниченный размер частиц
транспортируемого материала и ограниченный ради¬
ус захвата. Рис. 5.198.
362
Глава 5
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ах. № 1408026 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунтов.
Конструктивные особенности и принцип действия (рис. 5.199):
1 — грунтовый насос;
2 — всасывающий трубоп¬
ровод; 3 — нагнетательный
трубопровод; 4 — вспомога¬
тельный насос; 5 — всасы¬
вающий трубопровод вспо-
могательного насоса;
6 — кольцевая заслон¬
ка; 7 — напорный трубоп¬
ровод; 8 — двухпозицион¬
ный клапан; 9 —
трубопровод; 10 — до¬
полнительная труба; 11
— трубопровод; 12 —
гибкий шланг; 13 —
полость; 14 — двух¬
позиционный клапан; 15 —
вибрационная плита;
16 — размывающая насадка; 17, 18 — обратные клапаны.
Устройство работает следующим образом.
При работе насоса 4 в режиме размыва клапан 14 отделяет трубопровод 5 от
трубопровода 11 и забортная вода поступает в насос. В это время клапан 8 отделяет
насосный трубопровод 7 от трубопровода 10, но пропускает воду через трубопроводы 9
и 11, шланг 12 и через полость 13 штока во внутреннюю полость виброплиты 15.
При закрытом клапане 17 вода выходит через насадки 16. При работе насоса 4 в
режиме всасывания грунта кольцевая заслонка 6 перекрыта, клапан 14 отделяет тру¬
бопровод 9 от трубопровода 11 и водах грунтом засасывается через открытый клапан 17.
Клапан 8 отделяет трубопровод 7 от трубопровода 9 и водогрунтовая смесь направляется
через трубу 10 в напорный трубопровод 3. Открытие и закрытие клапанов 17 и 18
осуществляется автоматически действием напорного и всасываемого потоков воды.
Достоинство: совмещение в одном устройстве операций размыва и транспортиро¬
вания грунта.
Недостаток: необходимость монтажа и эксплуатации одновременно двух насосных
агрегатов.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА [ас № 1441029 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта.
Конструктивные особенности и принцип действия (рис. 5.200):
1 — всасывающий трубопровод; 2 — кольцевой эжектор; 3 — соединительный
трубопровод с рабочей камерой 4, в которой установлен поршень 5 со штоком 6, соеди¬
ненным с виброприводом 7; 8 — дополнительный кольцевой эжектор; 9 — соединитель¬
ный патрубок; 10,11 — обратные клапаны.
Грунтозаборное устройство работает следующим образом.
Рис. 5.199.
Глава 5
363
Вибропривод 7 сообщает поршню 5 возвратно¬
поступательные движения вдоль оси рабочей каме¬
ры 4. При ходе поршня вверх клапан 11 закрывает¬
ся, а клапан 10 открывается. Гидросмесь засасыва¬
ется в соединительный трубопровод 3 и патрубок 9
и, проходя через эжектор 8, осветляется. Расстоя¬
ние, пройденное концентрированной гидросмесью
за половину цикла, определяется по формуле
т — _1jl. Q°c
2/ Qec-Qd ’
где Vn - скорость пульпы, м/с;
/- частота колебаний, 1/с;
Qec - расход гидросмеси во входном отверстии
всасывающего трубопровода, м^/ч;
Qd - расход гидросмеси в соединительном тру¬
бопроводе, м^/ч.
Дополнительный эжектор 8 устанавливается
на расстоянии L от основного эжектора 2.
При обратном ходе поршня 5 клапан 10 закры¬
вается, а клапан 11 открывается. Осветленная гид¬
росмесь из трубопровода 3 вводится через эжектор
2 в трубопровод 1. Сопротивление на входе в тру¬
бопровод 1 повышается, и в него вовлекается гидросмесь пониженной концентрации.
Одновременно производится ее разжижение осветленной смесью из трубопровода 3, а
кольцевой эжектор 2 формирует структуру потока с концентрационным ядром и освет¬
ленным периферийным слоем. К моменту окончания цикла осветленная гидросмесь
подходит к эжектору 8. Затем цикл повторяется.
Достоинство: возможность регулирования частоты работы вибратора, а значит и
подачи гидросмеси без использования дополнительных узлов и деталей, работающих в
тяжелых условиях.
Недостаток: невысокая надежность срабатывания и срок службы клапанной систе¬
мы, работающей на гидросмеси, содержащей абразивные твердые частицы.
ВИБРАЦИОННОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [ах.№ 1441030]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная разработка грунта, преимущественно сапропелей.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.201):
1 — плавсредство; 2 — всасывающий наконечник; 3 — рабочий орган; 4 — вибра¬
тор; 5 — привод; 6 — линия связи; 7 — лебедка; 8 — вал лебедки; 9 — трос; 10 —
регулирующий механизм (дроссельная заслонка с электрическим приводом); 11 —
редуктор.
Устройство работает следующим образом.
Устройство опускают на грунт и производят настройку регулирующего механизма
10 для работы с параметрами вибрации, совпадающими с параметрами верхнего слоя
грунта. Во время работы устройства рабочий орган 3 внедряется в грунт и рахрыхляет
его за счет вибрационного воздействия. Частицы грунта, отделенные от массива, под¬
хватываются струями воды, подтекающими к наконечнику 2, и всасываются в него.
После снятия верхнего слоя грунта производят разработку следующего слоя, для чего
Рис. 5.200.
364
Глава 5
опускают всасывающий наконечник 2. Од¬
новременно сматывают часть троса 9 с бара¬
бана 7, при этом происходит поворот вала 8
и одновременно через редуктор 11 осущест¬
вляется управляющее воздействие на регу¬
лирующий механизм. Таким образом, про¬
изводится корректировка параметров
вибрации, передаваемых на забой. В ре¬
зультате следующий слой разрабатывается
с параметрами вибрации, обеспечивающи¬
ми наибольшее разрушение именно этого
слоя. В случае подъема всасывающего нако¬
нечника 2 происходит обратная регулиров¬
ка.
НОУ-ХАУ: параметры вибрационных
воздействий и их зависимость от свойств
разрабатываемого грунта.
Достоинство: простота конструкции
разрушающего органа.
Недостаток: необходимость перенаст¬
ройки вибрационного устройства при изме¬
нении физических свойств грунта, недоста- ^ис‘
точная оперативность определения этих свойств и моментов их изменения.
ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА [а.с. № 1460137 ]
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: подводная добыча грунта.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.202):
1 — всасывающая труба; 2 — всасывающий наконечник; 3 — створки; 4 — электо-
питание; 5 — верхняя и нижняя стенки; 8 — неподвижные створки; 9 — токоведущий
элемент; 10 — бронированный изолятор; 11 — ребро наконечника; 13,14 — электроды;
15 — изолятор; 16 — полость створок; 17, 18 — сопла, сужающиеся от внутренней
поверхности к наружной.
Грунтозаборное устройство работает следующим образом.
Устройство опускают на дно подводного забоя, при этом вода заполняет полости 16
створок 3 и 8.
При достижении устройством дна забоя включают грунтовый насос, установлен¬
ный на раме земснаряда. Начинается процесс всасывания легкого, например илистого,
грунта. Предусмотренная конструкцией наконечника возможность поворота подвиж¬
ных створок, путем воздействия на них реакций грунта, повышает эффективность
разрыхления и грунтозабора за счет обеспечения при этом контакта с грунтом постоянно
и одновременно со всеми створками 3. Разрыхление грунта при этом происходит путем
воздействия эффекта электрического разряда на грунт, с которым соприкасаются створ¬
ки 3. Для этого на электроды 13 и 14 подается импульс тока высокого напряжения от
импульсного генератора. При этом в полостях 16, заполненных водой, между электро¬
дами 13 и 14 происходит электрический разряд, вызывающий ударную ионизацию
молекул, повышающую давление в образованном плазменном канале, что порождает в
жидкости волну сжатия. В этом случае инструментом воздействия на грунт являются
высокоскоростные струи воды, выходящие из сопел 17 и 18, расположенных шахматно,
и обладающие высокой энергией разрушения.
9
Глава 5
365
5
1
Достоинство: возмож¬
ность разрушения различных
категорий грунтов, в том числе
и скальных, за счет струй высо¬
кой энергии.
Недостатки: а) необходи¬
мость в сложном и дорогостоя¬
щем импульсном оборудова¬
нии;
б) неисследованность вли¬
яния импульсных электриче¬
ских разрядов большой энер¬
гии на фауну водоема.
Рис. 5.202.
РАБОЧАЯ ВСАСЫВАЮЩАЯ ГОЛОВКА ТИПА «ГИДРОН»
Область применения: гидромеханизация.
Назначение: добыча песка и гравия в подводных забоях.
Устройство и принцип действия (рис. 5.203):
1 — воздухопровод; 2 — воздушный коллектор; 3 — отверстия для впуска воздуха;
4 — подъемная труба; 5 — водовод; 6 — водяной коллектор; 7 — «шпора»; 8 — подгоня¬
ющий насадок; 9 — разрыхляющий насадок.
Устройство работает следующим образом.
Опускают всасывающую головку в забой. Включают подачу сжатого воздуха, ко¬
торый по воздуховоду 1 поступает в воздушный коллектор 2 откуда через отверстия 3
выходит в подъемную трубу 4, увлекая за собой поток жидкости. Затем подают воду по
водоводу 5 в водяной коллектор 6 откуда по специальным трубкам 7 «шпорам» вода
истекает из боковых насадок 8 (подгоняющие насадки) и центральных насадок 9 (раз¬
рыхляющие насадки). Насадки 9 производят разрушение грунта, а насадки 8 направля¬
ют размытый грунт к центру активного всасывания, где захватывается потоком жидко¬
сти и направляется в подъемную трубу 4.
Форсунка (смеситель) состоит из кольцевого коллектора 2, примыкающего к вса¬
сывающему наконечнику, имеющему 12 прямоугольных отверстий размером 120X4 мм
для впуска воздуха, которые прорезаны в подъемной трубе, служащей одновременно
корпусом форсунки. В коллектор 6 вода подается по водопроводу диаметром 70 мм,
откуда она поступает в «шпоры», изготовленные из труб диаметром 25 мм. Четыре
366
Глава 5
«шпоры» имеют длину по 375 мм и
четыре - по 425 мм. Каждая «шпо¬
ра» имеет по два цилиндрического
насадка длиной 50 мм. Диаметр
рыхлящих насадков 12 мм, а под¬
гонных, направленных внутрь
сферы всасывания - 10 мм. Удель¬
ный расход воды, потребляемой
гидравлическими рыхлителями, в
зависимости от количества рабо¬
тающих разрыхлителей и от ха¬
рактера разрабатываемого грунта
о
колеблется от 0,5 до 1,5 м . Вода
из насадков вытекает под давле¬
нием 60 м вод. ст. Грунт разраба¬
тывается на глубине до 20 м, глу¬
бина погружения форсунок
составляет 19-19,4 м, высота
подъема грунта от горизонта воды
в карьере до оси колена - 3,3-3,7 м.
Достоинство: простота конст¬
рукции.
Недостаток: возможность за¬
бивки твердым материалом воз¬
душного коллектора 2 при аварий¬
ной остановке эрлифта, особенно
при разработке илистых и легко¬
зернистых грунтов.
Рис. 5.203.
ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ГИДРОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ
Область применения: горно-обогатительные предприятия.
Назначение: подача пульпы в напорный трубопровод гидротранспортной установ¬
ки с автоматическим регулированием концентрации гидросмеси.
Конструкция и принцип действия (рис. 5.204):
1 - зумпф; 2 - лоток; 3 - донный клапан; 4 - всасывающий трубопровод; 5 - обечайка;
6 - днище, установленное соосно с обечайкой; 7 - верхняя часть днища, выпоненная из
упругого материала; 8 - подпиточные патрубки, верхняя часть которых перфорирована;
9 - клапаны подпитки; 10 - штоки клапанов, закрепленные на верхней стенке днища с
возможностью их диаметральной перестановки при необходимости изменения концен¬
трации гидросмеси, подаваемой в напорный трубопровод.
Изменение (регулирование) концентрации гидросмеси и быстродействие работы
устройства обеспечиваются непосредственной связью подпиточных патрубков с дни¬
щем, воспринимающим давление слоя твердого материала. При увеличении концент¬
рации снижается высота всасывания устройства, в связи с чем уменьшается подача
твердое материала и увеличивается давление его на дните. Упругая верхняя стенка
днища опускается, увлекая за собой штоки клапанов 9, открывающих доступ осветлен¬
ной воде. Плотность всасываемой смеси, таким образом, уменьшается.
При работе устройства прогиб упругой стенки под штоками должен соответствовать
такому перемещению клапанов, чтобы подача воды обеспечивала концентрацию гид¬
Глава 5
367
росмеси, соответствующую заданно¬
му рабочему режиму. При необходи¬
мости изменения концентрации по¬
даваемой в трубопровод смеси доста¬
точно переставить штоки 10 вдоль
диаметра упругой стенки 7.
Для определения деформаций
упругой верхней стенки днища рас¬
сматривается изгиб круглой пласти¬
ны, эпюрой по контуру и нагружен¬
ной равномерно распределенной
нагрузкой д. (рис. 5.205)
Решение такой задачи ведется в
функции напряжений <р, удовлетво¬
ряющей уравнению
2 2 2
А А <р — 0, где А — оператор
Лапласа в цилиндрических коорди¬
натах г, 6, z.
При этом:
Ог — д/dz‘(y Д2у? — д2<р/dr2);
Ог = d/dz- [(2—v) AZ<p — (fp/dz2]; (1)
Orz = d/dr- [(1—v) A2</5 — tfp/dz2];
где v — коэффициент Пуассона; Or, oz — нор¬
мальные напряжения; г п — касательное напряже¬
ние.
В частности, при равномерном растяжении
вдоль осей z иг при осесимметричном нагружении
функция <р имеет вид
<р = аз(2г 3— 3 г 2z)+ b (r2z + z3 ) ,
При чистом изгибе
24rV
+ 3г 4)+ ЬА (2z 4 + г 2z
г4),
(2)
(3)
<р — <24 ( 8Z
Для круглой пластинки, шарнирно закрепленной на внешней окружности, при
нагружении равномерной нагрузкой, выбрана функция <р в виде полинома шестой
степени:
<р = (1/3) а6 ( 16z 6— 120z 4г 2 + 90z 2г 4 + 5г 6) +
+ bs (&z6 + I6z 4r 2 — 21r 4z 2 + 3r 6 ) ’ (>
Коэффициенты Щ, bi в формулах (2)...(4) подлежат определению, исходя из кон¬
кретных условий задачи.
Считая, что при работе всасывающего устройства точки верхней стенки, располо¬
женные на внешней окружности г = а, не перемещаются. Тогда функцию <р ищем в
виде суммы функций, задаваемых формулами (2) (4).
После вычисления значений Or, oz, Xrz составляем систему алгебраических уравне¬
ний для определения констант щ, bi при граничных условиях:
368
Глава 5
(5)
or — О при z — с, oz = — q при z = — c, xrz* 0 при z = ±с,
где С - половина толщины пластины.
Перемещение U в радиальном направлении для произвольной точки определяется
по формуле
U = - (1 - v) Е ~х -д 2<p/dr-dz,
где Е —модуль упругости материала пластинки
U = 0 при г = а (6)
и решая совместно (5)-(6), получим значение коэффициентов:
аз = 60~х (v-1)-1 ; Ьз = 0,05^(v-l)-1;
bA = 224-y-V-l)-1 + 896—1 -ЗаУ-3; а4 = 24~xb4(8 - lv)
аь = 256_I • 11 "3-0,1<7(1 lv - П)с~3; Ь6 = -256-1 * 11 ~lqc~3
Вертикальное перемещение произвольной точки пластинки
W = (1 - v)G ~х V V - 0,5G _I '<?<p/dz2+A (7)
где G - модуль сдвига; А - постоянная, определяемая из условия
W = 0 при г = а и z — с (8)
Подставляя сумму функций <р (2) -Н4) и численные значения коэффициентов
й/, bi,B (7), получено при г — а и г = с уравнение (8), содержащее одно неизвестное
А. Определив А вновь возвратившись к выражению (7). получаем при z = — с окон¬
чательное выражение прогиба верхней поверхности линейно зависящее от интенсивно¬
сти распределенной нагрузки и представляющее собой полином четвертой степени
относительно г.
Полученные формулы позволяют выбрать параметры упругой стенки и места ус¬
тановления штоков для осуществления заданного режима работы гидротранспортной
установки.
Достоинство: совмещение операций контроля и регулирования путем использова¬
ния механической связи подпитывающих патрубков с днищем.
Недостатки: 1) сложность настройки расположения клапанов в радиальном на¬
правлении на днище и невозможность оперативной перестройки на заданную концент¬
рацию гидросмеси;
2) в расчетных формулах, являющихся основой определения настроечного пара¬
метра г, не учтено влияние эффекта «подсасывания» днища ко входному патрубку
всасывающего устройства, особенно при подбутовке вокруг всаса. Кроме того, прогиб
пластинки в реальных условиях будет зависеть не только от нагрузки q, но и от режима
работы углесоса (землесоса), высоты слоя твердого материала в зумпфе, условий под¬
текания твердого материала его минералогического состава и ряда других факторов.
Поэтому в реальных условиях воспользоваться вычисленным параметром г без его
корректировки опытным путем не представляется возможным.
Вывод.
Предложенное устройство может быть применено в условиях неизменности харак¬
теристик твердого материала (крупность, грансостав, плотность) и в технологических
схемах, не требующих оперативного применения диапазона концентрации гидросмеси,
подаваемой в транспортный трубопровод.
Глава 5
369
5.5. СПОСОБЫ
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭРЛИФТОМ [а.с. № 1096406 ]
1. Описание способа (рис. 5.206). В начальный период заслонки 5-7 смесителей 2-4
закрыты. С помощью источника 19 сжатого воздуха (например, компрессора) повыша¬
ют давление в воздухопроводе 8 до величины, несколько превышающей гидростатиче¬
ское давление в смесителе 2, после чего посредством блока 11 управления подачей
воздуха и открыванием заслонки 5 открывают последнюю и подают сжатый воздух в
смеситель 2. Участок подъемной трубы 1 выше смесителя 2 включается в работу и
давление в смесителе 2
понижается, а соответ¬
ствующий сигнал посту¬
пает в блок 11 управле¬
ния. Затем датчиком
давления 14 измеряют
гидростатическое давле¬
ние в смесителе 3, с по¬
мощью блока управле¬
ния 11 и источника 19
повышают давление
сжатого воздуха в возду¬
хопроводе 8 до величи¬
ны, несколько превыша¬
ющей измеренное в
смесителе 3, и открыва¬
ют заслонку 6.
Одновременно при¬
крывают заслонку 5. По¬
сле выхода на режим
участка эрлифта выше
смесителя 3 операции
повторяют с использова¬
нием сигнала от датчика
гидростатического дав¬
ления 15 в смесителе 4 с
помощью блока 13 уп¬
равления и т.д.
2. Рекомендуемая
область применения. Эр-
лифтные установки для
подъема полезных иско¬
паемых со дна морей и
океанов.
3. Предполагаемые
преимущества и недо¬
статки. Снижается воз¬
можность засорения
транспортных и вохду-
ховодных труб, повыша-
370
Глава 5
ется надежность запуска ниже расположенных смесителей.
СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗЛИФТА [а.с. №1132070 ]
А
1
И
Устройство (рис. 5.207) содержит емкость 1, в которую введена подъемная труба 2
и газопровод 3, снабженный клапаном 4 для подачи в камеру 5 смешения пневматиче¬
ских импульсов или от источника 6 низкого давления, или от источника 7 рабочего
давления, включаемых по сигналу датчика 8 времени.
Способ работы газлифта осуществляется следующим образом.
Настраивают источник 6 низкого давления на величину, обеспечивающую подъем
газожидкостной смеси до верхнего сечения подъемной трубы, но без перелива через
него.
Это давление подают че¬
рез первый вход клапана 4 по
газопроводу 3 в камеру 5 сме¬
шения, и газожидкостная
смесь поднимается по подъем¬
ной трубе 2 до верхнего сече¬
ния, но не переливается через
него. Датчиком 8 задают время
действия импульса расхода га¬
за, пропорциональное требуе¬
мому объему транспортируе¬
мой жидкости. Включают
датчик 8 времени, при этом
включается источник 7, и рабо¬
чее давление подается через
другой вход клапана 4, пере¬
крывая первый вход его по га¬
зопроводу 3 в камеру смеше¬
ния подъемной трубы 2.
Газлифт начинает рабо¬
тать в течение заданного вре¬
мени, по истечении которого
датчиком 8 времени, источник
7 рабочего давления отключа¬
ется, и низкое давление снова
поступает через первый вход
клапана 4, перекрывая другой его вход по газопроводу 3 в камеру смешения подъемной
трубы 2. Затем цикл повторяется.
Достоинство: сокращается время переходного процесса.
К
Рис. 5.207.
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ ГАЗЛИФТНЫХ СКВАЖИН [ас №1190004 ]
Для практического осуществления предлагаемого способа эксплуатации системы
газлифтных скважин с целью оптимизации режимов их работы необходимо выполнение
следующих операций (все расчеты по оптимизации работы скважин производятся на
ЭВМ).
Производят при эксплуатации системы газлифтных скважин на неизменных рас¬
ходах рабочего агента измерение дебита скважин в течение периода, обеспечивающего
оценку его с заданной точностью.
Глава 5
371
По накопленной в течение периода измерения дебита оперативной информации и
имеющейся промысловой информации по каждой скважине (пластовое давление, плот¬
ность и вязкость нефти, воды, и газа, диаметр и длина подъемных труб) определяют
коэффициент продуктивности. Эта величина необходима для получения зависимости
Коэффициент продуктивности определяют следующим путем.
В начале определяют забойное давление при работе газлифтной скважины.
Определяется давление у башмака подъемника по величине давления нагнетания
рабочего агента на устье скважины из уравнения Вирновского:
Реши. = (Рраб.1 2 - 134U ( X )V \l 2- I))0’5, (1)
где Рраб. - рабочее давление нагнетаемого газа;
/ - основание натуральных логарифмов;
кг - коэффициент, учитывающий дополнительные потери при движении газа в
кольцевом пространстве из-за наличия муфтовых соединений, равный 0,0423;
То уТ - соответственно абсолютная и средняя температуры газа в кольцевом про¬
странстве;
Vr - расход рабочего агента.
Z = 2 10~4 ^ £^lm,
fh - плотность нагнетаемого газа;
Р0 - абсолютное давление;
lm - длина подъемника до точки ввода рабочего агента.
= 1
2gidy-d2)f2
g - ускорение силы тяжести;
(1\ - внутренний диаметр эксплуатационной колонны или первого ряда труб (при
двухрядном подъемнике);
dz - наружный диаметр подъемника;
/ = 0,785(fi?i — di) - площадь кольцевого сечения труб.
При работе скважины с однорядным подъемником, спущенным до фильтра, и с
вводом рабочего агента в подъемник у фильтра, рассчитанное значение Реши, — Рраб.-
При глубине ввода рабочего агента выше фильтра скважины расчет забойного давления
продолжают в следующем порядке.
Определив из уравнения (1) Рбаш. величину , забойное давление определяется
решением уравнения движения газожидкостной смеси в интервале L — lm, где L - длина
подъемника до верхних дыр фильтра:
Рзаб. jp
S ~ р(п\ =Р8 (Р ~ lm)- (2)
Рбаш. 'Р'
В равенстве (2) знаменатель подынтегральной функции представлен в виде неко¬
торой функции, зависящей от давления. Здесь могут быть использованы различные
уравнения движения газожидкостных смесей по трубам в зависимости от конкретных
условий работы скважин.
372
Глава 5
В частности, при движении вязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей
используется следующее уравнение:
Рзоб.
/
dP
~Pg {L Ini),
(3)
где <р- истинное газосодержание смесей в интервале (L — 1т);
R
F =
1 +
го
— - обобщенный параметр Рейнольдса;
6W-
ж2
Wc
gd
■ - критерий Фруда смеси.
В случае работы скважин с забойным давлением выше давления насыщения нефти
газом, величина Ршб., определяется в следующей последовательности: определяется
глубина разгазирования жидкости 11т в интервале L — 1т, при известном давлении
насыщения Рн и полученным по уравнению (1) Рбаш.»из уравнения:
Л dP _ ,i
'L.-w " т
определяется величина Рзаб. из следующего уравнения:
/ /
n n I ^—(lm+ Int), , L—(lm+ I т) 2
Рзаб.= Рн+ jQ ~+pg +Ар* L W ж.
(4)
(5)
Определив величину Ртб. при известном Рш. и замеренном £ж, определяют коэф¬
фициент продуктивности скважин из уравнения:
К= -g-- (6)
(Р пл. Рзаб.)П
В диапазоне изменения величины дебита скважин при работе подъемника с фикси¬
рованной глубиной ввода газа и при различных режимах нагнетания рабочего агента
коэффициент /1 = 1, т.е. уравнение фильтрации (6) принимается линейным.
По полученным значениям коэффициента продуктивности каждой скважины и
данным расчета подъемника совместным решением двух уравнений (уравнения прито¬
ка и уравнения подъемника) получают зависимости дж=/ (Ur ) совместной работы
пласта и подъемника одновременно по всем скважинам.
Для этого, в зависимости от коэффициента продуктивности скважины, задаются
шагом изменения дебита жидкости дж (т/сут) и шагом изменения рабочего агента
иг (м /сут.).
Расчет ведется для уже известной глубины ввода газа, длины и диаметра подъем¬
ника, спущенного в скважину, или для подъемника, конструкция которого рассчитана
и заменена при очередном ремонте скважины.
Из уравнения (6), по полученному значению коэффициента продуктивности, име¬
ем:
Рзяб. Р ПЛ. jr
(7)
Глава 5
373
По уравнению подъемника
rm6.jp
Кж«‘-
I к
для каждого из значений g ж g ж определяется значение Vr, при котором
значение Рыб. из уравнения (8) не станет равным значению Рыб. из уравнения (7).
JC + 1
Расчет заканчивается, когда последующее расчетное значение Р ыб ДЛЯ соответ-
к+1 к
ствующего g ж из уравнения <8) не станет больше значения Р ыб., т.е. определяется
точка перегиба кривой g ж—f(Vr).
По полученным расчетным кривым определяют расходы рабочего агента по сква¬
жинам, обеспечивающие принятый критерий оптимальности (максимум добычи нефти,
максимум прибыли, заданный отбор с минимальным расходом рабочего агента и т.д.).
Изменяют режим нагнетания рабочего агента одновременно по всем скважинам в
соответствии с полученными расчетными значениями и поддерживают их неизменными
вновь в течение периода для сбора информации о технологических параметрах работы
скважин.
В случае, если полученная информация совпадает с расчетной (в пределах погреш¬
ности измерений), то установленные режимы работы скважин являются оптимальными
на данный момент эксплуатации. Если же по ряду скважин полученная информация
отличается от расчетной, то указанным путем вновь получают зависимости
g ж—/(Уг ) для этих скважин и производят новое распределение рабочего агента по
скважинам.
Достоинство: оптимизация эксплуатации системы газлифтных скважин и повыше¬
ние точности получаемой информации о работе системы пласт-подъемник.
СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ГИДРОШАХТ [а.с. №1064016 ]
Схема способа (рис. 5.208) включает эрлифт 1 и компрессорную станцию 2, со,еди¬
ненные трубопроводом 3, абсорбционную холодильную машину 4, теплообменник 5,
зумпф 6, углеобогатительную уствновку 7 с насосной установкой 8 и гидромонитор 9,
соединенные трубопроводом 10. Холодильная машина 4 посредством трубопровода 11
подсоединена к входу теплообменника 5, и выход теплообменника 5 соединен с трубоп¬
роводом 12 с входом холодильной машины 4, компрессорная станция 2 подсоединена к
входу холодильной машины 4 посредством трубопровода 13, а выход холодильной ма¬
шины 4 соединен трубопроводом 14 с входом компрессорной станции 2.
Способ охлаждения осуществляется следующим образом.
Гидросмесь (вода, твердое) подается с помощью эрлифта 1, источником энергии
которого является компрессорная станция 2, к углеобогатительной установке 7, где
происходит отделение твердого от воды. Одновременно в эрлифте 1 происходит сниже¬
ние температуры гидросмеси до определенного уровня за счет расширения воздушного
потока. В дальнейшем технологическая вода, нагнетаемая насосной установкой 8, по¬
дается через теплообменник 5, в котором отдает заданное количество тепла, по системе
трубопроводов 10 к гидромонитору 9, где она используется для гидравлической отбойки
угля. Транспортирование гидросмеси с температурой окружающих пород от забоя к
зумпфу 6 осуществляется одним из возможных способов - безнапорным транспортом
или углесосами.
Для производства холода служит абсорбционная холодильная машина 4, исполь¬
зующая в качестве греющей среды для укрепления слабого раствора в генераторе низ¬
374
Глава 5
котемпературное тепло сжато¬
го в компрессорах воздуха,
подводимое к ней в виде горя¬
чей воды по трубопроводу 13.
Отдав тепло в холодильной ма¬
шине 4, эта вода отводится по
трубопроводу 14 и к компрес¬
сорной станции 2 для охлажде¬
ния сжатого воздуха.
Циркуляция первичного
холодоносителя между холо¬
дильной машиной 4 и теплооб¬
менником 5 осуществляется по
трубопроводам 11 и 12. Сжа¬
тый воздух от компрессорной
станции 2 к эрлифту транспор¬
тируется по трубопроводу 3.
Обеспечение допустимых
температурных условий в вы¬
работках осуществляется за
счет теплообмена между гор¬
ным воздухом и трубопровода¬
ми охлажденной технологиче¬
ской воды, а также
гидросмесью, движущейся по
канавкам.
Достоинство: предлагаемый способ охлаждения горных выработок гидрошахт по¬
зволяет снизить расход энергии на охлаждение за счет частичного снижения темпера¬
туры технологической воды в эрлифте и снизить затраты за счет ликвидации воздухо¬
охладителей и специальных трубопроводов для транспортирования хладогента.
Рис. 5.208.
СПОСОБ РАБОТЫ ЭРЛИФТА [а.с. №312967 ]
Цель изобретения - повышение производительности и к.п.д. эрлифта. Для этого по
предлагаемому способу воздух (газ) после компрессора подогревается до 200° С или
выше.
Теоретически на повышение производительности влияет даже незначительный
подогрев, но ощутимое увеличение производительности на 10-30% дает подвод воздуха,
подогретого до температуры примерно в два раза больше той, которую имеет воздух,
выходящий из компрессора.
На чертеже (рис. 5.209) показана схема эрлифтной установки, работающей по
предлагаемому способу.
Установка включает грунтоподъемную 1 и воздухоподводящую 2 трубы, компрес¬
сор 3 и воздухоподогреватель 4 с форсунками 5.
Поскольку производительность эрлифта при заданном диаметре подъемной трубы
и глубине ее погружения под уровень перекачиваемой жидкости зависит только от
объема подаваемого воздуха (газа), а объем одного и того же весового количества
воздуха при нагревании увеличивается, то для повышения производительности предус¬
матривается подача в подъемную трубу эрлифта воздуха .дополнительно подогретого
после выхода из компрессора.
Глава 5
375
Наряду с повышением производительности эрлифта увеличивается и его к.п.д. за
счет уменьшения потерь, связанных с равномерно ускоренным движением потока жид¬
кости в подъемной трубе эрлифта.
При нагревании воздуха вместе с процессом расширения его в подъемной трубе при
падении давления происходит процесс уменьшения объема воздушной пробки за счет
охлаждения ее перкачиваемой жидкостью, и следовательно, скорости потока при этом
выравниваются, т.е. скорость потока в устье трубы приближается к скорости потока в
месте ввода воздуха в подъемнуб трубу.
СПОСОБ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ
ЖИДКОСТИ [а.с. №412405]
Через тройник 1 (рис. 5.210) жидкость под¬
ают в напорные трубопроводы 2 и 3 через обрат¬
ные клапаны 4 и 5, а через распределитель 6 в те
же трубопроводы подают газ. В выходной части
напорного трубопровода установлены конфузор
7, обтекатель 8, проставки 9 и диффузор 10,
предназначенные для преобразования кинети¬
ческой энергии жидкости в потенциальную и для
отделения газа. Для разгона газа предусмотрены
сопла 11 и 12, спрофилированные известным
способом для получения сверхзвуковых скоро¬
стей.
При работе устройства распределителем 6
подают газ в один из трубопроводов 2 и 3, а трой-
376
Глава 5
ник 1 сообщают с магистралью, подающей жидкость.
СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ В КОНТУРЕ [а.с. № 416460 ]
Раствор газа в жидкости нагревают источни¬
ком тепла 1 (рис. 5.211), например, в виде элект¬
ронагревателя. Выделившийся газ через барботер
2 попадает в нижнюю часть подъемного канала 3.
Образующаяся здесь газо-жидкостная смесь под¬
нимается, выталкиваемая жидкостью, поступаю¬
щей из опускного канала 4. Газ в подъемном кана¬
ле 3, контактирующий с окружающей холодной
жидкостью, постепенно растворяется в ней по ме¬
ре движения вверх. Нерастворившиеся пузырьки
газа собираются в колпаке 5, откуда газ по линии
6 отсасывается в плавно сужающийся канал 7 по¬
током жидкости, направляемой на нагрев по кана¬
лу 8. На нагрев направляют не более 5% всего
объема раствора газа в жидкости, что снижает
энергозатраты на перемещение жидкости в конту¬
ре. Подводимое к нагреваемой жидкости тепло от
источника 1 рассеивается внешней оребренной
поверхностью 9 контура. Для упрощения герме¬
тизации процесс ведут при постоянном давлении,
например, близком к атмосферному. Увеличение
объема контура при включении источникатепла 1
компенсируют прогибом гибкой стенки 10.
СПОСОБ РАБОТЫ ВАКУУМНОГО
ПАРОСТРУЙНОГО НАСОСА [ах. №576439]
Рис. 5.211.
Высоковакуумную откачку производят в вер¬
хнем положении сопел насоса и при номинальном значении мощности. Если от насоса
требуется высокая производительность при работе с большими потоками газа, то после
высоковакуумной откачки производят перключение насоса в бустерный режим. Для
этого включают привод возвратно-поступательного штока, перемещают вниз одно или
несколько верхних высоковакуумных подвижных сопел и полностью перекрывают кри¬
тические сечения высоковакуумных ступеней насоса. При этом уменьшается нагрузка
на нижние низковакуумные ступени за счет подавления потока пара рабочей жидкости,
поступающего из верхних сопел, что увеличивает производительность насоса.
СПОСОБ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ [ах. № 973945 ]
Эрлифтная установка (рис. 5.212) содержит электроды 1, камеру 2 смешения
эрлифта 3, источник 4 тока и подъемную трубу 5, выполненную телескопической, что
обеспечивает настройку на резонансную частоту.
Способ подъема жидкости осуществляют путем периодической подачи импульсов
тока посредством электродов 1 в камеру 2 смешения эрлифта 3, при этом подачу
импульса осуществляют от источника 4 с частотой, равной собственной частоте
эрлифта 3.
Глава 5
377
При подаче импульсов тока от источника 4 на электроды 1, в камере 2 смешения
эрлифта 3 происходит электрический разряд, газифицирующий транспортируемую
жидкость. Образовавшаяся двухфазная смесь поднимается по подъемной трубе 5. При
последующей конденсации жидкости давление в камере смешения падает и столб двух¬
фазной смеси движется вниз. Следует новый разряд и цикл повторяется.
Благодаря подбору собственной частоты элифта 3, равной частоте импульсных
разрядов источника 4 (или наоборот), колебания столба двухфазной смеси носят резо¬
нансный характер, что увеличивает их амплитуду, а также способствует увеличению
газообразования благодаря возникновению больших градиентов давления.
Достоинство: предлагаемый способ подъема жидкости позволяет обеспечить повы¬
шение КПД процесса, увеличить надежность работы, особенно при работе с сильно
загрязненными жидкостями.
ГГ
Рис. 5.212.
378
Глава 5
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ ОТ ЗАКУПОРКИ [ах. №1163048 J
Подают рабочее тело в камеру смешения и измеряют давление рабочего тела возле
нее, определяют область рабочих значений давления возле камеры смешения, ограни¬
ченную экстремальными давлениями при колебаниях плотности гидросмеси, и при
отклонении давления из области рабочих значений увеличивают подачу рабочего тела.
Для определения экстремальных давлений измеряют величину превышения свободного
уровня гидросмеси над камерой смешения h. По этой величине и известным минималь¬
ной р min и максимальной р max, возможным плотностям гидросмеси определяют экс¬
тремальные давления рабочего тела возле камеры смешения Ртш —р min"gh и
Рmay = р шах "gh. В качестве минимальной плотности можно принять плотность несу¬
щей фазы гидросмеси, например воды, а в качестве максимальной - наибольшую плот¬
ность гидросмеси, при которой еще возможен процесс транспортирования и работа
эрлифтной установки.
Достоинство: использование изобретения позволит повысить экономичность и на¬
дежность работы эрлифтной установки за счет предотвращения развития аварийных
ситуаций на ранней стадии развития.
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭРЛИФТА [а.с. №1157280 ]
В случае закупорки всасывающего устройства или подающей трубы эрлифта про¬
исходит выброс транспортируемой среды (например, гидросмеси) из подъемной трубы
эрлифта, падение давления в смесителе, установленном в нижней части подъемной
трубы, до величины, определяемой потерями давления при прохождении рабочего тела
(например, сжатого воздуха) через подъемную трубу й близкой к атмосферному давле¬
нию. Процесс пневмогидротранспортирования прекращается, и эрлифт останавливает¬
ся. Уменьшают подачу рабочего тела к смесителю. За счет перепада давления на слое
твердого материала, определяемого разностью между давлением, образуемым погруже¬
нием эрлифта, и давлением в смесителе через слой твердого материала протекает
фильтрационный поток, который поступает через всасывающее устройство и додаю¬
щую трубу в смеситель, размывает закупорку и заполняет подъемную трубу. По мере
заполнения подъемной трубы уменьшается перепад давления на слое твердого матери¬
ала, так как давление в смесителе определяется величиной и плотностью столба в
подъемной трубе, и прекращается поступление фильтрационного потока в подъемную
трубу, о чем свидетельствует прекращение роста давления в смесителе.
Подают импульс рабочего тела в смеситель, установленный в нижней части подъ¬
емной трубы, достаточный по величине для неточного (пробкового, поршневого) режи¬
ма работы, когда рабочее тело образует подъемные четки (поршни), которые поднимают
четки (пробки) транспортируемой среды. При этом начинается движение четки транс¬
портируемой среды вверх по подъемной трубе. Контролируют прохождение четки
транспортируемой среды по подъемной трубе (например, с помощью прозрачных вста¬
вок в ней) и после начала выхода (излива, выброса) ее из подъемной трубы прекращают
подачу импульса рабочего тела и осуществляют резкий выброс четки рабочего тела,
находящейся в подъемной трубе, в атмосферу. При этом часть четки транспортируемой
среды, оставшаяся в подъемной трубе и обладающая потенциальной энергией, опреде¬
ляемой высотой расположения (подъема) над смесителем, возвращается в смеситель
(обратным входом) и воздействует на закупорку в подающей трубе или во всасывающем
устройстве с усилием, определяемым запасенной потенциальной энергией. Происходит
выброс частиц уже размытой закупорки через всасывающее устройство из эрлифта.
После этого фильтрационный поток снова поступает через всасывающее устройство и
Глава 5
379
подающую трубу в смеситель и подъемную трубу эрлифта. Такая последовательность
операций осуществляется до тех пор, пока не будет осуществлена полная очистка
всасывающего устройства и подающей трубы эрлифта, установление рабочего давления
в смесителе эрлифта и восстановление процесса пневмогидротранспортирования. Для
очистки эрлифта достаточно 2-3 чередований.
Если после прекращения подачи импульса рабочего тела давление в смесителе не
увеличивается, т.е. фильтрационный поток отсутствует, то подают промывочную воду
во всасывающее устройство. Промывочная вода, проходя через всасывающее устройст¬
во и подающую трубу, выполняет функцию фильтрационного потока. После этого
процесс очистки осуществляют так же. Если после подачи промывочной воды во всасы¬
вающее устройство давление в смесителе не увеличивается, т.е. отсутствует размыва¬
ющий поток через всасывающее устройство и подающую трубу, то подают промывоч¬
ную воду в подъемную трубу. После этого процесс очистки осуществляют так же, однако
первой операцией является не размыв закупорки, а выброс ее из всасывающего устрой¬
ства под воздействием возвращенной в смеситель части четки промывочной воды.
Достоинство: таким образом, за счет чередований промывки всасывающего устрой¬
ства и подающей трубы прямым (фильтрационным потоком) и обратным ходом (возвра¬
щаемой частью четки транспортируемой среды) осуществляется эффективная очистка
эрлифта при закупорках всасывающего устройства и подающей трубы, а также эффек¬
тивный размыв верхнего слоя твердого материала около всасывающего устройства. Все
это повышает экономичность и надежность эрлифта в работе.
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКОЙ [ах. №1245766]
Способ управления эрлифтной установкой (рис. 5.213) состоит в измерении дав¬
ления в смесителе 1, уровня погружения смесителя 1 и регулирования расхода рабочего
тела, причем перед регулированием расхода рабочего тела измеряют давление гидро¬
смеси на уровне погружения смесителя 1, определяют плотность гидросмеси и ее скоро¬
сть в подающей трубе 2. Устройство для осуществления способа управления эрлифтной
установкой, включающей в себя также подъемную трубу 3, воздухопровод 4 с установ¬
ленным на нем регулируемым клапаном 5 и зумпф 6, содержит датчик 7 и регистратор
8 уровня погружения смесителя 1, датчик 9 и регистратор 10 давления погружения
смесителя I, датчик 11 и регистратор 12 разности давлений погружения и в смесителе
1. Выходы регистраторов 8 и 10 подключены через функциональный преобразователь
13 плотности гидросмеси к первому входу функционального преобразователя 14 скоро¬
сти в подающей трубе 2, ко второму входу которого подключен регистратор 12. Выход
преобразователя 14 подключен через функциональный преобразователь 15 подачи эр¬
лифта к первому входу регулятора 16 подачи эрлифта, ко второму входу которого
подключен задатчик 17 подачи. Выход регулятора 16 подключен через блок 18 управ¬
ления к исполнительному механизму 19 регулируемого клапана 5.
Способ управления осуществляется следующим образом.
Транспортирующая гидросмесь поступает в зумпф 6 и оттуда по подающей трубе 2
в смеситель 1, куда по воздухопроводу 4 через клапан 5 подается также рабочее тело
(например, сжатый воздух). Образовавшаяся в смесителе 1 парогидросмесь за счет
разности плотностей и энергии рабочего тела, поступающего по воздухопроводу 4,
транспортируется по подъемной трубе 3. Измеряют уровень погружения в смесителе 1
в зумпфе 6 датчиком 7, давления Рп погружения смесителя 1 датчиком 9 и разность
А Р давления погружения и давления в смесителе 1 датчиком 11, возникающую за счет
движения гидросмеси по подающей трубе 2. Сигналы от датчиков 7, 9 и 11 поступают
соответственно на регистраторы 8, 10 и 12, где преобразуются в пропорциональные
380
Глава 5
Рис. 5.213.
унифицированные сигналы. По уровню п и давлению погружения Рп в преобразователе
рп
13 определяют плотности гидросмеси в зумпфе 6,/?= где g - ускорение свободного
падения, h - высота подъема гидросмеси. По разности давлений Д Р погружения сме¬
сителя и в смесителе и плотностир гидросмеси в преобразователе 14 определяют скоро¬
сть V движения гидросмеси в подающей трубе 2. По скорости движения гидросмеси в
подающей трубе в функциональном преобразователе 15 определяют подачу эрлифтной
установки
е-^-к
где d - диаметр подъемной трубы.
По подаче Q эрлифта регулируют подачу рабочего тела эрлифтной установки из
условия поддержания оптимальных транспортных скоростей задатчиком 17. Сигнал от
регулятора 16 поступает через блок управления 18 на исполнительный механизм 19
клапана 5. Способ управления позволяет осуществлять оперативный контроль и управ¬
ление установкой, что повышает надежность ее работы.
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ ЭРЛИФТНЫХ
УСТАНОВОК [а.с. № 1225929]
Эрлифтная установка (рис. 5.214) 1 содержит камеру 2 смешения, воздуховод 3,
подключенный к сборному коллектору 4, регулируемый клапан 5, измерительную
диафрагму 6 и датчик 7 перепада давления, установленные на воздуховоде 3. Эрлифт-
Глава 5
381
ная установка содержит дополнительно
датчик 8 давления, установленный в ка¬
мере 2 смешения. Группа эрлифтных ус¬
тановок содержит источник 9 сжатого
воздуха, подсоединенные трубопровода¬
ми 10 к сборному коллектору 4, всасыва¬
ющие патрубки 11 с установленными на
них клапанами 12. В коллекторе 4 разме¬
щен датчик 13 давления воздуха. Уст¬
ройство управления содержит регистра¬
тор 14 давления в камере 2 смешения,
регистратор 15 перепада давления на из¬
мерительной диафрагме 6, подключен¬
ные к корректору 16. Выход корректора
16 и задатчик 17 подключены к регуля¬
тору 18, который через блок 19 управле¬
ния связан с регулируемым клапаном 5.
Датчик 13 давления в сборном коллекто¬
ре 4 подключен через регистратор 20
давления к регулятору 21, к которому
подключен также задатчик 22 расхода, а
выход регулятора 21 связан через блок
23 управления расходом сжатого возду¬
ха с клапаном 12.
Способ осуществляется следующим
образом.
Сжатый воздух от источника 9 по трубопроводу 10 поступает в сборный коллектор
4 и далее по воздухопроводам 3 в камеры 2 смешения эрлифтных установок 1. Измеряют
давление в камерах 2 смешения датчиком 8 давления, перепад давления на измеритель¬
ной диафрагме 6 датчиком 7 давления, в сборном коллекторе 4 датчиком 13. Регистра¬
торы 14, 15 и 20 преобразуют показание датчиков в электрические сигналы. От регист¬
раторов 14 и 15 сигналы поступают в корректор 16, где согласуются, после чего на вход
регулятора 18 поступает сигнал, несущий информацию о давлении в камере 2 смешения
и расходе воздуха в воздуховоде 3. Регулятор 18 сопоставляет сигнал от корректора 16
с сигналом задатчика 17 расхода и формирует команду на блок 19 управления клапаном
5, который регулирует расход воздуха, подающегося в камеру 2 смешения эрлифтной
установки. От регистратора 20 давления в сборном коллекторе 4 сигнал поступает на
регулятор 21, где сопоставляется от задатчика 22 давления. Регулятор 21 формирует
команду в блок 23 управления на изменение подачи воздуха в источник 9 давления.
Достоинство: дополнительный замер давления в камере 2 смешения позволяет
оперативно регулировать необходимый расход воздуха в данной эрлифтной установке,
что повышает экономичность работы всей группы установок.
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА СЖАТОГО
ВОЗДУХА МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ [а.с. №687267]
1. Описание способа. Сжатый воздух от компрессорной станции (рис. 5.215) нагне¬
тается в сборный коллектор 2, откуда он поступает по трубопроводам 3, 9, 10 и 11 к
камерам смешения соответствующих ступеней эрлифтной установки (количество тру¬
бопроводов определяется числом ступеней). Измеряется перепад давления на дросселе
□
-5
Г7т]
5 Т , ,
-7 i
^@Ч73ПЧ7*Н#1
4IHD—1
Рис. 5.214.
382
Глава 5
1. В соответствии с изве¬
стным для каждой конк¬
ретной установки диапа¬
зоном дополнительно
измеряют давление сжа¬
того воздуха в сборном
коллекторе 2 и с учетом
перепада давления - на
дросселе 1. Регистрато¬
ры 6 перепада давления
на дросселях 1 и регист¬
раторы 7 давления в
сборном коллекторе 2
преобразуют текущие
значения этих парамет¬
ров в пропорциональные
унифицированные пнев-
матические сигналы
давления. Полученную
таким образом информа¬
цию о параметрах сжа¬
того воздуха подводят к
регулятору 8 соотноше¬
ния, в котором осущест¬
вляется сравнение фак¬
тического соотношения
указанных параметров с
заданным соотношением
и пропорционально от¬
клонению формируют
управляющий сигнал ре¬
гулирующего воздейст¬
вия на регулируемый клапан 4. При стабильном режиме воздухоснабжения со стороны
компрессорной станции поддержание расхода сжатого воздуха каждой ступенью на
заданном уровне (в соответствии с установленным на регуляторах соотношением) осу¬
ществляют по перепаду давления на дросселе с коррекцией по давлению в сборном
коллекторе 2. В случае отклонения режима компрессорной станции, приводящего к
увеличению (уменьшению) давления в сборном коллекторе 2, автоматически осущест¬
вляют одновременное и пропорциональное заданному соотношению увеличение
(уменьшение) расхода воздуха всеми ступенями, что способствует восстановлению
давления в сборном коллекторе 2.
2. Рекомендуемая область применения. При эксплуатации многоступенчатых эр-
лифтных установок в автоматическом режиме.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. Данный способ регулирования
расхода сжатого воздуха многоступенчатой эрлифтной установки позволяет повысить
надежность и экономичность установки путем автоматического согласования режимов
компрессорной станции и эрлифтной установки, а также уменьшения числа последова¬
тельно соединенных элементов в схеме автоматического регулирования.
Глава 5
383
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭРЛИФТА tax. №1024604]
Изобретение относится к насосостроению, в частности к способу очистки эрлифта,
и может быть, использовано при проектировании и эксплуатации эрлифта, предназна¬
ченного для работы в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве.
Известен способ очистки эрлифта путем подачи воды в зону образования осадка для
размыва ее.
Наиболее близким к изобретению является способ очистки эрлифта путем подачи
сжатого воздуха в смеситель с образованием фильтрационного потока в подъемной
трубе.
Недостатком известных способов является также низкая эффективность очистки
эрлифта.
Цель изобретения - повышение эффективности очистки.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу очистки эрлифта путем
подачи сжатого воздуха в смеситель с образованием фильтрационного потока в подъем¬
ной трубе подачу воздуха осуществляют импульсами, измеряют величину фильтраци¬
онного потока и по ней корректируют величину импульсов.
Способ очистки эрлифта осуществляется следующим образом.
Подают импульс сжатого воздуха к смесителю эрлифта, за счет чего происходит
выброс воды, находящейся в его подъемной трубе, давление в воздухопроводе при этом
падает до величины, определяемой потерями давления на прохождение сжатого воздуха
через подъемную трубу. Затем уменьшают подачу воздуха к смесителю. За счет пере¬
пада давления на слое твердого материала, равного величине погружения эрлифта,
через слои твердого материала протекает фильтрационный поток, размывающий его и
заполняющий подъемную трубу. По мере заполнения подъемной трубы уменьшается
величина перепада давления на слое твердого материала. После уменьшения фильтра¬
ционного потока, о чем свидетельствует прекращение роста давления в воздухопроводе,
вновь подают импульс сжатого воздуха к смесителю эрлифта. Если после выброса воды
с размытым твердым материалом давление в воздухопроводе падает, то вновь уменьша¬
ют расход воздуха к смесителю, производя подачу сжатого воздуха импульсами с таким
чередованием режимов, пока не будет осуществлена полная очистка эрлифта и устано¬
вится рабочее давление в воздухопроводе. Как показывает практика, для очистки эр¬
лифта достаточно трех-четырех чередований. Если после прекращения подачи сжатого
воздуха к смесителю давление в воздухопроводе не увеличивается, т.е. фильтрацион¬
ный поток незначителен, то в подъемную трубу подают воду от внешнего источника.
После этого импульс сжатого воздуха выбрасывает воду из подъемной трубы, после чего
вновь прекращают подачу сжатого воздуха и так далее.
Достоинство: таким образом, за счет пауз в подаче сжатого воздуха к эрлифту,
происходит увеличение перепада давлений на слое твердого материала и как следствие
повышается эффективность фильтрационного потока, и эффективность очистки. Кроме
того, подача воды в подъемную трубу и подача сжатого воздуха импульсами обеспечи¬
вают колебания давления в смесителе и эффективный размыв верхнего слоя твердого
материала во всасывающей трубе эрлифта.
СПОСОБ РАБОТЫ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЭРЛИФТА [а.с. №1020656]
Каждая ступень многоступенчатого эрлифта (рис. 5.216) содержит подъемную
трубу 1, соединенную в нижней части со смесителем 2, к которому присоединены
воздухопровод 3 и всасывающий патрубок 4, а в верхней части - с воздухоотделителем
5, который посредством трубопровода 6 связан с накопительной емкостью 7 следующей
ступени, соединенной с верхней частью нисходящей ветви 8, нижняя часть которой
384
Глава 5
Рис. 5.216.
соединена с приемной емкостью 9. Промежуточный водосборник 10 соединен посредст¬
вом трубопровода 11с нисходящей ветвью 8 и связан с ее накопительной емкостью 7
посредством сбросного трубопровода 12.
Гидросмесь поступает в нижний водосборник 10. По воздухопроводу 3 в смеситель
2 подается воздух, а через всасывающий патрубок 4 из водосборника поступает гидро¬
смесь. Образовавшаяся аэрогидросмесь по подъемной трубе 1 поднимается в воздухоот-
Глава 5
385
делитель 5, где происходит отделение воздуха от гидросмеси, которая попадает в нако¬
пительную емкость 7 через трубопровод 6, откуда по нисходящей ветви попадает в
приемную емкость 9 в следующей ступени и по всасывающему патрубку 4 в смеситель
2. Далее цикл повторяется. При наличии источников гидросмеси на вышерасположен-
ных горизонтах гидросмесь из промежуточного водосборника 10 по трубопроводу 11
поступает в нисходящую ветвь 8 ступени, расположенной на этом уровне. Первая
ступень эрлифтной установки обеспечивает подачу большую, чем приток гидросмеси
поступающей в нижний водосборник 10 и подача следующей ступени. Избыток гидро¬
смеси из накопительной емкости 7 сбрасывается в водосборник 10 по сбросному трубоп¬
роводу 12. Для предотвращения выброса пульпы в ствол при увеличении притока
гидросмеси, поступающей в промежуточный водосборник 10, накопительная емкость 7
снабжена сбросным трубопроводом 12, другой конец которого заведен в промежуточный
водосборник 10.
Первая ступень установки за счет своей большей подачи обеспечивает стабиль¬
ность рабочих режимов последующих ступеней. При увеличении притока гидросмеси
уровень погружения смесителя 2 увеличивается, при этом увеличивается подача первой
ступени. В этом случае по трубопроводу 12 будет сбрасываться большее количество
гидросмеси, а величина погружения второй ступени и ее режим работы останутся
прежними. При уменьшении притока гидросмеси в водосборник 10 величина погруже¬
ния уменьшается, подача первой ступени также уменьшается. В этом случае по сброс¬
ному трубопроводу 12 будет сбрасываться меньше гидросмеси, однако за счет того, что
подача первой ступени больше, чем второй, погружение второй останется прежним.
Достоинство: увеличение подачи первой ступени в сравнении с последующей на
5-10% обеспечивает сглаживание наиболее часто встречающегося интервала колеба¬
ний притока гидросмеси. Стабильность режима работы второй ступени обеспечивает
стабильность работы всех последующих ступеней, при этом снижается расход воздуха,
так как необходимости стабилизировать режимы работы за счет увеличенного расхода
воздуха, и увеличивается величина погружения, что дает увеличение КПД.
СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ,
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [а.с. №972099 ]
Способ скважинной гидродобычи осуществляют следующим образом.
Продуктивный пласт вскрывают добычными скважинами с перебуром пласта и
подстилающих пород без обсадки обводненных покрывающих пород. На пульповыдач-
ных трубах (рис. 5.217) 7 опускают электронасос 1 вместе с кожухом 2 и пакером 10.
Параллельно с монтажом тубы 7 наращивают воздухопровод 6 и монтируют на трубах
7 электрокабель 13. После спуска устройства в интервале продуктивного пласта вклю¬
чают электронасос 1, который засасывает воду из затрубного пространства по внутрен¬
ней полости кожуха 2 и подает ее через камеру 4 давления на разрушающую насадку 3,
гидроэлеваторную насадку 5, а также направленную вниз разрыхляющую насадку 14.
Образующаяся гидросмесь через приемные отверстия 8 за счет работы насадки гидро¬
элеватора 5 засасывается в пульпоподъемную трубу 7. Затем в воздухопровод 6 подают
сжатый воздух, который через форсунку эрлифта 11 поступает в пульпоподъемную
трубу 7 и поднимает гидросмесь на поверхность. Сжатый воздух подается также на
разобщающий пакер 10 и в подземную камеру через отверстия 12. Для образования
круговой камеры все устройство вращением труб 7 поворачивают вокруг продольной
оси. В связи с тем, что производительность гидроэлеватора превышает производитель¬
ность разрушающей и разрыхляющей насадок, уровень воды в подземной камере падает
и на ее место из трубопровода 6 поступает сжатый воздух.
386
Глава 5
Сообщение пространства каме¬
ры с воздухопроводом 6 позволяет за¬
полнить разрабатываемую камеру
воздухом в процессе откачки гидро¬
смеси. При этом задача понижения
уровня воды в камере для обеспече¬
ния работы струи в незатопленном
забое упрощается.
Пакер 10 разделяет затрубное
пространство на два горизонта, что
снижает приток воды из покрываю¬
щих пород в камеру и одновременно
сокращает утечки воздуха из разра¬
батываемой камеры.
Возврат энергетической воды в
скважину осуществляют самотеком в
горизонт покрывающих пород через
водосливную трубу 15.
Возврат воды самотеком требует
минимальных затрат и снижает энер¬
гоемкость добычи. Подача воды в ин¬
тервал покрывающих пород обеспе¬
чивает поддержание уровня подпора
воды перед насосом и насадками по¬
стоянным, что снижает энергозатра¬
ты на водоснабжение гидромонитора.
Осуществление в скважине обсадки
позволяет дополнительно использо¬
вать для водоснабжения грунтовые
воды.
Достоинство: предлагаемый спо¬
соб скважинной гидродобычи полез¬
ных ископаемых и устройство для его
осуществления позволяют сократить
энергозатраты на водоснабжение.
СПОСОБ ЗАПУСКА
ЭРЛИФТА [ах. №709841 ]
Эрлифт содержит (рис. 5.2218)
воздухопровод 1, связанный с магист¬
ралью 2 сжатого воздуха через вен¬
тиль 3 и шиберную задвижку 4, подъ¬
емную трубу 5, погруженную в резервуар 6 с транспортируемой жидкостью, водяную
магистраль 7, связанную через вентиль 8 с воздухопроводом 1, и шиберную задвижку 9
и трубопровод 10.
Способ предусматривает следующую последовательноть операций.
Перед подачей сжатого воздуха воздухопровод 1 отключает от магистрали 2 сжа¬
того воздуха шиберной задвижкой 4. При открытом вентиле 3, открывая вентиль 8 и
шиберную задвижку 9, подключают воздухопровод 1 к водяной магистрали 7. Шибер-
Рис. 5.217.
Глава 5
387
Рис. 5.218.
пая задвижка 9 быстро открывается после открывания вентиля 8. Вода из магистрали 7
под давлением поступает в трубопровод 10, а затем воздухопровод 1, где при контакте
с уровнем жидкости или твердым телом возникают гидроудары, которые разрушают
слежавшиеся Или сцементированные включения. Затем закрывают шиберную задвиж¬
ку 9 и вентиль 8 и открывают шиберную задвижку 4, подавая в воздухопровод 1 сжатый
воздух из магистрали 2. Эрлифт начинает работать.
Достоинство: предложенный способ позволяет сокращать время на ликвидацию
пробок из твердого материала, устранить тяжелый физический труд, ускорить и облег¬
чить запуск эрлифта.
388
Глава 5
СПОСОБ ЗАПУСКА ЭРЛИФТА [ас. №1043365]
1. Описание установки (рис. 5.219). При погружении эрлифта в жидкость струя из
всасывающего патрубка 2 поступает в смеситель 1 и эжектирует из воздуховода 4
воздух, который, перемешиваясь с жидкостью, образует двухфазную смесь, поднима¬
ющуюся по подъемной трубе 3 под действием гидростатического давления.
2. Рекомендуемая область применения. Устройство может быть применено при
изыскательских работах для отбора проб в промышленности, строительстве и сельском
хозяйстве.
3. Предполагаемые преимущества и недостатки. При опускании эрлифта в жид¬
кость она вытеснит воздух из подъемной трубы и воздухопровода. При этом воздух в
подъемную трубу поступать не будет и эрлифт работать не будет.
Рис. 5.219.
Глава 5
389
6. ЭРЛИФТНЫИ ГИДРОПОДЪЕМ
КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ
Подход к проблеме управления эрлифтом зависит от рассматриваемого режима ра¬
боты установки (стационарный или переходный, например, пусковой), глубины и ха¬
рактера погружения смесителя (постоянное или переменное погружение). Постоянная
величина относительного погружения а часто характерна при использовании эрлифтов
как добычного агрегата (песка, гравия т.п.) со дна водоемов с неизменным уровнем
зеркала воды. Переменная величина а бывает как, правило, при использовании срав¬
нительно небольших по объему приемных емкостей (зумпфов) эрлифтных гидроподъ¬
емов, характерных при их использовании на шахтах, горно-обогатительных фабриках,
тепловых электростанциях и т.п. В этой связи ниже и приведены результаты решения
задач управления, обусловленных тем или иным подходом к проблеме.
Правильно выбранные параметры эрлифта в стационарном режиме при постоян¬
ном погружении смесителя и характеристик гидросмеси успешно обеспечивают устой¬
чивую (с максимальным к.п.д.) его работу вообще безо всяких дополнительных средств
управления. Поэтому в технологических условиях, не обеспечивающих а — const
самой значимой задачей управления, с точки зрения авторов, является задача стабили¬
зации переменных процесса, и поэтому больший акцент уделен именно этому подходу.
Поскольку же задача стабилизации а прямо связана с задачей математического моде¬
лирования материального баланса в системе гидроподъема, то последняя задача также
приведена отдельным подразделом.
Входной величиной для эрлифта, как динамического звена, является расход возду¬
ха QB, а выходной — подача Qj эрлифта. Передаточную функцию эрлифта можно
представить колебательным звеном [91 ]. Задержка во времени между ступенчатым
изменением входной величины Qb и достижением выходной величины Q3 установив¬
шегося значения, как правило, составляет несколько секунд, что позволит в задачах
управления считать его безинерционным звеном и в некоторых случаях рассматривать
зависимости Q3 — / (Qb, Cl^j, как динамические.
Воздухопровод, связывающий компрессорную станцию со смесителем эрлифта,
может быть представлен передаточной функцией с характеристическим полиномом
третьей степени [95 ]. Воздухопровод обладает апериодическим характером протекания
переходного процесса с некоторой постоянной времени. Как объект автоматического
управления турбокомпрессор представляет собой звено второго порядка с переменными
параметрами, причем в области больших расходов характер переходного процесса апе¬
риодический, а в области малых - турбокомпрессор является неустойчивым колебатель¬
ным звеном [20 ]. Постоянная времени турбокомпрессора не является постоянной вели¬
чиной.Однако ее значение при всех возможных режимах работы составляет менее
0,1 с [20 ] и им можно пренебречь, т.е. можно считать компрессорную станцию безинер¬
ционным эвеном. Учитывая, что управление состоянием эрлифта всецело зависит от
величины расхода воздуха и, что возможна длительная его работа в установившемся
режиме, то для поддержания выходной точности заданного режима целесообразно,
390
Глава 6
чтобы система управления включала в качестве основного контура астатическую (пер¬
вого порядка) систему регулирование расхода воздуха турбокомпрессорной стан¬
ции [60 ]. При этом будет достигнута нулевая статическая ошибка при регулировании
расхода воздуха и за счет настройки параметров регулятора расхода этого контра воз¬
можно также добиться желаемого регулирования расхода воздуха [60 ].
С точки зрения проблемы управления шахтный эрлифтный подъем представляется
наиболее сложным из семейства эрлифтов, поэтому именно ему в данной главе будет
уделено большее внимание.
Шахтный эрлифтный гидроподъем представляет собой узел сосредоточения гидро¬
смеси с эрлифтом и водоотливными установками.
Гидроподъем обладает аккамулирующим свойством и характеризуется изменени¬
ем подачи в зависимости от текущих условий. Техпроцесс гидрошахты при наличии
звена запаздывания — движения безнапорных потоков гидросмеси от забоев — позво¬
ляет прогнозировать на время этого запаздывания нагрузку на гидроподъем, и следова¬
тельно, моделировать режимы его работы.
6.1. Материальный баланс в системе гидроподъема.
При моделировании баланса гидросмеси в пульпосборнике эрлифтного гидроподъ¬
ема необходимо использовать уравнение материального баланса с учетом возможных
изменений подачи эрлифта в зависимости от меняющихся текущих условий. Определим
объем заполнения пульпосборника Wx на некоторый произвольный интервал прогноза
г (при использовании модели для исследования управляющего алгоритма т < Ху, при
использовании в управляющем алгоритме X — Ху, где Ху — период управления)
Применительно к эрлифту уравнение материального баланса в его емкости будет
иметь вид:
Wx =W<? + A wi
(6.1)
где Wq — объем заполнения на текущий момент времени (будем считать его
нулевым для интервала 0 н- Ху, м3);
A Wx ■— изменения объема заполнения зумпфа в период времени 0-i- X, м3.
(6.2)
G 3
QY — суммарная подача No насосов гидрокомплекса и водоотлива, м/с
ng
Qt — подача эрлифта, м3/с.
Глава 6
391
На интервале О т г значе-
ни я Qt у и Qt принимаются по¬
стоянными, так как каждая из их
составляющих меняется только
управляющими воздействиями и
определяется установленным ре¬
жимом агрегата. Таким образом,
переменной величиной в правой
части выражения (6.2) является
Q*, которая для заданных пара¬
метров эрлифта (о которых будет
сказано ниже) и заданной подаче
воздуха в смеситель (согласно
принятому допущению), зависит
от величины погружения смеси¬
теля (рис. 6.1).
Чтобы решить уравнение
(6.2) относительно объема за¬
полнения пульпосборника (ос¬
новная моделируемая перемен¬
ная) при известной его
характеристике ht =/w {Wt} >
необходимо определить зависи¬
мость <2? ==: /а j (вспомога¬
тельная моделируемая перемен¬
ная) и затем Qt = /q j (с
дальнейшей подстановкой по¬
следнего выражения в (6.2).
Для длинных эрлифтов с
(1Э=0,5 -1м, необходим предва¬
рительный вывод зависимости
Qt — fh \ЫJ. Произведем его на
основании упомянутых теорети-
чесмких и экспериментальных
исследований эрлифта.
Согласно 1176]:
Рис. 6.1. Схема эрлифтного гидроподъема
1 — зумпф; 2 — всасывающее устройство; 3 — сме¬
ситель; 4 — труба эрлифта; 5 — воздухоотделитель;
6 — насос (ы) гидрокомплекса; 7 — пульповоды при¬
текающей гидросмеси.
Qonm=KQ-g0'S-dZ'S, (6.3)
где Qonm — оптимальная подача эрлифта, м3/с;
g — ускорение свободного падения, м/с2;
d3 — эквивалентный диаметр трубы эрлифта, м;
Kq — безразмерный коэффициент производительности эрлифта.
В работе [176 ] для длинных эрлифтов cd3> 0,6 м приведена экспериментальная
зависимость для опредения коэффициента производительности эрлифта Kq:
392
Глава 6
(6.4)
Kq
_ v'gn+Cl+o:1)
1 + Qn
a \o,5
' (t)
где CC — относительное погружение,
здесь h3 — величина погружения смесителя эрлифта под уровень воды, м,
(рис. 6.1); Лэ = he - 1С, здесь 1С— расстояние от смесителя до дна зумпфа эрлифта, м;
Нс — длина подъемной трубы от уровня воды до воздухоотделителя, м,
Hc-L -hc, здесь Lc — расстояние от воздухоотделителя до дна зумпфа эрлифта, м;
дп — приведенный расход воздуха, согласно [72 ]qn = 60 -е при0,15 < а <0,5
и/гэ>50м.
коэффициент сопротивления проточной части эрлифта, по данным [176]
0,04 для широкого класса эрлифтов, применяемых на гидрошахтах.
Оптимальная подача воздуха Qonm определена по зависимости:
Qottm — Q’Qonm (6.5)
ще q — удельный расход воздуха, согласно [176 ]
q = qn{\ + (4+0,5 -p-g-ti) •P~al)
здесь Ра — атмосферное давление, Па;
р — плотность воды, кг/м3.
Тоща, зная Q8, можно определить Q% — Q VQonm
В работе [39 ] приведена аппроксимированная зависимость Q э —f ^ Q , где
Q*=Q3/Qonm:
Q°= (2- ( ёв"2)2)0’5 (6.6)
Но Q —Q 'Qonm- Тогда при подстановке в это выражение зависимостей (6.6) и
(6.3), получим:
-2,5
(6.7)
Так как Kq = /*( а), а а = /а 3J, то при d3 — const и Q 8 = const полученное
выражение в явной форме отражает искомую функцию Q3 = fk j.
Сравнительная сложность полученной зависимости (6.6) при подстановке ее в
выражение (6.2) не позволяет найти аналитическое решение относительно основной
моделируемой переменной — Wt- Поэтому ниже рассмотрим результаты исследования
выражения (6.6), проведенного с целью допустимого упрощения.
Для практически используемых на гидрошахтах диапазонов d3= 0,5-г 1 м и
0,14 < а< 0,3, характеристики Ot = /д (hf j для различных (заданных) Q в представ¬
ляют собой семейство прямых:
Qt = K*-ht3 + В*, (6.8)
где К*, В* — постоянные (для заданного значения Q в) коэффициенты.
Глава 6
393
В свою очередь значения К* = /* (б Bj и В* ~ Л ^2
также линейны в зоне
практически возможных подач воздуха:
Nn
(6.9)
здесь Aimin', N1пах — соответственно минимальное и максимальное число работаю¬
щих турбокомпрессоров; Q^in', Q™» — соответственно минимальная и максимальная
возможная подача воздуха одним турбокомпрессором.
Помимо поставленной задачи моделирования Ж(т), полученные зависимости
(6.7) и (6.8) позволяют решать важную производственную задачу — косвенно контро¬
лировать подачу трехфазной смеси эрлифта, так как средства прямого измерения под¬
ачи для подобных объектов в настоящее время отсутствуют.
В соответствии с аппроксимирующим линейным выражением Q? = /л и рас¬
полагая кусочно-линейной функцией Wf — /w (flf j определяем кусочно-линейную
функцию Qf -f ^W^3j:
Qf = Kf • Wf + В? — WiU < Wf < Wf, (6.10)
где Kf, В? — линейные коэффициенты / - го интервала;
Wf-1 -г Wf — объем заполнения, соответствующий I - му интервалу по аппрок¬
симированной характеристике пульповодосборника эрлифта. При подстановке кусоч¬
но-линейного значения в формулу (6.2) и с учетом (6.1) получим:
A Wt = / \рс - Кf ^Жоэ + А Ж3) - В?J dt (6.11)
И после дифференцирования ^ полученное выражение примет вид:
-V A Wf + A Wf =J—(qc- В?) - Wf. (6’. 12)
Kf Kf \ >
Последнее выражение представляет собой уравнение апериодического звена. Воз¬
мущением является единичная функция с коэффициентом усиления
^<2 С-В[Э j - W<f. Решением уравнения является переходная функция вида:
A Wf =
Qс ~ Bf
К?
- Wf
О
-^f-r
)
(6.13)
Тогда окончательно для Wf получим:
Wf = Wf +
Qc-Bf
К?
- wf
(•
-0~Ki-r
)
(6.14)
Таким образом, кусочно-линейная аппроксимация Qf =/ , помимо точ¬
ности (аппроксимация любой гладкой нелинейной функцией менее точна, так как
характеристика Ж3 — f |/z3 j имеет вид ломаной), позволяет получить простое анали¬
тическое решение уравнения (6.2).
394
Глава 6
Однако в формуле (6.14) необходимо учесть тот факт, что за период X «рабочая
точка» характеристики W? — KfWt + Bf может выйти за границы одного / - го
линейного интервала, в пределах которого справедливо выражение (6.14), и пройти их
несколько с существенно различными коэффициентами Кт, Вт- Обозначим множество
всех возможных вершин (пересечений интервалов) поданной кусочно-линейной харак¬
теристике через / = | 0, 1, 2, ..., nj., а множество вершин реального перемещения
«рабочей точки» за период г через /' = | О, а\, аг, tfsj-, J' ^ J (исходная точка
движения будет нулевой вершиной). Кардинальные числа множества J’ составят неко¬
торое множество / = | 0, 1, 2, ..., /, s+ 1J-, для всех элементов которого определена
функция отображения <р: I -* Тоща, воспользовавшись элементарным свойством
интеграла для выражений (6.14), (6.11), получим:
= Г , <6.15)
,e/L JL J
ще
м<) =
1 toA&,y»fr,+o-g,’+BftO
Щ) mi)-wfcrQc+Bfci)
i -1
х-2 х<p(j) i = i ;
i—l
. . .*
i < i ;
^ *
f ^ I ~1 I
здесь / £/ 2 Т^з(г) < T < 2 Ь (согласно определения
l ;=i <—i J
i *— S + 1, но поскольку числа i £ /кардинальные,то i < Г)
.*
На рис. 6.2 приведена укрупненная блок-схема ПП AIRLIFT, реализующая дан¬
ную математическую модель. По ht определяется Wt (блок 1) в соответствии с харак¬
теристикой пульповодосборника. Затем (блок 2) для заданной подачи воздуха Q* по
зависимости (6.7) определяются для всех линейных интервалов аппроксиморованной
характеристики пульповодосборника гидроподъема массивы j Kf J и | jB/|. В зависи¬
мости от Wt определяется индекс текущего интервала (блок 3), а по зависимости (6.10)
определяется значение Qt (блок 4). Блоки 5-7 условно представляют расчеты по зави¬
симостям (6.15), результатом которых является величина Wt для заданного интервала
моделирования Г. ПП AIRLIFT заканчивается формированием выходных данных
(Qt, Wt) в блоке 8 и выдачей их на соответствующие внешние устройства.
Полученный алгоритм позволяет моделировать баланс гидросмеси в пульповодос-
борнике эрлифтного гидроподъема на выбранный интервал времени х при заданных
начальных условиях: параметры эрлифта, QB, Q°, Wo. При моделировании (в диск¬
ретной форме) на шаг управления X = At, считается момент времени А - 1 исходным
( Wq = Wk~i) и по зависимости (6.15) определяется W£, a Qk определяется (с целью
контроля подачи) по зависимости (6.10).
Глава 6
395
1
2
3
4
Рис. 6.2. Блок-схема процедуры AIRLIFT моделирования
параметров гидроподъема
Экспериментальное исследование объекта и оценка точности моделирования
Для оценки точности моделирования безнапорных потоков, баланса гидросмеси в
пульповодосборниках углесосной станции и экспериментальное исследование приве¬
денной выше математической модели проводились в условиях гидрошахты «Красноар¬
мейская» для следующих параметров эрлифтного гидроподъема:
— общая длина подъемной трубы эрлифта (от смесителя до воздухоотделителя)
— 460 м;
— эквивалентный диаметр трубы эрлифта (1Э =» 0,84 м;
— число работающих турбокомпрессоров — 7 с общей подачей воздуха до 53 м /с;
Aimin' = 7; = 8; 0mi„' = 7,08 м3/с; - 8,33 м3/с;
— гидрокомплекс, оборудованный углесосами 14-УВ-6 в паре с 12-У-10, во время
эксперимента был выключен;
з
— изменение объема заполнения пульповодосборника 1550-5- 2000 м ;
з
— диапазон возможных подач эрлифта: 0,6-1 м /с, в том числе в условиях
з
эксперимента 0,75-0,85 м /с;
— в зоне (6.9) после квадратичной аппроксимации (максимальная относитель¬
ная погрешность 1 %) коэффициенты выражения (6.8) следующие
К* = 0,00026 QB-0,00675; (6 ш
К* = -0,0064 Q* + 0,6369.
Характеристики эрлифта Qt — fh j'ht j и зависимости К* = Д , В*— /в {q Bj
для этих же условий представлены на рис. 6.3 и 6.4.
396
Глава 6
1 -<2Э= 0,0116/1 э+0,139 Q в= 70 м3/с
2- Q3— 0.0095Лэ+ 0,233 £>“=63 м3/с
3 - Q э= 0,00814/г э+ 0,2669 Q в= 57,28 м3/с
4- (2 э= 0,0061Л э+0,314 Q В~ 50,2 м3/с
5 -Q3= 0,0033Л э+ 0,382 Ов= 43,1 м3/с
B*Vc Км3/С
Рис. 6.4. Зависимости /£*= Д (о и £*= /в (о
для эрлифта гидрошахты «Красноармейская»
Глава 6
397
6.2. Стабилизация стационарного режима
Оптимальные характеристики и параметры эрлифта расчитываются на стадии
проектирования. Подача эрлифта
где Р 9 — вектор конструктивных параметров, рассчитывается постоянно при за¬
данном, расчетном QB= const и а = const (h3= constj исходя из
min q = Q B/Q э. Если эрлифт установлен в водоеме (река, мелкое озеро, карьер) с
h э= const, то стационарный,расчетный стабилизированный режим обеспечивается
правильным расчетом Qв и Р 9 и правильной эксплуатацией установки. Для этих
случаев задачи стабилизации или иного управления стационарным режимом просто
нет. Иное дело, когда эрлифт погружен в зумпф, в который поступает переменный
приток гидросмеси. В этом случае, задача стабилизации состоит в обеспечении
Wt~* const ( где Wt — объем заполнения зумпфа, пропорциональный Л 9 и а), что
достигается при Q с~ Q 9.
Ниже приведен пример решения задачи стабилизации, т.е. выполнения ограниче¬
ния
Wiin < Wt3 < И^шах (6.17)
где Heroin, И'тах — режимные ограничения, соответствующие атт и ССтах для са¬
мого сложного технического процесса с применением эрлифтного гидроподъема —
техпроцесса гидрошахты (рис. 6.1).
Выполнение этого условия явится глобальным критерием для ТП гидрошахты.
Локальные критерии для гидрошахты- это критерии эффективного управления углесос-
ных станций, определяющих нагрузку (приток Qc(t)) на гидроподъем. Эта ситуация
подробно описана в [123 ]. Таким образом задача стабилизации эрлифтного гидроподъ¬
ема сводится к такому управлению нагрузкой Qt, при котором за период управления Т,
равному периоду прогноза, выполняется условие J Qt — / Qt ■ В этом случае для
Г Г
выбранного вектора Р 9 конструктивных параметров эрлифта
£>/=/ (t, а, Рэ) « const
и эрлифт будет работать в оптимальном расчетном режиме с минимальным отно¬
сительным потреблением воздуха.
Суть управления эрлифтным гидроподъемом шахты сводится к разработке:
а) системы приоритетов, заключающейся в динамической расстановке приорите¬
тов средств регулирования (меняющих Q с);
б) алгоритма управления гидроподъемом, в котором учитываются (кроме выше¬
приведенного) математическая модель эрлифтного гидроподъема ( то есть процедура
AIRLIFT, см. раздел 6.1), позволяющая моделировать подачу гидроподъема в зависи¬
мости от меняющихся текущих условий.
а) Технологическая ситуация, в которой находится каждый объект гидротранспор¬
тной системы шахты, непрерывно меняется, что обусловлено, как указывалось выше,
переменным характером нагрузки и полирежимной работой установок. Поэтому целе-
398
Глава 6
сообразность регулирования того или иного средства с целью изменения нагрузки на
гидроподъем также определяется текущей ситуацией в системе.
Расстановка номеров приоритетов различных средств регулирования определяет¬
ся, в основном, потребляемой мощностью при включении соответствующего агрегата и
приведена в таблице 6.1, где указана предпочтительность регулирования для средств,
находящихся в номинальном режиме. Отклонение от номинального режима (для дан¬
ного средства) вызывает необходимость изменения его приоритетного номера. Схема
динамической расстановки приоритетов представлена на рис. 6.5. Исходный набор
Таблица 6.1.
Возможные варианты регулирования средств гидротранспортной
системы угольной шахты по критерию глобальной эффективности
Средство
регулирования
Причины жела¬
тельности поль¬
зования дан¬
ным средством
регулирования
Причины нежелательности
пользования данным сред¬
ством регулирования
Предпочти¬
тельная после¬
довательность
при управле¬
нии
эр¬
лиф¬
том
угле¬
сос-
ными
стан¬
ция¬
ми
Регулирова¬
ние по подаче
углесосной
станции
Регулирова¬
ние только
пропускной
способности
—
1
1
Включение
резервного
насоса гидро¬
комплекса
При перели¬
вах зумпфов
откачивается,
как правило,
'избыточная
вода
1. Дополнительно потреб¬
ляется электроэнергия
(мощность 1920 кВт)
2
—
Включение
резервного
турбокомпре
ссора
Увеличение
подачи эрлиф¬
та
1. Дополнительно потреб¬
ляется электроэнергия
(мощность 3500 кВт);
2. Уменьшение к.п.д.
3. Ступенчатое изменение
подачи эрлифта
3
—
Подача ава¬
рийной воды в
зумпф эрлиф¬
та
—
Непроизводительная поте¬
ря гидроэнергии (100
м3/час) и электроэнергии
(мощность 765 кВт)
4
—
Дополнитель
ная подача
(отключение)
воды на участ¬
ки
При подаче
избыточной
воды происхо¬
дит дополни¬
тельная про¬
мывка безна¬
порного жело¬
ба
1. При отключении подачи
воды происходит вынуж¬
денная остановка добычи;
2. Изменение притока в
зумпф происходит через
время транспортного за¬
паздывания (10-15 минут);
3. При подаче может не¬
производительно расходо¬
ваться гидроэнергия (100
м3/час)
—
2
Глава 6
399
номеров приоритетов определяет средства, находящиеся в номинальном режиме. Для
этих режимов наиболее эффективным средством изменения W? является 2 0/, по-
i
скольку регулирование углесосов меняет лишь характер нагрузки при стабилизации
режима гидроподъема.
Регулировать конкретную углесосную станцию по критерию (6.17) имеет смысл в
том случае, если в результате этого воздействия подача ее требуемым образом изменит¬
ся на период времени, соизмеримый с интервалом регулирования углесоса по критерию
эффективности углесосной станции. В противном случае переключение режима по
критерию (6.17) может неудовлетворительно быстро смениться переключением (обрат-
dh
ным) по критерию эффективности углесосной станции. Поэтому при —Ф 0 больший
приоритет назначается углесосной станции, имеющей меньшее значение A tpt ( при
необходимости увеличения Wt), где A tpt — период разрегулирована, т.е. перевод на
максимальную подачу, или A t3i( при необходимости уменьшения Wt), где А г- —
период зарегулирования, т.е. перевод на минимальную подачу, а при 0 больший
приоритет получит i - ая углесосная станция, у которой hi > hj, j £ ^ 1, Ny ^ ( при
необходимости увеличить Wt) и наоборот, Л/ > Л/, / €Е ^ 1, Ny ^ (при необходимости
уменьшить W^). Это перераспределение приоритетов показано стрелками «а» на
рис. 6.5. А при невыполнении выражения для ограничения на регулирование (что при-
р*
Средство регулирования
-2
-1
1
Углесосная станция № 1 *—
2
Углесосная станция № 2 —
а
К
Углесосная станция № К -—
Ny
Углесосная станция № Ny -—J
Ny+l
Насосы гидрокомплекса
Ny+2
Турбокомпрессоры
Ny+3
б
б
б
в
Возрастание
приоритета
Ny - число углесосных станций; «а» - в номинальном режиме, «б» - при возник¬
новении неблагоприятных условий для регулиования; «в» - При восстановле-
_ $ .
нии номинального режима; / ,• - текущий приоритет г - го средства.
Рис. 6.5. Схема динамической расстановки приоритетов средств регулирования
400
Глава 6
ведено ниже) или технологическом нарушении режима (то есть отработке подпрограмм
защиты углесосной станции от аварийных режимов), углесосная станция исключается
из набора средств, выбираемых для регулирования, то есть получает низший номер
приоритета (на рис. 6.5 показано стрелками «б»).
У насосов гидрокомплекса и турбокомпрессоров изменение текущего режима мо¬
жет быть, кроме того, и фактором, обеспечивающим их высший приоритет в случае,
если это изменение очевидно приводит к восстановлению номинального режима и
компенсации нагрузки Q ^ (на рис. 6.5 показано стрелками «в»).
Предлагаемая система приоритетов позволяет менять текущие приоритеты средств
в зависимости от того, находится ли регулируемая установка в номинальном режиме,
ведет ли ее регулирование к восстановлению номинального режима, исполняется ли на
ней подпрограмма регулирования или защиты, каковы величины A tp t, Д t3 i и hi, и тем
самым устраняет один из принципиальных недостатков прежних методов управления.
б) Блок-схема алгоритма управления гидроподъемом (PROGR1) представлена на
рис. 6.6.
После ввода входных текущих переменных процесса (блок 1) по зависимости
W9 =/ {h рассчитывается Wt*0. Зная текущий при t = to уровень ht0, подачу воз¬
духа Qt% суммарную подачу углесосов и насосов гидрокомплекса и водоотлива, в цикле
по параметру прогнозного времени (блок 3) определяем прогнозные характеристики
гидроподъема (блок 4):
Wi=fm(Qt%Qtlhr0,r\-
г \ (0.1 о)
Qi=fm\Wlxy
где/мь /м2 — моделирующие операторы, процедуры AIRLIFT Согласно критерию
(6.17) управление гидроподъемом сводится к управлению балансом гидросмеси в его
пульповодосборнике. В связи с тем, что каждая установка, обеспечивающая подачу
гидросмеси как в пульповодосборник, так и из него, характеризуется своей инерционо-
стыо Ti, то управляющие воздействия (обеспечивающие выполнения критерия 6.17),
должны упреждаться за момент времени (о+ пшх| Т/1, поскольку при отсутствии
этого упреждения будет невозможно вовремя (то есть так, чтобы объем заполнения не
вышел за граничные значения) изменить баланс гидросмеси в пульповодосборнике
из-за инерционности средств регулирования. Причем, если выбранное / - ое средство
имеет tj< maxi Т\ i, то произойдет большая стабилизация hf. В этом случае произ¬
водная объема заполнения
dW3
dt
примет требуемый знак раньше, чем Wt достигнет
своего граничного значения, то есть амплитуда колебаний Wf не будет максимальной
(Wm«i - Wmm). и в отличие от зумпфов углесосных станций, объем заполнения будет
стабилизирован. Поэтому верхней границей параметра цикла Т является величина
Го-i- maxj т\-i = 1, 2,..., Ny+ 2.
Далее (блоки 5,6,9,11) формируется признак NB необходимости уменьшения рас¬
хода гидросмеси из емкости (NB =1) или увеличения (NB - 2).
Глава 6
401
Рис. 6.6. Блок-схема алгоритма PROGR1 управления гидроподъемом
NB =
0,
1,
2,
при Wli„< Wx< W£„ ;
при Wi> W£&x ;
при Жгэ< Wlш ,
(6.19)
где 1Ршах> W(min — соответственно максимальное и минимальное регулировочное зна¬
чение объема заполнения зумпфа эрлифта.
При NB = 0 вышеназванные процедуры должны повторяться вплоть до момента
т = to+ Ту. Вместе с тем, при определении Wz необходим пересчет на каждый момент
Г значения Qi с учетом управляющих воздействий | уу J, сформированных как на
данном, так и на предыдущих решениях алгоритма. Алгоритм моделирования отработки
управляющих воздействий PAQP (блок 7), осуществляет пересчет Qt, с учетом жес¬
402
Глава 6
тких подпрограмм регулирования (фактор инерционности) объектами. Таким образом,
после решения задачи PAQP и соответствующего переприсваивания входных перемен¬
ных ПП AIRLIFT (блок 8) повторяется цикл расчета по параметру г.
При NB Ф 0 (блоки 10,11), в зависимости от значения NB осуществляется расста¬
новка приоритетов средств регулирования в соответствии с таблицей приоритетов и
приведенных выше ограничений на регулирование (блок 12). Так, например, для угле-
сосных станций при NB = 1 расстановка последовательно определяется по
min | А 4/ j- и min | hi j- при удовлетворении соответствующих ограничений. (Для
NB-2-поmin | A tpi | и max | hi j-). Для насосов гидрокомплекса и турбокомпрес¬
соров приоритет определен отклонением числа работающих агрегатов от номинального.
После выбора наиболее приоритетного средства формируются соответствующие управ¬
ляющие команды на углесосные станции yij £ У или на прочие средства у1 /£У 1.
Если таким образом средство найдено (блок 13), то приведенный выше цикл расчета
необходимо повторять до тех пор, пока сформированный набор У или У1 не сформирует
значение NB = 0, тем самым выполняется условие достаточности данного регулирова¬
ния. Действительно, если NB = 0 при Гшах= to+ty, то Wmm < Wx < И^тах, а это
свидетельствует о достаточной компенсации нагрузки.
На этом управление эрлифтом заканчивается. Однако в системе не может сложить¬
ся ситуация, когда таблица приоритетов не обеспечивает выбор средств, регулирование
которых не нарушает ограничения как глобального, так и локальных критериев. В этом
случае формируются команды, соответствующие аварийным мерам (отключение или
подача дополнительной воды на участки или зумпфы и использование аварийных ем¬
костей пульповодосборников). Условием достаточности сформированных команд в этом
случае является полная компенсация величины A Q3= Qt~ Qi- Алгоритм заканчива¬
ется выдачей на внешние устройства массивов и управляющих команд.
Таким образом, разработанный алгоритм управления гидроподъемом основывает¬
ся на использовании математической модели эрлифтного гидроподъема, позволяющей
определить его текущую расходную характеристику, динамической расстановке при¬
оритетов средств регулирования с учетом ограничений на их регулирование, а также
модели отработки управляющих воздействий на период управления, что позволяет
увеличить точность управления при стабилизации Wx.
Исследование ПП управления эрлифтом на математической модели процесса рас¬
смотрено при управлении всей гидротранспортной системой шахты.
На рис. 6.7 представлены результаты исследования алгоритма управления гидро¬
транспортом шахты (на примере условий гидрошахты «Красноармейская» ПО «Добро-
польеушль») на математической модели процесса. Данный эксперимент с моделью был
проведен следующим образом: значение Q с варьировалось в технологически допусти¬
мом диапазоне. С целью исследования эффективности работы в наименее благоприят¬
ном режиме работы (то есть при максимальных колебаниях нагрузки — ^) циклич¬
ность работы углесосных станций была выбрана близкой к синхронной, а нагрузка на
углесосные станции была принята экстремальной. Условие синхронности определило
единое начальное состояние углесосов.
На рисунке 6.7 индексами / команд обозначены: 1 — «разрегулировать»; 2 —
«зарегулировать» для Y1 — «выключить насос гидрокомплекса». Помимо приведенных
на рис. 6.5 блоков использовались ПП MODEL, EXEC и ЕХ2, осуществляющие
Глава 6
403
Рис. 6.7. Временная диаграмма изменения переменных математической модели при
управлении (PROGR2) технологическим процессом гидрошахты
— ограничения объемов заполнения;
х — глобальный критерий; о — локальный критерий;
i — номер углесосной станции; / — номер команды.
моделирование технологического процесса и отработки управляющих команд во време¬
ни).
Исходные данные при исследовании алгоритма на модели процесса:
— параметры желобов и притоки полностью соответствуют приведенным в раз¬
деле 2;
— количество углесосных станций, находящихся в работе, равно 3. (Параметры
их приняты также аналогичными с приведенными в разделе 2); исходное
состояние - все зарегулированы;
— число включенных насосов гидрокомплекса — 3 (максимальное число), пода-
ча каждого Q = 0,266 м/с;
— число работающих турбокомпрессоров — 7 (максимальное — 8, минималь¬
ное — 6), подача каждого Q т'к= 7,58 м3/с;
— исходные объемы заполнения указаны на рисунке;
— инерционности Т,• средств: включение насоса гидрокомплекса — 2 мин.; вклю¬
чение турбокомпрессора — 2 мин.; выключение — 3 мин.
Примечание. Эти численные значения 7/ представляют собой один из возможных
частных случаев, однако вариации Ti легко учитываются; при этом отклонение реаль¬
404
Глава 6
ной величины от максимально заданной приводит к большой стабилизации ht (анало¬
гичный случай рассмотрен выше при управлении гидроподъемом, когда выбранное / -
ое средство имеет 7/ < max J Т( I).
По критерию глобальной эффективности команды формировались:
— при /-2 мин. команда «выключить» один из насосов гидрокомплекса, так как
при г = to + Ту » 2 + 10 “ 12 мин. прогнозный объем W% достигал своего
нижнего граничного значения;
— при t - Ъ мин. выработалась аналогичная команда. Таким образом, после
окончания отработки данных управляющих воздействий число насосов гидро¬
комплекса сократилось до одного.
Объем заполнения зумпфа эрлифта неуклонно понижался до 8 минуты, затем,
после сформированных команд У1, а также команд Y, сформированных по критериям
локальной эффективности углесосных станций (в данном случае критерии локальной и
глобальной эффективности совпадают), уровень начал повышаться вплоть до момента
/-44 мин. При /=34 и /=35 мин. алгоритмом формируются команды «зарегулировать»
соответственно первый и второй углесос. Как видно из диаграммы объемов заполнения
первого и второго углесосов, именно на них сложились наиболее благорприятные для
зарегулирования ситуации (минимальные объемы заполнения, а следовательно, мини¬
мальные A /зг). Число же работающих насосов гидрокомплекса (1) соответствует номи¬
нальному. То есть приняты действия в полном соответствии с таблицей приоритетов.
Последнее управляющее воздействие по критерию глобальной эффективности принято
при /=94 мин. на разрегулирование третьего углесоса, в зумпфе которого объем запол¬
нения достиг наибольшей величины (следовательно, максимально значение A /рг). Кро¬
ме того, по критерию локальной эффективности углесосных станций формировались
команды на зарегулирование и разрегулирование на 1,7,12,50,56,59,72 и 73 минутах.
Как показывает диаграмма Wf, локальное регулирование не нарушает ограничений
глобального критерия эффективности.
Таким образом, алгоритм управления при технологически нормальной раббте гид¬
ротранспортной системы обеспечивает выполнение ограничений критерия эффектив¬
ности углесосной станции и критерия (6.17).
6.3. Статическая и динамическая оптимизация режима
Ниже рассматривается эрлифт гидрошахты с управляемым переменным прито¬
ком [60 [. Для данного эрлифтного гидроподъема как объекта управления относитель¬
ное погружение OL, подача Q3 и к.п.д. Г}э эрлифта являются фазовыми координатами,
расход воздуха Qs турбокомпрессорной станцией - управляющим воздействием, а при¬
ток гидросмеси Qn - регулирующим воздествием. На фазовые коориднаты и управляю¬
щее воздействие при работе подъема наложены следующие технологические ограниче¬
ния:
О. 5= Яшах
' бэ — бэшш (6.20)
<2в — битах
В общем случае, приток гидросмеси Qn является случайной функцией. При отсут¬
ствии возможности предсказать Qn управления эрлифтом должно основываться на
Глава 6
405
стабилизации режима. В случае предсказуемости Q„, возможна оптимизация режима.
Суть задачи оптимального по минимуму расхода электроэнергии управления эрлифт-
ным гидроподъемом (ЭГ) заключается в следующем. Каждому установившемуся зна¬
чению притока гидросмеси Qn устанавливаются также значения подачи Q3 эрлифта, а
значение другой координаты фазового состояния — относительного погружения а оп¬
ределяют так, чтобы расход электроэнергии Е был минимальным и выполнялись соот¬
ветствующие ограничения (6.20).
Ограничения
— подача эрлифта Q3 не должна быть ниже минимальной Qmin (Qb — Qmm),
соответствующей критической скорости движения гидросмеси, т.е. Qmm опре¬
деляется из условия транспорта твердого материала;
— относительное погружение а не должно превышать максимально допустимого
значения йт», (а < Ощах) определяемого глубиной зумпфа эрлифтного гидро¬
подъема, а в определенных случаях — максимально возможным давлением
компрессоров Ртах-
Давление воздуха компрессоров при установившемся режиме работы определяется
глубиной динамического погружения эрлифта [78 ]. Учитывая, что наиболее распрост¬
раненным типом агрегатов компрессорной станции эрлифтного гидроподъема является
турбокомпрессор, то необходимо, чтобы величина максимального давления турбоком¬
прессоров Ртах> определяемая из условия устойчивой (бесперебойной) работы, была
больше величины давления воздуха, требуемого при работе на погружении ctmzx- В
противном случае Отav выбирают не по возможной глубине погружения смесителя
эрлифта, а рассчитывают из соображений работы турбокомпрессоров в устойчивой зоне,
удаленной от границы помпажа. Необходимо учитывать и то, что в период пуска эрлиф¬
та давление нагнетания может превышать величину рабочего давления нагнетания на
20% [139 ]. Это составляет основу оптимизации статических режимов. Другими слова¬
ми, в результате оптимизации статических режимов необходимо для каждого устано¬
вившегося значения притока гидросмеси Qn найти максимально возможное для него
значение относительно погружения a (QnJ (учитывая, что оптимизацию статических
режимов по минимуму расхода электроэнергии можно заменять оптимизацией по мак¬
симуму относительно погружения), при котором выполняются ограничения (6.20), т.е.
находятся новые координаты точки фазового состояния, в которую необходимо переве¬
сти систему при изменении условий ее функционирования (изменение величины про¬
гнозируемого притока гидросмеси Qn (tj).
После решения вопроса о конечном состоянии системы ставится задача оптималь¬
ного перехода из исходного состояния в конечное за время прогноза Тпр так, чтобы
расход электроэнергии Е был минимален и выполнялись соответстсующие технологи¬
ческие ограничения (6.20). Это составляет основу оптимизации динамических режи¬
мов.
Расход электроэнергии Е эрлифтом может быть определен по известному выраже¬
нию [93]:
Е=/ dt, (6.21)
о
где р — плотность гидросмеси.
406
Глава 6
Задача оптимизации статических режимов решена аналитически из уравнения,
описывающего динамику процесса гидроподъема:
F(h)lH~ = Qn~ бэ== Qn ~ bl '°2Л ~ fo-D21a2-brD5A/QB,
где Ь\, Ьг, Ьз — постоянные коэффициенты уравнения регрессии
G>= 1,88-Я2,7 +37,8 -Вглаг- 119 -D5A/QB
F (flj — площадь поперечного сечения зумпфа эрлифта,
h — абсолютное погружение смесителя.
Отсюда получена следующая зависимость относительного погружения а от вели¬
чины прогнозируемого притока гидросмеси Qn
А
м^т)-(ад]
(6.22)
где
(6.23)
(6.24)
Гпр — время прогноза притока гидросмеси к эрлифту;
агр — граничное относительное погружение при котором должен начинаться прием
максимального притока.
На расходной характеристике эрлифта (рис. 6.8) зависимость a (Qnj представляет
собой линию 1 оптимальных статических режимов. Математическое описание задачи
оптимизации динамических режимов, полученное из выражений (6.21), (6.22), (6.23)
и (6.24), представляет собой следующее:
+а2[а(г)]2
d%U) _ fli (t) + Qs\ a (t) 12 + ав / QB (t) . (6.25)
Qn + a% a(tj + a<) /a% + йю / jj3B
Q <t <T = Tnp;
Q\\ + £i2[<2 0] + <2l3 /(2b “ 0»
a(Tj “Omax ^0,
(6.26)
©
VI
V
!
a(T)-a(Qn) = 0;
(6.27)
Qb min — Qb (t^ — Qb max
(6.28)
Глава 6
407
Рис. 6.8. Схема и режимы работы эрлифтного гидроподъема
при оптимальном управлении
1 — линия оптимальных статических режимов;
2 — расходные характеристики эрлифта при различных относительных
погружениях;
acdb (bmnaj — линия оптимального перехода системы при изменении
предсказанного значения притока гидросмеси с Qs\ на Q92 (с £?э2 на Q3i)
где
gn(f)
F(H +h)
+ а\\
d\—<2i3 — постоянные коэффициенты, определяемые расчетными параметрами
эрлифтного гидроподъема; От in. QB min — введены для определенности задачи оптими¬
зации.
Задача оптимизации динамических режимов решена численными методами с по¬
мощью диалоговой системы оптимизации (ДИСО), [60 ]. Для характерных режимов
работы эрлифтного гидроподъема, когда величина притока гидросмеси Qn изменяется
в большую и меньшую сторону, были получены оптимальные управления (расход
воздуха QB (tj) и траектории (относительное погружение Анализ результатов
решения этой задачи показал, что оптимальное управление QB (tj на интревале време¬
ни управления О < t <Т изменяется незначительно по величине (в пределах 1%) и не
содержит участков с «релейной» характеристикой. Этот вывод позволил предположить,
что постоянный по величине на всем интервале времени управления расход воздуха
408
Глава 6
может быть использован как оптимальный, т.е. величина расхода электроэнергии в этом
случае будет незначительно отличаться от величины расхода электроэнергии при опти¬
мальном управлении. Для установления правильности динамичесих режимов, которое
и подтвердило, что постоянное по величине управление QB (tj = const может быть
использовано как оптимальное (разность в расходе электроэнергии при оптимальном и
постоянном оптимальном управлении не превышает 0,001 %).
Полученные в результате решения задачи оптимизации зависимости легли в осно¬
ву разработанного способа оптимального по критерию минимума расхода электроэнер¬
гии управления расходом воздуха ЭГ. Существо этого способа состоит в том (рис. 6.8),
что текущая рабочая точка, например, и, определяется из условия статической опти¬
мизации, т.е. лежит на линии 1 оптимальных статических режимов (уравнение (6.22)).
За счет установления величины расхода воздуха, равной QBi, данное установившееся
состояние (a =«i, Qa= Q3l= Qn (0j) сохраняется до изменения предсказанного
значения притока гидросмеси Qn(rj. Например, если Qn (tJ становится равным Q3г,
то по уравнению (6.22) находится новое значение относительного погружения
(a (Q„) = 0,2) определяющее конечное состояние, в которое должна перейти система за
время Т = Тпр. Конечное состояние соответствует точке Ь. Для перехода системы из
точки а в точку b из уравнения (6.20) определяют величину расхода воздуха QB,
необходимую для изменения погружения с 0\ на Ог. Устанавливают найденное значение
расхода воздуха QB и в течение всего времени 0 <t^T поддерживают его неизмен¬
ным. По истечении времени Т — Тпр относительное погружение а становится равным
02 и расход воздуха устанавливают равным QB2, так что система вновь приходит в
установившееся состояние, когда приток гидросмеси Qn равен подаче Q32 эрлифта, а
относительное погружение а равно Ог.
Обратный переход с относительного погружения Ог на а\ осуществляется анало¬
гично по линии bmna.
При величине прогнозируемого притока гидросмеси Qn (Tj большей, чем Q3 max,
устанавливают максимальный расход воздуха QB max турбокомпрессорной станции. За
время Т = Тдр относительное погружение снизится до величины агр и заблаговременно
откачанной емкостью от агр до От™ будет скомпенсирован максимальный приток гид¬
росмеси в течение максимально возможного времени его существования, т.е. выполнено
ограничение о < «шах [60 ].
Данный подход по мнению авторов можно применять, если в гидротранспортной
системе нет никакой возможности стабилизировать погружение на уровне «шах, тогда
вынужденный переход к следующему рабочему уровню а теоретически можно оптими¬
зировать как это изложено выше. На практике, используя все изложенные способы
регулирования Qn и Q3 все же целесообразнее стабилизировать а = ашах, либо
О -> ОтЯу. как будет показано ниже. В последнем случае должна выполняться задача
минимизации удельного расхода сжатого воздуха на данном погружении.
6.4. Управление пусковым режимом и многосекционными
установками
Характерной особенностью эрлифта является наличие устойчивых самовозбужда-
ющихся колебаний расхода и давления транспортируемой среды, которыми сопровож¬
даются как стационарные, так и переходные режимы работы установки. Наиболее
Глава 6
409
интенсивными колебаниями характеризуются рабочие режимы, которым соответству¬
ют минимальные значения удельного расхода сжатого воздуха на данном погружении.
На крупных промышленных установках, осуществляющих гидроподъем массы твердого
материала, период колебаний на этих режимах исчисляется десятками секунд и даже
минутами. В связи с тем, что движение транспортируемой среды в эрлифте имеет
периодический характер, при значительных паузах бездействия твердые фракции мо¬
гут осаждаться и вызывать заштыбовку проточной части. Исходя из стремления обеспе¬
чить надежность транспортирования, рабочие режимы промышленных эрлифтов выби¬
рают в заоптимальной зоне расходных характеристик, где амплитуда и период
колебаний существенно уменьшаются, однако увеличивается удельный расход энергии
на подъем единицы массы транспортируемой среды. Резкое возрастание энергоемкости
эрлифта при больших высотах подъема является основной причиной построения сту¬
пенчатых эрлифтных установок, представляющих каскад последовательно соединен¬
ных эрлифтов (ступеней), питание которых сжатым воздухом, в общем случае, осуще¬
ствляется от оборотного коллектора по индивидуальным трубопроводам.
Смонтированные по таким схемам ступенчатые гидроподъемы отличаются меньшим
удельным расходом энергии, характеризуются динамически неустойчивыми режимами
работы в широкой области расходной характеристики из-за несинхронности автоколе¬
бательных процессов и нуждаются в непрерывном управлении. Надежность и эконо¬
мичность эрлифтного подъема существенно зависит также от правильного решения
вопросов эксплуатации установки в переходных режимах, особенно характерных для
пусковых периодов, так как именно в эти периоды чаще случаются заштыбовки всасы¬
вающих элементов гидроподъема [139 ].
Современные технологические схемы шахтного эрлифтного подъема характеризу¬
ются тем, что захватывание гидросмеси и организация потока пульпы осуществляется
всасывающим устройством непосредственно из зумпфа, емкость и глубина которого
достаточно велики. Пуск эрлифтного подъема при относительной простоте операций
сопровождается сложными физическими процессами, характер которых определяется
прежде всего наличием твердой фракции в зумпфе, ее качественно-количественными
характеристиками, взаимодействием твердой, жидкой и газообразной фаз в этот перо-
ид, а также параметрами питающего воздухопровода и вероятностью появления в по¬
следнем даже незначительных расходов сжатого воздуха в допусковой период. И хотя
по опыту эксплуатации коэффициент готовности эрлифтного подъема достаточно высок
(Кг = 0,94 - 0,96), в пусковой период случаются заштыбовки всасывающих элементов
эрлифта при отсутстввии негабарититных кусков твердой фазы в потоке пульпы [139].
Как показывает расчет, основанный на действительных ситовых характеристиках,
высота слоя твердого в зумпфе на момент очередного пуска после нормальной промыв¬
ки) составляет более 2 м. При этих условиях вероятность заштыбовки всасывающих
элементов эрлифта при пуске зависит от характера изменения в этот период давления
сжатого воздуха как энергоносителя и содержания тяжелых фракций в слое. Анализ
полученных экспериментальных материалов (рис. 6.9, кривая «а») показал, что в усло¬
виях глубоких шахт установление стационарной кривой давления в смесителе при пуске
эрлифта происходит достаточно медленно, чему в значительной мере способствуют
распределенные параметры питающего воздухопровода. Негативная сторона такого
пуска подтверждается также интенсивными колебаниями подачи, которые характери¬
зуются снижением скоростей среды в приемном трубопроводе ниже транспортных. Эти
результаты получены на опытной установке при соблюдении соответствующих условий
подобия. На этой же установке выполнены эксперименты, в которых исключалось
влияние распределных параметров воздухопровода на процесс пуска. В результате
отработан более эффективный пусковой процесс, характерный отсуствием колебаний
410
Глава 6
Рис. 6.9. Пусковые диаграммы и блок-схема управления
пусковым процессом эрлифтного подъема:
1 — блок управления магистральной задвижкой; 2,3 — промежуточное
реле; 4 — блок управления пусковым органом; 5—реле задержки закрытия
пускового органа; К — коллектор сжатого воздуха.
Глава 6
411
скорости выше допустимых пределов. При этом установлено, что время перестановки
пускового органа для обеспечения заданного расхода воздуха недолжно превышать
периода автоколебаний на оптимальном режиме. В противном случае процессы само¬
возбуждения развиваются раньше, чем эрлифт успеет выйти на стационарный режим,
что также подтверждается результатами экспериментов [139]. Полученные данные
позволили разработать аналитическую модель определения параметров пускового про¬
цесса. При ее построении весь переходной процесс по времени был разбит на три
характриных промежуткам) аккумуляция энергии в воздухопроводе и одновременное
вытеснение несущей среды; б) начало поступления сжатого воздуха в подъемную трубу
и разгон переменной массы среды в ней; в) разрушение внешнего слоя твердого и выход
эрлифта на стационарный режим [139 ].
С учетом принятых допущений получены следующие зависимости, характеризу¬
ющие изменение в процессе пуска давления Р в смесителе эрлифта:
а) в промежутке от t *■ 0 до t = t\
Р=(Ро + p08^f Г°- t) (1 + -у^ Яв) (6.29)
ще Р0 — начальное давление в воздухопроводе, Па; ро — плотность сжатого возду¬
ха, кг/м3 при нормальной температуре Тн, °К и давлении Ри, Па; R, То — соовтет-
ственно газовая постоянная и абсолютная температура сжатого воздуха, °К, Q„ —
объемный расход воздуха в начальном сечении, м3/с; Нв, WB — соответственно высо¬
та, м, и объем, м3, вертикального участка воздухопровода,
б) в промежутке от t = t\ до t = /2
/ =
1
V ab
In
.»(я“-1)
+
1 +
е*(Я„-£)
A \0,5
A
B.
0,5
0+f)
(6.30)
где
4 g , k ,
a- 5-; b =75~-g; k
DnrpC2 Pc
Pизб.
шах
Нс
A = b — aVzo ;
здесь Da.rp — диаметр подъемной трубы, м; Нел — высота бокового слива над смесите-
1/2
лем, м; С — коэффициент Шези, м /с; Vzo — скорость среды в подъемной трубе при
входе сжатого воздуха в смеситель, м/с;
при t = /2 давление Р — Рсм
Рем — Pc 8 fl А Рсл.кр
h — погружение эрлифта, м; А Рсл.кр — критический перепад на слое твердого,
приводящий к его разрушению, Па (определяется по методике профессора В.И. Грубы);
в) при t > /2
Р = а±. e~nt [(n2 - A:oi) sin(koit +fi) - 2n/fe0icos(*01/ +P)] (6.31)
412
Глава 6
Глава 6
БИц
I к I—
I
БИ„
БСО
ВС3
Г
т
~г Коллектор сжатого воздуха ~т
ДДН ©-
БИП
ИМ
^ф—
го по я
о——
рп у
о-
?а
^ Рр
БИл
т
Гохг!
БСО
ВС3
Г
т
ддн ©-
БИП
РБ-ИЗ-М
ИМ
РП
9й
оду
БИл
ВСз
БСО
ДДН
' а—
РБ-ИЗ-М
ИМ
^Ф—,
р.
ПДУ
О——
Рр
БИП
т
БИл
£7
БСО
ВС3
Г
ддн
I
БИп
РБ-ИЗ-М
ИМ
РП1-]"1
Р_
оду
0——
Рр
БИп
ВС3
БСО
ИМ
^ф—
rt>-W<3~W
о—*»
рп У
0-
Ра
Зж hrj
Рис. 6.10. Принципиальная пневматическая блок-схема регулиования соотношения
параметров сжатого воздуха ступенчатым эрлифтом:
БИ — блок измерения, ВС — вторичный самопишущий прибор, БСО — блок соотношения,
РБ-ИЗ-М — блок регулирующий изодромный с ручным задатчиком, ПДУ — панель дистан¬
ционного управления, РП — реле переключения, ИМ — исполнительный механизм, ДДН —
диафрагма дисковая нормальная, Ра — командное давление при автоматическом регулирова¬
нии, Рр — то же, но при ручном управлении.
О)
где Аои/3— начальные амплитуда, м, и фаза колебаний; 5„.тр — сечение подъемной
трубы, м ; а.\ — коэффициент инерции эрлифта, кг; п — параметры затухания, с ;
koi — частота затухания колебаний, с
Расчетная кривая пускового процесса для эрлифтного подъема гидрошахты имени
50-летия СССР приведена на рис. 6.9 (кривая «б»). На основе исследований пусковых
процессов разработана система управления эрлифтным подъемом (рис. 6.9), которая
обеспечивает форсированный пуск и мягкую остановку эрлифта с плавным понижением
давления в воздухопроводе до атмосферного, а также защиту бездействующего эрлифта
от случайных расходов сжатого воздуха через его смеситель [139 ].
Определены ограничения, накладываемые на систему автоматического регулиро¬
вания (САР) расхода сжатого воздуха: выбор коэффициентов настроек САР необходимо
вести из условия обеспечения в процессе регулирования максимального динамического
отклонения не более 25% заданного расхода воздуха. Выявленная закономерность,
связанная с делением частоты колебаний в эрлифте, косвенно подтверждает также
полученный ранее профессором Н.Г. Логвиновым научный результат о возможности
использования дифференциального уравнения Рэлея для описания автоколебательных
процессов в эрлифте. Разработан способ автоматического регулирования расхода сжа¬
того воздуха ступенчатой эрлифтной установкой, в основу которого положено соотно¬
шение давления в оборотном коллекторе сжатого воздуха (ведушая величина) и пере¬
пада давления на диафрагме в воздухопроводе соответствующей ступени.
Представленная на рис. 6.10 система регулирования испытана на ГДМ - 50 и отличается
тем, что позволяет осуществить не только стабилизацию заданного расхода воздуха, но
и вести функциональное управление работой эрлифта в зависимости от режима комп¬
рессорной станции или возникшего возмущения в одной из ступеней. Образующийся
дисбаланс в потреблении сжатого воздуха одновременно распределяется пропорцио¬
нально установленному соотношению между всеми ступенями, что повышает устойчи¬
вость работы ступенчатой установки. Испытания упомянутой САР осуществлялись в
наиболее тяжелых для регулирования оптимальных режимах работы эрлифта. Качество
регулирования было при этом высоким.
С учетом современного состояния вопросов проектирования эрлифтов и тенденции
развития компрессоростроения выделена область перспективных эрлифтных устано¬
вок, в основу которой положена зависимость
где г]э — КПД эрлифта; а— относительное погружение; Н — высота подъема.
Найденная зависимость t}3 Рк) позволяет в каждом конкретном случае
оценить возможные параметры эрлифта по наиболее общему критерию - коэффициенту
полезного действия [139].
414
Глава 6
7. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЭРЛИФТНЫЕ
УСТАНОВКИ
Но научно-исследовательским и конструкторским разработкам ДПИ проектным ин¬
ститутом «Донгипрошахт» был спроектирован, а Минуглепромом СССР построен эр-
лифтный гидроподъем горной массы (угля и породы) на гидрошахте «Красноармейская»
ПО «Добропольеуголь», аналогичный проект был сделан институтом «Южпшрошахт»
для гидрошахты им. 50-летия СССР ПО «Краснодонуголь». Проектная мощность каж¬
дой шахты 1,2 млн тонн угля в год [29, 30,173,176 ].
В горнодобывающей промышленности эрлифты работают и могут быть в дальней¬
шем использованы на главных, зумпфовых и других вспомогательных водоотливных
установках (при проходке стволов, уклонов, особенно на крутом падении), для чистки
шахтных водоотливных емкостей (зумпфов клетевых и скиповых стволов, предвари¬
тельных отстойников, колодцев), на обогатительных фабриках и др. При непосредст¬
венном участии сотрудников ДПИ на шахтах Донбасса внедрено несколько десятков
таких установок [25, 26, 176]. Параметры этих установок колеблются в широком
диапазоне.
В последние годы эрлифты находят широкое применение в энергетической про¬
мышленности в системе золошлакоудаления [27, 41, 77]. По проектным разработкам
ДПИ внедрены четыре установки на Приморской ГРЭС с подачей по пульпе 600 и
з
950 м /ч и высотой подъема 18 м, Лодыжинской ГРЭС с соответствующими параметра-
3 3
ми 250 м /ч и 5 м, восемь на Экибастузской ГРЭС-1 (500 м /ч, 22 м) и столько же на
•з
ГРЭС-2 Нерюнгринской ГРЭС (200 м /ч, 12 м), две установки на Новосибирской
ТЭЦ-5 (400м3/ч, 27 м), Камышинской ТЭЦ, Углегорской ГРЭС и др. Запроектированы
эрлифты на Львовской ТЭЦ-2, Ново-Зиминской ТЭЦ, водогрейной котельной Кузнец¬
кой ТЭЦ и др.
Для добычи сыпучих строительных материалов (песка, гравия, песчаногравийной
смеси и др.) со дна различных водоемов (рек, озер, болот) применяются эрлифтные
земснаряды [114,160,161,174,175]. Так, по проектным разработкам сотрудников ДПИ
и при их непосредственном участии, в Западной Сибири, в частности, в НПСО «Запсиб-
инжнефтегазстрой», в системе «Трансгидромеханизация» и др. было внедрено несколь¬
ко экспериментальных эрлифтно-земснарядных комплексов различной модификации
з
с глубиной разработки до 70 м и подачей по пульпе от 400 до 4000 м /ч. Аналогичные
установки проектируются для других регионов страны.
Институтом «ВНИИНеруд» были выполнены исследования и изготовлены два
опытно-промышленных образца эрлифтно-земснарядных снарядов с действительной
з
подачей до 400 м /ч и глубиной разработки до 30 м [ 114 ].
Приведенные эрлифтные земснаряды используются для дноуглубительных работ,
прокладки траншей под водой, поиска и разведки подводных месторождений полезных
ископаемых в таких странах, как Венгрия, ФРГ, США, Италия, Великобритания,
Япония и др.
Глава 7
415
Проводятся работы по внедрению эрлифгной скважинной добычи полезных иско¬
паемых [5...9].
Действующие на территории СССР технологии скважинной добычи нефти не по¬
зволяют поднимать на поверхность всю нефть. Значительная ее часть остается в недрах
земли. Вновь начавшееся в настоящее время внедрение эрлифтного способа подъема
нефти, впервые примененное на Бакинском нефтяном районе в 1887 г., а затем в США
в 1901 г., позволяет существенно увеличить отдачу каждой скважины [20 ].
ДПИ совместно с институтом «ВНИИПИГорцветмет» была разработана и испыта¬
на горно-морская эрлифтная установка по взятию крупнообъемных проб железистых
конкреций с глубиной разработки 45 м и подачей до170м /ч.В настоящее время в ДПИ
разработана эрлифтная система сбора и подъема конкреций со дна Мирового океана
глубиной до 6000 м. В данном разделе приведены только некоторые наиболее характер¬
ные эрлифтные установки.
7.1. ЭРЛИФТЫ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Гидравлический способ добычи угля является отечественной технологией, облада¬
ющей многими достоинствами, главными из которых являются поточность и техноло¬
гическое объединение операций, конструктивная простота и низкая стоимость оборудо¬
вания, высокий уровень безопасности труда.
На шахтах достигнуты лучшие технико-экономические показатели по сравнению
с шахтами, работающими в сопоставимых условиях по традиционной технологии: про¬
изводительность труда в 1,4-1,8 раза выше, себестоимость 1 т угля в 1,2-1,3м раза ниже,
а срок окупаемости капиталовложений в 1,2-1,3 раза меньше.
Существующие технические средства и технологические схемы гидродобычи дают
возможность на новых и реконструированных гидрошахтах обеспечить производитель¬
ность труда рабочего 100-120 т в месяц на крутых пластах и 200-250т в месяц на пологих
пластах. Научная и проектная проработка новых технологических схем показывает, что
при этой технологии производительность труда может быть доведена до 200 т в месяц
на крутых пластах и до 400 т в месяц на пологих.
Установлено, что применение гидравлической технологии доставки угля от забоя
до ствола повышает надежность и эффективность транспорта на шахте в 1,5-2 раза.
Совместное использовыние методов традиционной и гидравлической технологий
выемки угля на основе гидротранспорта позволяет создать гибкую технологическую
схему, быстро адаптирующуюся к изменяющимся сложным горногеологическим усло¬
виям.
Наиболее эффективным средством подъема горной массы на гидрошахтах, особен¬
но с глубиной ствола более 400 м, является эрлифтный гидроподъем [30... 33 ].
Гидротранспортные системы с эрлифтным подъемом полностью удовлетворяют
требованиям, предъявляемым в современных условиях к шахтному транспорту и подъ¬
ему. Такие системы обеспечивают непрерывный поток угля от забоя к потребителю,
высокую концентрацию горных работ, нагрузку до 10-14 тыс. т в сутки на одну техно¬
логическую линию на действующей гидрошахте «Красноармейская» и до 20-25 тыс. т в
перспективе на шахтах нового типа, подъем полезнорго ископаемого с больших глубин,
органическое приспособление к высокой степени автоматизации управления, достаточ¬
но хорошие технико-экономические показатели.
Технико-экономические исследования, выполненные Центрогипрошахтом по
сравнению трех типов подъема: углесосного, бункер-питателей и эрлифтного для глу¬
бин 500 м и 1000 м показали, что наиболее экономичным является эрлифтный подъем.
416
Глава 7
В настоящее время в ДПИ накоплен большой опыт научных исследований, проек¬
тирования и эффективного промышленного применения эрлифтов, собран значитель¬
ный экспериментальный материал, развиты всесторонние представления о существен¬
ных сторонах протекания процесса [1,3,28,38,39,48,70,72, 78,98,101,102,104,123,
139,140,167,176 и др.].
Выполненные за последние годы в ДПИ научно - исследовательские и проектно -
конструкторские работы, а также реализация их результатов в промышленности завер¬
шились созданием мощных высокоэффективных гидравлических подъемов, не имею¬
щих себе равных в мировой технике. Результаты исследований ДПИ послужили осно¬
ванием для проектирования, строительства и сдачи в эксплуатацию главных эрлифтных
подъемов на гидрошахтах «Красноармейская» и им. 50-летия СССР (Донбасс, Украи¬
на) . Опыт эксплуатации гидротранспортных систем с эрлифтными подъемами подтвер¬
дил их высокую эффективность и дает основание сделать следующие выводы: эрлифт-
ный гидроподъем в сочетании с гидротранспортом является эффективной транспортной
системой, особенно при высокой нагрузке на очистной забой, при значительной, прак¬
тически неограниченной, глубине разработки; эрлифтный подъем может быть исполь¬
зован и при конвейерном транспорте на шахте как начальное звено системы дальнего
трубопроводного гидротранспорта угля к потребителю.
7.1.1. ГИДРОПОДЪЕМ ГОРНОЙ МАССЫ
Эрлифтный гидроподъем горной массы на гидрошахте «Красноармейская» на Украине.
Эрлифтный подъем горной массы впервые в мировой практике внедрен в промыш¬
ленную эксплуатацию в 1967 г. на гидрошахте «Красноармейская» производственного
объединения «Добропольеуголь» (Донбасс). Проектная мощность шахты составляет
1,2 млн. т в год. Основные показатели работы шахты приведены в таблице 7.1 (началь¬
ный период работы).
Отбойка угля осуществляется как с помощью комплексов КМ-87, так и с помощью
гидромониторов ГМЦД-3.
Гидротранспорт угля на основном горизонте до зумпфа главного ствола осуществ¬
ляется при помощи углесосов ЗГМ-2 м по трубам диаметром 0,375-0,426 м. Главный
вертикальный ствол оборудован эрлифтными установками, выполненными по односту¬
пенчатой схеме.
Трубы эрлифтов расположены в главном стволе шахты глубиной 320 м и диаметром
5,5 м. Глубина зумпфа, предназначенного для создания погружения смесителя эрлифта
и складирования твердого материала, равна 94 м. Всвсывающее устройство конструкции
ДПИ обеспечивает устойчивый режим подачи твердого в подъемную трубу эрлифта при
слое твердого материала до 14 м, что подтверждено практикой.
Вследствие того, что пульпа в зумпф транспортируется напорным гидротранспор¬
том, поступающая горная масса измельчена в достаточной степени, поэтому в районе
околоствольного двора нет узла пульпоподготовки.
К зумпфу примыкает регулировочная емкость объемом 2000 м . Кроме того имеет-
3
ся две ветви водосборника общей емкостью 2460 м .
Подъемные трубы, имевшие до 1993 г. эквивалентный диаметр 0,84 м, состояли из
4-х участков различного диаметра, увеличивающегося кверху (0,72 м, 0,92 м, 1,02 м,
1,12 м), благодаря чему максимальная скорость гидросмеси не превышает 60 м/с.
Воздухоотделитель размещен на копре высотой 70 м. При таком переподъеме пульпа
самотеком транспортируется на обогатительную фабрику на расстояние 150 м.
Глава 7
417
Состояние плановых и фактических показателей
гидрошахты «Красноармейская»
Таблица 7.1.
Годы
Годовая добыча
угля, тыс. тонн
Среднесуточная
добыча, тонн
Среднемесячная
производитель¬
ность труда рабо¬
чих по добыче уг¬
ля, тонн
Себестоимость
1 тонны угля,
рублей
плано¬
вая
факти¬
ческая
плано¬
вая
факти¬
ческая
плано¬
вая
факти¬
ческая
плано¬
вая
факти¬
ческая
1967
499
536
1637
1747
55,3
55,8
13,50
13,95
1968
969
1106
3438
3895
68,3
73,2
10,65
10,14 1
1969
1311
1337
4234
4477
79,0
83,4
9,60
9,33
1970
1245
1320
4385
4506
77,9
77,3
10,12
9,76
1971
1209
1257
4244
4248
76,1
76,7
10,48
10,30
1972
1307
1365
4651
4669
82,1
84,3
10,40
10,27
1973
1331
1360
4607
4548
85,5
85,7
10,20
10,17
1974
1350
1443
4576
4604
90,4
89,8
10,12
9,94
1975
1406
1462
4656
4647
89,9
87,3
9,95
10,07
1976
1477
1563
4763
4812
81,4
83,8
9,88
9,83
1977
1507
1527
4974
4655
78,1
79,2
10,50
10,41
1978
1585
1557
4953
4703
77,0
78,3
10,94
10,71
1979
1320
1264
4520
3994
77,8
64,9
13,25
13,39 [
Компрессорная станция оборудована турбокомпрессорами типа К-500-61-1 в ко¬
личестве 10 шт. (до 1993 г. в работе находилось 6-7 компрессоров) при фактической
подаче воздуха каждым компрессором 450-480 м /мин и избыточном давлении не более
0,8 МПа. Для повышения экономичности смонтирована экспериментальная система
регулирования подачи воздуха, позволяющая осуществлять работу эрлифта в режиме с
максимальным к. п. д.
При относительном погружении смесителя эрлифта, равном 0,153 и расходе возду-
3 3
ха 3500 м /мин подача по пульпе составляет 3200 м /час, а максимальная подача по
твердому — 800 т/ч (при примерном отношении Т : Ж— 1:7). В отдельные смены
нагрузка на эрлифт достигала 5000 т, а в отдельные сутки до 12000 т угля, т.е. эрлифт-
ный подъем гидрошахты обладает значительными резервами пропускной способности.
В 1993 г. в условиях реконструкции гидрошахты в целом, подвергся реконструкции
и эрлифтный гидроподъем горной массы, причем длина его (глубина ствола и высота
подъема над дневной поверхностью) осталась неизменной. Эквивалентный диаметр
подъемной трубы составил 0,595 м с пятью ступенями различных диаметров (0,53 м,
0,62 м, 0,72 м, 0,92 м, 1,12 м) и соответственно длин (150 м, 120 м, 90 м, 50 м, 40 м),
диаметр подающей трубы — 0,377 м. При расчетном расходе сжатого воздуха около
1000 м /мин подача составит около 1000 м /час, что соотвеетвует режиму работы
эрлифта при максимальном к. п. д. С целью ухода от неточного режима и больших
колебаний системы гидроподъема, а также большого износа лопастных компрессоров,
работающих длительное время без ремонтов (профилактических и капитальных), в
418
Глава 7
работе находятся 4-5 компрессоров типа К-500-61-1 с большим разбросом фактической
подачи сжатого воздуха каждым компрессором от 330 до 430 м /час. При этом произво¬
дительность гидрошахты по горной массе составляет более 3000 т/сутки (по породе —
1200 т/сутки, по углю — более 1800 т/сутки). Обладая значительным резервом по
подаче, эрлифт может выдавать «на гора», что было не раз доказано на шахте, в
несколько раз больше горной массы, особенно за счет повышения кодентрации горной
массы в пульпе. Низкая концентрация пульпы в подъемной трубе эрлифта возможна
только благодаря несовершенству всего технологического процесса гидрошахты «Крас¬
ноармейская».
Для повышения надежности подъема в стволе смонтировано два эрлифта, один из
которых находится в работе, а второй — в резерве.
Следует отметить, что все технологические системы гидрошахты подготовлены к
комплексной автоматизации управления технологическим процессом. В работе нахо¬
дилась автоматизированная система управления технологическим процессом «Гидро¬
технолог». Эта система предназначена для автоматизированного оптимального управ¬
ления основным технологическим процессом гидрошахты на основе выполнения
глобального критерия оптимизации управления всей гидротранспортной системой
(включая и эрлифтную) и локальных критериев на каждом уровне управления с учетом
технологических особенностей работы отдельных объектов управления.
Применение эффективной гидротранспортной системы с эрлифтным подъемом
позволило достигнуть на гидрошахте «Красноармейская» высоких технико-экономиче¬
ских показателей и досрочно освоить их проектный уровень.
Учитывая, что действующий эрлифтный подъем на гидрошахте «Красноармей¬
ская» является уникальным, был произведен детальный анализ не только его фактиче¬
ских технико - экономических показателей, но и долговечности основных конструктив¬
ных элементов и надежности работы.
Для установления степени износа из стенок подъемных труб эрлифтов системати¬
чески вырезались образцы, толщина которых замерялась. Измерение удельного износа
металла труб позволило выполнить расчет возможного срока службы труб эрлифтов из
материалов Ст-3 и 14ХГС (табл. 7.2).
Показатели износа и долговечности труб эрлифта
Таблица 7.2.
№
п/п
Наименование показателей
Трубы из стали Ст-3
Трубы из
стали 14ХГС
фактические
показатели
расчетные
показатели
расчетные
показатели
1.
Календарное время эксплуа¬
тации, дни
852
1232
2400—3100
2:
Время работы эрлифта
рабочие дни
рабочие часы
613
9824
890
14200
1730—2250
27700—36000
3.
Объем добычи угля, подни¬
маемого по трубам, тыс. т.
1400
2250
4500—5900
4.
Удельный износ металла
трубы на 1 т. угля
0,024
0,024
0,012—0,016
5.
Удельный износ металла
2
трубы за 1 час работы на 1м
площади, кг
0,0044
0,0044
0,0022—0,0029
Глава 7
419
Расчеты на прочность и устойчивость подъемной трубы эрлифта показали, что
допустимая минимальная толщина стенок может быть принята для стали Ст-3 не менее
3 мм и для 14ХГС — не менее 2,5 мм. Срок службы труб эрлифта при этом может
составить примерно 14200 час. для труб из металла Ст-3 и от 27700 до 36000 час. — для
труб из слаболегированной стали 14ХГС. При годовой нагрузке на эрлифт 600-700 тыс.
т срок службы составляет от 3-4-х лет для Ст-3 до 8 лет для стали 14ХГС.
Исходя из возможного среднего срока службы, равного 5 годам, была установлена
временная норма амортизации на полное восстановление первоначальной стоимости
подъемных труб, которая составляет 20% и не учитывает качества материала стенок
трубы. Фактический срок службы во многом зависит от интенсивности нагрузки на
подъем и других факторов, учет которых в настоящее время не представляется возмож¬
ным.
Первоначальной программой эксплуатации предусматривалась полная замена
подъемной трубы после истечения определенного срока. Но в процессе эксплуатации и
демонтажа эрлифтов был выявлен весьма неравномерный износ стенок по длине трубы.
Максимальный износ подъемных труб происходил на расстоянии 6-8 м выше смесителя
и подающей трубы (хвостовика). В настоящее время в этих местах установлены кован¬
ные спецтрубы толщиной 25 мм. Работы по замене отдельных участков труб должны
финансироваться из амортизационного фонда.
Одним из основных требований, которому должен удовлетворять шахтный подъем,
является высокая эксплуатационная надежность, определяемая вероятностью безот¬
казной работы в течение необходимого по условиям производства времени. Для оценки
надежности в эрлифтном подъеме можно выделить две системы: собственно эрлифт
(всасывающее устройство, смеситель, воздухоотделитель, подъемная труба и др.) и
компрессорную станцию.
Эрлифты, как показывает опыт эксплуатации, являются весьма надежными тех¬
ническими устройствами. Результаты наблюдений за работой эрлифтов приведены в
табл. 7.3.
Эксплуатационная надежность эрлифтного подъема
гидрошахты «Красноармейская»
Таблица 7.3.
№
п/п
Время наблю¬
дения
Номер
эрлифта
Время работы
эрлифта, час.,
мин.
Время аварийных оста¬
новок эрлифта
Коэффици-
ент готов¬
ности эр¬
лифта
час., мин.
в % ко вре¬
мени рабо¬
ты
1.
I—IX 1988
1
1910ч. 35м.
36ч. 50м.
1,87
0,9816
2.
I—IX 1988
2
1449ч. 25м.
38ч. 35м.
2,66
0,9739
3.
I—X 1989
1
2193ч. 35м.
9ч. 50м.
0,45
0,9956
4.
I—X 1989
2
2020ч. 35м.
10ч. 20м.
0,51
0,9950
5.
I—VI1990
1
2459ч. 0м.
6ч. 50м.
0,28
0,9973
6.
I—VI1990
2
180ч. 0м.
Оч.Юм.
0,09
0,9991
Среднее время наработки эрлифта на отказ в 1988 г. составляло 56 час., в 1989 г.
оно повысилось до 183,4 час. Повышение надежности работы эрлифтов произошло в
результате улучшения качества эксплуатационного обслуживания и профилактиче¬
ских ремонтов. Особенностью эксплуатации эрлифтного подъема является наличие
420
Глава 7
больших затрат времени на планово - предупредительные ремонты и профилактическое
обслуживание. Обычно эти ремонты не влияют на пропускную способность подъема и
работу шахты, так как выполняются в ремонтные смены. Фактические затраты времени
на планово-предупредительные ремонты эрлифта приведены в табл. 7.4. Из таблицы
видно, что фактическая норма профилактики составляет примерно 1/4 час. на 1 час
работы эрлифта.
Планово-предупредительные ремонты эрлифта
гидрошахты «Красноармейская»
Таблица 7.4.
№
п/п
Время наблю¬
дения
Номер
эрлифта
Время работы
эрлифта, час.,
мин.
Время планово-предуп¬
редительных ремонтов
эрлифта
Норма про¬
филактики
эрлифта
(фактиче¬
ская)
час/час
час., мин.
в % ко вре¬
мени рабо¬
ты
1.
I—IX 1988
1
1910ч. 35м.
489ч. 45м.
25,6
0,256
2.
I—IX 1988
2
1449ч. 25м.
359ч.10м.
24,8
0,248
3.
I—X 1989
1
2193ч. 35м.
545ч. 15м.
24,9
0,249
4.
I—X 1989
2
2020ч. 35м.
496ч.30м.
24,6
0,246
5.
I—VI1990
1
2459ч. 0м.
160ч. 0м.
6,5
0,065
Наличие резервного эрлифта позволяет обеспечить надежную работу подъема в
течение рабочего времени суток и рабочей недели до момента выполнения ремонтных
работ.
В случае ремонтных и монтажно-демонтажных работ в зумпфовой части ствола,
откачку воды «насухо» производят с помощью двух последовательно подключенных
щдроэлеваторов.
Эрлифгный гидроподъем горной массы на гидрошахте им. 50-летия СССР на Украине.
При подъеме гидросмеси с больших глубин (600-1600 м) более эффективно приме¬
нение многоступенчатых схем эрлифтных установок. Примером промышленного при¬
менения таких схем может служить технологическая схема гидрошахты им. 50-летия
СССР производственного объединения «Краснодонуголь», введенная в эксплуатацию в
1970 г. с проектной мощностью 1,2 млн. т в год. Основные показатели работы шахты
приведены в таблице 7.5 (начальный период работы).
Выемка угля на гидрошахте осуществляется при помощи гидромониторов ГМЦД-3
с гидротранспортированием угля по желобам до околоствольного двора в камеру угле-
подготовки эрлифтного подъема.
Главный ствол, глубиной 718 м, оборудован эрлифтным подъемом, который пред¬
ставляет собой пятиступенчатую установку. Для обеспечения резерва подъема в стволе
смонтированы две установки, все ступени которых выполнены с одинаковыми парамет¬
рами. Зумпф и всасывающее устройство 1-й ступени аналогичны зумпфу и всасываю¬
щему устройству гидрошахты «Красноармейская».
Подъемные трубы каждой ступени, имеющие эквивалентный диаметр 0,502 м,
состоят из четырех участкрв различного диаметра, увеличивающегося кверху (0,48,
0,53,0,63,0,72 м).
Глава 7
421
Таблица 7.5.
Состояние плановых и фактических показателей
гидрошахты им. 50-летия СССР
Годы
Годовая добыча
угля, тыс. тонн
Среднесуточная
добыча, тонн
Среднемесячная
производитель¬
ность труда рабо¬
чих по добыче уг¬
ля, тонн
Себестоимость
1 тонны угля,
рублей
плано¬
вая
факти¬
ческая
плано¬
вая
факти¬
ческая
плано¬
вая
факти¬
ческая
плано¬
вая
факти¬
ческая
1970
105
115
721
671
15,7
22,2
51,43
47,96
1971
340
378
1099
1189
31,2
34,9
25,88
24,89
1972
543
590
1780
1189
46,4
49,2
18,43
18,01
1973
648
660
2257
2201
48,6
43,4
17,89
17,61
1974
674
739
2614
2736
51,1
59,8
17,47
17,40
1975
811
842
3201
3118
58,7
59,2
17,47
17,40
1976
862
935
3333
3445
58,1
61,3
15,48
15,23
1977
927
988
3593
3482
63,7
62,8
14,23
15,57
1978
1000
796,2
3876
2941
56,2
44,7
15,72
18,24
1979
870
673,7
3222
2420
50,2
37,0
15,44
25,04
Подача эрлифта при относительном погружении смесителя 0,314 и расходе воздуха
3 3
3000 м /мин составляет 1700-1800 м /ч, а по твердому, по данным промышленных
испытаний, в отдельные часы подача составляла до 400 т/ч (при средней подаче
250 т/ч).
Для плановых и аварийных удалений гидросмеси из зумпфа смонтирован специ¬
альный вспомогательный эрлифт, параметры которого соответствуют параметрам 1-й
секции основного эрлифта. Вспомогательный эрлифт состоит из подвижной и неподвиж¬
ной частей. Подвижная часть передвигается телескопически в неподвижную с помощью
лебедки иможет погружаться в пульпу на дне зумпфа, что дает возможность откачивать
зумпф до отметки смесителя основного эрлифта. Пульпа из воздухоотделителя вспомо¬
гательного зумпфа поступает во вторую ступень одного из двух рабочих эрлифтов.
Компрессорная станция оборудована турбокомпрессорами типа К-500-61-1 в ко¬
личестве 11 шт. (постоянно в работе находятся 7-8 компрессоров).
7.1.2. ЭРЛИФТНЫЙ ВОДООТЛИВ ШАХТ
Одним из существенных факторов влияния на повышение производительности
труда и снижение себестоимости продукции на шахте является механизация вспомога¬
тельных процессов, к числу которых относится и шахтный водоотлив.
Применяемые в настоящее время на действующих и вновь проектируемых шахтах
схемы и средства шахтного водоотлива имеют следующие основные недостатки:
— высокая трудоемкость работ с большой долей ручного неквалифицированного
труда по чистке водосборников, зумпфов, колодцев, канавок и по доставке,
монтажу и демонтажу тяжелого электромеханического оборудования в под¬
земных условиях;
422
Глава 7
— промышленные насосные агрегаты, особенно высоконапорные для прямой от¬
качки воды из шахт большой глубины (700-1300 м), не способны откачивать
шахтную неосветвленную воду, содержащую твердые частицы крупностью
более 1 мм;
— размещение мощных потребителей электроэнергии в подземных условиях
ухудшает температурные условия глубоких шахт и требует большого объема
специальных выработок;
— большие напоры при пименении прямого водоотлива требуют специальных
трубопроводов и запорной аппаратуры;
— возможны гидравлические удары и поражения обслуживающего персонала
струями высокого давления.
Устранить эти недостатки можно, применив схемы и средства водоотлива, обеспе¬
чивающие откачку шахтной загрязненной воды без осветления в подземных условиях
на поверхность, где должен быть создан цех очистки шахтных вод с доведением их до
санитарных норм. При этом основное электромеханическое оборудование должно быть
размещено на поверхности. Решение этого вопроса для любого горного предприятия
позволит значительно сократить применение немеханизированного труда на водоотли¬
ве.
В этих схемах следует применять вертикальные водосборники, углубку ствола или
специально пройденные вертикальные зумпфы. Проведенные технико - экономические
сравнения показали, что затраты на строительство, поддержание и эксплуатацию вер¬
тикальных водосборников меньше, чем на горизонтальные, а эксплуатационные каче¬
ства их несравненно выше, так как значительно проще осуществлять забор всего твер¬
дого, поступившего с водой. Это подтверждается длительной эксплуатацией зумпфов в
углесосных и эрлифтных установках гидрошахт.
Применение для указанных схем серийно выпускаемых насосов, способных отка¬
чивать загрязненные воды, не всегда является возможным из-за несоответствия необ¬
ходимых высот подъема и напорами насосов. На поле режимов главных водоотливных
установок глубоких действующих и строящихся шахт Донбасса, полученном Г.М. Не-
чушкиным [ 155 ], и на зонах рабочих режимов шламовых, фекальных, грязевых насосов
и углесосов, из которого следует, что верхняя граница откачки такими средствами при
одноступенчатой схеме не превышает 320 м (углесосы типа 12 У В-6). Опыт работы
гидрошахт показал, что достаточно надежно углесосы работают при последовательном
включении двух машин, находящихся в одной камере. Применяя эту схему, можно
достичь максимальной высоты откачки гидросмеси насосами до 500-600 м, причем для
3 3
притоков более 500 м /ч. Для средних притоков (100-250 м /ч) предел высот значи¬
тельно меньше.
Если высоты более указанных, то необходима ступенчатая схема работы углесосов,
расположенных на разных горизонтах. Технико-экономический анализ ступеньчатых
водоотливов показал низкую эффективность, особенно по трудоемкости обслуживания,
поэтому эти схемы рекомендовать нельзя.
В свете вышеуказанных недостатков действующих схем и средств водоотлива для
глубоких шахт перспективным является применение эрлифтов, способных обеспечит
подъем гидросмеси с любой глубины при сравнительно невысоком давлении в системе.
Наряду с рассмотренными ранее техническими преимуществами, применение эрлиф¬
тов улучшает метеорологические условия глубоких шахт, так как вынос из шахты
насосных элекродвигателей с мощностью 1600 кВт эквивалентен отбору тепла в подзем¬
ных условиях в количестве 6 800 000 ккал/ч [101, 102, 104, 155]. Таким образом
отпадает необходимость в строительстве дополнительной крупной холодопроизводи¬
тельной установки.
Глава 7
423
Технико-экономическое сравнение эрлифтного водоотлива с насосным.
Эффективность применения эрлифтов в системе гидравлического транспорта в
комплексах гидромеханизации доказана многолетним опытом эксплуатации гидро¬
шахт Донбасса. Известен и ряд шахт, где эрлифты используются в системе водоотлива.
Однако до последнего времени расширение внедрения эрлифтов в области водоотлива
сдерживается отсутствием достаточно обоснованного технико-экономического сравне¬
ния вариантов насосного и эрлифтного водоотливов. Ранее проводились такие сравне¬
ния для отдельных шахт [25, 102]. Ниже приводится пример анализа, выполненного
для условий шахты «Красноармейская-Капитальная» (Донбасс).
По проекту «Донгипрошахта» на указанной шахте предусматривался насосный
двухступенчатый водоотлив, откачивающий осветленную воду, первая степень которо¬
го размещается на горизонте 986 м, вторая — на горизонте 474 м. Каждая из них
оборудуется тремя насосами 8МС-7. Среднегодовой часовой приток примерно 200 м /ч.
Для этих же условий был спроектирован эрлифтный водоотлив. Компрессорная станция
оборудована тремя турбокомпрессорами К-250-61-2, эквивалентный диаметр подъем¬
ного трубопровода эрлифта 226 м, глубина погружения составляет 70 м.
В данном случае оба варианта экономически равноценны, однако предпочтение
следует отдать эрлифтному варианту, не только из-за общеизвестных технических
преимуществ эрлифта в сравнении с насосом, а в основном потому, что его применение
устраняет необходимость использования неквалифицированного ручного труда по
очистке емкостей.
Аналогичные сравнения были проведены и для условий водоотливов при проходке
стволов вновь строящихся шахт «Красная Звезда», «Октябрьская» [155 ].
Выполненные расчеты относятся к отдельным конкретным установкам, а главное,
в них применялись не типовые схемы, поэтому они не дают полного представления о
зоне технико-экономической эффективности применения эрлифтного водоотлива. Ре¬
шение этой задачи наиболее полно возможно на основе определения форм и степени
влияния некоторых общих факторов на критерий оценки экономической эффективно¬
сти применения того или иного типа оборудования в рамках экономико-математическо¬
го моделирования водоотлифных комплексов угольных шахт.
Основным показателем сравнительной экономической эффективности капиталь¬
ных вложений в новую технику является минимум приведенных затрат в расчете на
одинаковый годовой объем выпускаемой продукции или на его единицу.
Донецким политехническим институтом совместно с ЮЖГИПРОШАХТом вы¬
полнен анализ водоотливных комплексов 164 угольных шахт по сметной стоимости и
эксплуатационным затратам с учетом основных факторов, влияющих на формирование
приведенных показателей. Такими факторами являются годовая производственная
мощность шахты Аг, часовой приток подземных вод Qnp, геодезическая высота подъема
воды Нт, загрязненность шахтных вод. На основе анализа составлена экономико -
математическая модель комплекса шахтного водоотлива, которая аналитически выра¬
жается следующим равенством:
3 = a -exp ln<2„p+ с Qnp+ d 1 gЯг+/^fг + к \щ + mq + «j + Р, (7.1)
где 3 — приведенные затраты по комплексу водоотлива, тыс. руб;
£>пр — часовой приток воды, м3/ч;
Яг — геометрическая высота подъема воды, м;
q — количество взвешенных частиц в шахтной воде, кг/м3;
а, Ь, с, d, /, к, т, п, р — безразмерные коэффициенты модели.
424
Глава 7
Приведенная экономико-математическая модель является общей для насосного и
эрлифтного вариантов водоотлива. Значения безразмерных коэффициентов модели для
типовых схем эрлифтного водоотлива с погружением 75 и 115 м, а также для насосного
водоотлива представлены в таблице 7.6. При расчете коэффициентов для эрлифтного
варианта использованы сметные данные действующих эрлифтных установок. При этом
учитывались следующие виды оборудования и строительные объекты: компрессорные
агрегаты, насосы градирни, трубопроводы в стволе и на поверхности, конструктивные
элементы эрлифта и арматура для их крепления в стволе и др. Разработанная схема
размещения элементов эрлифта в типовых стволах в отдельных случаях требует незна¬
чительных дополнительных объемов горных работ. Но общий объем горных выработок
при эрлифтном варианте водоотлива значительно меньше, чем при насосном, что обес¬
печивает повышение экономической эффективности эрлифтного варианта.
На основе расчетов приведенных затрат определены области эффективного приме¬
нения насосного и эрлифтного водоотливов (рис. 7.1) практически во всем диапазоне
применения водоотлива действующих и вновь проектируемых шахт приусловии приме¬
нения компрессорных установок с конечным давлением 9 ата (рис. 7.1а) и 14 ата
(рис. 7.16).
Как следует из рис. 7.1а эрлифтный водоотлив с погружением смесителя эрлифта
h = 75 м обладает преимуществом перед насосным водоотливом по приведенным затра¬
там при высотах подъема 300 -1000 м во всем диапазоне притоков. При малых и средних
притоках (до 300 м /ч) применение эрлифтного водоотлива эффективнее и при высотах
подъема ниже 300 м.
Увеличение погружения смесителя эрлифта до 115 м, при условии применения
компрессоров с конечным абсолютным давлением 14 ата, обеспечивает расширение
зоны эффективного применения эрлифтного водоотлива (рис. 7.16).
Значения безразмерных коэффициентов модели
для типовых схем эрлифтного водоотлива
Таблица 7.6.
Тип водо¬
отлива
Условия
водоотлива
Значения коэффициентов
Погру¬
жение
смеси¬
теля, м
Диа-
метр
ствола,
м
а
Ь
С
d
f
k
m
n
P
Эрлифтный
75
6,5
2,82
0,27
0,71 -10~3
0
0,94 По”3
0
0
2,81
-91,59
7,0
2,80
0,25
0,71 ПО"3
0
0,71 П0~3
0
0
2,89
-75,84
,.......
7,5
2,83
0,25
0,71 -10~3
0
0,71 ПО-3
0
0
2,97
-94,62
8,0
2,74
0,25
-3
0,71 МО
0
0,71 -Ю”3
0
0
2,86
-52,34
115
6,5
2,61
0,27
-3
0,71 -10
0
0,71 ПО"3
0
0
2,69
-51,00
7,0
2,56
0,27
0,71 ПО"3
0
0,71 ПО"3
0
0
2,76
-31,30
7,5
2,59
0,27
0,71 -10~3
0
0,71 ПО"3
0
0
2,70
-42,33
8,0
2,53
0,25
0,71 П0~3
0
0,71 ПО"3
0
0
2,72
-10,47
Насосный
при годовой
мощности
шахты Л г.
ТЫС. т.
1000 <ЛГ< 1500
2,34
0,46
0,71 -10"3
0,72
0
0,71 no”3
0,026
-2,59
137,29
1500 <ЛГ <2000
2,34
0,46
0,71 ПО”3
0,72
0
0,71 ПО”3
0,028
-2,61
136,29
Лг> 2000
2,34
0,46
0,71 -10-3
0,72
0
0,71 ПО"3
0,032
-2,56
140,92
Глава 7
425
Нг,м
Нг ,м
200 400 600 800 1000 1200 Qnp м 2/4
а) б)
Рис. 7.1. Графики рациональных зон применения эрлифтного
и насосного вариантов водоотлива
При высотах подъема 1100-1400 м, как следует из рис. 7.1, более эффективно
применение насосного водоотлива. Однако необходимо отметить, что расчетная эффек¬
тивность достигается в случае применения одноступенчатых схем насосного водоотли¬
ва, для которых еще не освоено промышленное производство насосов с требуемыми
параметрами.
В зоне равных приведенных затрат (области «эрлифты-насосы» на рис. 7.1) более
целесообразно применение эрлифтного варианта водоотлива ввиду ликвидации работ
по чистке водоотливных емкостей.
Схемы эрлифтного водоотлива шахт целесообразно выполнять в виде единых ком¬
плексов, обеспечивающих непрерывную откачку всего шахтного притока с одновремен¬
ной чисткой зумпфов скиповых стволов от просыпавшейся горной массы, поэтому
монтаж эрлифтных установок предпочтительнее выполнять в скиповом стволе.
Обеспечить покрытие поля рационального использования эрлифтов (рис. 7.1) мож¬
но как с односекционными, так и многосекционными эрлифтными установками. При
существующих источниках сжатого воздуха, как правило, односекционные эрлифты
следует применять до высот подъема 400-500 м. При глубине шахт свыше 500 м следует
применять многосекционные схемы эрлифтных установок.
Особенности эксплуатации эрлифтного водоотлива.
Организация работы эрлифтного водоотлива принципиально отличается от приня¬
той в настоящее время для водоотливов, оборудованных насосами. Это обусловлено,
прежде всего, специфическим свойством саморегулирования эрлифтов и колебаниями
притоков во времени.
426
Глава 7
Регулирование подачи поршневых и центробежных насосов затруднено и требует
специальных средств регулирования.
Поэтому водоотлив, оборудуемый насосами, в основном проектируется для перио¬
дической работы, а эрлифтный — для работы на приток. При периодической работе
водоотлива часть аварийной емкости, а иногда и вся она, используется как регулиро¬
вочная, что может приводить к затоплению шахты в случае аварии насоса при работе
на верхнем уровне. При работе водоотлива на приток аварийная емкость всегда остается
незаполненной и при любой аварии обеспечивает прием воды в течение времени, уста¬
новленного правилами безопасности.
Если колебания притока шахты в течение суток не превышает 20-30%, то эрлиф-
тная водоотливная установка может экономично работать в режимах саморегулирова¬
ния. Это возможно на шахтах, где приток со всех горных выработок поступает в цент¬
ральный водосборник самотеком, а также в случае организации работы участковых
водоотливов на приток. Если же приток воды в центральный водосборник резко изме¬
няется в течение суток, то в некоторых случаях пределы саморегулирования эрлифта
оказываются недостаточными, что вызывает необходимость применения систем регу¬
лирования подачи сжатого воздуха.
Регулирование подачи эрлифта на основе свойства саморегулирования является
наиболее простым и надежным, так как осуществляется без какого либо воздействия на
систему водосборник - эрлифт - компрессорная станция. Возмущением является изме¬
нение шахтного притока. Саморегулирование подачи в сторону уменьшения от расчет¬
ного режима неограничено, а в сторону увеличения ограничено давлением сжатого
воздуха и глубиной аварийной части водосборника.
Исследованиями С.С. Малыгина доказано, что при применении компрессоров с
избыточным давлением 8 кгс/см и расчетном погружении смесителя 55-60 м, возмож¬
ное увеличение подачи эрлифта относительно оптимального режима за счет свойства
саморегулирования составляет 35-40% [101, 102, 104].
Для большинства шахт Донбасса коэффициент роста весенних притоков обычно
вавен 1,2-H,3.
Применение эрлифтных водоотливов позволяет уменьшить емкость водосборника
за счет ликвидации его заиливания, которое, согласно правил безопасности, может
составлять до 40% емкости водосборника. Аварийную и регулировочную емкость водо¬
сборника можно принимать:
для главного водоотлива
wrjl- 40ч (1 - 0,4) = 2,40ч, м3
(7.2)
для участкового водоотлива
Wm= 20ч (1-0,4) =1,204, М3
(7.3)
где 0Ч — часовой приток, м /ч.
Высота этих емкостей не должна превышать 15-20 м, во избежание того, чтобы при
их заполнении давление у компрессоров не повысилось выше допустимого.
Требуемая емкость может быть обеспечена в стволе, если
'ha ^ wm.
В случае, если
7t Z>Ct
4 ~
’Aha < wrjl, для обеспечения требуемой емкости необхо¬
димо дополнительное сооружение наклонной выработки емкостью, равной
Глава 7
427
(7.4)
Wu.B = WTJl
jiD£
~4~
•A ha,
M
3
Угол наклона этих выработок должен выбираться таким, чтобы обеспечить само-
смыьание осевшего в них шлама.
Сравнение по надежности эрлифгного водоотлива с насосными схемами.
Отказ шахтной водоотливной установки может привести к подтоплению отдельных
выработок или всей шахты в целом и прекращению ее нормальной эксплуатации. Это
повлечет за собой потери средств, а в отдельных случаях может угрожать жизни под¬
земных рабочих, поэтому водоотливные установки шахт всегда должны иметь высокую
эксплуатационную надежность.
Для определения надежности в абсолютных величинах необходимо иметь стати¬
стический материал по рассматриваемым схемам водоотлива за продолжительный пе¬
риод, причем по установкам, имеющим различные параметры и эксплуатируемым в
различных условиях. Таких данных, в частности по эрлифтным схемам водоотлива,
пока нет.
В связи с этим целесообразно выполнить сравнение по надежности двух видов
водоотлива (насосного и эрлифгного), работающих в одинаковых условиях. При такой
оценке из общей схемы сравнения можно исключить водосборники, трубопроводы во¬
доотлива и подъемные трубы эрлифтов, арматуру, воздухопроводы и сравнить по на¬
дежности только насосную установку и компрессорную станцию для снабжения эрлиф-
тного водоотлива сжатым воздухом.
Условия эксплуатации насосов и их приводных электродвигателей значительно
тяжелее, чем компрессоров и их электродвигателей. Это учитывается соответствующи¬
ми нормативными сроками службы для данных установок. В первом приближении
можно считать, что среднее время между отказами пропорционально средним норма¬
тивным срокам службы.
Вероятность безотказной работы насосного и компрессорного агрегатов, представ¬
ляющих собой систему из последовательного соединения двух элементов (электродви¬
гатель, насос или компрессор), может быть вычислена по формулам
Р к.а (V) = ехр (4 + Ад„.к) t ]; (7.5)
Рн.а ~ ехр £~ ^ Лн + Ада.н^ t J, (7.6)
где Л*, А« — интенсивность отказов компрессора и насоса;
Адв.к, Адв.н — интенсивность отказов двигателей компрессора и насоса.
Среднее время наработки на отказ для компрессорного и насосного агрегатов
Тн.а Тц Тдв.н
(7.7)
(7.8)
Средненормативные сроки службы элементов компрессорного и насосного агрега¬
тов составляют: компрессора — 17 лет, его приводного электродвигателя — 25 лет;
шахтного насоса — 6 лет, его приводного электродвигателя — 8 лет. Подставив эти
значения в (7.7) и (7.8), путем деления этих уравнений получим соотношение времени
наработки на отказ компрессорного и насосного агрегатов
428
Глава 7
(7.9)
Среднее время ремонта насосных и компрессорных агрегатов считаем равными:
Надежность эрлифтной водоотливной установки, оборудованной тремя и более
компрессорами (рабочий, резервный и ремонтный), будет всеща выше, чем насосной,
так как Ть.а = 2,74Тн а, а Твк = Тш, поэтому, не производя сравнения, можно ска¬
зать, что на шахтах, использующих пневмоэнергшо для технологических целей (добы¬
ча угля), применение эрлифтов в качестве средств водоотлива значительно повысит
надежность водоотливной установки, так как компрессорная станция в данном случае
будет всеща иметь общее число компрессоров больше 3-х.
При питании эрлифтов водоотлива от отдельной компрессорной установки целесо¬
образно, с точки зрения уменьшения капитальных затрат, применять схему с двумя
компрессорами (один в работе, один в резерве), поэтому есть необходимость сравнить
вероятность надежной работы такой схемы эрлифтного водоотлива с типовой насосной
схемой, оборудованной тремя насосами.
Рассматривая типовую схему главного водоотлива, оборудованного тремя насосны¬
ми агрегатами, можно предположить, что в любой момент времени t схема нахадится в
одном изследующих состояний:
0) все три насосных агрегата исправны;
1) два насосных агрегата исправны, один в ремонте и один подготовлен к ремонту;
2) один насосный агрегат исправен, один в ремонте и один подготовлен к ремонту;
3) все насосы неисправны, один в ремонте и два подготовлены к ремонту.
Обозначим вероятности этих состояний соответственно через Pq (tj, Р\ (tj,
Р% (tj и Ръ (tj . За промежуток времени A t схема, находясь первоначально в момент
времени в одном из перечисленных выше состояний, может остаться в том же состоянии
или перейти в другое возможное. Обозначим переходные условные вероятности через
Pi,k( А 0 > ^ iyk = 0, 1, 2, 3 ^. Совпадение значений индексов ink означает, что
схема остается в момент t + А / в прежнем состоянии, а несовпадение индексов указы¬
вает, что схема за промежуток времени A t переходит из одного состояния в другое.
Условные вероятности, у которых модуль разности индексов ink превосходит
единицу, есть бесконечно малые величины более высокого порядка, чем A t, поэтому
ими можно пренебречь. Таким образом, за промежуток времени A t система не может
перейти через состояние, а может перейти только в соседнее состояние или остаться в
прежнем.
На основании вышесказанного все переходные вероятности можно записать следу¬
ющим образом:
Ан.а A t — вероятность того, что за промежуток времени А (в схеме произойдет отказ;
fi-At — вероятность того, что за время At в схеме будет отремонтирован один насос;
Ян.а At+fl'At — вероятность того, что за промежуток времени A t схема перейдет в
соседнее состояние, например, из первого во второе или нулевое.
Твк — тш — 7V
Poo = 1 - Лн.а A t
Р\\ = 1 -Д«.а At-fi At
Ргг — 1 - Ха* At- ц Af
Ръъ = 1 ~И At
(7.10)
1
где [Д — параметр восстановления, ft = ;
* В
Глава 7
429
Если схема в момент времени t находилась в нулевом состоянии, то за промежуток
A t она может перейти в первое состояние с вероятностью
Poi(At) =4.а At. (7.11)
Аналогично подсчитываются и остальные условные вероятности перехода схемы из
высшего состояния в низшее:
Pn(At) =Ли.аДг; (7 12)
Р2з(Л0 =4.aA/,
и из низшего в высшее
Рю(А1) -ц At;
P2i(At) =pAt, (7.13)
P32(At) =pAt.
Для нахождения вероятности состояний схемы в момент времени t + At применим
формулу полной вероятности
п
Pk(r + At) = 2 Pi(t) (7.14)
Подставляя усвловиявероятности (7.10), (7.11), (7.12), (7.13) в выражение (7.14)
и проведя необходимые преобразования, получим
Po(t + At) - Р0 (t) = - Ан.аА t-P0 (t\+p-A t Pi (tj
P\(t + AtJ - Pi 0 = - Дя.аА t'Pi (t)-fi-AtPi 0 +
+ Ан.аА t-Po 0 + [i ‘ A t P2 0
P2(t+At) ~P20 = ~^.aAt'P20-p-AtP2(t)+ (7Л5)
+ 4.aA t-Pi 0 + p■ A t Ръ 0
P3(t+At) - Ръ 0 = —fl'At P3 0 + Лн.аА t-P2 0
Разделив обе части равенств (7.14) на At и преходя к пределу при At -* О,
получим систему линейных однородных дифференциальных уравнений первого поряд¬
ка для определения неизвестных вероятностей состояний схемы
Ро 0 = -4.а' Ро 0 + Р Р\ 0
Р\ 0= Л«.а; Ро0 — f^«.a +0 ‘Pi 0 + р "Рг 0
Р20= ^.а- Pi 0 -(Л,.а +Р) *Р20 *Ьр"Р3 0 (?Л6)
Рз 0 = Дн.а ' Р2 0 ~Р‘ Ръ 0
К системе дифференциальных уравнений необходимо добавить начальные усло¬
вия:
Р0 ( О) = 1 Pi(0) = P2(0) = P3(0).
Это свидетельствует о том, что в момент первоначального пуска схемы ее нулевое
состояние есть достоверное событие.
Спустя некоторое время после запуска системы переходный процесс в ней затухает
и она переходит в установившийся режим, вероятностные характеристики которого не
будут зависеть от времени и производные вероятностей обращаются в нуль. Поэтому
430
Глава 7
система дифференциальных уравнений превратится в систему однородных алгебраиче¬
ских уравнений:
— Л«.а * Ро+И ‘^1 = О
Дн.а' Ро ~{^н.а "t*I'Pi ft'Pi ~ О
Лн.а P\ ~’ ^ Лн.а "I" pj "P2 [Л’Р3 = 0
^.a-=0
(7.17).
Решая эту систему уравнений с учетом того, что Pi — 1, а
;=1
Ля а Гв
— = уОн, получим формулы для подсчета вероятностей схемы
Тн.а
Ро=
1
1 +Ря +f& +f&
(7.18)
Pi = (7.19)
1 +Рн +Рн +Рн
Рг= Г (1.20)
1 +Рн +Ря +Рн
з
Рз~ -^1 г (7.21)
1 + А +Ря +Ри
Нормальная откачка шахтного притока может быть обеспечена при трех состояни¬
ях схемы (0,1,2), поэтому вероятность откачки насосами шахтного притока будет равна
рЛ Pt Р„= , 1 +М' ^ i
/=о 1 +Рн +А +А
(7.22)
Схема эрлифтного водоотлива, оборудованная двумя компрессорами, в любой мо¬
мент времени t может находится в одном из трех состояний:
0) оба компрессорных агрегата исправны;
1) один компрессорный агрегат исправен, другой — в ремонте;
2) оба компрессорных агрегата неисправны, один — в ремонте.
Далее, выполняя аналогичные приведенным для насосного варианта водоотлива
вычисления, определим вероятность состояний схемы эрлифтного водоотлива с двумя
компрессорами.
-» у— „ 2
1 + А +А
р. =
1 +а +/^
Р,--^-г
1 +А +А
(7.23)
Вероятность присутствия в схеме одного исправного компрессора при наличии двух
компрессоров
Глава 7
431
Рис. 7.2. Надежность насосного и эрлифтного водоотливов
Рэ2=
1 + А
1 +А +|°£
(7.24)
Учитывая, что А= 0,365 А» вероятность исправности одного компрессора при
наличии двух компрессоров
Рэ2= —& jr (7.25)
1 +0,365 а +0,133 /£
По зависимостям (7.22) и (7.25) построены графики, представленные на рис. 7.2,
анализ которых показывает, что эрлифтная водоотливная установка даже при двух
компрессорных агрегатах (рабочем и резервном) имеет более высокую надежность по
сравнению с типовой насосной водоотливной установкой, оборудованной тремя насоса¬
ми.
Следовательно, применение эрлифтов на шахтном водоотливе позволит не только
снизить трудоемкость, но и повысить надежность
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭРЛИФТНЫХ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
В угольной промышленности работали экспериментальные водоотливные установ¬
ки на шахтах: «Игнатьевская» (ныне им. Калинина) ПО «Донецкуголь», «Южная»
ПО «Красноармейскуголь», им. Гаевого ПО «Артемуголь», многосекционная установка
для проходческого водоотлива ствола шахты «Красноармейская-Капитальная» с высо-
з
той подъема 823 м и подачей гидросмеси 25 м , № 7 «Белянка» ПО «Ворошиловград-
уголь», «Скальная» ПО «Кизилуголь», «Красный Профинтерн» ПО «Орджоникидзе-
уголь» и др.
Впервые промышленная эрлифтная водоотливная установка введена в эксплуата¬
цию на шахте «Селидовская-Южная», шахтное поле которой вскрыто центрально -
сдвоенными стволами глубиной 200 м и двумя шурфами глубиной 80 м. Нормальный
общешахтный часовой приток на момент проектирования эрлифтной установки состав-
3 3
лял367м , причем в районе шурфов приток составлял 250м .Вода по вентиляционному
квершлагу поступала на наклонный ходок и далее сбрасывалась на горизонт около-
ствольного двора, ще по квершлагу направлялись в центральный водосборник. При
432
Глава 7
такой схеме сбора притока происходило быстрое заиливание центрального водосборни¬
ка, размыв балласта пути по ходку пласта Kg и обводнение выработок околоствольного
двора. В связи с тем, что центральный водосборник быстро заиливался, часто создава¬
лась угроза подтопления выработок околоствольного двора.
Донецким политехническим институтом был предложен эрлифтный вариант не¬
посредственной откачки на поверхность притока с южного вентиляционного штрека
пласта Л\. Эрлифт смонтирован в скважине, обсаженной стальными сварными трубами
диаметром 630 мм. Глубина скважины 143 м. Бурение скважины и монтаж труб эрлифта
выполнены при помощи передвижной буровой установки БУ-1 [101 ].
На уровне вентиляционного квершлага шурфа № 2 скважина вскрыта наклонным
ходком длиной 12 м. В обсадной трубе на уровне почвы ходка прорезаны два окна
размерами 200*200 мм для сброса воды. Окна закрыты решетками с размером ячейки
50*50 мм.
Подъемная труба эрлифта, состоящая из двух участков диаметром 250 и 300 мм,
опущена в скважину и в верхней части закреплена на шайбе, опирающейся на обсадную
трубу. Внутренний воздухопровод диаметром 114 мм закреплен только в верхней точке
подъемной трубы при помощи переходного устройства. Соединение труб по длине вы¬
полнено электросваркой. На нижней части воздухопровода смонтирован смеситель. На
выходе из подъемной трубы установлен воздухоотделитель, вода из которого поступает
через мерное устройство в водоотводную канавку.
3 3
Проектная подача эрлифта 300 м /ч, расход воздуха 43,6 м /мин. Сжатый воздух
поступает от шахтной компрессорной станции, оборудованной тремя компрессорами
типа 300 В - К, по воздухопроводу диаметром 150 мм и длиной 800 м.
Эрлифтная водоотливная установка шахты «Селидовская - Южная» введена в
эксплуатацию с января 1964 г.
Как показал опыт эксплуатации, основным элементом установки, на долю которо¬
го приходятся неисправности, является компрессор. Однако наличием в резерве одного
компрессора, при двух работающих, обеспечивается высокая надежность водоотливной
установки. За два года эксплуатации непосредственно в эрлифте наблюдалась всего одна
авария из - за истирания твердыми частицами, транспортируемыми с водой, вводного
колена воздухопровода. Ликвидация аварии выполнена в течение одной смены. Такие
показатели достигнуты в условиях отсутствия резервного эрлифта и аварийной емкости
водосборника. Обеспечив указанное резервирование, аварийные простои эрлифтного
водоотлива практически легко свести к нулю.
Значительно снижена трудоемкость обслуживания эрлифтного водоотлива по срав¬
нению с насосным. Все обслуживание собственно эрлифта состоит в периодическом
осмотре приемных окон скважины и очистки решеток от щепы и негабаритов. Специ¬
ального штата для выполнения этих работ не требуется. Штат по обслуживанию комп¬
рессорной станции остался таким же, как и до пуска эрлифтного водоотлива.
Опытно-промышленная установка шахты им. Гаевого ПО «Артемуголь»
На шахтах центрального района Донбасса, разрабатывающих крутые пласты, во¬
доотливный комплекс является наиболее сложным вследствие необходимости откачки
воды с нескольких горизонтов. За срок службы шахта этого района разрабатывает до
7-10 горизонтов и на каждом из них устанавливается воджоотливная установка, кото¬
рая переносится на новый горизонт по мере его отработки. При углубке стволов на
шахтах крутого падения оставляют «стаканы» глубиной 70-90 м, в которых накаплива¬
ется приток шахтной воды, поступающей с подготовительного горизонта, а также акку¬
Глава 7
433
мулируется угольная и породная мелочь, содержащаяся в неосветленной шахтной воде.
Для откачки воды из «стаканов» на действующие горизонты оборудуются насосные
водоотливные установки, работающие в тяжелых условиях зумпфов с повышенной
влажностью. Это приводит к частым поломкам и отказам применяемого электромеха¬
нического оборудования, затрудняет его обслуживание и влечет за собой высокие экс¬
плуатационные расходы.
Применение эрлифтного водоотлива в данных условиях позволяет повысить тех¬
нико-экономические показатели установки в целом и, что самое главное, позволяет
устранить затраты неквалифицированного ручного труда по очистке от твердого шахт¬
ных водоотливных емкостей.
з
Спроектированная в ДПИ эрлифтная установка для откачки воды притока 30 м
ствола № 3 шахты им. Гаевого ПО «Артемуголь» позволяет устранить недостатки,
присущие водоотливным установкам с центробещными насосами, обладает высокой
эксплуатационной надещностью и важным свойством самонастройки на приток. Эр¬
лифтная водоотливная установка смонтирована на горизонте 860 м и перекачивает воду
с отметки 910 м на вышележащий горизонт 740 м [176 ].
Основные параметры установки: подача Q3 = 30 м3/ч, высота подъема гидросмеси
Н = 170 м, глубина погружения смесителя h * 50 м, диаметр подъемной трубы
D- 133 мм, воздухоподающей — DB = 80 мм, расход воздуха QB = 12,5 м /мин. Посто¬
янного обслуживающего персонала на установке нет.
Такие установки могут найти широкое применение на шахтах крутого падения для
откачки воды из «стаканов» на вышележащие горизонты, на которых имеются главные
водоотливные установки, поэтому смонтированная на шахте им. Гаевого опытно-про¬
мышленная эрлифтная установка может рассматриваться как типовая для указанных
выше условий.
Опытно-промышленная установка шахты «Игнатьевская» (ныне им. Калинина)
ПО «Донецкушпь»
Эрлифтная установка использовалась для откачки воды из ствола шахты. По мере
откачки воды из ствола длина подъемного трубопровода увеличивалась от 90,5 м до 212
м, диаметр трубопровода при этом оставался постоянным и равнялся 150 мм. При
дальнейшей откачке воды верхнюю часть подъемных труб длиной 26 м установили с
диаметром 200 мм, а нижняя часть длиной 220 м осталась с диаметром 150 мм. При этом
эквивалентный диаметр труб составил 153 мм. Аб солютное погружение смесителя
эрлифта составляло от 36 до 68 м, а относительное - от 0,165 до 0,75. Подача воды в
оптимальном режиме в зависимости от относительного погружения смесителя находи-
3 3
лось в пределах от 30 до 140 м /час при расходе воздуха от 6 до 20 м /мин [78 ].
Эта установка была оборудована контрольно-измерительными приборами на весь
период эксплуатации, что дало возможность снять несколько расходных характеристик
эрлифта с различными основными параметрами (рис. 7.3).
Зумпфовой водоотлив клетьевош ствола шахты «Красный Профинтерн»
ПО «Орджоникадзеуголь»
Анализ исходных данных шахты (приток воды в зумпфовую часть клетьевого
з
ствола шахты около 150 м /сут, глубина зумпфа — 40 м, глубина затопленной части —
434
Глава 7
240
Q .^/ч
I —a =0,75 /г =68 м
II —a =0,61 h =55 м
III —a =0,51 A= 67,4 m
IV —a =0,456 h = 58,5m
V —«=0,399 /г = 70,2м
VI —a =0,318 h = 61m
VII —a =0,257 h = 51,5m
VIII —«=0,206 h = 43,6m
IX —«=0,165 h = 36м
Рис. 7.3. Расходные характеристики эрлифта £) = 0,15 м, шахта «Игнатьевская»
1 — режим работа при Qp — 0,8Qmax
2,0 м и геологические условия), а также богатый опыт проектирования и испытания
большого количества эрлифтных установок различного назначения и конструкций,
накопленный в Донецком политехническом институте за несколько десятилетий, и
яия яиа существующих схем и средств водоотлива позволил сделать вывод, что наиболее
оптимальной гидросхемой эрлифтного водоотлива будет двухступенчатая (рис.7.4) со
следующими параметрами:
—для первой ступени — hi =* 2,0 м, Hi ш 8,0 м, « = 0,2, Q$.i = 9 м /час,
Qb.i =5 м3/мин, Di = 159 мм,;
—для второй ступени — hi - 8,0 м, Hi * 32 м, « = 0,2, Qj.2 = 9 м3/час,
QbA =* 5 м3/мин, Di~ 159 мм.
С целью более полной откачки воды, практически «насухо», применен вспомога¬
тельный эрлифт первой ступени, который имеет смеситель с элементами струйного
3
аппарата. При это расход воздуха значительно возрастает до 24 м /мин.
Работа эрлифтного водоотлива зумпфа: перед запуском установки все задвижки
(2, 3, 4,14, 9) закрыты. Открыв задвижку 2 и убедившись в наличии сжатого воздуха в
общешахтном воздуховоде 1 по показанию манометра 21, открывают задвижки 3 и 4,
находящиеся в околоствольном дворе. Затем открывают задвижку 9 воздуховода 6
эрлифта 1-й ступени.
Сжатый воздух из воздуховода 1 через задвижку 4, воздуховод 6 и задвижку 9
поступает в смеситель 10, где образуется водовоздушная смесь, которая далее поднима¬
ется по подъемной трубе 8 эрлифта 1-й ступени в воздухоотделитель 7, где происходит
отделение воздуха от смеси. Вода заполняет сливной трубопровод 11, промежуточную
емкость 12, смеситель 13, частично подъемную трубу 16 и воздуховод 5.
При изливе воды из воздухоотделителя 7 в зумпф открывают задвижку 14 и сжатый
воздух поступает в смеситель 13 эрлифта 2-й ступени. Образовавшаяся водовоздушная
Глава 7
435
,19 У//////////////////,
Ь2=8м ;
H2-32m
движение воздуха;
► - движение воды;
—w> - движение водовоздуш¬
ной смеси;
глубина погружения эрлифта
„ первой ступени;
“1- высота подъема воды в
эрлифте первой ступени;
“2 - глубина погружения эрлифта
второй ступени;
Нвысота подъема воды в
эрлифте второй ступени.
//777777777777777777/
Рис. 7.4. Гидравлическая схема 2-хступенчатого эрлифтного
водоотлива зумпфа ствола
смесь поднимается по подъемной трубе 16 на уровень околоствольного двора и выходит
через сливную трубу в канавку, при этом вода по канавке идет в водосборник, а воздух
выходит в выработку.
Задвижками 9 и 14 устанавливают такой расход сжатого воздуха в каждую из
ступеней, чтобы подача 1-й и 2-й ступеней были одинаковыми. Такое согласование
устанавливают в начальный период работы эрлифтного водоотлива.
Для отключения установки закрывают задвижки 3 и 4. При повторном включении
эти задвижки вновь открывают, при этом задвижки 9 и 14 остаются в положении,
соответствующем одинаковой подаче каждой из двух ступеней.
7.1.3. ЭРЛИФТЫ ДЛЯ ЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОДООТЛИВНЫХ ЕМКОСТЕЙ
Эрлифтные установки широко применяются для чистки шахтных водоотливных
емкостей (водосборников, зумпфов, предварительных отстойников, колодцев и др.) на
шахтах им. Стаханова, им. Димитрова ПО «Красноармейскуголь», им. Изотова, им. Га¬
евого, им. XXII съезда КПСС, «Кочегарка» ПО «Артемуголь», им. Скочинского, «Юж¬
нодонбасская № 1, «Кировская», «Лидиевка» и «Октябрьская» ПО «Донецкуголь»,
«Миусинская» ПО «Донбасантрацит», им. Артема ПО «Дзержинскуголь», «Красный
Профинтерн» ПО «Орджоникидзеуголь», «Коммунист», «Косомолец Донбасса»
ПО «Октябрьугаль» и многие другие. В качестве примера приводятся только некоторые
из них, наиболее характерные.
436
Глава 7
Установка пихты им. Скочинсхош ПО «Донецкушль».
(эрлифт, имеющий смеситель с элементами струйною аппарата)
На основе анализа параметров зумпфов скиповых стволов, а также других водоот¬
ливных емкостей, установлено, что, как правило, глубина их затапливаемой части
составляет от 1 до 3-5- 4 м, при этом необходимая высота подъема находится в пределах
от 4 до 120 м. Применение в этих условиях обычных эрлифтных установок, когда
возможное значение относительного погружения составляет менее 0,15, оказывается
малоэффективным.
В целом ряде случаев напряженное положение складывается на вспомогательном
водоотливе зумпфов скиповых стволов, так как глубина затапливаемой части зумпфов
клетьевых стволов не превышает 3 м при общей их глубине до 17-5- 20 м.
В этих условиях применение обычных эрлифтных установок оказывается также
малоэффективным, так как относительное погружение эрлифта составляет менее 0,15.
В ДПИ разработаны эрлифтные установки, имеющие смесители с элементами
струйного аппарата для работы с малыми абсолютными (h < 3 м) и относительными
погружениями (а< 0,15), обеспечивающие эрлифтную откачку воды и очистку техно¬
логических емкостей [34, 58, 59 ].
На рис.7.5 представлена эрлифтная установка для очичтки водозаборного колодца
насосов главного водоотлива, внедренная на шахте им. Скочинского производственного
объединения «Донецкуголь».
В групповом водозаборном колодце 1 размещаются всасывающие трубопроводы 4
с приемными устройствами 3 насосов главного водоотлива 5, смонтированными в камере
2. С водосборником водозаборный колодец сообщается через задвижки 6, с помощью
которых прекращается поступление воды в колодец при его очистке.
Эрлифтная установка для гидромеханизированной очистки водозаборного колодца
содержит смеситель 7 с элементакми струйного аппарата, подъемный трубопровод 8,
основная часть которого выполнена из гофрированного гибкого шланга, а воздухоотде¬
литель 9 со сливной трубой 10. Подвод сжатого воздуха от магистрального трубопровода
12 к смесителю эрлифта осуществляется посредством гибкого шланга 13. Разрыхление
уплотненного шлама в зоне захвата эрлифта осуществляется подачей сжатого воздуха
ко входному сечению подающей трубы, т. к. эрлифтная установка без подачи воздуха
ко всасу не обеспечивает полного удаления пульпы вследствие того, что по мере откачки
из-за уменьшения погружения неизбежно снижается скорость пульпы в подающей
трубе, которая в какой-то момент становится ниже критической для твердого материала
данной плотности и крупности, что приводит к забутовке подающей трубы и прекраще¬
нию подачи зрлифта.
При подаче воздуха ко всасу смесителя с элементами струйного аппарата скорости
трехфазной смеси (вода, воздух, твердое) в подающей трубе оказываются достаточными
для транспортирования твердого материала, что и обеспечивает полное его удаление из
предварительного отстойника или другой какой либо технологической емкости.
Воздухоотделитель эрлифта прикреплен к тали 14, установленной на монтажной
балке 15. Выполнение подъемной трубы эрлифта и воздухопровода из гибких шлангов,
а также конструкции подвески эрлифта к монтажной балке обеспечивают забор пульпы
подающей трубой эрлифта по всей площади поперечного сечения колодца.
Подача сжатого воздуха ко входному сечению подающей трубы обеспечивает вы¬
сокую концентрацию транспортируемой пульпы Т: Ж от 1:1 до 1:4. Учитывая грануло¬
метрический состав шламов в водозаборных колодцах (50 % частиц класса 0,25-5-1 мм),
пульпу целесообразно подавать из воздухоотделителя непосредственно в шахтные ва¬
гонетки 11, т. к. дуговые сита и классификаторы в данных условиях не могут обеспечить
Глава 7
437
о
о
Рис. 7.5. Эрлифтная гидроочистка водозаборного колодца насосов
главного водоотлива шахты им. Скочинскош
эффективного обезвоживания из-за наличия большого количества твердых частиц
крупностью менее 1 мм.
Вагонетки рекомендуется применять специализированные, обеспечивающие обез¬
воживание шлама. Для этого в кузове имеется ряд водоспускных отверстий, через
которые вода выпускается обратно в колодец. Вагонетки с обезвоженным шламом транс¬
портируются к клетевому стволу для выдачи на поверхность.
Предлагаемая схема очистки водозаборных колодцев не требует полного удаления
жидкости из них. Глубина затопленной их части, сечения от дна, может составлять
примерно 1 м.
Обслуживают эрлифтную установку при очистке 2 человека. Они переносят в
процессе работы всасывающее устройство эрлифта в различные точки колодца, чем
обеспечивается забор шлама по всей площади его поперечного сечения, обеспечивают
слив осветленной воды из вагонеток с пульпой и производят маневровые операции по
доставке порожних и выдаче груженых шламом вагонеток.
Установка проста в изготовлении, монтаже и обслуживании, надежна в эксплуата¬
ции, резко снижает затраты тяжелого ручного труда.
438
Глава 7
Установка шахты им. Изотова ПО «Артемуголь» (наклонный эрлифт).
На рис. 7.6 представлена гидравлическая схема наклонной двухсекционной эрлиф-
тной установки для очистки зумпфа и вспомогательного водоотлива скипового ствола
№ 5 шахты им. Изотова ПО «Артемуголь».
Работа установки осуществляется следующим образом. Просыпающаяся угольная
и породная мелочь вместе с притоком, поступающим из ствола 1, направляется в
водоотливную емкость 2 камеры очистки 3, откуда первой секцией 4 установки подни¬
мается на высоту Н и сбрасывается в промежуточное всасывающее устройство 5 второй
секции 6 наклонной эрлифтной установки, которая выдает пульпу в шламонакопитель,
расположенный на горизонте 750 м. Негабаритный материал, попадающий в камеру
очистки с откосного полка 7, выдается транспортными средствами, имеющимися в
наклонном ходке 8.
Промышленная эксплуатация наклонных эрлифтов показала, что они просты в
изготовлении, обслуживании и надежны в работе, поэтому перспективным является их
применение в качестве средств очистки шахтных емкостей, а также в схемах главного
и вспомогательного водоотлива.
Рис. 7.6. Схема 2-х секционной эрлифтной установки для чистки зумпфа и
вспомогательного водоотлива шахты им. Изотова
Глава 7
439
Сифонно—вакуумный эрлифт шахты «Коммунист» ПО «Шахтерскантрадит»
Спроектированная институтом «Донгипрошахт» схема улавливания твердых час¬
тиц с помощью бункера в зумпфе скипового ствола шахты «Коммунист» привела к
напряженному положению из-за заиливания нижней части зумпфа, глубина которой
составляет 5 м. Для откачки воды из зумпфа смонтирована специальная насосная
установка, оборудованная насосом ЦНС 105-98.
Уборка просыпавшейся горной массы из ствола производилась вручную бригадой
из 3-4 человек ежесуточно.
По предложению Донецкого политехнического института с целью очистки затоп¬
ляемой части зумпфа от твердого, повышения надежности схемы очистки и снижения
трудоемкости ее обслуживания в стволе была смонтирована сифонно-вакуумная зрлиф-
тная установка для гидромеханизированного удаления твердого [98,99 ]. Монтаж уста¬
новки в стволе, а вакуум-насоса в камере зумпфовых насосов повысил безопасность
труда при обслуживании эрлифта и позволил осуществлять процесс очистки независимо
от графика работы скипового подъема.
Схема сифонно-вакуумной эрлифтной установки представлена на рис. 7.7 Погру¬
жение эрлифта составляет 0,25 м., необходимая высота подъема пульпы — 11,5 м.
Твердый материал в зумпфе скипового ствола был уплотнен, поэтому для разрыхления
слоя твердого использовалась напорная вода из пожарного трубоппровода. Избыток
шламовой воды откачивался лопастным насосом в предварительный отстойник главной
водоотливной установки.
эрлифтной установки в зумпфе скипового
ствола шахты «Коммунист»:
1 — подающая труба с всасывающим устройством; 2 — смеситель; 3 — воздухо¬
подающая труба; 4 — подъемная труба; 5 — воздухоотделитель; 6 — баромети-
ческая труба; 7 — приемная емкость; 8 — приемная емкость; 9 — улавливаю¬
щий бункер; 10 — отсасывающая труба; 11 — перекрывающий полок; 12 —
вакуум-насос ВВН-12; 13 — ходок для чистки зумпфа; 14 — камера насосов.
440
Глава 7
Высокая весовая концентрация транспортируемой эрлифтом пульпы Т : Ж =
(1:2)...(1:3,5) позволила подавать ее непосредственно в шахтные вагонетки, которые
обеспечивают слив осветленной воды в зумпф.
Максимальный размер просыпающейся в зумпф горной массы 20 мм обусловил
собой диаметры подающей и барометрической труб, которые были приняты равными
0,060 м. Диаметр подъемной трубы был принят равным 0,150 м, воздухоподающей —
0,105 м. Для создания разрежения в воздухоотделителе эрлифта в камере зумпфовых
насосов был установлен вакуум-насос ВВН-12 м.
Обслуживают сифонно-вакуумную эрлифтную установку 2 человека, которые
производят маневровые операции по обмену вагонеток и включение вакуумного насоса.
Применение установки для очистки зумпфа позволяет высвободить ежесуточно 2 чело¬
века, снизить затраты тяжелого неквалифицированного труда, улучшить условия ра¬
боты рабочих по обслуживанию и повысить надежность шахтного водоотлива.
Очистка зумпфового скипового ствола на шахте «Комсомолец Донбасса»
ПО «Октябрьуголь»
Согласно проекту на шахте «Комсомолец Донбасса» ПО «Октябрьуголь» должен
быть следующий способ чистки зумпфа (горизонта 628) скипового ствола от просыпаю¬
щейся горной массы: просыпавшаяся горная масса вместе с водой, поступающей по
стволу, попадает по улавливающему щиту в скреперную яму. Отстоявшаяся шламовая
вода через окна, перекрытые решетчатым ситом, переливается в водосборник зумпфо¬
вого ствола, а горная масса накапливается в скреперной яме. Выгрузка горной массы
производится скрепером и скреперной лебедкой типа БС-4П-2. Горная масса, двигаясь
по скреперному желобу, обезвоживается и загружается в вагонетки. Чистка водосбор¬
ника зумпфа осуществляется при помощи двух гидроэлеваторов или шламовым насосом
производительностью 150 м /ч напором 54 м вод. ст. Подача воды к гидроэлеваторам
производится насосами 5МС-7, установленными в камере главной водоотливной уста¬
новки. Основными недостатками данного способа является то, что при случающейся
саморазгрузке зумпфа вся горная масса засыпает скрепер и скреперную яму и накапли¬
вается между улавливающим щитом и кровлей камеры чистки. Создавшаяся «пробка»
горной массы представляет собой значительную угрозу безопасному ведению работ в
зумпфовой части скипового ствола. По истечении некоторого времени горная масса,
накопившаяся на сопряжении скипового ствола и камеры очистки, по воздействии силы
тяжести и воды самопроизвольно и непредсказуемо прорывается в камеру чистки. На
шахте имел место случай, когда подобный пропыв привел к смерти одного из рабочих,
находящихся в это время вблизи камеры чистки. Подобное ЧП может произойти на
шахте в любой момент времени.
Практика многолетнего использования приведенной выше схемы очистки показа¬
ла, что работоспособность ее находится на очень низком уровне и не отвечает безопас¬
ному ведению работ.
Исходя из вышесказанного, необходима другая безопасная и экономически выгод¬
ная технология очистки водоотлива зумпфа скипового ствола на горизонте 628 пихты
«Комсомолец Донбасса». Разработанная в ДПИ схема, как показала ее эксплуатация,
может бесперебойно круглосуточно работать, не создавая аварийных ситуаций.
Состав схемы (рис. 7.8):
1 — противопожарный трубопровод;
2 — общешахтная пневмосеть;
3 — воздушная задвижка;
Глава 7
441
4200
4 — водяная задвижка;
5 — вагонетка;
6 — шпальтовое сито (грохот типа ГК-1,5 или ГК-2,0);
7 — желоб (рештак);
8 — сливная труба основного эрлифта;
9 — воздухоотделитель основного эрлифта;
10 — сливная труба вспомогательного эрлифта;
11 — воздухоотделитель вспомогательного эрлифта;
12 — воздуховод (гибкий шланг) основного эрлифта;
13 — воздушная задвижка;
14 — водовод (гибкий шланг) размыва горной массы;
15 — воздуховод (гибкий шланг) вспомогательного эрлифта;
16 — воздушная задвижка;
17 — улавливающий щиток;
18 — подъемная труба основного эрлифта;
19 — смеситель и всас основного эрлифта;
20 — форсунки размыва горной массы;
21 —струйный смеситель и всас вспогмогательного эрлифта;
22 — подъемная труба вспомогательного эрлифта;
23 — водосборник зумпфа (колодец);
24 — уровень воды в колодце;
25 — манометр на противопожарном трубопроводе;
26 — манометр на общешахтной пневмосети;
27 — манометр на водоводе;
28 — манометр на воздуховоде;
29 — задвижка;
30 — обводной трубопровод;
31 — гидроэлеватор;
32 — нагнетательный трубопровод гидроэлеватора;
33 — задвижка;
34 — трубопровод рабочей воды для гидроэлеватора;
35 — вагонетка.
Перед пуском установки необходимо проверить: наличие питания сжатым возду¬
хом в пневмосети 2 с помощью манометра 26 и напорной водой в трубе 1 с помощью
манометра 25; положение регулируемых задвижек (задвижки 3 и 4 открыты, а задвижки
13,16, 29 и 33 закрыты); вспомогательный эрлифт поднят над уровнем воды 24.
Работа установки. При медленном открывании задвижки 13 сжатый воздух попа¬
дает в смеситель 19 и подъемную трубу 18, создавая соответствующий перепад давле¬
ния, в результате чего в эту трубу попадает вода или пульпа и, вместе с подхватившим
ее воздухом, гидросмесь поднимается вверх к воздухоотделителю 9, где происходит
выделение из пульпы воздуха. Пульпа по сливной трубе 8 поступает в сито или грохот 6,
ще происходит отделение воды от горной массы. Вода проходит сквозь грохот 6 в желоб 7
и далее по водоотливной канавке в водосборник главного водоотлива горизонта 628, а
горная масса — в вагонетку 35.
В схеме предусмотрена работа и без грохота 6. Пульпа по сливной трубе 8 поступает
в вагонетку 35, где с помощью гидроэлеватора 31, питающегося рабочей водой, по трубе
34 через задвижку 33 направляется по нагнетатнльному трубопроводу 32 в шламонако-
питель, расположенный на расстоянии 200 м.
В случае необходимости размыва или разжижения водой горной массы, находящей¬
ся в колодце 23, открывается задвижка 4 и вода из трубы 1 поступает к насадкам 20.
Глава 7
443
Отключение установки. Необходимо закрыть задвижку 3 и открыть задвижку 29.
При этом вода от става 1 через обводной трубопровод 30 попадает в воздуховод 12 и тем
самым не дает подняться по нему пульпе, что могло бы привести к закупориванию
всасывающего устройства и смесителя 19 и воздухоподающей трубы 12, а, следователь¬
но, к невозможности повторного запуска эрлифта. Затем закрываются задвижки 4 и 33,
а также задвижки 13 и 16.
Следует отметить, что при эксплуатации этой установки был случай, когда всасы¬
вающее устройство 19 эрлифта было засыпано слоем горной массы более 5 м и, благодаря
правильной эксплуатации (остановке эрлифта) и наличию насадков 20, эрлифт благо¬
получно включился в работу и откачал весь слой горной массы.
Вспомогательный эрлифт включается в работу только в том случае, когда необхо¬
димо откачать всю воду из колодца 23 (монтажно-демонтажные работы в колодце,
очистка всасывающего устройства 19, замена насадок 20 или смесителя 19 и др.). Это
возможно благодаря наличию специального смесителя 21с элементами струйного ап¬
парата, что, в свою очередь, приводит к увеличению расхода сжатого воздуха. Работа
вспомогательного эрлифта аналогична работе основного.
7.1.4. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ
ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК
Приведенные затраты эрлифтных установок по сравнению с углесосными и насос-
з
ными практически одинаковы, но расход электроэнергии на 1 м транспортируемой
пульпы (воды) значительно выше. В большой степени эффективность работы эрлифт¬
ных установок зависит от к.п.д. компрессорных агрегатов, который обычно равен
0,5...0,6. Одним из возможных путей повышения эффективности работы эрлифтного
подъема является более полное использование энергии, потребляемой компрессорными
агрегатами, что может быть достигнуто утилизацией тепла, отводимого от сжатого
воздуха в воздухоохладителях компрессора, и применением воздуха для выработки
холода в обербционных машинах, работающих принизких температурах греющей, сре¬
ды (80...120°С).
В настоящее время получение холода на угольных шахтах, особенно в Донбассе,
весьма актуально по следующим соображениям.
Переход к разработке угля на более глубоких горизонтах, внедрение более произ¬
водительных и мощных горных машин и комплексов в очистных и подготовительных
забоях, а также транспортных машин и др. приводят к возрастанию температур воздуха
в выработках, при которых все чаще возникает необходимость в применении специаль¬
ных мер [163] для создания комфортных условий для шахтеров. Необходимость в
охлаждении рудничного воздуха возникает уже при ведении горных работ на горизон¬
тах 700...800 м.
В настоящее время на глубоких шахтах только Донбасса действует около 30 стаци¬
онарных установок для кондиционирования воздуха, представляющих собой крупные
энергетические комплексы, мощность которых достигает нескольких тысяч киловатт.
Имеется также необходимость искусственного охлаждения воздуха еще на ряде шахт.
Основным типом применяемых на шахтах установок для кондиционирования воз¬
духа являются парокомпрессорные холодильные установки (ПКХУ), расположенные
на поверхности [163].
Другим типом холодильных установок являются абсорбционные холодильные ус¬
тановки (АХУ), где в качестве первичного холодоносителя используется вода, охлаж¬
даемая в испарителе АХУ до +7°С.
444
Глава 7
В качестве энергоносителя в этих установках используется тепло.
При эрлифтном гидроподъеме и водоотливе возможно использование «отбросного»
тепла, получаемого от воды после охлаждения воздуха в промежуточных и концевых
холодильниках компрессоров.
Для нормальной работы, например, двух АХУ тала АБХА-2500, серийно выпуска¬
емых Пензенским заводом химического машиностроения, к их генераторам необходимо
подводить тепло, получаемое греющей средой от воздухоохладителей пяти турбокомп¬
рессоров типа К500-61-1 (или большего числа компрессоров с меньшей подачей сжатого
воздуха).
Поскольку можно утилизировать 30...50% потребляемой компрессором энергии,
то к.п.д. компрессора составит 0,85...0,9, а эрлифтной установки 0,3...0,45. При этом
решается две задачи: повышение к.п.д. гидроподъемной установки и охлаждение горных
выработок. Следует также ожидать повышения эффективности работы установки в
результате использования самого эрлифта наряду с основным назначением его в каче¬
стве холодильной машины [179 ].
На рис. 7.9 представлена схема холодоснабжения гидрошахты с использованием в
качестве холодоносителя технической воды и трубопроводов технической воды [185 ].
Способ охлаждения осуществляется следующим образом.
Гидросмесь (вода, твердое) подается с помощью эрлифта 1, источником энергии
которого является компрессорная станция 2, к углеобогатительной установке 7, где
происходит отделение твердого от воды. Одновременно в эрлифте 1 происходит сниже¬
ние температуры гидросмеси до определенного уровня за счет расширения воздушного
потока. В дальнейшем технологическая вода, нагнетаемая насосной установкой 8, по¬
дается через теплообменник 5, в котором отдается заданное количество тепла, по сис¬
теме трубопроводов 10 к гидромонитору 9, где она используется для гидравлической
отбойки угля. Транспортирование гидросмеси с температурой окружающих пород от
забоя к зумпфу 6 осуществляется одним из возможных способов — безнапорным транс¬
портом или углесосами.
Для производства холода
служит абсорбционная холо¬
дильная машина 4, использую¬
щая в качестве греющей среды
для укреплния слабого раствора
в генераторе низкотемператур¬
ное тепло сжатого в компрессо¬
ре воздуха, подводимое к ней в
виде горячей воды по трубопро¬
воду 13. Отдав тепло в холо¬
дильной машине 4, эта вода от¬
водится по трубопроводу 14 к
компрессорной станции 2 для
охлаждения сжатого воздуха.
Циркуляция первичного
холодоносителя между холо¬
дильной машиной 4 и теплооб¬
менником 5 осуществляется по
трубопроводам И и 12. Сжатый
воздух от компрессорной стан¬
ции 2 к эрлифту 1 транспорти¬
руется по трубопроводу 3.
Т7777777.
J
77777Щ
Щ^УУУУУУУУУУУУУУУУУУШУУУуУУУУУ/.
^777%/.
Рис. 7.9. Схема холодоснабжения шахты с
использованием в качестве холодоносителя
технологической воды на гидрошахтах и
трубопроводов технологической воды
Глава 7
445
Обеспечение допустимых температурных условий в выработках осуществляется за
счет теплообмена между горным воздухом и трубопроводами охлажденной технологи¬
ческой воды, а также гидросмесью, движущейся по канавкам.
Предлагаемый способ охлаждения горных выработок гидрошахт позволяет снизить
расход энергии на охлаждение за счет частичного снижения температуры технологиче¬
ской воды в эрлифте и снизить затраты за счет ликвидации воздухоохладителей и
специальных трубопроводов для транспортирования хладоагента.
Одним из недостатков эрлифтов для подъема горной массы на гидрошахтах явля¬
ется наличие значительной глубины (до 90 м) зумпфа главного ствола, который затоп¬
лен водой с существенной концентрацией твердого материала. Это обстоятельство мо¬
жет приводить к аварийным ситуациям (забутовка всасывающего устройства), а доступ
к нижней части эрлифта весьма затруднен. Откачка воды и удаление горной массы из
зумпфа растягивается на значительное время (до нескольких суток).
Для повышения надежности работы таких эрлифтных установок применяются:
вспомогательные эрлифты [75 ]; технологическая схема с «сухим» зумпфом, при кото¬
ром эрлифт имеет петлеобразный подающий трубопровод, выходящий из узла пульпо-
подготовки в околоствольном дворе; беззумпфовая схема, при которой эрлифт работает
совместно с углесосом, создающим необходимое погружение для эрлифта (см. п. 2.3).
Анализ структуры потока водовоздушной смеси, где имеет место неравномерное
распределение воздуха по сечению потока, показал, что существует значительная по¬
теря энергии на скольжение фаз (воды и воздуха). Применение виброэрлифтной уста¬
новки позволяет повысить к.п.д. короткого эрлифта. Подъемная труба в такой установке
выполняется подвижной благодаря наличию двух упругих элементов, выполненных в
виде сильфонов, которые монтируются в начале и в конце подъемной трубы. При
прохождении водовоздушной смеси по подъемной трубе часть энергии движения смеси
передается трубе и вынуждает ее совершать колебания, сжимая и разжимая сильфоны.
Продольные колебания трубы, в свою очередь, вызывают в жидкости завихрения, спо¬
собствующие интенсивному смесеобразованию. Конструкция установки при этом не¬
сколько усложняется.
Возможно применение синхронизации автоколебаний в эрлифте на определенной
частоте, что приведет к уменьшению расхода сжатого воздуха, а, следовательйо, к
некоторому увеличению к.п.д.
Далеко не все шахты имеют разветвленную пневматическую сеть и сжатый воздух
в достаточном количестве для нормальной работы эрлифтных установок, поэтому при¬
ходится пользоваться передвижными шахтными установками, которые имеют подачу
5м/мин при избыточном давлении 0,8 МПа. Этого количества воздуха иногда бывает
недостаточно для работы эрлифтов по очистке шахтных водоотливных емкостей и, к
тому же, при их применении приходится снижать избыточное давление воздуха, что
приводит к снижению эффективности работы всей установки.
В некоторых случаях можно повысить эффективность работы эрлифтной установ¬
ки (эрлифта и компрессора), если этот эрлифт эксплуатируется с малыми абсолютными
погружениями, а, следовательно, необходимо низкое избыточное давление, за счет
последовательной работы компрессора и эжектора сжатый воздух <2к, под большим, чем
необходимо для работы эрлифта, давлением поступает от компрессора в эжектор, куда
засасывается и атмосферный Qa воздух. На выходе из эжектора в воздухоподающую
трубу эрлифта проходит воздух QB = Qa + под давлением (Рем + А Р j < Рк.
Расчет эжектора выполняется по известным методикам.
446
Глава 7
7.1J. ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ЭРЛИФТОВ
И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Перечень наиболее часто встречающихся или возможных неисправностей
Таблица 7.7.
№
п/п
Наименование неис¬
правности, внешнее
проявление и другие
признаки
Вероятная причина
неисправности
Метод устранения
неисправности
Примечание
1.
При пуске эрлифта
после некоторого
излива воды из воз¬
духоотделителя,
подача его прекра¬
щается, давление
сжатого воздуха
упадет до миниму¬
ма.
Забита горной массой
подводящая труба
вследствие плохой про¬
мывки эрлифта при его
остановке.
Герметизировать
выходной торец
подъемной трубы и
подать воздух в сме¬
ситель.
При выбро¬
се пробки из
подводящей
трубы будут
прорывы
воздуха в
зумпф и
подъем
уровня во¬
ды в нем.
2.
При пуске эрлифта
давление воздуха
достигает макси¬
мального значения
и подача пульпы от¬
сутствует.
Забит воздуховод, пода¬
ющая труба, смеситель
и частично подъемная
труба, т.к. не было про¬
мывки эрлифта при ос¬
тановке.
Одновременно по¬
дать воду и сжатый
воздух в подъемную
трубу, а затем в воз¬
духоподающую.
Откачать воду из
зумпфа (колодца и
т.д.) очистить всасы¬
вающее устройство и
удалить твердый ма¬
териал.
Не доводить
работу ком¬
прессора до
режима
помпажа
3.
При пуске и в даль¬
нейшей эксплуата¬
ции эрлифт работа¬
ет в пульсирующем
(неточном) режи¬
ме.
Уменьшена подача сжа¬
того воздуха компрессо¬
ром.
Появились значитель¬
ные утечки воздуха че¬
рез соединительные
фланцы.
Проверить работу
компрессора (подачу
сжатого воздуха).
Устранить утечки
сжатого воздуха.
4.
При пуске и в даль¬
нейшей эксплуата¬
ции эрлифт не раз¬
вивает необходи¬
мой подачи, давле¬
ние в воздуховоде
близко или выше
рабочего.
Частично забито всасы¬
вающее устройство или
смеситель.
Производить подачу
сжатого воздуха в
смеситель порциями
до максимального
давления.
Не доводить
работу ком¬
прессора до
режима
помпажа
5.
При работе эрлифта
уменьшается пода¬
ча пульпы.
Произошла утечка сжа¬
того воздуха.
Из-за внезапного сброса
в зумпф значительного
количества горной мас¬
сы или постепенного
подхода негабаритных
кусков твердого матери¬
ала частично забито вса¬
сывающее устройство.
Произошел износ до от¬
верстия подъемной тру¬
бы.
Выявить и устранить
утечку.
Откачать воду из
зумпфа и удалить
из-под всасывающе¬
го устройства твер¬
дый материал.
Выявить и заменить
(заварить) изношен¬
ную трубу.
Глава 7
447
7.2. ЗРЛИФТНЫЕ УСТАНОВКИ СИСТЕМ ГИДРОЗОЛО-
ШЛАКОУДАЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
7.2.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭРЛИФТНЫХ
УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ГЗУ ТЭС
В странах СНГ (СССР) более 70% электроэнергии производится на тепловых
электростанциях. Из них около 50%, а в Восточных регионах 70% электроэнергии
вырабатывают электростанции, использующие в качестве основного твердое топливо,
как правило низкосортные энергетические угли. В перспективе качество энергетиче¬
ских углей будет снижаться, поэтому в ближайшее время в виде золы и шлака необхо¬
димо будет удалять до 50% и более от начальной массы топлива, сжигаемого в котлах
тепловых электростанций [77].
Известными средствами удаления золы и шлака при гидравлических системах,
наиболее распостраненных на действующих и проектируемых теплое? : электростан¬
циях, являются гидроаппараты Москалькова, грунтовые (багерные) к: спи эрлифты.
Гидроаппараты Москалькова из-за больших расходов воды по сравнению с эрлиф¬
тами и энергии по сравнению с насосами в настоящее время применяются очень редко.
Анализ наиболее широко применяемого насосного варианта удаления зс л л и mr чг
позволяет сформулировать его основные недостатки:
— большой удельный расход воды;
— низкая надежность, обусловленная возможность затопления насосной уста¬
новки, расположенной в приямке ниже уровня пола котельного цеха;
— значительный абразивный износ проточной части насоса;
— необходимость в дополнительных устройствах для согласования подачи насоса
с притоками илрлсмеси;
— наличие начй . ел .кого штата эксплуатационного и ремонтного персонала;
— ослабление силового пола котельных цехов длинными золошлаковыми кана¬
лами.
Повышение надежности и экономичности гидравлик ских систем удаления золы и
шлака возможно достичь, применяя эрлифтные (гидропневматические) установки.
Эрлифты могут проектироваться и изготавливаться на притоки гидросмеси от од¬
ного или от нескольких котлое (энергоблоков) и устанавливаться в непосредственной
близости от источника золошлаков. Это сокращает длины золовых и шлаковых каналов
и расход смывной воды [77 ].
Экономичность работы эрлифта не снижается в процессе эксплуатации, что при¬
суще грунтовым насосам в результате интенсивного износа рабочих колес. Так, нара¬
ботка на отказ в результате абразивного износа рабочих колес грунтовых насосов
12ГрТ-8, установленных на энергоблоках 500 МВт в условиях Рефтинской ГРЭС,
составляет около 1500-2000 часов (2-2,5 месяца). Межремонтный период у Эрлифтных
установок, эксплуатируемых в составе энергоблоков 500 МВт Экибастузской ГРЭС-1,
превышает 13000-18000 часов (1,5-2 года). В обоих случаях сжигаются угли Экибастуз-
ского бассейна.
Подача эрлифта в широких пределах автоматически согласовывается с притоком
гидросмеси, что позоляет отказаться от систем и средств регулирования и управления.
Недостатком эрлифтных установок систем ГЗУ ТЭС в сравнении с багерными
насосными системами является их более высокая энергоемкость.
Однако во многих случаях следует признать целесообразным применение эрлифт¬
ных установок в системах ГЗУ ТЭС как для внутрицехового сбора золошлаковых
448
Глава 7
гидросмесей с передачей в центральную насосную, так и для сбора и удаления золош-
лаков на отвалы.
Первая схема позволяет организовывать в пределах ТЭС центральную незаглуб-
ленную насосную станцию. При этом золовая и шлаковая гидросмесь из-под котлов и
золоуловителей эрлифтными установками поднимается на требуемую высоту, ограни¬
чивающуюся, как правило, 10-12 метрами, и самотеком направляется в приемную
емкость грунтовых насосов. Это обеспечивает более высокую консистенцию удаляемой
гидросмеси и ликвидирует значительную часть каналов ГЗУ, ослабляющих и усложня¬
ющих конструкцию полов котельных отделений.
Возможность замены грунтовых насосов эрлифтными установками при второй
схеме полностью реализует вышеприведенные преимущества данной гидравлической
системы сбора и удаления золошлаков. Однако применение этой схемы в большинстве
случаев экономически выгодно, в сравнении с насосным вариантом, если удаление
гидросмеси на отвалы обеспечивается высотой подъема эрлифта до 30-35 метров.
Основной особенностью применения эрлифтных установок в системах ГЗУ ТЭС, в
сравнении с другими областями их использования, является непрерывность технологи¬
ческого процесса производства электроэнергии и связанные с этим высокие требования
к надежности оборудования.
7.2.2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК
Эрлифтные установки систем гидрозолошлакоудаления разработаны, внедрены и
эксплуатируются в условиях Экибастузских ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Приморской ГРЭС,
Нерюнгринской ГРЭС, Новосибирской ТЭЦ-5 (таблица 7.8).
Технические показатели эрлифтных установок
Таблица 7.8.
№
п/п
Наименование пара¬
метра
Ед. изм.
Объект внедрения
Экиба-
стуз-
ская
ГРЭС-1
Примор¬
ская
ГРЭС
Нерюнг-
ринская
ГРЭС
Экиба-
стуз-
ская
ГРЭС-2
Новоси¬
бирская
ТЭЦ-5
1.
Мощность энергобло¬
ка
МВт
500
200
200
500
200
2.
Количество энерго¬
блоков, из-под кото¬
рых гидросмесь уда¬
ляется одним
эрлифтом
шт.
1
2
1
1
2
3.
Подача эрлифта
3/
м /ч
530
950
70
660
580
4.
Высота подъема гид¬
росмеси относитель¬
но пола котельного
отделения
м
22,0
18,0
15,0
26,0
27,0
5.
Расчетное геометри¬
ческое погружение
смесителя
м
9,93
8,3
4,15
11,8
8,93
6.
Расход воздуха
м3/мин
140
330
52,5
209
220
Глава 7
449
Продолжение таблицы 7.8.
№
п/п
Наименование пара¬
метра
Ед. изм.
Объект внедрения
Экиба-
стуз-
ская
ГРЭС-1
Примор¬
ская
ГРЭС
Нерюнг-
ринская
ГРЭС
Экиба-
стуз-
ская
ГРЭС-2
Новоси¬
бирская
ТЭЦ-5
7.
Тип нагнетателя
-
360-22-1
9200-31-1
360-22-1
ТВ-80-1,8
Э200-31-1
Э200-31-1
8.
Глубина зумпфа
м
14,0
14,0
7,85
18,5
14,5
9.
Диаметр зумпфа
м
1,48
1,6
2,0
2,5
2,0
10.
Эквивалентный диа¬
метр подъемной тру¬
бы
м
0,415
0,640
0,300
0,61
0,635
11.
Диаметр воздухопро¬
вода
мм
426*9
426*9
273*8
426*9
426*9
12.
Диаметр золошла-
копроводов
мм
426*12
426*10
219*12
426*12
377*13
Эрлифты всех перечисленных тепловых электростанций выполнены односекцион¬
ными с двух-трехступенчатыми подъемными трубами (диаметр подъемной трубы сту¬
пенчато увеличивается по ходу движения гидросмеси). Воздухоснабжение преимуще¬
ственно осуществляется по блочному принципу — один воздушный нагнетатель
работает на один эрлифт. Коллекторная схема воздухоснабжения (несколько нагнета¬
телей работает на несколько эрлифтов), использовавшаяся ранее в условиях Примор¬
ской ГРЭС и Экибастузской ГРЭС-1, являясь более гибкой, не обеспечила требований
по надежности из-за отказов в работе автоматических стабилизирующих систем.
Характерной является гидравлическая схема эрлифтной установки системы гидро-
золошлакоудаления Экибастузской ГРЭС-1 (рис. 7.10). Эрлифтная установка состоит
из двух эрлифтов (рабочего и резервного), размещенных в индивидуальных зумпфах
глубиной 14,0 м и диаметром 1,48 м. Зумпф соединяется с золошлаковыми каналами
посредством пульпоприемочной емкости с шандорами (запорными устройствами).
Шандоры позволяют герметизировать зумпф резервного эрлифта и предотвращать его
заиливание.
В качестве источников пневмоэнергии используются нагнетатели Э200-31-1. Все
эрлифтные установки соединяются с нагнетателями индивидуальными воздухопрово¬
дами 0426*9 мм.
Собственно эрлифт состоит из всасывающего устройства, совмещенного со смеси¬
телем, подъемной трубы и воздухоотделителя. Конструктивное совмещение всасываю¬
щего устройства и смесителя вызвано необходимостью чрезвычайно рационального
использования глубины зумпфа, определяющей геометрическое погружение эрлифта.
Форма прямоугольного параллелепипеда для данного конструктивного узла в условиях
Экибастузской ГРЭС-1 была принята из следующих соображений:
а) исключение интенсивного абразивного износа противоположной воздухопрово¬
ду стенки смесителя при конической его схеме (при схеме смесителя с подводом воздуха
перпендикулярно направлению движения гидросмеси наиболее подверженным абра¬
зивному износу местом в эрлифте была стенка смесителя, противоположная торцу
воздухопровода — воздушный поток, захватывая частицы золы и шлака, образовывал
сквозные отверстия в металлической стенке толщиной 16-24 мм за 12-15 месяцев
непрерывной эксплуатации);
б) конструктивная сложность выполнения перпендикулярного подвода воздухо¬
провода к смесителю (необходимость поворота воздухопровода на девяносто градусов)
450
Глава 7
+24.430
Глава 7
451
из-за значительного диаметра трубопровода и недостаточного диаметра зумпфа (по
этой же пичине применен подвод воздуха к эрлифту в пределах зумпфа по двум возду¬
хопроводам при одном магистральном пневмопроводе).
На более ранних этапах использования эрлифтов в системе ГЗУ Экибастузской
ГРЭС—1, когда в качестве источников пневмоэнергии применялись нагнетатели 360-22-1
с максимальным избыточным давлением сжатого воздуха 0,14 МПа, эрлифт снабжался
так называемым пусковым смесителем. Назначение пускового смесителя состояло в
обеспечении надежного запуска эрлифта при аварийных затоплениях зумпфа до уровня
пола котельного отделения. При глубине зумпфа 14 м, плотности гидросмеси 1050-
1100 кг/м центробежная воздуходувная машина 360-22-1 не обеспечивала давления,
необходимого для нагнетания воздуха в основной (нижний, рабочий) смеситель. Пус¬
ковой смеситель располагался на 3,8 м выше основного и снабжался воздухопроводом
0159x8 мм (рис. 7.11). В аварийных ситуациях воздух подавался в эрлифт через
пусковой смеситель. После снижения уровня гидросмеси в зумпфе воздухопровод пус¬
кового смесителя перекрывался, воздух нагнетался в основной смеситель и нормальный
режим эксплуатации восстанавливался.
Подъемная труба эрлифта Экибастузской ГРЭС-1 выполнена ступенчатой с диа¬
метрами: 1-я ступень — 0426x12 мм, 2-я ступень — 0530x12 мм. В верхней части
подъемной трубы установлен щелевой воздухоотделитель прямоугольного сечения.
Прямоугольная форма является наиболее приемлемой как при изготовлении, так и при
ремонте в сравнении с ранее применявшейся цилиндрической формой корпуса воздухо¬
отделителя. Щелевая форма воздухоотделителя наиболее устойчива к абразивному
мзносу и наиболее ремонтопригодна в условиях систем ГЗУ в сравнении со схемами с
отбойными плитами (отражателями).
В ряде аварийных случаев (при негерметичности запорной шандоры зумпфа резер¬
вного эрлифта, при затоплении пола котельного отделения выше уровня металлическо¬
го 426x12
452
Глава 7
го стакана зумпфа) возможно заиливание нижших частей зумпфа и эрлифта твердыми
частицами золы и шлака. Чистка зумпфа осуществляется либо погружными насосами
типа «Гном», либо специально разработанными разбутовочными эрлифтами. Разбуто-
вочный эллифт (рис. 7.10) представляет собой металлический сварной смеситель, со¬
вмещенный со всасывающим устройством и размывочными соплами, и гибкую подъем¬
ную трубу, воздухопровод и трубопровод для подачи размывочной воды. Для размыва
твердых отложений, находящихся в нижней части подъемной трубы, в смесителе и
подающей трубе конструкцией эрлифта предусматривается подача воды в подъемную
трубу, воздухопроводы и всасывающее устройство.
Рабочий и резервный эрлифты устанавливаются на опорную раму, смонтирован¬
ную на фундаменте на уровне пола котельного отделения. Монтажно-демонтажные и
ремонтные работы осуществляются при помощи специальных лебедок или талей.
7.2.3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭРЛИФТНЫЕ УСТАНОВКИ ТЭС
Эрлифгная установка с незатопленным зумпфом
Данная эрлифтная установка разработана и внедрена в составе системы гидрозо-
лошлакоудаления котлов № 13-15 Приморской ГРЭС. В состав каждой эрлифтной
установки входят два эрлифта (рабочий и резервный), размещенные в двух зумпфах
0
(рис. 7.12). Подача каждого эрлифта составляет 500 м /час. В качестве источников
пневмоэнергии приняты нагнетатели Э200-31-1, размещенные в отдельно стоящем
помещении.
Высота подъема гидросмеси эрлифтом составляет 18,35 м, глубина зумпфа 14 м, его
диаметр 2,5 м. Пульпоприемные емкости выполняются автономными для каждого зум¬
пфа. Для герметизации резервных эрлифтов принята двухступенчатая система шандор:
клиновая шандора в системе ГЗУ перед входом в пульпоприемную емкость и коническая
шандора в пульпоприемной емкости. Эрлифтная установка выполнена с незатоплен¬
ным зумпфом. При этом гидросмесь из пульпоприемной емкости подается во всасыва¬
ющее устройство эрлифта по трубопроводу Ду500. Непосредственно в зумпф гидросмесь
не поступает, что обеспечивает доступ к зумпфовой части эрлифта при работающей
установке. В случае затопления зумпфа откачка его предусматривается разбутовочным
эрлифтом с гибкими подъемной трубой и воздуховодом. Перемещение разбутовочнош
эрлифта осуществляется ручной талью.
Эрлифтная установка для работы в условиях резкопеременных притоков
Эрлифтная система гидрозолошлакоудаления на Новокузнецкой ТЭЦ состоит из
двух эрлифтных установок с подачей 600 м /час каждая, обеспечивающих пневмогид-
0
ротранспортирование золошлаковой гидросмеси плотностью не более 1200 кг/м и
средневзвешенной крупностью не более 20 мм от котлов № 1—4 и № 5—7 соответственно
на высоту 26,0 м. Далее гидросмесь самотеком по магистральному водопроводу отводит¬
ся на золоотвал. Эрлифтные установки выполнены по блочному принципу с индивиду¬
альными нагнетателями и 100%-ым резервированием (рис. 7.13).
В связи с пиковым режимом работы водогрейной котельной, при котором притоки
гидросмеси могут колебаться в пределах от 150 до 600 м /час, эрлифтная установка
выполнена по батарейной схеме и состоит из четырех эрлифтов (двух рабочих и двух
о
резервных) с подачей 300 м / час каждый. Это позволяет обеспечить большую глубину
регулирования подачи эрлифтной установки и снизить расход электроэнергии (пневмо¬
энергии) при притоках гидросмеси, отличных от максимального. При работе одного или
Глава 7
453
454 Глава 7
Вид Б
+22000
xqzi
+17800
_а240(
□ 2400
Рис. 7.12. Схема эрлифтной установки
Приморской ГРЭС
1 — зумпф; 2 — всасывающее устройст¬
во; 3 — смеситель; 4 — подъемная труба;
5 — воздухоотделитель; 6 — разбутовоч-
ный эрлифт
Глава 7 455
В-Б
+29800
+25300
\
+15000
Л
А
+ 1590
\
/
± 0.000 .
Б1_
к
Ъ
-152.00
1
-16000
1
2
Ч
1450
II
у Ч
¥
1450
1
У
¥
Ч
1450
1—3
У
Ч
0426
0402
У
¥
Рис. 7.13. Схема эрлифтной
установки системы ГЗУ
водогрейной котельной
Кузнецкой ТЭЦ
1 — зумпф; 2 — всасывающее уст¬
ройство; 3 — смеситель; 4 — подъ¬
емная труба; 5 — воздухоотдели¬
тель; б — пульпоприемная емкость
двух котлов эксплуатируется один эрлифт, при работе трех или четырех котлов - два
эрлифта.
Все четыре эрлифтные установки устанавливаются в одном зумпфе диаметром
6,0 м и глубиной 16 м. Воздухоснабжение осуществляется от двух нагнетателей Э200-
31—1 (один рабочий, второй резервный). Пульпоприемные емкости выполняются инди¬
видуальными для каждого эрлифта с целью его герметизации и снабжаются двухсту¬
пенчатой системой шандор: клиновая шандора в канале ГЗУ перед входом в
пульпоприемную емкость и коническая шандора в днище пульпоприемной емкости на
входе в подводящую трубу эрлифта.
Эрлифгная установка для утилизации шлака
Традиционно удаляемые на золоотвал продукты сгорания сжигаемого в топках
энергетических котлов твердого топлива являются дешевым и ценным сырьем для
производства строительных материалов.
Отбор золы после «сухих» золоуловителей (электрофильтров) в большинстве слу¬
чаев не представляет сложности. Шлак поступает из шлаковых ванн котлов преимуще¬
ственно в составе гидросмеси, причем движется она в каналах, расположенных ниже
уровня пола котельного отделения. Поэтому отбор и обезвоживание шлака представля¬
ет собой достаточно сложную техническую задачу.
Для утилизации шлака, поступающего от двух котлов (№ 1-2 или № 3-4) Новоси¬
бирской ТЭЦ-5, разработана автономная эрлифгная установка (рис. 7.14).
Выход шлака от одного котла при максимальной зольности топлива 25 % не превы-
3 3
шает 0,5 м . Предлагаемая установка позволяет утилизировать до 25 м шлака в сутки.
Используемая конструкция эрлифта с элементами струйного аппарата позволяет
обеспечивать надежную его эксплуатацию при относительных погружениях менее 0,15.
Подключение эрлифта к шлаковым каналам осуществляется при помощи специальных
вставок, соединяющихся подводящим трубопроводом ДуЮО. Конструкция вставки
обеспечивает подачу шлаковой гидросмеси либо в подводящий трубопровод, откуда она
поступает в эрлифт, либо в пульпоприемочный приямок эрлифтной установки системы
ГЗУ согласно существующего технологического процесса.
На выходе из подъемной трубы установлено устройство для разделения гидросмеси
(рис. 7.15), позволяющее разделить трехфазный поток на компоненты воздух — вода
— шлак. Воздух сбрасывается в атмосферу, вода по трубопроводу ДуЮО возвращается
з
в приямок ГЗУ, а шлак подается в бункер с затвором. Объем бункера составляет 13 м
и расчитан на складирование как минимум двенадцатичасового выхода шлака от двух
котлов. Выгрузка шлака из бункера осуществляется в автомашину (самосвал).
В качестве источника пневмоэнергии используется воздушный струйный компрес¬
сор, запитанный от компрессорной сети с параметрами рабочего воздуха в ней 0,9 МПа
3
(абс.), 60°С. Расход рабочего сжатого воздуха составляет 32 м /мин.
Эрлифтные установки с пароструйными компрессороми
Повысить надежность и в ряде случаев экономичность эрлифтных установок сис¬
тем гидрозолошлакоудаления позволяет использование в качестве источников пневмо¬
энергии пароструйных компрессороврз. Впервые такая система была разработана и
внедрена для условий системы ГЗУ Экибастузской ГРЭС-1 (рис. 7.16).
Водяной пар из коллектора горячего промперегрева с параметрами 2,5-4,0 МПа,
500-545°С по трубопроводу Ду 100 подается в рабочее сопло пароструйного компрессора.
456
Глава 7
Рис. 7.14. Схема установки для утилизации шлака:
1 — струйный компрессор; 2 — смеситель с элементами струй¬
ного аппарата; 3 — подъемная труба эрлифта; 4 — устройство
для разделения гидросмеси; 5 — бункер; 6 — затвор
А-А
Рис. 7.15. Устройство для разделения потока гидросмеси
Глава 7
457
Инжектируемый атмосферный воздух поступает в приемную камеру компрессора по
трубопроводу ДуЗОО, на конце которого смонтирован измерительный коллектор. Кол¬
лектор необходим для проведения наладочных работ. Сжатый парповоздушный поток
подается от пароструйного компрессора к эрлифту по трубопроводу Ду400. Трубопровод
Ду250 «сброса» паровоздушной смеси необходим для разогрева системы и вывода ком¬
прессора на рабочий режим.
Расчетный коэффициент инжекции пароструйного компрессора составляет 0,8,
давление сжатия 0,25 МПа, температура паровоздушной смеси 300-350°С. Расход ра¬
бочего водяного пара 5-10 т/ч, расход паровоздушной смеси 15-20 т/ч.
Установка аварийною сброса воды при прорыве сетевых трубопроводов
горячею водоснабжения.
Рис. 7.16. Принципиальная схема системы энергоснабжения
эрлифтов от пароструйного компрессора
1 — эрлифт; 2 — пароструйный компрессор; 3 — паро¬
провод; 4 — измерительный коллектор; 5 — пневмопро¬
вод; 6 — манометр; 7 — термопара
Прорывы сетевых трубопроводов горячего водоснабжения в пределах главного
корпуса теплоэлектроцентрали вызывают не только затопление подвального помеще¬
ния машинного зала, но и приводят к интенсивному испарению перегретой воды. При
этом выходит из строя оборудование, в том числе и сетевые насосы, потребители лиша¬
ются тепловой энергии, возникают многомиллионные потери, в зимний период появля¬
ется необходимость в эвакуации людей из неотапливаемого жилья, поэтому разработка
устройств аварийного сброса воды в такой ситуации весьма актуальна.
Рассматриваемые установки должны отличаться минимальным временем выхода
на рабочий режим, возможностью автоматизации процессов включения и регулирова¬
ния производительности в зависимости от протечек горячей воды, максимально высокой
вероятностью запуска и нормальной работы после продолжительного (в течение не¬
458
Глава 7
скольких лет) простоя в «аварийном» резерве. Она должна обеспечивать значительную
подачу (несколько тысяч кубических метров в час) при состоянии воды, близком к
фазовому переходу.
Анализ возможных средств откачки горячей воды [77 ] позволил рекомендовать в
качестве аварийного средства эрлифтную установку с пароструйным компрессором.
Время запуска ее определяется продолжительностью обнаружения аварии на сетевом
трубопроводе, принятия решения и открытия арматуры на паропроводе перед струйным
аппаратом. Автоматизация процесса пуска не представляет сложности и заключается в
контроле уровня воды в зумпфе эрлифта и подаче сигалов на открытие паровой арма¬
туры перед пароструйным компрессором при достижении уровнем контрольного значе¬
ния.
Регулирование подачи эрлифтной установки в зависимости от притока воды осу¬
ществляется автоматически за счет самовыравнивания — увеличение притока вызыва¬
ет повышение уровня воды в зумпфе и соответственно подачи эрлифта и наоборот.
Продолжительный простой эрлифтной установки в резерве требует только периодиче¬
ского контроля состояния запорной арматуры на паропроводе. Остальные элементы и
узлы этого устройства являются неподвижными. Это обеспечивает высокую степень его
готовности и надежности.
Подача эрлифтной установки практически неограничена, всегда можно установить
параллельные подъемные трубы в составе одного эрлифта или организовать одновре¬
менную работу нескольких автономных эрлифтов. Максимальная подача одного эрлиф¬
та, разработанного для условий системы гидрозолошлакоудаления ТЭС, в настоящее
3
время составляет 1000 м /час.
Рассмотрим конкретную схему эрлифтной установки с пароструйным компрессо¬
ром, смонтированной в системе горячего водоснабжения Омской ТЭЦ-4.
Насосная станция горячего водоснабжения содержит 12 основных сетевых насосов
СЭ2500-60 с подачей 2500м / час и напором 60 мм. вод. ст. Диаметр сетевых трубопро¬
водов составляет 800 мм, протяженность трассы — более 5 км.
Система аварийного сброса воды разработана исходя из потребной подачи
0
1200 м / час. В состав системы входят четыре автономных эрлифтных установки с паро-
0
струйными компрессорами, подача каждой - 300 м /час. Эрлифты располагаются в
зумпфах глубиной 6,7 м и диаметром 1,5 м (рис. 7.17). Высота подъема горячей воды —
2 м, сбрасывается она в открытый циркуляционный водовод [77 ].
Циркуляционный водовод защищен от попадания в него масел и других нефтепро¬
дуктов благодаря отбору воды для отвода в зумпф эрлифта ниже ее свободного уровня в
подвальном помещении машинного зала теплоэлектроцентрали. Расчетный «срыв» си¬
фона при данной температуре воды наступает до попадания масла в зумпф.
В качестве рабочего потока в пароструйном компрессоре используется водяной пар
с давлением 1,3 МПа и температурой 270°С. Расход водяного пара составляет 0,69 кг/с.
Эрлифгные установки тошшвоподачи и дренажные установки.
На тепловых электростанциях существует достаточно большое количество приям¬
ков, требующих постоянного или периодического удаления дренажных (сточных) вод.
При использовании станцией твердого топлива в качестве основного возникает задача
удаления гидросмесей, содержащих твердые частицы — угольные просыпи с конвейер¬
ных лент топливоподач.
Глава 7
459
Паропровод 1,3 МПа
Надежным сред¬
ством удаления дре¬
нажных вод является
эрлифтная установ¬
ка. Особенно эффек¬
тивно применение
эрлифтов с паро¬
струйными компрес¬
сорами в случае не-
обходимости
периодической экс¬
плуатации водоот¬
ливного средства.
Для условий
Экибастузской
ГРЭС-2 в ДПИ была
разработана и введе¬
на в эксплуатацию
с пароструйным компрессором эрлифтная установка
удаления случайных стоков подвального помещения машзала. Центробежный насос,
применявшийся согласно изначального проектного решения, не удовлетворял требова¬
ниям надежности в основном из - за периодичности его использования.
Подача эрлифтной установки удаления случайных стоков подвального помещения
машзала равна 100 м3/час, высота подъема — 5,05 м, глубина геометрического погру¬
жения смесителя — 2,8 м. Смеситель эрлифта расположен на отметке -9,85 м, воздухо¬
отделитель — на отметке -2,0 м. В качестве рабочего потока в пароструйном компрес¬
соре используется водяной пар из коллектора собственных нужд станции с давлением
1,0 МПа и температурой 250°С. Расход рабочего пара составляет 0,24 кг/с.
Применение эрлифтных установок для удаления дренажей в условиях топливопо-
дач позволяет утилизировать угольные просыпи с их возвратом на конвейерные ленты.
Эрлифтная установка удаления дренажей с утилизацией угольных просыпей раз¬
работана ДПИ для условий топливоподачи Экибастузской ГРЭС-1 (рис. 7.18). Вода с
включением угольных частиц поступает в зумпф эрлифта, расположенный на отметке
0,0 м. Воздухоснабжение эрлифта осуществляется от воздуходувки ТВ-50-1,6. Аэро¬
гидросмесь по подъемной трубе поднимается в воздухоотделитель, выполненный в виде
дугового сита и разделяющий поток на три составные части: воздух, воду и твердые
частицы. Воздух сбрасывается в атмосферу, осветленная вода отводится в емкость для
дальнейшей транспортировки насосами в трубопроводы гидрозолошлакоудаления, а
угольная масса влажностью до 30% возвращается на конвейер.
Так как количество поступающей в зумпф эрлифта гидросмеси определяется ре¬
жимом эксплуатации данного узла пересыпки топливоподачи (нормальный режим,
режим гидроуборки, мойка и т. п.) и может колебаться в значительных пределах (от
3 3
20 м /час до 400 м /час), предусматриваются следующие режимы использования уста¬
новки.
Если притоки гидросмеси не превышают максимально возможную подачу эрлифта,
з
составляющую 140 м /час, эксплуатация установки осуществляется по вышеизложен¬
ному принципу.
Режим, при котором притоки гидросмеси превышают подачу эрлифта, предпола¬
гает использование первой, по ходу движения воды, емкости в качестве предваритель-
460
Глава 7
12.200
Рис. 7.18. Гидравлическая схема осветления воды узла
пеесыпки топливоподачи ЭГРЭС - 1
1 — зумпф; 2 — смеситель; 3 — подъемная труба;
4 — воздухоотделитель; 5 — емкость; 6 — насос.
него отстойника, герметичного по отношению к перекачным насосам. В этом случае
всасывающие патрубки насосов подключаются ко второй, по ходу движения осветлен¬
ной воды, емкости. В данном режиме эксплуатации установки происходит частичная
утилизация угольных просыпей (в пределах максимальной подачи эрлифта) и предна¬
меренное заиливание угольным шламом первой емкости, которая впоследствии требует
ручной чистки. Однако, учитывая краткосрочность и низкую периодичность возникно¬
вения данных ситуаций, такой способ обеспечения безаварийных (без затопления узла
пересыпки конвейеров) режимов приемлем.
7.3. ЭРЛИФТНО-ЗЕМСН АРЯДНЫ Е КОМПЛЕКСЫ ПО
ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
ВНУТРЕННИХ ВОДОЕМОВ
Основной способ добычи сыпучих строительных материалов (песка, гравия, песча¬
но-гравийной смеси, гальки и др.) — гидромеханизированный, с помощью землесосных
снарядов. Недостатками земснарядов оборудованных грунтовыми насосами является:
невысокая подача по твердому и ограниченная глубина разработки. Так, например, для
землеснаряда типа ЗРС-Г эти показатели равны соответственно 160 т/час и 11 м.
Крупные землеснаряды имеют значительно более высокий первый показатель, но осад¬
Глава 7
461
ка его не позволяет заходить в мелкие водоемы. Что же касается второго показателя,
глубины разработки, то он незначительно отличается от названного.
Учитывая выше сказанное, а также положительный опыт Донецкого политехниче¬
ского института по созданию эрлифтных установок различного назначения, были со¬
зданы эрлифтно-земснарядные комплексы (ЭЗК) не только на базе серийно выпускае¬
мых земснарядах типа ЗРС-Г, ЛС-27, МЗ-8, М3-10, 180-60, 350-50Л, 300-40«0»,
ЗГМ-1-350А и др., но и на специально проектируемых малогабаритных, легкоразбор¬
ных плавсредствах. Эти комплексы успешно эксплуатировались и в настоящее время
продолжают работать в карьерах предприятий Западной Сибири: трест «Нефтеюганск-
спецгидромеханизация» (река Югань и заболоченные местности вблизи г. Нефте¬
юганск), НПСО «Запсибинжнефтегазстрой» (г. Сургут), тресты «Сургуттрансгидро-
механизация» и «Нижневартовсктрансгидромеханизация», ТССУ « Нижневартовск-
инжнефтегазстрой» и «Юганскинжнефтегастрой» и др. Намечено внедрение эрлифтно-
земснарядных комплексов и в других регионах бывшего Советского Союза, США.
Эрлифтные установки в отличии от землеснарядов, оборудованных центробежны¬
ми грунтонасосами имеют большой диапазон по подачи гидросмеси и глубине разработ¬
ки, так например подача по твердому для различных конструкций и типоразмеров
может колебаться от нескольких тонн в час до нескольких сот тонн, а величина подъема
гидросмеси от нескольких метров до нескольких сотен метров. В ДПИ ведутся работы
по созданию эрлифтов для добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов глуби¬
ной до 6000 м.
Кроме названных, эрлифты имеют еще ряд преимуществ по сравнению с грунто¬
насосами: возможность транспортирования гидросмеси с высокой концентрацией твер¬
дого крупностью равной 0,5 диаметра подающей трубы, отсутствие в потоке каких-либо
движущихся деталей, высокая надежность и долговечность и др. (см. «Введение»).
Следует также отметить еще некоторые специфические преимущества ЭЗК по сравне¬
нию с обычными земснарядами. При разработке карьера вблизи берега водоема, проис¬
ходит обрушение береговой линии и очень часто засыпает всасывающий трубопровод
грунтонасоса с рамой, расположенные наклонно, в такой степени, что освобождение
рамы становится невозможным и ее приходится отрезать, что приводит к значительным
простоям земснаряда. Работа же земснаряда (грунтонасоса) под таким слоем грунта
практически невозможна. При эксплуатации ЭЗК в аналогичных условиях, обрушение
берега не приводит к аварийной ситуации, как в предыдущем случае. Это объясняется
тем, что труба эрлифта установлена вертикально, а всасывающее устройство эффектив¬
но работает под слоем разрабатываемого грунта в несколько метров. Обрушившейся
твердый материал постепенно размывается и выдается на карту намыва.
Кроме того, эрлифтная установка способна работать в автоматическом режиме без
вмешательства человека и опыт эксплуатации показал реальность этого режима. Поэ¬
тому, при автоматизации других технологических операций и надежного контроля за
работой всех машин и механизмов ЭЗК, возможен полностью автоматический режим
работы. Это объясняется тем, что ЭЗК, может долгий период (несколько недель и более)
работать не перемещая плавсредство, а всасывающее устройство при этом погружено в
разрабатываемый грунт на несколько метров.
С целью энергетического сравнения подъема твердого материала с помощью эр¬
лифта и других способов, по приведенным выше методикам, рассчитаны и построены
N _
И От
Все вышесказанное определяет рациональную область применения эрлифтных
установок при добыче полезных ископаемых со дна водоемов, морей и океанов:
— глубина подъема сырья 20 м и более (неограничена);
f(Hpj (рис. 7.19, 7.20).
зависимости N = / (^, Hpj, -g- = / (HP^J
462
Глава 7
N на валу компрессора питающего
эрлифт от глубины разработки
Нр и подачи эрлифта Q?
N N
Рис. 7.20. Зависимость и
От
от Нр для эрлифта
0э
I — Q3= 2000 м/ч; II —0э= 1800 м3/ч; III — Оэ= 1600 м7ч;
IV — 0э= 1400 м3/ч; V —Оэ=1200 м3/ч; VI — Оэ= 1000 м3/ч;
VII —0э=8ОО м3/ч; VIII —0э=6ОО м3/ч; IX — &,= 400 м3/ч;
X — 0э= 200 м3/ч; XI — (2э= 100 м3/ч.
— производительность по сырью — практически не ограничена;
— высота подъема над уровнем воды — до 20 м (ограничивается устойчивостью
плавсредства и условиями прохода его под мостами); обычно высота установки
воздухоотделителя выбирается в пределах 4 - 5 м, что достаточно для подачи
гидросмеси в устройство предварительного
обезвоживания и обогащения; при необходимо¬
сти транспорта на расстояние свыше 100 м по
горизонтали применяется последовательная
работа эрлифта и грунтового насоса.
Основные конструктивные исполнения эрлифтов,
применяемых в эрлифтных земснарядах.
Эрлифты параллельной системы (рис. 7.21) выпол¬
няются в виде двуструйной системы — подъемная труба
1 и воздуховод 2, независимые друг от друга. Воздух от
компрессора 3 по воздуховоду 2 поступает в смеситель 4.
Преимущества: свободное сечение подъемной тру¬
бы, что способствует возможности поднимать крупные
частицы твердого материала; меньший износ (отсутст¬
вие образивнош износа) воздухопровода.
Недостатки: необходимость взаимосвязи подъемно¬
го и воздухоподающего трубопроводов во время монтажа
и демонтажа; повышенное гидродинамическое усилие от рис эрлифты
течений. параллельной системы
1 -±9—
г 1
L
2\
ь=1
j^4
О
Глава 7
463
Рис. 7.22. Эрлифты
центральной системы
Эрлифты центральной системы (рис. 7.22):
воздухопровод 2 располагается концентрически
внутри подъемной трубы 1; нижний конец воздухо¬
провода располагается выше нижнего конца подъ¬
емного трубопровода, и оснащается наконечни¬
ком 4, задающим движение воздуху вверх по
подъемной трубе; изменение взаимного расположе¬
ния воздухопровода и подъемной трубы произво¬
дится посредством лебедок.
Преимущества: возможность разработки под¬
водных месторождений методом скважин, когда
подъемная труба выполняет роль обсадной трубы;
меньшее, по сравнению с эрлифтом параллельной
системы, гидродинамическое усилие от течений.
Недостатки: стесненное сечение подъемной
трубы; износ воздухопровода.
Эрлифты камерной системы (рис. 7.23) вклю¬
чают три основных элемента: корпус всасывающе-
напорнош агрегата с тремя или более цилиндрическими камерами 4, распределительное
устройство 5 для регулирования подачи воздуха в каждую из камер. Каждая камера
включает впускной и выпускной клапаны 6 для воздуха. При погружении агрегата под
действием противодавления вода вместе с грун¬
том поступает в одну из камер, открывая впуск¬
ной клапан и вытесняя воздух наружу через рас¬
пределительное устройство. Затем через него от
компрессора 3 по воздухопроводу подается сжа¬
тый воздух, впускной клапан автоматически за¬
крывается, а жидкость будет вытеснятся через
этот клапан в подъемную трубу, после чего весь
цикл работы повторяется. Наличие трех камер и
последовательная работа цилиндров, заряжае¬
мых сжатым воздухом перед окончанием рабоче¬
го цикла, обеспечивает непрерывное поступле¬
ние водогрунтовой смеси во всасывающее
устройство. В отличие от систем а) и б) грунтоза¬
борное устройство не связано с жесткой трубой
подъема, поэтому добычу можно вести при вол¬
нении.
Преимущества: при соответствующем выборе способа рыхления грунта объемная
консистенция водогрунтовой смеси в подъемной трубе достигает 70%; возможность
передачи гидросмеси на большие расстояния по горизонтали (зависит от давления
компрессора); широкий диапазон глубин добычи и производительности по твердому.
Недостатки: сложность конструкции клапано-распределительной системы, что оп¬
ределяет низкую эксплуатационную надежность.
Сводная техническая характеристика некоторых эрлифтных снарядов приведена в
таблице 7.9.
Рис. 7.23. Эрлифты
камерной системы
464
Глава 7
Глава 7 465
Таблица 7.9
Технические характеристики эрлифтных земснарядов
№
п/п
Страна,
Фирма,
Тип
Диаметр
подъемной
трубы, мм
Количество
эрлифтов,
шт
Глубина
работ,м
Расход
воздуха,
3.
нм /ч
Давление
воздуха,
МПа
Мощность
компрессо¬
ра, кВт
Производи¬
тельность по
3.
грунту, м /ч
Прочие показатели, конструктивные
и технологические особенности
1
2
3
4
5
б
7
8
9
10
Э
рлифты па
раллельной системы
1.
ФРГ
A. Borzig
200
6
до 25
600-720
0,4-0,6
70 (на 1
уст)
180 (общая)
«Ludvig Schell O.H.G.»
250
1
до 70
—
—
141
120
2.
Венгрия
карьер «Шаторке»
200
2
до 10
1260
0,6
120
90
3 3
удельный расход воздуха—15,8 нм /м песка;
диаметр воздуховода — 80 мм; рыхлитель — гид¬
равлический, Рводн - 0,5 МПа
карьер Хедешхолом
200
4 (2 в рабо¬
те, 2 — в
резерве)
до 35
2880
0,45
270
85 (на 2 эр¬
лифта)
диаметр воздухопровода — 70 мм, подъемная тру¬
ба — секции по 4 м; смеситель — 12 пазов 120 х 4
мм; удельный расход электроэнергии — 3,6
кВтч/м^;
3.
«Гидроп HP-VIII*
200
3 (2 в рабо¬
те, 1 — ре¬
зерв)
до 40
2880
0,45
270
120-140 (на
2 эрлифта)
к.п.д.-0,15-0,2,
3 3
удельный расход воздуха 12- 21 нм /м грунта
«Гидроп НР-1Х»
200 и 300
3 (2 в рабо¬
те, 1 — ре¬
зерв)
до 40
170
40-160
«Гидроп-зонд»
(морской вариант)
200
1
до 60
170
Подъемная труба «Гидроп-зонд» снабжена балла¬
стными камерами, эрлифт может занимать гори¬
зонтальное положение вдоль борта при переходе и
вертикальное — при бурении и добыче
Глава 7
Продолжение табл. 7.9.
-Ь.
On
On
№
п/п
Страна,
Фирма,
Тип
Диаметр
подъемной
трубы, мм
Количество
эрлифтов,
шт
Глубина
работ, м
Расход
воздуха»
3.
нм /ч
Давление
воздуха,
МПа
Мощность
компрессо¬
ра, кВт
Производи¬
тельность по
3/
грунту, м /ч
Прочие показатели, конструктивные
и технологические особенности
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4.
ГДР
150-250
1
до 20
до 1000
0,3
—
40-250 (по
Bohr und Bau
гидросмеси)
5.
США
Предназначен для поиска и разведки россыпных
«Ocean Science
76
1
до 50
соотношение воздуха, воды и песка 25:16:6
месторождений в районе контентального шельфа,
and Engineering Inc»
102
1
при #М“ 18,3 м
работает на 2-х якорях при волнении до 3-х баллов
и течении до 3-х узлов.
6.
СССР
630
1
4650-22000
510-1090
„ 3, 3
«Онега»
720
1
до 10
0,21
1200
удельный расход воздуха 9,1-23,8 нм /м грунт
810
1
7520-18800
645-1280
3 3
удельный расход воздуха 9,9-24,1 нм /м грунт
936
1
10300-20600
3 3
удельный расход воздуха 14,1 -21,1 нм /м грунт
Воздухопровод Дв“ 0,3 м
7.
Англия
Поиск и разведка подводных месторождений по-
«Амдрия»
152
1
•—
55 2
—
—
—
лезных ископаемых на море. Подъемная труба —
секции / -1,83 м, секции свинчиваются. Скорость
бурения скважин 1,83 м/мин
Эрлифты центральной системы
8.
США
«Marin Diamond
Corporation Ltd»
Бадж-71
250
1
до 30
—
—
—
—
Работают по добыче алмазоносных россыпей.
300
1
до 30
—
—
—
—
Воздухопровод 050 мм — прорезиненный рукав,
451
1
до 120
450
подъемная труба — прорезиненный рукав
Глава 7
Продолжение табл. 7.9.
№
п/п
Страна,
Фирма,
Тип
Диаметр
подъемной
трубы, мм
Количество
эрлифтов,
шт
Глубина
работ,м
Расход
воздуха,
3.
нм /ч
Давление
воздуха,
МПа
Мощность
компрессо¬
ра, кВт
Производи¬
тельность по
3,
Грунту, м /ч
Прочие показатели, конструктивные
и технологические особенности
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Эрлифты па
раллельной системы
9.
СНГ
(Украина - Россия)
Системы ДПИ
ЭЗК-1-1600/25
325
1
до 50
1200
0,6
—
до 300
Создан на базе земснаряда ЗРС-Г и ЛС-27 с грун-
тонасосами ГРУ-1600/25
ЭЗК-5/180-60
426
1
до 70
3000
0,8
—
до 500
Создан на базе земснаряда типа 180—60 (ЗГМ-1-
350А) с грунтонасосами ГРУ-2000/63
ЭЗК-6/300-40"0"
530
325
1
2
до 70
до 50
4200
2400
0,8
0,6
—
до 1000
до 600
Создан на базе земснаряда 300-40"0" и 350-50Л
с грунтонасосами ГРУ-4000/85
ЭЗК-10-400/20
210
1
до 30
600
0,4
*—*
до 120
Создан на базе земснаряда М3-10 и на специаль¬
ном плавсредстве с грунтонасосами ГРУ-400/20 и
автономным питанием электроэнергией.
ЭГК-1
219
1
до 30
600
0,4
—
до 100
Создан на специальном плавсредстве для добычи
гравия с транспортом на корту намыва гидроэлева¬
тором
ЭЗК-200/10
219
1
до 50
600
0,6
до 100
Создан на специальном плавсредстве с автоном¬
ным электропитанием, без грунтонасоса для убор¬
ки ила вокруг затонувших кораблей и подъема как
мелких, так и крупных предметов
-ь.
7.3.1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СХЕМА И ДОБЫЧА ЭЗК СИСТЕМЫ ДПИ
Разработка эрлифтно-земснарядного комплекса первой модификации (ЭЗК-1-
1600/25) велась на базе землесосно-рефулерного снаряда типа ЗРС-Г, который имеет
грунтонасос ГРУ-1600/25.
Основные параметры эрлифта ЭЗК-1-1600/25: глубина разработки до 50 м, подача
3 3 3
по пульпе до 900 м /час, среднее песку до 250 м /час, максимальное 600 м /час,
диаметр подъемной трубы — 325 мм, расход сжатого воздуха 20 м /мин.
ЭЗК-1-1600/25 состоит из плавучего основания, на котором находится пусковая
электроаппаратура, секции труб эрлифта, запасные части и др. и плавсредство от
земснаряда ЗРС-Г, на котором смонтировано: компрессор с воздухоподающим трубоп¬
роводом; подъемная труба эрлифта со всасывающим устройством, смесителем и возду¬
хоотделителем; промежуточная приемная емкость; грунтонасос для транспортирова¬
ния пульпы на карту намыва; насос размыва грунта с насадками; портал с лебедкой и
тельфером служащи ми для монтажно-демонтажных работ.
Многолетний опыи по созданию и эксплуатации ЭЗК позволил отработать опти¬
мальные гидравлические схемы, технологию добычи песчано-гравийной смеси, конст¬
рукции элементов эрлифтной установки и многое другое. Этот опыт показал, что для
добычи песка со дна водоема наиболее оптимальной является гидравлическая схема
представленная на рис. 7.24. Дополнительно к имеющемуся оборудованию серийно
выпускаемого земснаряда необходимо установить колонну труб 13, 16, 17 эрлифта,
смонтированную на одном специальном фланце, с воздухоотделителем 7 и совмещен¬
ным блоком 15 (всасывающее устройство и смеситель); портал с лебедкой для удержа¬
ния эрлифта и кран-балку с тельфером для монтажно-демонтажных работ (это обору¬
дование на рис. 7.24 не указано); компрессор 1, устанавливаемый на основном
плавсредстве или отдельном понтоне; промежуточная емкость (зумпф) 12, одна сторона
которого шарнирно связана с плавсредством, а другая с помощью ручной лебедки может
уходить под уровень забортной воды.
Подачу эрлифта по пульпе сле¬
дует рассчитывать на 50...60% ниже
подачи грунтонасоса данного зем¬
снаряда с целью уменьшения расхо¬
да сжатого воздуха, но концентра¬
ция песка при этом значительно
выше (иногда, в зависимости от раз¬
рабатываемого грунта, доходит до
70 %), чем при работе традиционно¬
го земснаряда с грунтонасосом. Глу¬
бина разработки грунта при данной
конструкции блока 15 и применяе¬
мых поршневых компрессоров со¬
ставляет 70 м, но при необходимости
эта величина может составить сотни
метров.
Запуск и работа ЭЗК. В исход¬
ном состоянии колонна труб 13, 16,
17 эрлифта поднята вверх, чтобы
блок 15 находился от поверхности
разрабатываемого грунта на рассто¬
янии не менее 1,0 м; задвижки 3, 5,
Рис. 7.24. Гидравлическая схема
эрлифтно-земснарядного комплекса (ЭЗК)
468
Глава 7
6 закрыты, а задвижка 2 открыта. Включают компрессор 1 и сжатый воздух через
задвижку 2 выходит в атмосферу. При открытии задвижки 3 и медленном закрытии
задвижки 2 сжатый воздух поступает по воздухопроводу 17 в смеситель блока 15,
происходит запуск эрлифта на чистой воде. Гидросмесь {вода и воздух) поднимаются по
подъемной трубе 16 в воздухоотделитель 7, где происходит отделение воздуха в атмос¬
феру, а вода через вертикальную трубу 8 большого диаметра, имеющую продольный
разрез для прохода выходного конца трубы воздухоотделителя 7, попадает в зумпф 12.
Включают грунтонасос 10, всасывающая труба 9 которого опущена в зумпф 12, уста¬
навливаемый таким образом, чтобы недостающее количество воды для номинальной
подачи грунтонасоса 10 поступало в него из окружающей воды. Далее включают насос
4 размыва грунта, открывают задвижку 6 и вода по трубопроводу 13 поступает к
нягядуям 14, размывая добываемый песок или гравий. С помощью лебедки эрлифт
опускают на дно водоема и, используя собственный вес его, внедряют в грунт на глубину
1...3 метров, а в некоторых случаях эта величина достигала 6 метров. Благодаря этому,
а также высокой всасывающей способности эрлифта по трубе 16 поднимается пульпа с
высокой концентрацией песка. При этом подача по твердому (производительность)
земснаряда в целом повышается в 2...2,5 раза, а дальность транспортирования пульпы
увеличивается на 20...40%. При дальнейшем прохождении эрлифта вглубь, колонну
труб 13, 16, 17 наращивают секциями длиной по 2...4 метра. Целесообразно первую
секцию иметь длиной 20 м без фланцев, а при глубине разработки 45 м две такие секции
и т.д.
Остановка ЭЗК. Эрлифт подымают вверх (расстояние от грунта не менее 1,0 м),
закрывают задвижку 6, и убедившись, что в зумпф 12 поступает чистая вода, выключа¬
ют компрессор 1, закрывают задвижку 3 и открывают — 5. При этом чистая вода
заполняет воздухопровод 17 и блок 15, предотвращая поступление в эти места песка,
что может привести к закупорке и невозможности повторного запуска эрлифта. Особое
внимание заполнению воздуховода 17 и всасывающего устройства 15 следует уделять
при внезапном (аварийном) отключении компрессора 1. Далее промыв пульповод 11
чистой водой выключают грунтонасос 10.
Приведенная гидравлическая схема является наиболее рациональной для земсна-
рядов имеющих грунтонасосы с подачей по пульпе до 2000 м /час — это типовые
земснаряды МЗ—8, М3—10, М3-11, ЛС—27, 100—40К, ЗРС—Г, 180-60, ЗГМ—1—350 и
другие аналогичные этим. А для таких земснарядов, как 350-50Л, 350-50Т, 300-40«0»,
500-60,500-70Гл, 1000-80, «Новая Сибирь» и многие другие, необходимо устанавливать
параллельно несколько подъемных труб эрлифта. Это дает возможность значительно
уменьшить (в 1,5...3 раза) расход сжатого воздуха при заданной подачи эрлифта.
7.3.2. ЭЗК В АВТОНОМНО-БЛОЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ
При значительной потребности в песке иногда появляется необходимость иметь
намыв песка небольших кустов (20...50 тыс. м^), например для отсыпки участков полот¬
на автомобильных дорог, площадки буровой и др. При этом нецелесообразно устанав¬
ливать поблизости перечисленные выше сеийно выпускаемые земснаряды (много вре¬
мени уходит на монтажно-демонтажные работы и транспортировку земснарядов),
доставка этого песка автомобильным транспортом, особенно в условиях болотистой
местности стоит весьма дорого. Поэтому был разработан автономный блочный эрлифт-
ный земснаряд, монтируемый на легком разборном понтоне, который может легко быть
доставлен (в том числе и вертолетом) за сотни километров и автономно работать вдали
от коммуникаций, в частности вдали от линий электропередач. На рис. 7.25 представ¬
лена одна из схем такого земснаряда. Этот земснаряд состоит из дизельной электростан-
Глава 7
469
Рис. 7.25. Схема автономного блочного эрлифтного земснаряда
ции 1, компрессорной станции 2 и 3 (дизельного двигателя 2 и поршневого компрессора
3), расположенных в кормовой части основного плавсредства 11; воздухоподающего 20
и подающего (хвостовика) 19 трубопроводов; всасывающего устройства и смесителя,
объединенных в одном общем блоке 17; подъемной трубы 16, имеющей в верхней части
двухметровую телескопическую вставку; воздухоотделителя 7 закрепленном на верх¬
ней площадке портала 6; сливной трубы 8; зумпфа (промежуточной емкости) 14; насоса
грунторазмыва 4 с нагнетательным трубопроводов 15 и форсунками 18; всасывающего
10 и нагнетательного 12 трубопроводов грунтонасоса 9.
Работа комплекса. Компрессор 3 по воздухопроводу 20 подает сжатый воздух в
смеситель 17, где происходит образование водовоздушной смеси и создание напора для
перемещения гидросмеси (воды, воздуха и твердого материала) по подъемному трубоп¬
роводу 16. Благодаря создавшемуся разряжению вначале и конце подающего трубопро¬
вода 18 пульпа (вода и твердый материал) поднимаются по нему в подъемную трубу 16.
Наличие специальной конструкции всасывающего устройства 17 позволяет произво¬
дить дозировку твердого материала (песка, гравия), а также предотвращает забутовку
труб эрлифта во время обрушения грунта. Аккумулирующее отверстие в блоке 17 (всаса
и смесителя) не дает возможности забивки места входа сжатого воздуха в смесителе в
момент внезапной остановки эрлифта.
Далее гидросмесь попадает в воздухоотделитель 7, где происходит отделение воз¬
духа из смеси, при этом воздух выходит со скоростью менее 2 м/с, чтобы не было уноса
влаги, выбрасывается в атмосферу, а пульпа по сливному трубопроводу 8 попадает в
зумпф 14. Конструкция зумпфа 14 позволяет через боковые окна, находящиеся у
всасывающей трубы 10, и верхнюю кромку зумпфа разжижать пульпу до номинальной
подачи грунтонасоса 9. Транспортировка пульпы к основанию автомобильной дороги 13
или на карту намыва осуществляется грунтонасосом 9 по нагнетательному трубопрово¬
ду 12.
Для размыва грунта, особенно для прохождения торфяных, глинистых и других
прослоек, вокруг всасывающего устройства (в центре и сбоку) устанавливаются насадки
18 питаемые водой по трубе 15 насосом 4.
470
Глава 7
Следует отметить, что в
данной конструкции воздухо¬
отделитель жестко закреплен
на верхней площадке портала
6. Для заглубления всасываю¬
щего устройства 17 в грунт, в
верхней части подъемной тру¬
бы 16 сделан телескопический
трубопровод, позволяющий
всей колонне труб эрлифта опу¬
скаться вниз под собственным
весом. Для дальнейшего опу¬
скания колонны труб эрлифта
необходимо, зафиксировав ко¬
лонну, расстыковать фланце¬
вое соединение, вдвинуть с по¬
мощью лебедки телескоп,
вставить новую секцию труб,
состыковать фланцевое соеди¬
нение и далее внедрять всасы¬
вающее устройство.
Управление земснаряда
осуществляется из багерной 5.
При понижении уровня воды в водоеме 25, где находится плавсредство 11 земсна¬
ряда (недостаточном количестве оборотной воды с основания дороги 13 или карты
намыва песка) необходимо включить насос 22, всасывающий трубопровод 23 которого
находится в близлежащем водоеме 24, а нагнетательный трубопровод 21 проложен к
основному водоему 25. Тип насоса 22 выбирается в зависимости от расстояния 1п к
ближайшему водоему.
В зависимости от расстояния /тр между земснарядом и полотном дороги 13; а также
типа (основными параметрами) нагнетательного насоса 9, возможна отсыпка дороги на
значительное расстояние. При этом нагнетательный трубопровод 12 насоса 9 необходи¬
мо соответствующим образом переставлять. В том случае, если рядом с дорогой нет
месторождения песка или соответствующей емкости водоема, отсыпка песка произво¬
дится на карту намыва и в дальнейшем транспортируется к полотну дороги 13.
Следует отметить, что плавсредство состоит из пяти легко разборных секций, вес
каждой из них не превышает 6 тонн.
Разработан вариант земснаряда в такой компоновке, когда компрессорная станция
и дизельная электростанция находятся на поверхности земли, а не на плавсредстве.
7.3.3. ЭРЛИФТНО-ГИДРОЭЛЕВАТОРНЫЙ ЗЕМСНАРЯДНЫЙ КОМПЛЕКС
Кроме песка, в условиях Западной Сибири особенно, есть большая необходимость
иметь значительное количество дешевого гравия или песчано-гравийной смеси. Тради¬
ционные земснаряды мало приспособлены для работы в песчано-гравийных карьерах
(быстро изнашивается дефицитный и дорогой грунтонасос). Поэтому был разработан
эрлифтно-гидроэлеваторный земснаряд двух модификаций — автономный с дизельны¬
ми двигателями, в том числе и дизельной электростанцией, и с электропитанием от
расположенной поблизости ЛЭП. Здесь вместо землесоса применяется гидроэлеватор.
Питание гидроэлеватора осуществляется обычным центробежным секционным насо¬
Рис. 7.26. Гидравлическая схема
эрлифтно—гидроэлеваторного земснарядного
комплекса.
Глава 7
471
сом. В этом случае нет необходимости иметь специальный грунтонасос, а следовательно
нет его износа. В предложенной схеме в основном происходит износ гидроэлеватора,
который легко заменить новым, изготовив в любой механической мастерской. Недоста¬
ток данной схемы: значительно меньший к.п.д. установки в целом и меньшее расстояние
транспортирования гравия.
Эрлифтно-гидроэлеваторный комплекс с технологическим оборудованием состоит
из следующих основных элементов и узлов:
— поршневого компрессора 1 с воздухопроводом 2, задвижками 3 и 9 и трубой 4
выхода сжатого воздуха в атмосферу, трубопровода 23 с задвижкой 24 подачи
охлаждающей воды;
— гидроэлеватора 6 с насосом 10 подачи рабочей воды, напорным трубопроводом
7 и всасывающим трубопроводом 25 и пульповодом 5;
— насоса 17 с задвижкой 15, всасывающим 18 и нагнетательным 16 трубопрово¬
дами, насадками 22 размыва песчано-гравийной смеси;
— обводного трубопровода 14 с задвижкой 13;
— эрлифта с подъемной трубой 19, совмещенным смесителем и всасывающим
устройством 21, воздухоотделителем 12 и сливным трубопроводом 11 и подво¬
дящей трубой 26.
Подготовка к работе ЭГК-1. Перед пуском в работу ЭГК-1 необходимо проверить
наличие питания на электроприводах компрессора, насосов размыва и подачи рабочей
воды на гидроэлеватор.
Осуществить подъем эрлифта на высоту не менее 0,5 м с целью запуска его на
чистой воде.
Проверить положение регулируемых задвижек на трубопроводах, в исходном со¬
стоянии положение задвижек должно быть следующим: задвижки 3 и 24 открыты, а
задвижки 9,13 и 15 закрыты.
Порядок работы и последовательности запуска агрегатов. После соответствующей
подготовки, пуск ЭГК-1 осуществляется в следующем порядке.
Запускается насос 17, по трубопроводу 23 через задвижку 24 подается вода охлаж¬
дения на компрессор 1.
Включается компрессор 1 и сжатый воздух по трубе 2 через задвижку 3 и трубу 4
выходит в атмосферу, при этом обеспечивается облегченный запуск компрессора 1.
После запуска компрессора, открывается задвижка 9 и медленно закрывается задвижка
3, в результате чего, сжатый воздух от компрессора 1 поступает в воздухопровод 20. При
медленном закрытии задвижки 3 постепенно повышается давление в воздухопроводе
20. Вода из воздухопровода вытесняется в водоем через подводящую трубу 26 и частично
в подъемную трубу 19. Достигнув смесителя 21 сжатый воздух поднимается вверх по
подъемной трубе 19, осуществляя при соответствующем расходе сжатого воздуха эр-
лифтный подъем воды. В смесителе создается перепад давления, обусловленный разно¬
стью давлений наружного столба воды и давлением в смесителе. Под действием перепа¬
да давления в смеситель эрлифта через совмещенное всасывающее устройство по
подводящей трубе 26 поступает вода. Таким образом, осуществляется запуск эрлифта
на «чистой» воде, т.к. смеситель эрлифта поднят над гравием.
Одновременно с пуском компрессора 1 осуществляется запуск насоса 10 подачи
рабочей воды к гидроэлеватору 6.
После выхода эрлифта на нормальный режим работы (оценивается визуально по
подаче эрлифта) открывается задвижка 15, напорная вода от насоса 17 подается к
форсункам 22 и эрлифт опускают на грунт. Песчано-гравийная смесь размытая напор¬
ной водой из насадков 22, с водой образует пульпу, которая по подводящей трубе
поступает в смеситель 21, затем по подъемной трубе 19 с воздухом поднимается до
472
Глава 7
воздухоотделителя 12. В воздухоотделителе 12 воздух выделяется из аэрогидросмеси и
выходит в атмосферу, а пульпа по сливному трубопроводу 11 поступает в гидроэлеватор
6 и далее по пульповоду 5 транспортируется на карту намыва.
При увеличении глубины разработки гравия производят удлинение труб 16, 19 и
20 путем вставки очередной «катушки» труб.
Плановая остановка комплекса осуществляется в следующей последовательности.
Закрывается задвижка 15 и осуществляется подъем колонны эрлифта с условием
расположения всаса над грунтом, при этом по подводящей трубе в смеситель поступает
вода, т.к. исключен контакт всасывающего устройства с грунтом. Убедившись, что в
воздухоотделитель поступает «чистая» вода производят выключение компрессора в
следующем порядке: открывается задвижка 3 и выключается компрессор 1, закрывается
задвижка 9. Открывается задвижка 13 и вода от насоса 17 через обводной трубопровод
14 поступает в воздухопровод 20, осуществляя его промывку. Тем самым исключается
забутовка воздухопровода, исключается попадание грунта в воздухопровод, промыва¬
ется дополнительно смеситель и обеспечивается надежный повторный запуск эрлифта.
Через несколько секунд (15—20) выключается насос 17. И спустя еще 20-30 секунд после
промывки пульповода 5 выключается насос 10 подачи рабочей воды в гидроэлеватор 6.
При внезапной остановке эрлифта (отключении компрессора) грунт, который на¬
ходится в данный момент в подъемной трубе, начинает опускаться вниз, забивает
смеситель и поступает в воздухопровод 20, где создается разряжение по мере выхода
сжатого воздуха из этой трубы. В результате становится невозможным повторный
запуск эрлифта. Для исключения забутовки воздухопровода 20 в эрлифтно-землесос-
ном комплексе применен узел блокировки, состоящий из клапанной группы, соединя¬
ющей воздухопровод 20 с напорным трубопроводом 16. При внезапной остановке ком¬
прессора 1 давление воздуха в воздухопроводе 20 резко снижается. При снижении
давления в воздухопроводе 20 открывается клапан, через который напорная вода из
водовода 16 через клапан или задвижку 13 обводной трубы поступает в воздухопровод
20, в результате чего исключается возможность забутовки воздухопровода, при этом
обеспечивается защита компрессора от попадания в него воды путем закрытия задвиж¬
ки 9.
7.3.4. ДОБЫЧА ПЕСКА ИЗ-ПОД СЛОЯ ПУСТЫХ ПОРОД
В некоторых случаях, ввиду отсутствия более благоприятных условий добычи
сыпучих строительных материалов, возникает необходимость в гидродобыче этих ма¬
териалов из-под сравнительно небольшого слоя десятки метров пустых пород (торфа,
глины, суглинков и др.).
Такая необходимость возникла в районе г. Нижневартовск, где вблизи потребителя
песка не оказалось карьера для добычи песка обычными земснарядами. Завозка его
автомобильным транспортом является весьма неэкономичным. Успешная эксплуата¬
ция ЭЗК на протяжении нескольких сезонов при добыче песка из-под слоя пустых пород
толщиной около 30 м в одном из карьеров ТССУ «Нижневартовскинжнефтегазстрой»
показала работоспособность и высокую эффективность такой технологии добычи. При
этом ЭЗК за сутки проходил слой глины толщиной более 3 м.
Эта эксплуатация выявила ряд осложнений, идни из которых легко преодоливают-
ся, а другие требуют дальнейших значительных исследований не связанных непосред¬
ственно с работой ЭЗК. К первым осложнениям относится значительно возросший все
колонны труб эрлифта с учетом их длины и, самое главное, нагрузки возникающие на
колонну в результате обрушения окружающей твердой массы. При этом необходимо
несколько изменить гидравлическую схему подающей и подъемной труб, водовода,
конструкцию фланцев, в частности болтового соединения, изготовив их из более проч-
Глава 7
473
нош материала. Необходимо устанавливать более мощную подъемную лебедку. Вторая
группа осложнений — это борьба со значительным обрушением окружающей породы,
которая вызывает заклинивание колонны труб эрлифта и затруднение ее перемещения.
Все перечисленные выше системы ЭЗК (гидравлические и технологические схемы,
конструктивные решения элементов эрлифта, приведенных в разделе конструкций
эрлифтов) разрабатывались в ДПИ и созданы совместно с предприятиями, которые
успешно эксплуатируют эти комплексы.
7.3.5. ЭРЛИФТНЫЕ СНАРЯДЫ СИСТЕМЫ МИНМОРФЛОТА СССР
С 1956 по 1970 гг. в различных организациях Министерства морского флота СССР
по предложению В.С. Куприна проводились работы по созданию дноуглубительного
самоотводного эрлифтного снаряда [60 ].
Предварительные опыты были выполнены управлением «Азчерморпуть» в 1956 г.
Более обстоятельные экспериментальные исследования были проведены в 1959 г.
этим же управлением совместно с ЦНИИМФна крупномасштабной модели самоотвоз-
ного эрлифтного снаряда, построенного по проекту ЦПКБ-8 на базе несамоходной
грунтоотвозной шаланды № 217. Производительность компрессора 1600 м /ч. Земсна¬
ряд оснащен двумя подобными эрлифтными грунтозаборными устройствами диаметром
250 и 350 мм. глубина от 4 до 20 м. Протяженность горизонтального трубопровода —
3,5 м.
Опыты проводились на Ждановском, Азовстальском и Керчь-Еникальском кана¬
лах Азовского моря. Угол наклона изменялся от 0° до 90°, а его длина от 8,5 до 15,5 м.
0
Объемный вес смеси 1,3-1,62 г/см . Удельный расход воздуха 4,3 - 17,5.
В 1960 - 61 гг. А.Н. Наумовым на этом эрлифтном снаряде в портах Поти, Ново¬
российск и Феодосия и на лабораторной установке ДПИ были проведены работы с целью
решения ряда задач. На основе использования этих работ Ростовское центральное
проектно-конструкторское бюро разработало проект опытного эрлифтного снаряда на
базе морской самоходной шаланды «Онега».
Размеры снаряда: длина — 58,94; ширина — 11,3; высота борта на миделе — 3,9 м.
Главная ходовая машина — паровая, мощностью 800 л.с. и числом оборотов до
300 об/мин.
Отличительной особенностью этого снаряда является то, что сжатый воздух выра¬
батывается центробежным нагнетателем типа 360-22-1 с максимальным числом оборо¬
тов 7770 в мин. Снаряд «Онега» оборудован четырьмя сменными бортовыми эрлифтами
0 630,720, 810 и 936 мм. Каждый эрлифт состоит из нескольких составных частей, что
позволяло изменять его длину. Наиблыпая длина эрлифта — 18, наименьшая — 14,7 м.
Каждый эрлифт был снабжен тремя волочащимися всасывающими наконечниками
различной конструкции, из которых два предназначались для разработки илистых
грунтов, а один - для разработки несвязных грунтов.
Чтобы эрлифтное грунтозаборное устройство при подаче сжатого воздуха в процес¬
се разработки грунта не всплывало, оно пригружалось балластом общим весом от 800 до
1400 кг.
Разработка грунта осуществлялась траншейным способом и одним эрлифтным
грунтозаборным устройством. При этом скорость движения по прорези достигала 3 уз¬
лов. Экипаж 37 человек.
Неудачная конструкция всасывающих наконечников, а также неблагоприятные
условия проведения испытаний не позволяли получить удовлетворительных технико¬
экономических показателей.
474
Глава 7
Наибольшая производительность на песчаном грунте (0630 мм) составила всего
240 м3/ч.
При работе на илистых грунтах земснаряд преимущественно испытывался в районе
порта Мариуполь на Азовском море. Итого работы снаряда в оптимальном режиме
приведены в таблице 7.10.
Таблица 7.10
Диаметр, мм
630
810
936
Длина, м
14,7-18
16,0-18
14,7-18
Угол наклона, град
30-45
35-50
30-52
Глубина разработки грунта, м
6,5-10
6,5-10
6,5-9,8
Объемный вес грунта, г/см
1,18-1,5
1,18-1,42
1,26-1,35
Расход воздуха, и /час
4650 - 22000
7520-18800
10700-20600
Производительность по грунту, м3/ч
510-1090
645-1280
738-1410
з
Удельный расход воздуха, м
9,1-23,8
9,9-24,1
14,1-21,1
7.3.6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЭРЛИФТНО-ЗЕМЛЕСОСНЫЙ
СНАРЯД ТИПА ЭрЗСВ - 80/15
В 1964 г. на основании лабораторных исследований и изобретения В.И. Михайлова
был разработан проект переоборудования серийного землесосного снаряда типа ПЗУ-8м
в экспериментальный эрлифтно-землесосный снаряд [114].
Корпус был собран из двух понтонов разных габаритов.
Эрлифтное грунтозаборное устройство состоит из гидравлического разрыхлителя
и собственно эрлифта. Гидравлический разрыхлитель питается от насоса типа 4НДв
з
производительностью 71 - 119 м /ч при напоре 114-38 м.вод.ст.
Снаряд оснащен геометрически подобными эрлифтами длиной 18,2 м и диаметром
204, 255, 309 и 359 мм.
В колодке из направляющих подведен передвижной отражатель, снабженный ре¬
зиновыми амортизаторами и фиксаторами. Отражатель, представляющий собой сепа¬
ратор ударного действия, служит для отделения свободного и растворенного воздуха, не
успевшего выделиться из конечного потока воздушно-водогрунтовой смеси в момент его
выхода из отверстия разгрузочного патрубка эрлифта.
Испытания показали, что эрлифт подает в грунтовой колодец водогрунтовую смесь
з
с очень высоким объемным весом: на песке 1,462 -1,702 т/см и на гравийно-песчаном
з
грунте 1,155 -1,645 т/см . Эрлифтом были извлечены валуны весом до 36,6 кг. Пропу¬
скная способность эрлифта в отношении размера валунов достигла величины 0,78 диа¬
метра подъемной трубы.
Была установлена возможность работы эрлифта при небольших величинах угла
наклона подъемной трубы и, следовательно, при малых глубинах разработки грунта.
Глава 7
475
7.3.7. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ ОБРАЗЕЦ ЭРЛИФТНО-
ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА ТИПА ЭРЗСВ-250/30
Институтом «ВНИИНеруд» разработана конструкция эрлифтно-землесосного сна¬
ряда, предназначенного для добычи нерудных строительных материалов из подводных
месторождений, залегающих на глубине до 30 м [114].
Этот снаряд состоит из корпуса, в средней части которого в машинном отделении
установлены два центробежных насоса типа ЗВ-200*25, два ротационных компрессора
марки РСК-50/б и грунтовый насос марки 20Р-11м. В вырезе носовой части корпуса
размещен элифт, состоящий из двух спаренных труб диаметром 409 мм. Гидравличе¬
ские разрыхлители снабжены четырьмя комплектами сменных разрыхляющих и подго¬
няющих насадок с различными диаметрами выходных отверстий, а также заглушками,
что позволяет регулировать напор и расход воды. Шланговые соединения подъемных
труб сразгрузочными патрубками, а также воздухопроводов и водоводов с соответству¬
ющими трубопроводами обеспечивают работу эрлифтного грунтозаборного устройства
с расчетным углом наклона к горизонту до 75". Соединение эрлифтов с грунтовым
насосом производится посредством грунтового колодца.
На снаряде предусмотрены системы автоматического запуска, контроля за работой
и остановки всего технологического комплекса, а также контрольно-измерительные
приборы.
Опытно-промышленный образец эрлифтно-землесосного снаряда типа ЭрЗСВ-
250/30 эксплуатировался Камским строительным управлением Всесоюзного треста
«Гидромеханизация» МЭ и Э СССР на Сидоровском песчано-гравийном карьере. Со¬
держание гравия в грунте в среднем составляет 31,7%. Водогрунтовая смесь подается
эрлифтно-землесосным снарядом на двухпродуктовый гидроклассификатор конструк¬
ции института «ВНИИНеруд».
Основные показатели рабочего процесса земснаряда приведены в таблице 7.11.
Таблица 7.11
Показатели
Проектные
Полученные
при работе
3
Производительность за 1 ч чистого времени работы, м
250
392,3
Глубина разработки грунта, м
минимальная
максимальная
5
28,3
3,3
28,7
Приведенное расстояние транспортирования грунта, м
—
1427
Установленная мощность двигателей, кВт
2222,7
2253,1
Общий вес снаряда, т
311,5
300,8
Удельный расход электроэнергии на 1 м добытого грун¬
та, кВтч/м3
7,046
5,254
Удельный расход воздуха на 1 м3 добытого грунта,
кВтч/м3
21,6
13,8
Удельный расход воды на гидравлическое разрыхление
1 з
1м грунта
1,36
0,812
з
Удельная мощность, отнесенная к 1 м грунта произво¬
дительности за машино-смену 2,133 1,876
2,133
1,876
476
Глава 7
Показатели
Проектные
Полученные
при работе
з
Удельная металлоемкость на 1 м грунта производи¬
тельности за машино-смену, т/м3
0,304
0,250
Земснаряд рекомендован к серийному производству. Его конструкция сейчас отра¬
батывается по результатам испытаний с целью увеличения производительности сниже¬
ния расхода воды, масла, воздуха.
7.3.8. ЭРЛИФТНО-ШЛЮЗОВЫЙ СНАРЯД
В 1965 году В.И. Михайловым, В.В. Иванниковыми П.Н. Ивановым было получено
авторское свидетельство на конструкцию эрлифтно-шлюзового снаряда. Комбиниро¬
ванный снаряд данного типа предложен впервые и не имеет аналогов [114].
Сжатый воздух из компрессора поступает в эрлифт. Воздушно-водогрунтовая
смесь подается эрлифтом в сепаратор. Хвосты сепаратора (<0,15 мм) по трубе сбрасы¬
ваются в водоем, а извлеченный материал посредством грохота перемещается во вра¬
щающуюся распределительную воронку и далее в приемный бункер. Из бункера через
верхний затвор материал поступает в загрузочную камеру. Как только камера запол¬
няется, начинается ее разгрузка восходящим потоком воды, подаваемым насосом в
напорный пульпопровод.
7.3.9. ЭРЛИФТНО-ЗЕМЛЕСОСНЫЙ СНАРЯД СИТЕМЫ НА ИВАНОВА
В 1960 году Н.А. Иванов предложил эрлифтно-землесосный снаряд, характеризу¬
ющийся следующими основными особенностями. Отбор воздуха из потока воздушно¬
водогрунтовой смеси осуществляется вакуум-насосом и уловителем, установленным в
месте перегиба корпусного всасывающего трубопровода. Водогрунтовая смесь засасы¬
вается грунтовым насосом и транспортируется по трубопроводу к месту складирования
грунта. Этому снаряду свойственны те же недостатки, что и эрлифтно-землеросному
снаряду системы Р.Т. Гофмана. Земснаряд не подвергался ни лабораторным, ни произ¬
водственной проверке.
7.3.10. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ DE М. HENRY JANDIN
Нагнетательный эрлифт параллельной системы был впервые применен для речного
дноуглубления во Франции de М. Henry Jandin. Снаряд был оборудован двумя борто¬
выми эрлифтами с кольцевыми форсунками и короткими горизонтальными разгрузоч¬
ными трубопроводами. Угол наклона эрлифтов к горизонту изменялся от 0 до 90°,
благодаря чему грунт извлекался в широком диапазоне глубин при постоянной высоте
его подъема. Мощность привода компрессора составляла всего 6-8 л .с. [ 114 ].
Опыты проводились на эрлифтах различных диаметров (максимальный 230 мм).
Производительность по песку или илу — 6-12 м /ч. При глубине разработки 8 м
удавалось извлекать камни весом до 10 кг. Выяснилось, что при работе на плотных
грунтах необходимо применять гидравлический или механический рыхлитель.
Основные недостатки эрлйфтного снаряда: незначительная мощность компрессо¬
ра, небольшой диаметр эрлифтов, что определило низкую производительность снаря¬
дов.
Впоследствии, почти в течение полувека, эрлифтный способ добычи был забыт
из-за плохого состояния компрессорной техники.
Глава 7
477
7.3.11. ЭРЛИФТНЫЕ СНАРЯДЫ ФИРМЫ «А. BORZIG»
В начале 30-х годов фирма «А. Borzig» (Германия) изготовила серию эрлифтных
снарядов, которые до сих пор эксплуатируются в ФРГ.
Эрлифтный снаряд производительностью 15 м /час гравия имеет глубину разра¬
ботки 8 м. Воздушно-водогрунтовая смесь поступает из вертикального эрлифта в на¬
клонные лотки переменной высоты, а затем в обезвоживающий грохот. Компрессор,
расположенный под палубой, приводится в действие дизелем.
Более крупным эрлифтным снарядом этой фирмы добывалось 50 м /ч гравийно¬
песчаного грунта с глубины 12 - 15 м.
Самый крупный снаряд фирмы «А. Borzig» производительностью 180 м /ч гравия
при глубине разработки 18 - 25 м, оборудован: шестью вертикальными эрлифтами
диаметром 200 мм; грохотами с брызгалами, на которых материал сортируется и про¬
мывается перед выдачей на ленточный конвейер; насосом для сброса в водоем оставшей¬
ся после грохочения смеси воды и песка (-5 мм). Каждый эрлифт обслуживается отдель¬
ным компрессором:
— производительность — 600 - 720 м /ч
2
— избыточное рабочее давление — 4-6 кГ/см
— потребляемая мощность — 70 л.с.
Земснаряд снабжается электроэнергией с берега по кабелю, проложенному по
понтонам.
Опыт эксплуатации показал, что использование эрлифта для транспортирования
песчано-гравийного материала по трубам на большие расстояния нецелесообразно, так
как это вызывает расслоение потока смеси из-за большого содержания в ней воздуха.
Намного выгоднее перемещать смесь песчано-гравийного грунта и воды по лоткам
с одновременным выделением из нее воздуха.
7.3.12. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ F. LEVARDI
В 1959 году F. Levardi получил в Венгрии патент на ранее построенный им эрлиф¬
тный снаряд.
Устройство для извлечения грунта состоит из эрлифта с коническим всасывающим
наконечником, имеющим круглое всасывающее отверстие, и гидравлического разрых¬
лителя, одни насадки которого разрыхляют грунт, а другие принудительно направляют
его на всас [114]. Чтобы устранить вредные напряжения в вертикальном эрлифте, в него
введен прорезиненный рукав. С целью автоматического регулирования глубины разра¬
ботки и высоты подъема после рукава в подъемную трубу была включена телескопиче¬
ская секция, благодаря чему эрлифт опускался под тяжестью собственного веса, а
поднимался посредством гидропривода. Количество эрлифтов (0 200 мм) устанавлива¬
лось в зависимости от производительности снаряда, от вида и условий его работы.
Венгерские специалисты, при усовершенствовании эрлифтного снаряда системы
F.Levardi, исходили из следующих сылок:
— при вертикальном положении эрлифта производительность и К.П.Д. его вы¬
ше, чем при наклонном;
— с увеличением глубины разработки грунта от 40 до 60 м наибольшие значения
к.п.д. эрлифта достигаются при подъемных трубах 0 более 500 мм, а при
снижении глубины разработки от 20 до 4 м — с трубами 0300 - 200 мм;
-— при глубине разработки грунта от 8 до 20 м телескопические секции излишни,
а при глубине более 20 м они заклиниваются и не работают;
478
Глава 7
— высота подъема воздушно-водогрунтовой смеси не должна превышать 5 м.
При этом технико-экономические и эксплуатационные показатели эрлифтного
снаряда, а следовательно и его конкурентоспособность с земснарядами других типов
значительно повышается, если высоту подъема смеси уменьшить с 5 до 2 м.
7.3.13. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД
КАРЬЕРА «ШАТОРХЭ»
Корпус снаряда состоит из пяти отдельных, соединенных тросами, прямоугольных
секций: машинной, двух эрлифтных, обогатительно-обезвоживающей и перегрузоч¬
ной. Секции смонтированы на 18 открытых сверху прямоугольных понтонах.
Сжатый воздух подают три компрессорные станции. Станция состоит из 2-х сту-
3 2
пенчатого компрессора производительностью 7м/мин, с давлением 6 кГ/см . Комп¬
рессоры подключены в общий коллектор, откуда сжатый воздух по воздухопроводам
подается в форсунки эрлифтов.
Грунт разрабатывается двумя вертикальными эрлифтами: первый расположен
ближе к забою, а второй — на расстоянии около 11,5 м от него со смещением относи¬
тельно оси разрабатываемой прорези.
Каждый эрлифт имеет: рабочую головку «Гидроп», состоящую из нижнего участка
подъемной трубы со всасывающим наконечником, форсунки и гидравлического разрых¬
лителя; подъемную трубу; прорезиненный рукав длиной не более 1 м для снятия попе¬
речных нагрузок.
Глубина разработки грунта этим эрлифтом не превышает 7 м. Высота подъема —
3,7 м. Относительное погружение G =0,644.
Глубина разработки второго эрлифта не превышает 10 м. Высота подъема грунта
— 1,8 м, <2=0,844.
Внутренний диаметр проходных каналов у обоих эрлифтов 200 мм. Воздухопровод
0 70 мм.
При остановке эрлифта вода из водовода гидравлического рыхлителя с помощью
специального устройства направляется по воздухопроводу в форсунку, чтобы предотв¬
ратить забивку песком выходных отверстий, коллектора и прилегающего участка воз¬
духопровода.
Водогрунтовая смесь с консистенцией от 40 до 70% из бункеров поступает на
отсадочные участки двухленточного обогатительного обезвоживающего конвейера
«Декколит».
Детали эрлифтов настолько равномерно и незначительно изнашивались, что, кро¬
ме колен подъемных и напорных труб, не менялись более 8 лет.
7.3.14. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД КАРЬЕРА «ХЕДЕШХОЛОМ»
Эрлифтный снаряд был построен в 1963 году. Корпус снаряда состоит из двух
гибкосоединенных прямоугольных секций: машинной и добывающе-обогатительной
[114].
Сжатым воздухом эрлифтный снаряд обеспечивают три компрессорные установки.
Компрессорная установка состоит из двухступенчатого поршневого компрессора типа
TKV-2/41 и электродвигателя мощностью 90 кВт. Производительность компрессора —
2 2
16 м /мин. Избыточное давление — 4,5 кГ/см .
Т ехническая вода подается тремя центробежными насосами (на палубе машинного
2
отделения), два из которых имеют производительность 120 и один 60 м /час при напоре
Глава 7
479
120 м.вод.ст. Вода по двум магистральным водоводам 0150 мм поступает в водоводы
гидравлических разрыхлителей.
Для разработки грунта на снаряде смонтированы 4 вертикальных эрлифта: 2 рабо¬
чих и 2 резервных (0200 мм). Габаритная длина эрлифта в сборе 23,25 м.
Каждый эрлифт состоит из рабочей головки «Гидроп» длиной 2,4 м, подъемной
трубы (из секций длиной 4 м), прямоугольного колена. Форсунка состоит из кольцевого
коллектора, примыкающего к всасывающему наконечнику, имеющему 12 прямоуголь¬
ных отверстий 120*4 мм для впуска воздуха.
В коллектор разрыхлителя вода поступает по водоводу 0 70 мм, затем в разрых¬
ляющие «шпоры» 025 мм. Каждая шпора имеет по 2 цилиндрических насадка длиной
з
50 мм. Удельный расход воды от 0,5 до 1,5 м .
Грунт разрабатывается на глубине до 20 м.
Воздушно-водогрунтовая смесь из действующих эрлифтов поступает в приемные
бункера, облицованные изнутри толстым слоем резины, в которых из смеси выделяется
воздух.
Для очистки всасывающего отверстия от присосавшегося или застрявшего валуна
непроходного размера, эрлифт несколько раз встряхивают, а в его форсунку вместо
воздуха подается вода с повышенным давлением. Если и в этом случае не удается
освободиться от валуна, то его выталкивают металлическим стержнем через люк в
разгрузочном устройстве эрлифта.
При работе 2-х эрлифтов производительность по гравийно-песчаному грунту
3 3 3
85 м /ч. Максимальный удельный расход воздуха — 27,5 м /м .
7.3.15. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «НЕМЗЕТ»
Земснаряд был построен для рытья траншеи под газопроводом, пересекающей
русло Дуная на глубине 9-14м [114].
Оборудован пятью эрлифтами 0 200 мм, расположенными в одну линию в вырезе
корпуса. При разработке траншеи шириной 2 - 6 и глубиной 1 - 3 м земснаряд переме¬
щался поперек течения реки.
7.3.16. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ «ГИДРОП» ТИПА HP-VIII
Земснаряд имеет сборно-разборную конструкцию. Корпус снаряда состоит их 4-х
отдельных понтонов [114].
Сжатый воздух для земснаряда вырабатывается тремя поршневыми компрессора¬
ми (такие же как и у земснаряда карьера «Хедешхолом»). Техническое водоснабжение
обеспечивается тремя трехступенчатыми центробежными насосами.
Для добычи грунта на снаряде предусмотрено три вертикальных эрлифта 0
200 мм, из которых один — резервный. Глубина разработки не превышает 40 м.
При работе 2-х эрлифтов производительность снаряда 120 - 140 м /ч.
7.3.17. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ «ГИДРОП» ТИПА HP-IX
Земснаряд изготовляется серийно и имеет сборно-разборную конструкцию.
Катамаранный корпус состоит из двух понтонов с двойным дном. Внутри более
крупного понтона смонтированы компрессор, водяной насос, электрооборудование. На
меньшем понтоне размещены одно вертикальное эрлифтное грунтозаборное устройст¬
во, пульт управления, лебедки [114].
480
Глава 7
Воздушно-водогрунтовая смесь может подаваться из разгрузочного устройства эр¬
лифта непосредственно в баржу или на пришвартованный ленточный конвейер типа
«Декколит». Для дальнейшего перемещения материалов Дорогский машиностроитель¬
ный завод изготовляет плавучие секционные конвейеры типа TSZ - 650 длиной 50 м и
плавучие перегрузочные конвейеры типа DSZ - 650 обычной традиционной конструк¬
ции.
7.3.18. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ «ГИДРОП ЗОНД»
Основным элементом земснаряда является эрлифтное грунтозаборное устройство
системы «Гидроп зонд» с подъемной трубой 0203 мм (состоит из секций длиной 3 м).
Так как плавучесть эрлифтного грунтозаборного устройства хорошо регулируется, то
отпадает необходимость его жесткого соединения с корпусом.
С целью ограждения эрлифтного грунтозаборного устройства от обрушающегося
грунта применяется трубчатый башмак, позволяющий брать представительные пробы,
т.е. такие когда в поднятую пробу попадает только грунт с площади бурения.
Английской фирмой «Aliavial Mining fnd Shaft Sinking Co Lid» c 1966 года занима¬
ющейся поиском и разведкой полезных ископаемых у берегов Англии с помощью эр-
лифтных снарядов системы «Гидроп зонд», в одной из экспедиций было пробурено
520 скважин. При этом была достигнута максимальная производительность — 28 сква¬
жин за 14 часов работы, при средней глубине моря 22,9. Глубина скважины колебалась
от 7,6 до 9,1 м. Полный технологический цикл бурения одной скважины занимает всего
15 мин. Максимальный размер частиц в пробе извлеченного грунта достигал 178 мм.
Расход воды и воздуха, соответственно, составил 273 и 1020 м /ч.
Фирма указывает, что бурение скважин на глубине 61 м не представляет особых
затруднений. При этом следует изменить только длину грунтозаборного устройства
путем наращивания секций длиной 2,44 и 3,65 м.
7.3.19. ЭРЛИФТНЫЕ СНАРЯДЫ ГДР.
Промысловое товарищество «Bohr und Ваи» в г. Мерзебурге изготовляет три типо¬
размера эрлифтов для добычи песка и гравия (табл. 7.12).
Таблица 7.12
Тип эрифта
Производи¬
тельность
по водо¬
грунтовой
смеси, м3/ч
Расход воздуха, м3/ч
Диаметр в свету, мм
Ряд
Размер
£=1:1
£=1,5:1
£=2:1
Подъем¬
ной тру¬
бы
Воздухо¬
провода
SD
150/80
40-63
175-280
135-210
110-175
150
80
200/100
63-100
280-440
210-335
175-280
200
100
250/125
100-250
440-1000
335-850
280-700
250
125
где
Н — глубина погружения форсунки,
h — высота подъема воздушно-водогрунтовой смеси.
Глава 7
481
Промысловое товарищество с 1962 года выпускает серийно эрлифтные снаряды
системы НКА. Работы перемещения снаряда осуществляются ручными лебедками.
Сжатый воздух вырабатывается поршневым компрессором. Глубина разработки грунта
не превышает 20 м.
Товариществом изготовляется также более совершенный в технологическом отно¬
шении эрлифтный снаряд. У этого снаряда водогрунтовая смесь поступает по лотку в
сгуститель, ще большая часть воды отделяется от разработанного грунта. Из сгустителя
частично обезвоженный и обогащенный грунт поступает на ленточный конвейер
(табл. 7.13).
Таблица 7.13
Тип
эрлифтного
снаряда
Тип эрлифта
по нормам
TGL17-74400
Производи¬
тельность по
гравию, м3/ч
Потребная произво¬
дительность комп¬
рессора при рабо¬
чем давлении менее
2,5 кГ/см3, м3/ч
Грузоподъем¬
ность корпуса,
т
НКА - 1
SD- 150/80
до 16
1250
20
НКА-2
SD-200/100
до 25
1600
25
НКА - 3
SD-250/125
до 40
2500
30
7.3.20. ЭРЛИФТНЫЕ СНАРЯДЫ США
Эрлифтный снаряд «Сюбик Бэй» ВМФ США изготовлен для углубления одноимен¬
ной гавани на Филиппинах. В качестве плавучей базы была использована старая баржа.
На ней установили компрессор, кран и вертикальное эрлифтное грунтозаборное устрой¬
ство с подъемной трубой 0 203 мм (1 исполнение) и 500 мм (2 исполнение). Алеврито¬
вый ил вычерпывался с глубины 17,4 м и отводился на расстояние 90 м [114].
Удерживаемая на месте неподвижная рабочая головка эрлифта 0 203 мм проде¬
лывала в иле воронки 01,2 - 1,5 и глубиной 0,9 - 1,5 м.
7.3.21. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД ФИРМЫ
«OCEAN SCIENE AND INGINEERING INC»
Основное назначение снаряда — поиск и разведка россыпных месторождений цен¬
ных полезных ископаемых в районе континентального шельфа. Земснаряд представля¬
ет собой небольшое (до 12 м) самоходное, мелкосидящее и маневренное судно.
Эрлифтное грунтозаборное устройство подвешено к тросу лебедки. Устройство
выполняется в двух вариантах — 0 76 и 102 мм. Оно оборудуется рабочей головкой,
которая целиком изготовляется из металла. Головка состоит из нижнего участка подъ¬
емной трубы с перфорированным всасывающим наконечником, снабженным лопаткой,
форсунки и гидравлического разрыхлителя.
Эрлифтным снарядом было пробурено несколько сотен скважин. Пробы грунта
брали с глубины от 7,6 до 45,7 м. Благодаря гибкой подвеске рабочей головки скважины
бурились при волнении 3 балла и течении со скоростью 3 узла. Смесь, состоящая из
воздуха, воды и крупнозернистого песка, поднималась при глубине 18,3 м в соотноше¬
нии 25:15:6. Смесь из разгрузочного отверстия рукава, ударившись о плоский гаситель,
поступала в корытную мойку, а из нее — на колосниковый грохот.
482
Глава 7
7.3.22. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД <ДИПСИ МАЙНЕ»
Земснаряд спроектирован и построен компанией «Deepsea Ventures jno для разра¬
ботки месторождений полезных ископаемых на дне океана.
Под эрлифтный снаряд было использовано бывшее грузовое судно, предварительно
реконструированное: в середине корпуса был вырезан колодец размером 6,1 * 9,1 м для
спуска эрлифтного грунтозаборного устройства; установлена надстройка и дерик-кран
высотой 23 м.
Подъемная труба эрлифтного грунтозаборного устройства длиной 823 м была смон¬
тирована из тонкостенных стальных труб диаметром 245 мм и длиной 12,2 м. Всасыва¬
ющий наконечник имеет вращающуюся секцию и оснащен салазкообразными грабля¬
ми. На всасывающем наконечнике установлена телевизионная камера, которая ведет
наблюдение за разработкой месторождения.
На эрлифтном грунтозаборном устройстве были установлены датчики для измере¬
ния перепада давления между отдельными точками подъемной трубы, оборудование для
измерения осевого изгиба и деформации скручивания устройства, измерения осевого
изгиба и деформации, измерения угла качки и наклона устройства и земснаряда в
целом. Все датчики водонепроницаемы.
Кроме того, для измерения скорости потока трезфазной смеси в подъемной трубе
эрлифта был установлен трехэлементный счетчик модели 519 компании «Edo Vestern».
Эрлифтное грунтозаборное устройство под действием собственного веса (6,8 т)
удерживало всасывающий наконечник внизу при движении по дну океана со скоростью
1-3 узла.
Тезфазная смесь, состоящая из воздуха, воды и конкреций, из разгрузочного от¬
верстия эрлифта поступала в сепаратор, выделявший конкреции из воды.
Компания планирует создать надежную гидравлическую Систему для добычи кон¬
креций, построить эрлифтный снаряд с рудовозом, промышленную химическую обра¬
батывающую установку для сортировки металлов в конкрециях и организовать между¬
народный консорциум для финансирования и сбыта. Этот план предусматривает добычу
1 млн. т конкреций в 1974 году и сбыт готового материала на рынке в 1975 году. Для
осуществления этих планов потребуется затратить 150 - 200 млн. долларов.
7.3.23. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД ФИРМЫ «LUDVIG SCHNELL O.H.G. (ФРГ)
Отличительные особенности этого снаряда: сжатый воздух поступает из компрес¬
сора в рабочую головку на нижнем конце вертикального эрлифтного грунтозаборного
устройства определенными регулярными импульсами; воздушно-водогрунтовая смесь
из эрлифта поступает в обезвоживающий барабан, откуда воздух и вода удаляются, а
песок с гравием подаются на ленточный конвейер. Расчетная производительность зем-
снаряда по гравийно-песчаному грунту — 60-80 м /ч [114].
Такой снаряд длительное время работает на гравийном карьере фирмы «Wanner
und Freisleben, Gender Kingen». Фактически он добывает 120 м /ч гравия с глубины
9 - 10 м. Износ по существу отсутствует. Валуны до 200 мм поднимаются без труда.
7.3.24. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД ТИПА «АМДРИЛ» (АНГЛИЯ)
Снаряд сконструирован и серийно изготовляется фирмой «Alluvial Mining and
Schaft Sinking Co Ltd» (Англия). Назначение снаряда — поиск и разведка подводных
месторождений полезных ископаемых на реках и в море.
Эрлифтное грунтозаборное устройство имеет подъемную трубу, состоящую из сек¬
ций длиной 1,83 м и диаметром 152 мм. Секции навинчиваются одна на другую. Мак¬
Глава 7
483
симальный размер твердых частиц в пробе грунта достигает 127 мм. Пробы грунта
поступают в пробоотделитель, который отбирает ее представительную часть для кол¬
лекции.
7.3.25. ЭРЛИФТНЫЕ СНАРЯДЫ С ГРУНТОЗАБОРНЫМ
УСТРОЙСТВОМ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Снаряд для извлечения грунта из-под воды с помощью нагнетательного эрлифта
центральной системы впервые был запатентован в Германии (1889 г.).
Вертикальное эрлифтное грунтозаборное устройство состояло из двух различно
расположенных по высоте независимых труб: воздухопровода и подъемной трубы.
Нижний конец воздухопровода оснащен наконечником, задающим движение воз¬
духу вверх по подъемной трубе.
Воздушно-водогрунтовая смесь, истекая из разгрузочного отверстия подъемной
трубы, ударяется об отражатель. При этом происходит сепарация воздуха, и поток уже
водогрунтовой смеси направляется в бортовые трюмы снаряда.
7.3.26. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «БАДЖ-77» (США)
Представляет собой морскую пероборудованную баржу. Для разрыхления гравий¬
но-песчаного грунта применяется гидравлический разрыхлитель. Вода к его кольцевому
коллектору подается по прорезиненному рукаву 050 мм. Подъемная труба 0 250 мм
[114].
Воздушно-водогрунтовая смесь поступает из разгрузочного отверстия эрлифта на
обогатительную установку снаряда, состоящую из грохота для отсева камней и гравия
22 мм.
На эрлифтном снаряде имеются установки для опреснения воды.
7.3.27. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «БАДЖ 11» (США)
По сравнению спредыдущим снарядом в него были внесены существенные измене¬
ния: увеличен диаметр подъемной трубы с 250 до 300 мм, всасывающее устройство
оснащено наконечником, для контроля за разработкой грунта установлена телевизион¬
ная камера.
7.3.28. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «ДИАМАНТХУС» (США)
Создан на базе самоходного десантного судна длиной 90 м и шириной 15 м.
Эрлифтное грунтозаборное устройство, подвешенное к надпалубному крану, по¬
зволяет добывать гравийно-песчаный грунт с алмазами с глубины до 120 м. Подъемная
труба эрлифта собрана из прорезиненных армированных рукавов длиной 6,1 ми
0456 мм.
7.3.29. ЭРЛИФТНЫЕ СНАРЯДЫ С ГРУНТОЗАБОРНЫМ УСТРОЙСТВОМ
КАМЕРНОЙ СИСТЕМЫ.
Итальянская фирма «S.I.R.S.I» (г. Флоренция) разработала систему эрлифтного
грунтозаборного устройства, которое может быть установлено на берегу, а также на
плавучем корпусе. Это оборудование может применяться для дальнейшего транспорти¬
рования промышленных отходов обогатительных фабрик и использоваться при дноуг¬
лублении или добыче полезных ископаемых на внутренних водоемах и озерах [114].
484
Глава 7
Эрлифтное грунтозаборное устройство «Пневма» включает три основных элемен¬
та: корпус всасывающе-напорного агрегата с тремя цилиндрическими камерами, кото¬
рый опускается с помощью тросса на дно; распределительное устройство для регулиро¬
вания подачи сжатого воздуха в каждую из трех камер и компрессор. Эти три элемента
соединяются между собой гибкими рукавами. Каждая камера агрегата включает впуск¬
ной и выпускной клапаны из абразивостойкой резины, работающие со скоростью 1,3 пе¬
ремещений в минуту. При погружении агрегата под действием противодавления из-за
разницы уровня жидкости вода и увлекаемые ею частицы грунта поступают в одну из
камер, открывая впускной клапан и вытесняя наружу воздух через распределительное
устройство. Затем через него же впускается сжатый воздух, и впускной клапан автома¬
тически закрывается, а жидкость будет вытесняться через этот клапан, после чего весь
цикл работы повторяется.
Наличие трех камер и последовательная работа цилиндров заряжаемых сжатым
воздухом перед окончанием рабочего цикла, обеспечивает непрерывное поступление
водогрунтовой смеси во всасывающее отверстие.
Свободная подвеска зрлифтного грунтозаборного устройства на троссе позволяет
поддерживать постоянный контакт его всасывающего отверстия с грунтом. Агрегат
имеет высокую производительность по грунту при глубине разработки всего в несколько
футов. Большое содержание грунта (до 70%) зависит только от расхода и давления
воздуха, износ в данном случае никакого влияния не оказывает.
Компрессоры на эрлифтом снаряде обычно работает с избыточным давлением
7-8 кГ/см . Скорость потока в эрлифтной системе не превышает 2,5 м/сек.
Даже небольшие эрлифтные снаряды могут вести разработку с большой глубины,
т.к. устройство свободно подвешено на троссе, и глубина выемки не зависит от конст¬
рукции рамы, длина которой определяется размером корпуса снаряда.
7.3.30. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД ПОРТА МОГАДИШО (СОМАЛИ)
Эрлифтное грунтозаборное устройство системы «Пневма» установлено на корпусе
3
бывшей самоходной баржи. Работает от 3-х компрессоров (20 м /мин. каждый) ..Песча¬
ный грунт разрабатывается воронковым способом [114].
7.3.31. ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «ЛЯ СПЕЦИЯ»
Земснаряд представляет собой машину с кормовым расположением эрлифтного
грунтозаборного устройства, оборудованного волочащимся всасывающим наконечни¬
ком, выполненного в виде подгребающего совка. Всасывающий наконечник не только
разрабатывает грунт, но и планирует поверхность разрабатываемой траншеи.
Производительность снаряда по илистому грунту — 141,5 м /ч. Глубина разработ¬
ки — 10,1 м. Для углубления и расчистки горных озер, добычи гравия и строительства
плотин глубина разаботки грунта колебалась от 27,4 до 36,6 м.
Фирма «S.I.R.S.I» разработала впервые в мировой практике конструкции сухопут¬
ных передвижных эрлифтных снарядов.
7.3.32. СУХОПУТНЫЙ ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «МОГАДИШО»
Эрлифтное грунтозаборное устройство подвешено к стреле крана, самостоятельно
передвигающегося вдоль причала порта. Компрессор (8,5 м /мин) установлен на от¬
дельной тележке с пневматическим ходом.
Глава 7
485
2
Производительность снаряда по песчаному грунту — 65 - 72,6 м /ч. Удельный
2
расход воздуха на 1м добытого грунта изменялся от 7,85 до 7,03. Водогрунтовая смесь
транспортировалась с объемной консистенцией 60%.
7.3.33. СУХОПУТНЫЙ ЭРЛИФТНЫЙ СНАРЯД «ВИАРЕДЖИО»
Эрлифтное грунтозаборное устройство подвешено к платформе, установленной на
железеодорожных путях. Сжатый воздух вырабатывается тремя компрессорами
2
(11,6 м /мин. каждый). Песок транспортируется по пульповоду 0178 мм.
Водогрунтовая смесь перемещается с объемной консистенцией 30%. Производи-
2
тельность снаряда — 65 м /ч [114 ].
7.3.34. ЭРЛИФТНО-ЗЕМЛЕСОСНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ Р.Т. ГОФМАНА
В 1949 году Р.Т. Гофман запатентовал в США эрлифтно-землесосный снаряд,
позволивший решить проблему отбора газа перед грунтовым насосом. Газ попадает во
всасывающую трубу вместе с разрабатываемым загазованным грунтом или специально
вводится в нее в виде сжатого воздуха в случае совмещения всасывающей трубы с
подъемной трубой эрлифта. С целью обеспечения нормальной работы грунтового насоса
предложено три типа устройств для отбора газа или воздуха из водогрунтовой смеси
[114].
Эрлифтно-грунтовой снаряд системы Р.Т. Гофмана неэкономичен, т.к. из-за одно¬
временной установки грунтонасоса и компрессора с эжектором равной производитель¬
ности возрастают габариты, вес, мощность и стоимость снаряда. Предложенные устрой¬
ства недостаточно надежны в работе и повышают местные гидравлические
сопротивления в грунтозаборном тракте.
Кроме того, они выделяют только ту часть свободного воздуха, который движется
в верхней части потока воздушно-водогрунтовой смеси. В этом снаряде совершенно не
решаются проблемы снижения износа грунтового насоса и разработки валунных или
засоренных песчано-гравийных месторождений.
7.3.35. ЭРЛИФТНО-ЗЕМЛЕСОСНЫЙ СНАРЯД СИСТЕМЫ В.А. БОСА
В 1950 году В.А. Бос получил в Нидерландах патент на эрлифтно-землесосный
снаряд.
Для увеличения высоты всасывания грунтового насоса по воздуховоду в подъемную
трубу эрлифта подается сжатый воздух. Из этой трубы воздушно-водогрунтовая смесь
поступает в камеру, где воздух, всплывая в воде, скапливается в уловителе, откуда
удаляется по специальной трубе в атмосферу. Одновременно камни откладываются на
дне камеры, а водогрунтовая смесь засасывается грунтовым насосом.
Расположение разгрузочного отверстия подъемной трубы эрлифта под уровнем
водоема предопределяет его работу с противодавлением, которое отрицательно сказы¬
вается на производительности, расходе воздуха и, следовательно, к.п.д. эрлифта.
В производство не внедрялся.
7.3.36. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЗК В УСЛОВИЯХ
ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
Обычные серийно-выпускаемые земснаряды работают сезонно, т.е. при положи¬
тельных и незначительных отрицательных температурах. Сезонность гидромеханиза¬
486
Глава 7
ции является причиной, которая резко снижает технико-экономическую эффектив¬
ность и область применения земснарядов.
При землесосных работах в условиях отрицательных температур возникают сле¬
дующие основные трудности: при разработке забоя в связи с промержением грунта; в
связи с льдообразованием, препятствующим рабочим перемещением земснаряда и пла¬
вучего пульвода; непосредственно на земснаряде; в пульповодных коммуникациях [6,174 ].
При соответствующей сравнительно незначительной подготовки, как показал опыт
эксплуатации ЭЗК, даже в условиях Западной Сибири, где весьма низкие температуры
зимой, возможна круглогодичная работа и вышеприведенные трудности легко преодо¬
леваются.
В зимних условиях ЭЗК должны работать вдали от берега, а тем самым промерзший
грунт не будет влиять на работу комплекса. Но даже и в том случае, если образовавши¬
еся огромные козырьки промороженного грунта обрушатся, они не приведут к механи¬
ческим повреждениям ЭЗК, на что уже обращалось внимание в начале этого раздела.
Поскольку ЭЗК значительное время (несколько месяцев) может работать не пере¬
мещаясь по водоему, то можно не поддерживать майну вокруг корпуса земснаряда и он
может эксплуатироваться даже в том случае если корпус вмерз в образовавшийся лед.
Майна должна поддерживаться только лишь на очень малой площади в месте вертикаль¬
ного перемещения труб эрлифта, что несложно осуществить известными способами.
Например, с помощью специальных вертикальных пропеллерных насосов, которые
служат для перемешивания придонных, более теплых слоев воды с поверхностными.
Возможно также использование теплой охлаждающей воды от компрессоров.
Весьма важным при оценке пригодности забоя для разработки в зимних условиях
является степень засоренности его растительными остатками (топляками) и другими
крупными включениями. Непрерывность работы ЭЗК имеет решающее значение в деле
обеспечения успеха эксплуатации в зимних условиях, засоренность же забоя неизбежно
приведет к многочисленным остановкам для очистки грунтонасоса. Поэтому в подгото¬
вительный период необходимо предполагаемую площадь забоя, разрабатываемую в
зимнее время, по возможности очистить от негабаритных включений.
Уменьшить или даже полностью исключить забивание негабаритными включени¬
ями грунтонасос, можно путем установки профильной решетки с определенным разме¬
ром ячейки, которая монтируется в конце сливной трубы эрлифта (перед сбросом
пульпы в промежуточную емкость). При этом для очистки решетки необходимо крат¬
ковременно отключать только эрлифт (компрессор), а грунтонасос будет работать на
чистой воде.
Непрерывность работы ЭЗК положительно сказывается и на качестве карты намы¬
ва. Меньше будет коржей льда, которые могут вызвать затруднения при транспортиров¬
ке песка с карты намыва к потребителю.
Непосредственно земснаряд необходимо подготовить к работе в зимних условиях:
произвести полное отепление земснаряда, ликвидировав все щели и неплотности в
обстройке; установить электрический калорифер или более надежное и экономичное
водяное отопление; отеплить стены обстройки фанерой, войлоком и др.; установить
термометры. Возможно использование специального греющего кабеля, разработанного
в НПСО «Запсибинжнефтегазстрой» (г. Сургут). Дополнительное оборудование (ком¬
прессорная станция, пусковое и другое электрооборудование, дизельная электростан¬
ция, если она имеется и др.) должно быть надежно укрыто. Как показал опыт успешной
зимней эксплуатации ЭЗК в ТССУ «Юганскинжнефтегазстрой» даже брезентовая па¬
латка давала возможность поддерживать положительную температуру вокруг компрес¬
сора. Возможно также использование теплой охлаждающей воды от компрессоров, если
имеется водяное охлаждение, для обогрева обстройки. Главное условие нормальной
Глава 7
487
эксплуатации пульповодных коммуникаций — это непрерывность работы ЭЗК. А этот
показать для ЭЗК намного выше, чем у обычных земснарядов, о чем было сказано выше,
учитывая особенности работы эрлифгной установки. Кроме того возможен монтаж
специального экономичного греющего кабеля, о котором уже было сказано выше. При¬
меняется также известные способы утепления пульповода: обсыпка снегом толщиной
не менее 1,0 м, намораживание слоя льда толщиной 20...25 см, деревянные коробки с
опилками, особенно в местах установки перекачивающих станций, задвижек и другой
пульповодной арматуры, применение термоактивных смесей и др. Для пульповодов
работающих в зимних условиях должны выполняться известные требования: укладка
без местных понижений, с уклоном в каком-либо одном определенном направлений; в
пониженных участках устанавливаются сливные патрубки, оборудованные быстродей¬
ствующими затворами; сальниковые компенсаторы монтируются примерно через 200 м
и др. [160,161,168].
Следует подчеркнуть еще раз, что непрерывность работы, что характерно для ЭЗК,
является основным и главнейшим фактором, выполнение которого имеет в конечном
счете решающее значение для успеха зимней гидромеханизации. Предложенные кон¬
струкции ЭЗК, как показал многолетний опыт успешной эксплуатации этих комплек¬
сов в условиях суровых зимних месяцев Западной Сибири, прекрасно отвечают приве¬
денным условиям.
7.3.37. ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ЭЗК
И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Перечень наиболее часто встречающихся
или возможных неисправностей
Таблица 7.14
№
п/п
Наименование неис¬
правности, внешнее
проявление и допол¬
нительные признаки
Вероятная
причина
Метод устранения
Примечание
1.
При пуске эрлиф¬
та, после некоторо¬
го излива воды из
воздухоотделител
я, подача его пре¬
кращается, давле¬
ние в воздухопро¬
воде падает до ми¬
нимума
Забита под-
водящая
труба, час¬
тично вса¬
сывающее
устройство,
вследствие
плохой про¬
мывки при
остановке
Герметизировать вы¬
ходной торец подъем¬
ной трубы и подавать
воздух в смеситель
Поднять всас над сло¬
ем грунта и подать во¬
ду в подъемную тру¬
бу. Поднять всас и од¬
новременно подать в
подъемную трубу во¬
ду и сжатый воздух с
помощью гибкого
шланга, удаляя твер¬
дый материал из тру¬
бы.
При выбросе
пробки из подво¬
дящей трубы бу¬
дут прорывы воз¬
духа снаружи
подъемной трубы.
Произойдет из¬
лив пульпы из
подъемной трубы.
2.
При пуске эрлифт
не развивает необ¬
ходимой подачи,
давления в возду¬
хопроводе близко
или выше рабочего
Частично
забит сме¬
ситель, воз¬
духопровод
или подъем¬
ная труба
Производить подачу
сжатого воздуха в
смеситель порциями,
Приподнять смеси¬
тель и устранить за¬
бутовку, подавая во¬
ду в подъемную трубу
Колонна труб эр¬
лифта будет коле¬
баться
488
Глава 7
Продолжение табл. 7.14
N°
п/п
Наименование неис¬
правности, внешнее
проявление и допол¬
нительные признаки
Вероятная
причина
Метод устранения
Примечание
3.
При работе эрлиф¬
та уменьшается по¬
дача пульпы
Произошел
прорыв
фланцевой
прокладки.
Частично
забит всас
корневищ¬
ем, валуном
идр
Выявить неисправ¬
ную прокладку и за¬
менить ее.
Приподнять колонну
труб эрлифта из слоя
грунта, остановить
компрессор и подать
чистую воду в подъ¬
емную трубу,
Переставить эрлифт
в другой забой.
В подъемную трубу,
вплоть до колена воз¬
духоотделителя, по¬
пал посторонний
предмет (ствол дере¬
ва и др.)
Проывы воздуха
вокруг эрлифта
Остановить эр¬
лифт и удалить
этот предмет
4.
При пуске и даль¬
нейшей эксплуата¬
ции эрлифт работа¬
ет в пульсирующем
(неточном) режиме
(подача пульпы
уменьшена)
Уменьшена
подача сжа¬
того воздуха
компрессо¬
ром
Значительные утеч¬
ки сжатого воздуха
через соединитель¬
ные фланцы и др. ме¬
ста.
Проверить произво¬
дительность (подачу)
компрессора.
Устранить утечки
воздуха.
5.
При работе эрлиф¬
та прекращается
подача пульпы
Произошел
внезапный
обвал
разрабаты
в а е м о г о
грунта и за¬
сыпан пол¬
ностью всас
(корневищ
ем, валуном
и др, круп-
ногабарит
ными пред¬
метами и
грунтом)
Извлечь всасываю¬
щее устройство из под
слоя завала, произве¬
сти промывку всаса и
труб и осуществить
повторный запуск эр¬
лифта.
Вытолкнуть метал¬
лическим прутом че¬
рез люк в воздухоот¬
делителе застрявший
предмет.
6.
При запуске эр¬
лифта давление
воздуха достигает
максимального
значения и подача
пульпы отсутствует
Забит грун¬
том возду¬
ховод, вса¬
сывающее
устройство
и частично
подъемная
труба, т.к.
не было про¬
мывки при
остановке
Приподнять всас над
грунтом, подать од¬
новременно воду и
сжатый воздух в
подъемную трубу, а
затем в воздуховод
Произойдет из¬
лив пульпы из
подъемной трубы
и воздуховода
Глава 7
489
7.3.38. ВЫВОДЫ
1. Для добычи песка и песчано-гравийных смесей, а также других твердых веществ
используют эрлифтные грунтозаборные устройства параллельной, центральной и ка¬
мерной систем, но предпочтение отдается эрлифтному грунтозаборному устройству
параллельной ситемы. Объясняется это тем, что воздухопровод, располагаясь снаружи
и параллельно подъемной трубе, не стесняет ее поперечное сечение, и,следовательно,
не оказывает дополнительного сопротивления перемещению смеси.
2. Интенсивный отрыв частиц грунта от дна разрабатываемого забоя позволяет
эрлифту транспортировать гидросмесь чрезвычайно высокой концентрации (на илах до
80%, на песке до 70% и на гравийно-песчаном грунте с валунами до 50%). И все же
снаряды с эрлифтным грунтозаборным устройством, так же как и землесосные, нужда¬
ются в эффективном рахрыхлительном устройстве для разработки песчано-гравийных
грунтов. В настоящее время используются гидравлические разрыхлители.
3. Работа эрлифта в вертикальном положении более экономична, чем в наклонном.
4. У эрлифтных снарядов, с целью повышения производительности, коэффициент
использования по времени (Кв) и к.п.д. количество вертикальных эрлифтов небольшого
диаметра колеблется от 1 до 6. В производстве нерудных строительных материалов
используются эрлифты диаметром от 100 до 530 мм.
5. Пропускная способность эрлифта параллельной системы в отношении размера
валунов и камней достигает величины 0,94 диаметра его подъемной трубы.
6. Благодаря простоте конструкции и высокой эксплуатационной надежности эр¬
лифта, коэффициент использования эрлифтных снарядов по времени при разработке
песчано-гравийных грунтов крайне высок и достигает 0,85 - 0,9, что в 1,6 - 1,7 раза
выше, чем у существующих землесосных снарядов.
7. Транспортировать песчаные и песчано-гравийные материалы по трубкам на
большие расстояния эрлифтами параллельной и центральной систем нецелесообразно,
т.к. это вызывает расслоение потока смеси из-за большого содержания в нем воздуха.
8. Глубина разработки грунта практически неограничена, реально освоены глуби¬
ны до 120 м.
9. Эрлифтные снаряды находят все более мировое применение в зарубежной пра-
тике для поиска, разведки и разработки россыпных месторождений полезных ископае¬
мых, добычи из-под воды, в том числе песчаных и песчано-гравийных материалов, а
также для производства строительных работ, обеспечивая при этом высокие технико¬
экономические и эксплуатационные показатели.
10. Земснаряды с эрлифтными грунтозаборными устройствами должны найти ши¬
рокое применение в СССР для добычи песчаных и гравийно-песчаных материалов с
глубин более 15 м при значительном содержании гравия и валунов при небольших
расстояниях транспортирования и отводе материала другими транспортными средства¬
ми.
11. Конструкция земснарядов с эрлифтными грунтозаборными устройствами и
технология добычи с их помощью будут совершенствоваться, что повысит их эффектив¬
ность и расширит область применения.
12. В каждом отдельном случае должен быть обоснован выбор типа земснаряда и
вида транспорта в зависимости от геологических, технических и других факторов.
490
Глава 7
7.4. ЭРЛИФТЫ ПРИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧЕ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
7.4.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Представляют особый интерес геотехнологические методы добычи полезных иско¬
паемых, которые обеспечивают безлюдную, а в дальнейшем и безмашинную техноло¬
гию добычи, исключают всякое присутствие человека в забое, улучшают экономиче¬
ские разработки месторождения и, что самое главное, несут социальный прогресс, т.е.
позволяют создать новый тип производства, изменяющий характер труда человека [5 ].
Можно утверждать, что в горном деле в связи и с большим перманентным изменением
условий разработки наиболее рациональны самоуправляющиеся технологические про¬
цессы с автоматическим регулированием, т.е. такие процессы добычи, которые метут
самонастраиваться на оптимальный режим работы. В полной мере вышеуказанным требо¬
ваниям отвечает скважинная гидродобыча (СГД) твердых полезных ископаемых [6 ].
В технологии СГД основные операции (разрушение массива, доставка полезного
ископаемого, его подъем и транспортирование до карты намыва или обогатительной
фабрики) производятся с помощью воды. Это позволяет легко осуществить практически
полную автоматизацию производственного процесса добычи, обеспечивает безопасные,
комфортные условия труда и высокие технико-экономические показатели производства
[7... 10,15,169... 172]. Значительная часть данного раздела написана на основе богатого
опыта ГИГХС [6 ].
Скважинная гидродобыча (СГД) — метод подземной добычи твердых ископаемых,
основанный на приведении руды на месте залегания в подвижное состояние путем
гидромеханического воздействия и выдачи ее в виде гидросмеси на поверхность.
СГД — один из геотехнологических методов добычи — наиболее эффективен для
разработки месторождений рыхлых, слабосцементированных руд. Добыча полезного
ископаемого ведется через специально оборудованные и подготовленные скважины,
причем добычная скважина является вскрывающей, подготовительной и нарезной вы¬
работкой, из которой ведется очистная выемка руды. Способы разрушения массива руды
в основном зависит от его прочности. Отрыв частиц рыхлых и слабосцементированных
проницаемых руд можно осуществлять созданием фильтрационного потока с необходи¬
мой величиной гидравлического градиента в пласте. Наиболее целесообразно разру¬
шать связные породы гидромониторной струей воды. Интенсификация процесса разру¬
шения возможна воздействием вибрации, взрыва, химического или
микробиологического разложения цементирующего вещества. Разрушенная горная
масса доставляется к всасывающему устройству самотечными потоками (при достаточ¬
ном уклоне подошвы камеры) или напорными потоками воды. Выдача гидросмеси на
поверхность осуществляется с помощью эрлифта (гидроэлеватора, погружного земле¬
соса или созданием противодавления нагнетаемой в залежь воды или воздуха). Управ¬
ление процессом добычи осуществляется с поверхности путем изменения расхода и
давления рабочих агентов (воды, воздуха и др.), а также мест воздействия рабочего
агента.
В изобретениях ГИГХСа предлагается комплекс скважинного гидродобычного обо¬
рудования для добычи фосфоритной руды в затопленной камере, состоящего из гидро¬
монитора и эрлифта. Скважинный гидромонитор выполнен с телескопическим стволом
и головкой. Конструкция сочленения звеньев телескопического ствола позволяет рабо¬
тать в абразивной среде без заклинивания. В качестве струеформирующего механизма
разработана гидромониторная головка, имеющая насадки (центральную врубовую,
боковую отбойную и транспортирующую, направленную в сторону всаса эрлифта. При
Глава 7
491
разработке сильнообводненного месторождения для выдачи руды на поверхность пред¬
лагается применять эрлифт центрального типа с автоматической форсункой (смесите¬
лем) . Щели форсунки открываются только во время подачи воздуха, что предотвращает
из забивку песком.
7.4.2. СКВАЖИННОЕ ГИДРОДОБЫЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
ДОБЫЧИ РУДЫ.
Основные требования к конструкции скважинного гидродобычного оборудования
обусловлены следующими специфическими условиями СГД: эксплуатация осуществ¬
ляется в условиях подземной камеры при отсутствии визуального контроля за его
состоянием и результатами работы; подача оборудования в камеру происходит через
добычные скважины, сечения которых по экономическим соображениям должны быть
минимальными; конструкции во многом определяются тем, в какой среде они работают
(в затопленной или воздушной).
Ниже приведены некоторые конструкции СГД комплексов их описания, основные
технические параметры и технология добычи руды.
На основе проведенных исследований ГИГХС был разработан эрлифт (рис. 7.27) с
центральной форсункой и соосно расположенными трубами воздуха и воды (для размы¬
ва руды при опускании эрлифта).
Промышленная эксплуатация эрлифта данной конструкции показала его надеж¬
ную работу и соответствие требованиям скважинной гидродобычи.
Для разработки мощных рудных залежей, залегающих на небольшой глубине,
разработан и испытан гидромонитор со сменными стволами 1,2; 2,5 и 3,5 м, снабженны¬
ми разрушающей и транспортирующими насадками, направленными в сторону всаса
(рис. 7.28). Для этой конструкции гидромонитора не требуется тросовая система управ¬
ления. Однако для смены ствола необходим подъем гидромонитора из скважины.
Рассмотренное выше скважинное оборудование предусматривает работу в двух
скважинах.
Для уменьшения объема буровых работ были разработаны конструкции совмещен¬
ного оборудования, позволяющего вести добычу через одну скважину. На рис. 7.29
представлено совмещенное оборудование для работы в затопленном забое. Телескопи¬
ческий гидромонитор расположен внутри эрлифта, причем подъемная труба играет роль
дополнительной трубы гидромонитора для вывода телескопического ствола из верти¬
кального положения в горизонтальное и обратно. Поворотное колено для улучшения
условий работы тросов выполнено с блочной системой.
В совмещенном оборудовании несколько ухудшены условия всасывания гидросме¬
си эрлифтом. На рис. 7.30 изображено оборудование, которое обеспечивает доставку
гидросмеси от забоя до всаса эрлифта струйным насосом. Однозвенный ствол помеща¬
ется внутри трубы струйного насоса. С помощью струи из задней насадки гидромони¬
торной головки гидросмесь эжектируется и подается в зону всасывания эрлифта. В
другой конструкции совмещенного оборудования зона всасывания увеличивается за
счет применения гибкого всаса (рис. 7.31). Гибкий всас подсоединяется к нижнему
концу пульповыдачной трубы и подается на забой с помощью тросовой системы. Другим
вариантом исполнения гибкого всаса является эрлифт с трубным наконечником, гибко
соединенным с вертикальным ставом (рис. 7.32) и с телескопическим всасом конструк¬
ции МГРИ [15].
На рис. 7.33 показано совмещенное оборудование для ведения добычи через две
скважины, расположенные на удалении друг от друга. В различные моменты времени
оборудование работает как гидромонитор или как эрлифт. При подаче воды работает
492
Глава 7
Рис. 7.27. Эрлифт с центральной форсункой:
1 — насадка; 2 — форсунка; 3,4,5 — водная, воздушная, пулыювыдачная тру¬
бы; б — телескопический слив; 7 — воздухоотделитель; 8 — отбойные тарелки.
Глава 7
493
1
1
i Рис. 7.28. Гидромонитор со сменными стволами:
X колено; 2 фонарь; 3 — поворотный механизм; 4 —став; 5 — шар¬
нирный водовод; 6,7,8, — сменные стволы; 9 — вспомогательная труба.
494
Глава 7
Рис. 7.29. Односкважное совмещенное оборудование:
1 — головка; 2 — телескопический ствол; 3 — колено; 4 — фонарь; 5 — поворот¬
ный механизм; б — воздухоотделитель; 7 — устойство ввода тросов управления в
став; 8—лебедка.
Глава?
495
10
Рис. 7.30. Совмещенное скважинное оборудование со стуруйным насосом во всасе:
1 — головка; 2 —сруйный насос; 3 —тяга; 4 — поворотное колено;
5 — пульповыдачная труба; 6 — фонарь; 7 — поворотный механизм;
8 — телескопический слив; 9 — лебедка; 10 — водная труба;
11 — воздушная труба.
496
Глава 7
Рис. 7.31. Совмещенное оборудование с гибким всасом:
1 — воздухоотделитель; 2 —лебедка; 3 —тяга; 4 — поворотное калено; 5 —
поворотный механизм; 6 — хомут; 7 — пульповьщачная труба; 8 — водовод;
9 — воздуховод; 10,11,12 — соответственно пульповыдачной, водный и воз¬
душный шланга; 13 — форсунка, 14 — крепление шлангов к трубам; 15 — трос;
16 — кольца; 17 — всасывающий наконечник; 18 — головка.
Глава 7
497
Рис. 7.32. Совмещенное скважинное оборудование с отклоняющимся
всасывающим наконечником:
1,2,3 — соответственно пулыювыдачная, водная и воздушная трубы; 4 —гиб¬
кое соединение; 5 —труба — наконечник; 6 — форсунка; 7 —ствол гидромони¬
тора; 8 — насадка; 9 — ролик; 10 —пружина; 11 — шарнир — толкатель.
498
Глава 7
Рис. 7.33. Двухтрубное совмещенное скважинное оборудование:
1 — воздухоотделитель; 2,3 — пулыювыдачная (или водная) и воздушная
трубы; 4 —форсунка; 5 — насадки; 6 — прокладка; 7 —шарниры;
8 — шибер; 9 — прокладка; 10 — упор.
Глава 7
499
гидромонитор. При подаче сжатого воздуха в результате всасывания шиберы открыва¬
ются, одновременно закрываются насадки, и оборудование работает как эрлифт.
Для перевозки скважинного оборудования от одной добычной скважины к другой,
подъема и спуска их по скважине разработан подъемно-транспортный агрегат в двух
вариантах: передвижной санного типа и самоходный на базе гусеничного хода электри¬
ческого крана (рис. 7.34).
Самоходный агрегат смонтирован на гусеничной базе погрузочного крана, изготов¬
ленной в болотном исполнении.
Техническая характеристика самоходного гидродобычного агрегата
Производительность
— по руде, т/ч 40-80
— по гидросмеси, м /ч 250
Грузоподъемность рабочей стрелы, т 6
Грузоподъемность механизма кантовки стрелы, т 25
Высота стрелы, м 26
Максимальная глубина отработки скважины, м 25
Скорости подъема и опускания
рабочих органов, м/мин 3
Удельное давление на грунт, кгс/см 2 0,23
Скорость передвижения агрегата, м/мин 12
Установленная мощность электродвигателя, кВт 186
Транспортирование добытой руды землесосом .... 8ГрТ-8
Габариты агрегата (в рабочем положении), м:
длина 10
ширина 5,6
высота 32,5
высота в транспортном положении 4,5
Общая масса агрегата, т 38
Передвижение на гусеничном ходу погрузочного крана ПК-ЗМ
Самоходный агрегат конструкции ГИГХСа-ВНИПИИСтромсырья эксплуатирует¬
ся на участке скважинной гидродобычи Кингисеппского производственного объедине¬
ния «Фосфорит» и показал хорошую работоспособность.
Для подготовки этого гидродобычного агрегата (ГДА) к работе гидромонитор и
эрлифт выкладываются параллельно на поверхности на шпалах на расстоянии, равном
расстоянию между осями кареток. При опущенной стреле Г ДА они соединяются зажи¬
мами кареток. Верхние каретки зацепляются крюками соответствующих лебедок. Про¬
изводится подъем стрелы с эрлифтом и гидромонитором. Управление стрелой произво¬
дится из выносного кнопочного пульпа управления. После подъема стрелы в
вертикальное положение падающая стрела закрепляется в вилках регулируемых опор,
установленных на платформе. ГДА подъезжает к скважинам так, чтобы эрлифт и
гидромонитор точно отцентровались по своим скважинам. Эрлифт и гидромонитор
опускают в скважины. Дополнительная центровка производится путем поворота плат¬
формы. После этого зумпф землесосной установки точно устанавливается под сливом
эрлифта и производятся все операции по его включению в работу, т.е. он подключается
к сети электроэнергии и пульповоду, к нему подается вода для разжижения гидросмеси
во всасе и на гидроотжим.
500
Глава 7
15 Ш
Р«с. 7.34. Самоходный гидродобычной агрегат:
1 — гусеничный ход; I —коб««й, 3 —стреловая система; 4 —землесос;
5 —гидромонитор; 6, 7 — шарнирные водоводы; 8 — воздуховод;
9 —эрлифт; 10 — каретки; 11 — винтовые опоры.
Глава 7
501
При подходе эрлифта и гидромонитора к забою скважин их подключают к водоводу
и магистрали сжатого воздуха. После этого начинается добыча фосфоритной руды.
По окончании добычи эрлифт и гидромонитор поднимают из скважины, ГДА и
землесос отсоединяют от магистралей и производится их перестановка на очередные
скважины.
Для добычи с глубин более 25 м в настоящее время разработан самоходный гидро¬
добычной агрегат с секционным скважинным оборудованием. Параметры секционного
гидромонитора такие же, как и у предыдущих. Длина секций определяется глубиной
добычи. Подъемно-транспортная часть позволяет секционировать до 100 м.
Второй опытный участок скважинной гидродобычи был оборудован насосной стан¬
цией, состоящей из двух насосов ЦНС, компрессором РСК, магистральными трубопро¬
водами для воды и сжатого воздуха, гидродобычным агрегатом, землесосной установкой
8Грт-8Т, пульпопроводом и картой намыва.
Основная цель работ — отработка технологии добычи фосфоритной руды через
скважину в затопленной среде. При этом решались задачи по оценке работоспособности
гидромонитора с внутренним расположением тросов, изучению показателей добычи и
оценке потерь руды при скважинной гидродобыче; определялся вещественный и грану¬
лометрический состав руды, добытой способом СГД.
Пласт руды мощностью 2,5 - 2,8 м имел прослойку доломитизированного песчани¬
ка мощностью от нескольких сантиметров до 0,2 - 0,5 м.
Добыча фосфоритной руды велась гидродобычным агрегатом, состоящим из подъ-
мно-транспортной части на санном основании, гидромонитора и эрлифта. Был приме¬
нен гидромонитор улучшенной конструкции, в котором трос управления расположен
внутри вертикального водовода и телескопического ствола, а узел вывода ствола в
горизонтальное положение выполнен в виде шарнирной системы.
На участке были отработаны четыре камеры через спаренные скважины, устья
которых до известняков были обсажены трубой диаметром 320 мм, а затрубное про¬
странство зацементировано. Расстояние между скважинами в паре составляет 0,8 м,
сетка расположения парных скважин 20*20 м.
Добыча производилась подрезкой пласта по почве, сложенной наиболее рыхлыми
мелко- и среднезернистыми разновидностями фосфоритной руды. Первая подрезная
выработка производилась в непосредственной близости от эрлифта на полную длину
телескопического ствола, равную 5,5 м. Угол между соседними заходками изменялся от
10 до 30° и составлял в среднем 15°. При подаче гидромониторной головки с тремя
насадками диаметром по 15 мм на забой давление воды составляло 1,2 МПа, а при подаче
назад, в сторону всаса эрлифта, снижалось до 0,7 МПа. Время выемки руды из одной
заходки составляло в среднем 30 мин, а всей камеры 16 - 24 ч без учета аварийных
остановок процесса.
Добыча из камеры определялась путем измерения ее размеров с помощью телеско¬
пического ствола и составляла 350 - 450 т.
В камере оставлялись неразрушенные участки пласта, сложенные в основном кон¬
креционным песчаником. Кроме того опыты показали, что в почве камеры ниже уровня
телескопического ствола остается руда, которая также является источником техноло¬
гических потерь.
При опытных работах скважинным гидромонитором с внутренним расположением
тросов управления разрабатывались камеры радиусом 6 - 7 м, что обеспечивало добычу
около 320 - 450 т руды за 20 - 25 ч. Шарнирная система с жесткой тягой давала
возможность быстро выводить телескопический ствол в горизонтальное положение и
обратно, а расположение тросов управления внутри гидромонитора предохраняло их от
гидроабразивного износа.
502
Глава 7
Производительность эрлифта центрального типа с автоматической форсункой по
твердому составляла около 50 т/ч. Наличие насадки давало возможность образовывать
с помощью струи в пласте скважину для спуска эрлифта до почвы пласта и разжижать
гидросмесь во всасе для предотвращения его забивки. Автоматическая форсунка пред¬
отвращала забивку ее щели при отсутствии подачи воздуха.
Подъемно-транспортная часть агрегата в несамоходном исполнении обеспечивает
полную механизацию добычных работ. Удельное давление агрегата на грунт не превы¬
шает 0,025 МПа, что дает возможность применять такой агрегат на болотистой местно¬
сти.
Добыча руды в камере путем подрезки пласта по почве, сложенной наиболее
рыхлыми разновидностями, с последующим обрушением вышележащих слоев наиболее
оптимальна.
В результате наблюдения за поверхностью установлено, что при отработке пласта
одиночными камерами оседания практически не происходит. При опытных работах
получен небольшой коэффициент технологического извлечения, что обусловлено поте¬
рями руды на почве камеры и в целиках между заходками. Это указывает на необходи¬
мость совершенствования процесса доставки разрушенной руды к всасу выданного ме¬
ханизма и определения оптимального угла между заходками при различной их ширине.
Здесь возможны два пути: совершенствование конструкции механизма доставки руды
и изыскание новых способов технологии отработки камер. Перспективна отработка
камеры попутным забоем, при которой операции по гидравлическому разрушению и
доставке совмещаются во времени и направлении. Большие резервы СГД заложены в
уменьшении потерь руды в целиках между камерами при разработке без оставления
целиков в отступающем порядке. Опыт показал немаловажность уменьшения стоимо¬
сти буровых работ, а для этого перспективно применение станков шарошечного бурения
типа СБШ, приспособленных к работе в сильнообводненных породах.
Проведенные опыты показали надежную работу разработанного оборудования
(гидромонитор, эрлифт и подъемно-транспортная часть), которое удовлетворяет усло¬
виям Кингисеппского месторождения и может обеспечить производительность сква¬
жинной гидродобычи около 50 т/ч. Невысокий технологический коэффициент извлече¬
ния обусловлен несовершенной доставкой руды к всасу выданного механизма. Снизить
потери полезного ископаемого можно путем отработки камеры попутным забоем.
Проведенное комплексное исследование технологии и оборудования на опытном
участке позволило перейти к крупной промышленной проверке метода. Последний этап
выполнен по завершении строительства на южном участке Кингисеппского месторож¬
дения цеха скважинной гидродобычи мощностью 100 тыс. т руды в год (рис. 7.35).
Вскрытию месторождения предшествовала расчистка участка от леса и кустарников.
Эксплуатационная разведка по сетке 100x100 была выполнена с взятием керна руды и
фиксации прочных пропластов, их мощности и места расположения. Добычные сква¬
жины по сетке 20x20, 20x16, 16x16 м бурились диаметром 400 мм по четвертичным
породам и обсаживались трубой. По крепким известнякам скважины бурились диамет¬
ром 320 - 350 мм без обсадки. Каждая скважина в процессе забуривалась на 1- 1,5 м в
подстилающие породы.
Проходкой дренажной канавы сечением 2x3 м по периметру была осушена повер¬
хность участка, после чего были проложены подъездные дороги, линии электроснабже¬
ния, участковые и магистральные трубопроводы для подачи воды (диаметром 400 мм),
воздуха (диаметром 200 мм) и отвода гидросмеси на карту намыва (две нитки диамет¬
рами 220 мм).
Водоснабжение цеха осуществляется из приемного бассейна напорными насосами
типа 8МС (давление 2,4 и 3,6 МПа), которые подают воду в добычные камеры на размыв
Глава 7
503
Рис. 7.35. Схема цеха СГД на Кингисеппском производственном
объединении “Фосфорит”:
1 — насосная станция (8МС-7*4 — 4шт., 8МС-7*6 — 2 шт.); 2 —
компрессорная станция (ВП-20/8 — 4 шт.); 3 — трансформаторная подстан¬
ция 6/0,33 и щиты управления; 4 — водовод (р0ш 2,4 - 3,6 МПа, Qo=580-l 160
м /ч); 5—воздухопорвод tyOb~0,8 МПа, F<>*80 м /мин); 6 — пульпопровод
о
(р0 - 0,41 МПа,бо - 684 м /ч, две нитки); 7 — добычные скважины; 8
— карта намыва; 9 — водоприемный бассейн; 10 — подпиточные водозабо-
ные скважины (ЭЦВ—В—40—65—2 шт.); 11 —добычные агрегаты (4 шт.);
12 — землесосная станция (8ГК—8Т—4 шт.); 13 и 14 —соответственно
добычной и подготовительный блоки; 15 — буровой станок (УРБ—ЗАМ—4 .
шт.); 16 — трубоукладчик (Т— 100МБ—1 шт.); 17 — слив пульпы на карту
намыва; 18 — ковшовый экскаватор (ЭКГ—4, 6—1 шт.)
руды: гидросмесь поступает на карту намыва, откуда вода перепускается в водоприем¬
ный бассейн. Таким образом, осуществляется оборотная схема водоснабжения. Воспол¬
нение потерь происходит за счет атмосферных осадков и подпитки артезианской водой
3
(80 м /ч), используемой для охлаждения поршневых компрессоров. Воздухоснабже-
ние эрлифтов осуществляется поршневыми компрессорами. Насосная, компрессорная
и трансформаторная станции сблокированы для удобства эксплуатации в одном здании.
Гидродобычное оборудование. Для разрушения руды и доставки применяются
скважинные гидромониторы с телескопическим стволом с вращающейся головкой, с
невращающейся головкой и со сменными стволами. Для выдачи руды на поверхность
применяется эрлифт с центральной подпружиненной форсункой и с вихревым диспер¬
гатором сжатого воздуха.
Подъемно-транспортная часть гидродобычного агрегата (ГДА) выполнена на ходо¬
вой части электрических погрузочных кранов ПК-2 и ПК-ЗМ в болотном исполнении,
она обеспечивает удельную нагрузку на грунт не более 0,018 - 0,022 МПа.
Технология очистной выемки состояла в следующем. В соответствующие скважины
опускались гидромонитор и эрлифт. Подачей воды под давлением 5-1 МПа и сжатого
воздуха под давлением 0,2 МПа производилась чистка скважин. Эрлифт опускался в
перебур на глубину 1 - 1,5 м. Когда ствол гидромонитора подходил к почве пласта,
504
Глава 7
последний приподнимался на 0,5 - 1 м, ствол отклонялся от вертикали на угол 15 - 30°
и производился круговой размыв руды вращением вертикального става гидромонитора.
В результате этой операции образовывалась предварительная камера для вывода теле¬
скопического ствола в горизонтальное положение. После этого ствол опускался в гори¬
зонтальном положении до почвы пласта, не доходя на 0,2 - 0,3 м. Затем начиналась
собственно добыча руды. Для этого подавалась вода на гидромонитор под давлением
1,5 - 2,5 МПа и отпускался трос телескопического ствола. Причем звенья ствола выдви¬
гались вперед, а струи насадок головки разрушали руду и смывали ее к всасу эрлифта.
Суть технологии выемки с применением телескопического гидромонитора заклю¬
чалась в подрезке пласта по почве секторными заходками, которые образуются при
выдвижении ствола с насадками вперед, с последующим обрушением верхних слоев
руды и смыве ее ко всасу эрлифта. После проходки двух-трех секторов верхние слои
сами обрушатся, при этом руда практически полностью разрушается на мелкие фрак¬
ции (рис. 7.36). Диаметр подрезной заходки достигал 1,6-1,8 м, а длина заходки равня¬
лась длине телескопического ствола плюс расстояние разрушения от стационарного
положения насадки (2 - 3 м). После кругового размыва камеры производилась зачистка
почвы камеры, для чего собирался телескопический ствол, и струя транспортирующей
насадки смывала разрушенную руду с почвы в сторону эрлифта.
Результаты испытания показали, что при работе одного насоса типа 8МС (Q0 =
= 290 м 3/ч, ро = 2,4 МПа) на один гидродобычный агрегат максимальный диаметр
насадки должен быть равен 40 -4- 50 мм.
Рис. 7.36. Технология выемки руды телескопическим гидромонитором:
:а — спуск в скважину гидромонитора и эрлифта; б — разрушение пласта и спуск
гидромонитора и эрлифта до подошвы; в — вывод телескопического ствола в горизон¬
тальное положение; г — подрезка пласта секторными заходками; д — обрушение под¬
резанного пласта на подошву и смыв.
Глава 7
505
При отработке камеры гидромонитором со сменными стволами подготовка предва¬
рительной камеры ведется таким же образом, как и в предыдущем случае. Однако
круговой размыв для подрезки пласта и доставки руды осуществлялся после установки
следующего, более длинного ствола.
Особенность работы эрлифта при технологии добычи с обрушением руды заключа¬
лась в том, что обрушавшаяся руда заваливала всас и иногда закупоривала его. Для
предотвращения этого во всас эрлифта подавалась вода под давлением 0,5 - 1 МПа.
Подача воды, кроме того, позволяла разрушать накопившиеся в зоне всаса эрлифта
крупные куски.
Транспортирование руды на поверхности на карту намыва осуществлялось грязе-
а
выми насосами типа 8Гру - 8Т (Q0 = 346 м /ч,р0 = 0,4 МПа). Каждый землесос имел
свою нитку пульповода от агрегата до карты. По мере удаления карты от добычных
агрегатов устанавливались землесосы второго подъема.
Укладка руды на карте намыва производилась безэстакадным способом, т.е. слив
пульповода наращивался по мере укладки. Руда до обогатительной фабрики транспор¬
тировалась самосвалами.
Через месяц после пуска цех СГД достиг проектных показателей.
Показатели скважинной гидродобычи фосфоритной руды
Проектные Фактически
достигнутые
Объем добычи, тыс. т/ГДА, шт.
100,0/4
(1975 г.)
50,0/1
(1976 г.)
84,0/1
Производительность, т:
месячная
4167,0
18670,0
19000,0
часовая.
50,0
77,0
85,0
Чистое время отработки камеры, ч
16,0
13,0
15,0
Объем добычи из камеры, т
800,0
882,0
900,0
Удельный расход, м /т:
воды
8,0
460
5,0
воздуха
25,0
21,0
20,0
Контроль отработки камер осложняется отсутствием специального измерительного
прибора для постоянного определения размеров образовавшейся подземной выработки.
После отработки была проведена съемка камер ультразвуковым гидролокатором Луч-4.
В общей сложности была проведена гидролокация 25 отработанных камер, на
основании которой установлено, что форма камеры неправильная. Радиус камеры ко¬
леблется от 2,5 до 9 м и более, максимальная площадь обнажения кровли составляет
2
200 м ; имеются неразрушенные секторы в камере, что объясняется отсутствием опе¬
ративного контроля формы камер. Кроме того, имеются потери разрушенной руды на
почве камеры из-за несовершенной технологии доставки при добыче встречным забоем,
а также из-за отсутствия оперативного контроля.
Подсчет потерь руды показывает, что они зависят от сетки расположения скважин
и с увеличением расстояния между ними создается тенденция увеличения потерь,
особенно в целиках и на почве камеры. Коэффициент извлечения в среднем составляет
45 - 60%. Разубоживание руды здесь обусловлено в основном подработкой подстилаю¬
щих пород и доходит до 0,15.
Последние исследования показали, что применением технологии добычи попут¬
ным забоем, сближением сетки скважин и упорядочением размеров целиков, а также
506
Глава 7
применением гидролокатора для оперативного контроля за формой камер извлечение
может быть доведено до 75-80%.
Хронометраж распределения затрат времени по операциям
Общее время отработки камеры, часы/проценты 34,2/100 32,0/100
в том числе:
время непосредственной добычи 13/38 16/50
переезд и монтаж 4,5/12 16/50
смена ствола 0,8/2,5 —
текущий ремонт и простои 15,9/47,5 —
Наблюдения за сдвижением поверхности и кровли камеры велись путем маркшей¬
дерской съемки реперов наблюдательной станции, заложенной с начала пуска цеха СГД
в эксплуатацию.
Всего за два года работы было проведено 22 цикла измерений, которыми установ¬
лены колебания вертикальных отметок на участке в пределах от 4 до 25 мм. Анализируя
пределы колебания величин отметок от одного измерения к другому, можно сделать
вывод, что практически оседания поверхности блока месторождения площадью около
2
10 тыс. м не произошло.
Наблюдения в течение двух лет за состоянием кровли камер показали, что обру¬
шения в основном происходят вокруг добычных скважин и к настоящему времени
достигают высоты 2,5 м.
7.4.3. СКВАЖИННЫЙ ЭРЛИФТНО-ЗЕМЛЕСОСНЫЙ КОМПЛЕКС
В ДПИ на основе собственного опыта по созданию и внедрению эрлифтно-земсна-
рядных комплексов по добыче песка в Западной Сибири [160, 161, 171], в том числе и
из-под значительного слоя пустых пород, а также опыта ГИГХС [5...10, 169...172 ] и др.
был создан скважинный эрлифтно-землесосный комплекс (ЭЗКС), гидравлическая схе¬
ма которого представлена на рис. 7.37.
Состав комплекса:
1 — компрессор (поршневой или винтовой) с дизельным или электрическим при¬
водом;
2 — воздухоподающий трубопровод;
3 — задвижка воздухопровода;
4 — задвижка на водоводе;
5 — периферийный водоподводящий трубопровод размыва песка;
6 — обводной трубопровод подачи чистой воды в воздухоподающий 2 и подъемный
17 трубопроводы;
7 — воздухоотделитель эрлифта;
8 — задвижка обводного трубопровода;
9, 10 — задвижки на водоводах;
11 — насос оборотного водоснабжения (подача воды в обсадную трубу);
12 — насос размыва грунта;
13 — пульповод;
14 — грунтонасос;
15 — нагнетательный трубопровод грунтонасоса;
16 — центральный трубопровод размыва песка;
17 — подъемный трубопровод эрлифта;
18 — подающий трубопровод (хвостовик) эрлифта с продольными окнами;
19 — гидромониторы.
Глава 7
507
''б
л
19 18'
-16
-17
Г\
19
/
19
Рис. 7.37. Гидравлическая схема скважинного
эрлифтно—землесосного комплекса (ЭЗКС) по
использованию глубинного песка.
Работа комплекса. Сжатый
воздух, нагнетательный компрессо¬
ром 1, по воздухопроводу 2 через
открытую задвижку 3 поступает в
подъемную трубу 17 эрлифта и, ув-1
лекая, благодаря созданному пере-- ‘
паду давления, пульпу (воду и твер¬
дый материал) через подающий
трубопровод 18, имеющий соответ¬
ствующие пульпоподающие окна,
поступает в воздухоотделитель 7,
где происходит выделение воздуха
из гидросмеси (воды, воздуха и
твердого). Далее пульпа по сливной
трубе 13 поступает на карту намы¬
ва, если позволяет геометрическая
высота расположения воздухоотде¬
лителя 7 и уклон местности, или в
промежуточную емкость (зумпф) и
далее с помощью грунтонасоса 14 по
пульповоду 15 к потребителю.
При нормальной (штатной) ра¬
боте комплекса задвижки 3, 4, 9,10
открыты, а задвижка 8 закрыта.
Насос 12 служит для подачи воды через центральный 16 и периферийные 5 водово¬
ды для размыва грунта (песка и песчано-гравийной смеси) гидромониторами 19 и
транспортирования его к подающей трубе 18.
В случае недостаточного количества воды (малого уровня) в скважине, необходимо
включить насос 11 для подачи воды в обсадную трубу, с целью поддержания соответст¬
вующего относительного погружения эрлифта.
При штатной остановке работы комплекса или внезапном отключении компрессора
1 необходимо закрыть задвижки 3, 4, 9, 10 и открыть задвижку 8. При этом чистая
(осветленная) вода поступает в воздуховод 2 трубы 17, 18 эрлифта, предотвращая
попадания пульпы, а главное твердого материала в перечисленные трубы, что в свою
очередь не дает возможности забивки этих труб. Последующий пуск эрлифта будет
осуществляться нормально.
Технология ведения добычных работ в условиях залегания в Западной Сибири.
Состав технологической схемы эрлифтно-землесосного комплекса с вертикальной
скважиной ЭЗКС-1 в (рис. 7.38):
1 — компрессор;
2 — воздухопровод;
3 — водовод (трубопровод чистой воды);
4 — задвижки;
5 — воздухоотделитель;
6 — сливной трубопровод;
7 — всасывающий трубопровод грунтонасоса ГрУ-400/20;
8 — грунтонасос ГрУ-400/20;
9 — нагнетательный трубопровод (пульповод) грунтонасоса;
10 — насос типа ЦНС-105;
11 — насос типа ЦНС-ЗОО-ЗОО;
508
Глава 7
торф
супесь
глина
песок
гравий
суглинок
Рис. 7.38. Технологчическая схема скважинного эрлифтно-землесосного
комплекса ЭЗКС—16 .
12 — карта намыва;
13 — трубопровод размыва песка;
14 — гидромониторы;
15 — подающий трубопровод (хвостовик) эрлифта;
16 — обсадная труба.
Комплекс и скважинное оборудование выбирается для условий добычи песка и
песчано-гравийной смеси при неустойчивой кровле пласта с глубиной залегания до
200 м. При отработке полезного ископаемого происходит сдвижение покрывающих
пород и поверхности. Песчаные пласты не обладают ярко выраженными плывунными
свойствами и необходимо предусмотреть их разрушение гидромониторными струями. В
разрабатываемых песках встречаются пропластки, обогащенные гравийно-галечнико-
выми включениями, линзы плотных, трудноразмываемых глин и древесные остатки.
Поверхность заболочена и для монтажно-буровой установки должны применяться леж¬
невка или инвентарный настил.
Научной основой проекта являются: закономерности эрлифтного подъема гидро¬
смеси, определяющие подачу пульпы и полезного ископаемого, позволили определить
диаметры технологических колонн, выбрать насосное и компрессорное оборудования;
закономерности изменения динамических характеристик затопленных гидромонитор¬
ных струй и параметры их взаимодействия с горными породами. Последние закономер¬
Глава7
509
ности определяют максимальный радиус разрушения и предельные размеры камер в
связаных породах при технологии гидромониторного воздействия. Учитываются зако¬
номерности фильтрационного разрушения зернистых водонасыщенных пород, которая
определяет параметры подземной выемки при технологии фильтрационного воздейст¬
вия на пласт. Важными для проектирования являются закономерности изменения на¬
пряженного состояния пород кровли и сдвижение поверхности при отработке пласта.
В проекте комплекса рекомендуется предусмотреть бурение скважин станком типа
УРБ-ЗАМ или 1БА15В с промывкой глинистым раствором с относительной плотностью
1,1...1,2. Монтаж скважинного оборудования выполняется этим же станком непосред¬
ственно после бурения и проведения геофизических исследований.
Водоснабжение следует предусмотреть оборотное самотеком, если позволяет рель¬
еф местности, или насосное.
Снабжение сжатым воздухом осуществляется компрессором со стопроцентным
резервом.
Энергоснабжение осуществляется от линии электропередачи, если такая есть вбли¬
зи, или от дизельгенераторной станции, мощность которой соответствует установлен¬
ной мощности оборудования комплекса.
Размещение оборудования в плане решается по месту, при этом расстояние строя¬
щегося объекта до устья скважины должно составлять двух-трехкратное размера от
возможного радиуса образующейся мульды, а склады и бытовки размещаются за 100-
метровой зоной возможного проседания поверхности вокруг скважины.
Производство работ начинается с выбора мест размещения карты намыва, прудка
отстойника для оборотной воды, добычных скважин, бытовок, складов ГСМ, труб,
техники и технологического оборудования.
Далее комплектуется комплекс с запасом материалов, горючего, при этом учиты¬
ваются возможности обеспечения работ в летний период, опыт работы по намыву глу¬
бинного песка на месторождениях Поточное, Аганское, Федоровское, Первомайское [5,
б ] показывает целесообразность выполнения всех подготовительных работ и комплек¬
тации в зимний период.
Основными работами на месте являются: подготовка площадки и материалов, для
бурения скважин, монтаж станка, бурение скважины, геофизические исследования
разреза, монтаж скважинного эрлифтного земснаряда, монтаж подводящих трубопро¬
водов, намыв песка.
Для выполнения этих работ должны использоваться: бульдозер, буровой станок,
сварочный агрегат, насосы и компрессоры, с учетом местных условий для выполнения
основания под буровой станок необходим гусеничный вездеход, легкий экскаватор для
рытья прудка-отстойника, канав, зумпфов для глинистого раствора. Для периодическо¬
го завода материалов, труб, горючего требуется бортовой автомобиль или болотоход,
трубовоз, кран, бензовоз.
Работы по подготовке площадки на заболоченной поверхности включают строи¬
тельство лежневок, монтаж освещения, установку ограждения, переходов и др.
Расчеты показывают [6...9 ], что цикл бурения и отработки одной скважины глуби-
ной, например, Юме подачей по песку 20 м /час составляет 208 часов или 9 суток при
общей добыче из скважины 2 тыс. м песка. Если даже не вести параллельно работы по
бурению и намыву, то годовое количество скважин составит 40 шт. и добыча соответст-
венно 80 тыс. м песка в год. При одновременном бурении и намыве можно пробурить
и отработать 72 скважины (цикл бурения 5 сут/скв., отработка 4 сут/скв.) и намыть
144 тыс. м 3 песка в год.
510
Глава 7
Технология добычи глубинного песка и песчано-гравийной смеси для нефтегазоп¬
ромыслового строительства предполагает выполнение ряда последовательных опера¬
ций: выявление кондиционного по свойствам и условиям залегания пласта полезных
ископаемых, бурение скважин, монтаж скважинного оборудования, гидравлическое
разрушение структуры пласта, разжижение песка на всасе эрлифта, откачку гидросме¬
си по скважине и гидротранспортирование материала на карту намыва, рекультивацию
поверхности в зоне влияния разработки.
Выявление пригодного для строительных материалов песка и песчано-гравийного
материала в районе данного объекта осуществляют бурением разведочных и эксплуа¬
тационных скважин, выполнением исследований в скважинах геофизическими метода¬
ми (стандартный электрокоротаж), отбор проб из промывочной жидкости при бурении,
анализом режима и скорости бурения различных горизонтов разреза.
Разработку пород осуществляют методом гидромониторного размыва, филтраци-
онного разрушения, гидродинамического воздействия. Разжижение и подготовка к
транспортированию грунта по скважине заключается в пульпообразовании перед от¬
качкой. Гидроподъем по трубопроводам от забоя до поверхности осуществляется эрлиф¬
том, а далее по поверхности к карте намыва самотеком, если позволяет расстояние и
рельеф местности, или грунтонасосом.
Укладка материала в основание ведется методом намыва, когда пульпа подается
непосредственно на площадку, где песок оседает, а вода возвращается вновь в процесс
самотеком, если позволяет рельеф местности, или специальным насосом.
Рекультивация поверхности в зоне влияния разработки включает демонтаж сило¬
вого и скважинного оборудования, трубопроводов, тампонаж и ликвидацию скважины.
Технология использования глубинного песка в нефтегазопромысловом строитель¬
стве на заболоченной поверхности базируется на научных и технических достижениях
в смежных областях производства: геологоразведке, геофизике, бурении водозаборных
и технологических скважин, гидромеханизации земляных работ и др.
Состояние метода скважинной гидродобычи во многом характеризуется наличием
большого количества авторских свидетельств СССР и зарубежных патентов, направ¬
ленных на решение различных технических задач в технологии [5, 6, 7 ].
За рубежом 15 фирм занимаются разработкой метода, патентуют и рекламируют
оборудование для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых.
7.4.4. КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СГД
Для управления технологией процесса СГД в оптимальном режиме необходим
обоснованный выбор способов и средств контроля его основных параметров [6 ].
Процесс СГД представляет собой сочетание цикличных и непрерывных операций:
выемка полезного ископаемого в камере производится непрерывно, но при ее отработке
необходимо переезжать в другую. Особенностью процесса СГД является наличие боль¬
ших и частых возмущений, например, изменений физико-механических свойств руды
и кровли, мощности пласта и т. д.
При рассмотрении процессов скважинной гидродобычи как объектов автоматиза¬
ции все технологическое оборудование можно разделить на две группы. К первой отно¬
сится оборудование компрессорной, насосной и т.д., для которых разработаны и повсе¬
местно используются самые различные схемы и уровни автоматизации.
Ко второй группе можно отнести добычное оборудование СГД (скважинный гидро¬
монитор, эрлифт, гидроэлеватор и т.д.), для которого практически нет разработанных
схем автоматизации.
Для составления проекта автоматизации необходимо установить структурные свя¬
зи входных (управляющих) и выходных (оценочных) параметров, а также возмущаю¬
Глава 7
511
щих факторов, способов и средств регистрации и передачи информации в пункты уп¬
равления, снять статические и динамические характеристики объектов и определить их
вид как объекта автоматизации, разработать и выполнить собственно схемы автомати¬
зации и найти необходимую частоту измерения и передачи контролируемых парамет¬
ров [5...7].
Управляющими параметрами гидромонитора являются давление на насадке и ско¬
рость поворота и подачи насадки на забой. Случайно изменяющиеся природные факто¬
ры (мощность пласта, прочность руды, плотность среды) рассматриваются как возму¬
щения. Выходными (оценочными) параметрами являются плотность гидросмеси и ее
расход, определяющие производительность по твердому.
Входными параметрами гидроэлеватора являются давление и расход рабочей воды,
а выходным - производительность гидроэлеватора по гидросмеси. Возмущающими фак¬
торами являются плотность гидросмеси, свойства и кусковатость руды.
На производительность работы эрлифта (выходной параметр) влияют давление и
расход сжатого воздуха и относительное погружение форсунки под уровень воды. Воз¬
мущающими параметрами являются переменная плотность гидросмеси и ее свойства.
Входными параметрами бункера являются производительность эрлифта и количе¬
ство воды, подаваемой в бункер на размыв. Выходными параметрами являются уровень
гидросмеси в бункере и расход гидросмеси. Возмущением является переменная плот¬
ность гидросмеси, поступающей от эрлифта.
Напор землесоса и производительность его (выходные параметры) определяются
уровнем в бункере и расходом через него, а возмущением является плотность гидросме¬
си.
Входные параметры трубопровода — расход и давление, развиваемое землесосом,
выходные — те же параметры на конце трубопровода. На процесс гидротранспортиро¬
вания по трубопроводу влияют изменения плотности гидросмеси, свойств гидросмеси и
состояние трубопроводов.
Принципиальная схема размещения первичных приборов (датчиков и регистриру¬
ющих приборов), необходимых для контроля технологических параметров гидродобыч¬
ной установки, приведена на рис. 7.39. На первом этапе осуществляется автоматиче¬
ский поворот ствола гидромонитора в горизонтальной плоскости на определенный угол
(15-20° в условиях Кингисеппского месторождения) с остановкой на каждом секторе в
течение 3-5 мин. Один из возможных вариантов принципиальной структурной схемы
автоматизированного управления установкой СГД приведен на рис. 7.40. Схема эта
представляет собой систему взаимосвязанного регулирования. Производительность
гидроразрушения регулируется путем изменения давления энергетической воды в за¬
висимости от плотности гидросмеси, измеряемой после землесоса плотномером. На
сравнивающее устройство регулятора давления РД поступает сигнал от датчиков дав¬
ления ДД и плотности гидросмеси ДП, а также задание по давлению воды. РД отраба¬
тывает полученный от задатчика сигнал и подает управляющий сигнал на исполнитель¬
ный механизм-задвижку 3, регулирующий давление энергетической воды.
По вышеописанной схеме управление гидромонитором осуществляется вручную в
зависимости от плотности гидросмеси после эрлифта. По мере накопления опыта, уста¬
новления закономерностей разрушения данного типа руды необходимо программное
управление гидромонитором, осуществляющее обратную связь посредством подземного
гидролокатора и плотномера. Кроме того необходимо обеспечить оптимальное автома¬
тизированное управление процессом СГД из добычного агрегата, который имеет инди¬
видуальный насос, компрессор, землесос [8 ].
Динамический уровень в скважине стабилизируется для поддержания определен¬
ной производительности эрлифта при данной плотности перекачиваемой гидросмеси. С
512
Глава 7
Глава 7 513
Рис. 7.39. Принципиальная схема установки скважинной гидродобычи и размещения КИП для контроля ее основных параметов.
I3
Рис. 7.40. Принципиальная структурная блок-схема автоматизиованнош
управления установкой СГД.
изменением плотности гидросмеси или расхода сжатого воздуха динамический уровень
также изменяется, что влечет за собой изменение производительности эрлифтирова-
ния. Его стабилизация осуществляется добавкой воды в скважину с коррекцией от
датчика расхода гидросмеси ДР.
Производительность эрлифта регулируется двумя способами. Первый заключается
в том, что в скважине поддерживается определенный динамический уровень, от кото¬
рого зависит производительность эрлифта. Коррекция динамического уровня осущест¬
вляется по уровню в деаэрационном бункере ДУ и по производительности землесоса от
расходомера гидросмеси ДР. С другой стороны, производительность эрлифта при дан¬
ном динамическом уровне и различных плотностях гидроаэросмеси зависит от расхода
сжатого воздуха. В этом случае коррекция осуществляется от датчика плотности ДП
гидросмеси.
Уровень гидросмеси в деаэрационном бункере регулируется добавкой воды. Это
необходимо для нормальной работы землесоса и предотвращения попадания воздуха в
трубопровод. Можно ограничиться простейшим позиционным регулированием верхне¬
го и нижнего уровней в бункере. При наличии нескольких приемных бункеров на конце
участкового трубопровода возникает необходимость в автоматическом переключении
по мере накопления гидросмеси. Это представляет собой простейшую схему блокиров¬
ки, осуществляемую датчиком верхнего уровня ДУ и электрифицированными задвиж¬
ками.
Условия работы средств контроля и управления при добыче способом СГД весьма
неблагоприятные. Технологические датчики и силовые кабели устанавливаются на
открытом воздухе и подвергаются атмосферным воздействиям. Частые переезды от
одной скважины к другой (по мере их отработки) усложняют их монтаж, большинство
датчиков подвержено гидроабразивному износу, что значительно увеличивает интен¬
сивность их отказов, а следовательно, и затраты на эксплуатацию, поэтому при проек¬
тировании необходимо обеспечить повышение уровня резервирования. Для приема и
передачи информации с нескольких однотипных установок СГД экономически целесо¬
образно иметь один комплект приемопередающих средств телемеханики в центральном
диспетчерском пункте (ЦДП). При этом основным вопросом является определение
необходимой частоты измерения контролируемых параметров: завышение частоты ве¬
дет к усложнению системы контроля, а следовательно, и к ее удоражанию, а занижение
514
Глава 7
— к уменьшению достоверности получаемой информации и тем самым к снижению
надежности контроля.
С точки зрения контроля и управления контролируемые параметры процесса СГД
целесообразно подразделить на две группы.
К первой группе следует отнести такие контролируемые параметры, величины
которых, хотя и имеют важное значение для ведения процесса, но не требуют передачи
их в ЦДП.
Сюда можно отнести абсолютную величину динамического погружения эрлифта,
расстояние от гидромониторной головки до забоя и вылет телескопического устройства
гидромонитора, а также все параметры, характеризующие режимы работы землесосов,
насосов, компрессоров и их приводов.
Ко второй группе относятся параметры, величины которых определяют технико¬
экономическую эффективность добычи полезного ископаемого: расходы энергетиче¬
ской воды и сжатого воздуха отдельных установок, плотность и производительность по
гидросмеси, время работы установок. Для технико-экономической оценки и оператив¬
ного управления технологическим процессом гидродобычи значения параметров второй
группы необходимо передавать в ЦДП.
7.4.5. ОХРАНА ПРИРОДЫ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Отсутствие вскрышных работ при СГД позволяет сохранить в целости культурный
слой почвы.
Технология скважинной гидродобычи предусматривает замкнутую схему водо¬
снабжения, что позволяет существенно уменьшить потребление воды и практически не
загрязнять поверхностные и подземные воды. Многолетние наблюдения за химическим
и бактериологическим составом вод в районе ведения добычных работ показали, что ее
качество отвечает санитарным нормам.
Отсутствие автомобильной откатки и взрывных работ позволяет не загрязнять
воздух в районе рудника пылью и выхлопными газами.
При СГД в ряде случаев возможно осуществлять попутное обогащение руц непос¬
редственно у добычной скважины, а хвосты обогащения сбрасывать в отработанные
камеры. Общая схема СГД может предусматривать возврат хвостов обогащения с обо¬
ротной водой на добычной участок для закладки ими отработанных камер. Это позволит
избежать устройства хвостохранилищ.
Рекультивация при скважинной гидродобыче сводится к ликвидации добычных и
разведочных скважин, планировке территории и передаче отведенной под рудник земли
в народнохозяйственное пользование.
Безопасное ведение работ при СГД в настоящее время регламентировано действу¬
ющими правилами безопасности [5].
Одним из важнейших преимуществ метода скважинной гидродобычи является
отсутствие людей в подземных выработках — ведение и управление добычными рабо¬
тами осуществляется с поверхности. Этот фактор особенно важен для безопасности
труда, поскольку новая технология впервые за историю подземной добычи полезных
ископаемых полностью исключает саму причину травматизма, связанную с подземной
разработкой (обрушение пород, прорыв подземных вод и т.д.).
Машинист гидродобычного агрегата и его помощник находятся в кабине, оборудо¬
ванной с учетом современных требований по обеспечению безопасного и комфортного
труда. По комфортным условиям технология СГД имеет преимущество перед открыты¬
ми горными работами [8].
Глава 7
515
При ведении горных работ во избежание возможных оседаний поверхности необ¬
ходимо строго соблюдать принятую проектом систему разработки и выдерживать пара¬
метры ее конструктивных элементов.
Имеющийся опыт добычных работ на установках СГД свидетельствует о полной
безопасности персонала добычного участка [9 ].
На отработанных участках организуется наблюдение за состоянием и сдвижением
поверхности по специальной сети реперов или обсадным колоннам добычных скважин.
Эти наблюдения ведутся непрерывно с момента отработки скважины до ее ликвидации
с частотой проведения замеров не реже 1 раза в месяц. Анализ результатов этих наблю¬
дений позволяет своевременно выявить возможные изменения в состоянии пород и
поверхности и принять соответствующие меры по обеспечению безопасности.
Устья добычных скважин до и после отработки вплоть до ликвидации должны быть
надежно закрыты крышками.
Отработанное добычное поле должно иметь предохранительные ограждения и пре¬
дупредительные надписи. Нахождение людей и проведение каких-либо работ в этих
зонах категорически запрещается. Пути движения транспорта и людей должны прокла¬
дываться по неотработанной части залежи, иметь трапы через канавы и трубопроводы.
Временные дороги на добычном участке и трубопроводные линии должны иметь осве¬
щение.
7.4.6. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (РЕГЛАМЕНТ) ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Исходные данные на проектирование составляются с учетом всех научно-исследо¬
вательских, опытных, конструкторских и опытно- промышленных работ. В материалах
исходных данных отражается опыт применения СГД для разработки месторождений,
полученные при этом результаты относительно производительности, масштабов работ,
работоспособности оборудования. Чаще всего опыт скважинной добычи полезных иско¬
паемых невозможно перенести на другие месторождения без внесения корректировок в
проектные решения. Однако вопросы проектирования трубопроводов, силовых устано¬
вок, всего поверхностного обустройства и стандарты имеют много общего [6 ].
Полнота исходных данных способствует высококачественному проектированию и
успешной эксплуатации, так как она позволяет учесть наиболее важные факторы,
влияющие на показатели технологии.
При проектировании технологии СГД необходимо иметь сведения о физико-геоло¬
гических условиях месторождения. В этих материалах отражается строение месторож¬
дения, его генезис, стратиграфия и литология. Особенно важным для проектирования
технологии отработки через скважины с гидроразмывом продуктивной толщи является
ее строение, площади распространения, мощность, элементы залегания, характер на¬
пластований, петрографическая и качественная характеристики пород, химический и
минералогический состав пород, структурные и текстурные особенности, содержание
полезного компонента и его распределение в залежи, характер взаимосвязи и простран¬
ственного положения зон с повышенным содержанием полезного компонента.
При проектных работах следует учитывать, а в исходных маиериалах необходимо
отражать сведения о мощности покрывающих и подстилающих пород, характере стро¬
ения, качестве контакта с разрабатываемыми породами. Данные о тектонических усло¬
виях месторождения позволяют правильно выбрать способ управления горным давле¬
нием, и в ряде случаев они определяют направление отработки месторождения. Здесь
особенно важными являются сведения о направлении и характере тектонических нару¬
шений, наличии тектонических структур, типах складчатости. Наличие и характери¬
стика трещиноватости пород геологического разреза наличие зон закарстованности,
516
Глава 7
кавернозности и пористости также в значительной степени определяют параметры
сдвижения горных пород [10].
Для проектирования системы водоснабжения, управления движением подземных
вод, расчета установок водопонижения необходима гидрогеологическая характеристи¬
ка месторождения с выделением и указанием параметров водоносных горизонтов, филь¬
трационных свойств водонасыщенных пород. Качество подземных вод, направление их
движения, химический состав и физические свойства необходимы для решения вопро¬
сов их охраны и рационального использования в технологическом процессе. Кроме того
необходимы сведения о распространенности и характеристиках водоупоров в разрезе
пород кровли и почвы. Эти материалы предъявляются в виде карт мощностей водонос¬
ных пластов, стратоизогипс кровли, водопроводимостей пласта полезного ископаемого
и водоносных горизонтов.
Физико-механические свойства пород отрабатываемого месторождения влияют на
определяющие процессы технологии добычи — разрушение при выемке, устойчивость
потолочин и целиков, и в исходных данных представляют: прочность пород кровли и
продуктивной толщи на сжатие, изгиб, растяжение, модуль упругости, угла откоса в
сухом и водонасыщенном состоянии, удельный и объемный веса, общую пористость,
абсолютную, относительную и эффективную проницаемость, гранулометрический со¬
став. Теплофизические свойства пород массива, включающие теплопроводность, теп¬
лоемкость, коэффициент температуропроводности с учетом влажности, используются
в составлении теплового баланса установки СГД, что особенно важно при работах в
условиях отрицательных температур.
При проектировании системы водоснабжения необходим учет фактических геотер¬
мограмм, значений геотермической ступени и геотермического градиента. При газопро¬
явлениях на месторождении должны быть указаны газоопасные горизонты с основными
характеристиками, включающими содержание, состав газов, их взрывоопасность. При
разработке в районах многолетней мерзлоты свойства указываются для естественного
состояния.
Для технологии СГД необходмы сведения о свойствах зернистых материалов -
размерах и форме зерен, их окатанности, удельных весах, прочности и абразивных
свойсвах, а также о способности к налипанию, слеживанию, комкованию, склонности
к изменениям свойств при хранении и транспортировании. Важным показателем явля¬
ется содержание глинистых минералов в залежи и получаемом продукте. Для эффек¬
тивного проектирования и эксплуатации технологии скважинной добычи требуются
материалы, характеризующие степень разрушенности ископаемого естественными
процессами [10].
Для расчета производительности разрушения необходимо иметь результаты иссле¬
дований и практические данные о взаимодействии струи гидромонитора с породой,
радиусе эффективного действия, об изменении размеров выработки во времени, харак¬
тере обрушения разрабатываемого пласта при подрезке первичной выработкой.
Процесс доставки в подземной камере определяется в зависимости от схемы выемки
полезного ископаемого, угла наклона почвы пласта, размера камеры, свойств разру¬
шенного полезного ископаемого, а при струйном смыве зависит от параметров струи. В
материалах к проектированию должны быть результаты опытных работ по испытанию
схем транспортирования гидросмеси в подземной камере.
В исходных материалах указываются сведения о географическом расположении,
обжитости района, климатических условиях, рельефе местности, источниках энерго- и
водоснабжения, а также сведения о месторождениях других полезных ископаемых,
промышленных предприятиях и их инертных минеральных отходах.
Глава 7
517
В исходных данных рекомендуются общая технологическая схема производства,
составные процессы технологии, вспомогательные службы. Даются рабочие технологи¬
ческие параметры и допустимый диапазон колебаний по каждому процессу, рекомен¬
дации о порядке пуска производства, нормальной и аварийной остановках.
В материальном балансе производства приводятся виды потерь полезного ископа¬
емого, степень извлечения сортов ископаемых и их разубоживания. Указывается баланс
воды, виды потерь и способы восполнения.
Технические характеристики побочных продуктов и реализуемых отходов произ¬
водства позволяют при проектировании удовлетворить требованию комплексного ис¬
пользования минеральных ресурсов.
При скважинной гидродобыче побочными продуктами могут быть отходы попутно¬
го обогащения полезного ископаемого и подземные воды. Рекомендациями к проекти¬
рованию определяются их качество, количество, способы очистки, области их примене¬
ния и объемы потребления.
Математическое описание процессов и оборудования дается в виде, удобном для
практических расчетов. Оно должно быть основано на экспериментальных данных.
Здесь же должны быть даны рекомендации по выбору оптимальных моделей оборудова¬
ния с представлением технических проектов на оригинальные оборудование и механиз¬
мы. Далее приводятся данные для расчета, конструирования и выбора основного техно¬
логического оборудования [8 ].
С учетом свойств рабочих агентов и полезного ископаемого даются рекомендации
по выбору материалов для трубопроводов, запорной арматуры по всем транспортным
системам.
Рекомендации и требования по выбору и конструированию основного технологи¬
ческого обрудования должны базироваться на результатах проверки конструкций обо¬
рудования при опытных работах и содержать рекомендации по защите от абразивного
износа и коррозии основною оборудования, труб, арматуры. Даются технические про¬
екты на нестандартное оборудование, режим работы и рекомендации по их обслужива¬
нию.
В рекомендациях для проектирования автоматизации производства приводятся
перечень параметров, подлежащих контролю, точки их отбора, схемы автоматического
регулирования и рекомендации по применению автоматизированной системы управле¬
ний производством (АСУП) с использованием ЭВМ.
Для составления схемы аналитического контроля производства даются перечень
точек отбора проб полезного ископаемого и воды, периодичность анализа, методики
анализа с указанием ГОСТов и инструкций, рекомендации по выбору конструкции
пробоотборников и специального лабораторного оборудования, их размещения и спосо¬
бов передачи проб в Центральную аналитическую лабораторию (ЦАЛ), рекомендации
по автоматизации отбора и передачи проб.
Определяются методы и технологические параметры очистки загрязненных сточ¬
ных вод, обезвреживания газовых выбросов и ликвидации вредных отходов.
При СГД загрязнение воды происходит от вод хозяйственного пользования. Ука¬
зываются количество и состав химически и механически загрязненных вод по отдель¬
ным узлам производства; даются рекомендации по их очистке, хранению и повторному
использованию; приводятся мероприятия по предохранению загрязнения подземных
вод.
В мероприятиях по технике безопасности, промсанитарии и противопожарной
профилактике указываются перечень наиболее опасных мест в технологической схеме
при отклонениях от нормального режима, возможные отклонения, а также вероятные
518
Глава 7
последствия этих отклонений, даются по профилактике и ликвидации возможных от¬
клонений.
Указываются места возможных источников шума и вибрации, методы их устране¬
ния или снижения до допустимых пределов. Даются рекомендации по индивидуальным
средствам защиты работающих. По предложенной схеме производится ориентировоч¬
ный расчет удельных капитальных вложений и себестоимости добычи и их сравнение с
обычной технологией добычи.
Определяются основные технико-экономические показатели добычи и возмож¬
ность комплексного использования сырья и вскрышных пород данного месторождения.
Здесь же приводятся документы, обосновывающие возможность сбыта других сортов
ископаемых. Кроме того по исходным данным составляется патентный формуляр.
7.5. ЭРЛИФТНЫЙ СПОСОБ ДОБЬГЧИ НЕФТИ — ГАЗЛИФТЫ
Газлифт или, точнее, совокупность различных газлифтных способов эксплуатации
нефтяных скважин — с точки зрения технологии универсальный вид эксплуатации
нефтяных месторождений, его можно применять на предельно больших глубинах, при
любых величинах дебита жидкости, пластовых и забойных давлений, при наличии
пластового газа, песка, высоких температур, кривизны ствола и прочих эксплуатаци¬
онных факторов. Он имеет очень высокий межремонтный период, доходящий до не¬
скольких лет. Для применения газлифта необходимы какие-либо источники сжатого
газа достаточного давления, например, газовые месторождения, компрессоры, собст¬
венный газ нефтяного пласта, причем газ должен подаваться в скважины абсолютно
сухим.
При использовании газа газовых месторождений должны быть обеспечены следу¬
ющие условия.
1. Газовые месторождения должны быть расположены возможно ближе к нефтяным
площадям для исключения необходимости в прокладке длинных магистральных газо¬
проводов.
2. Газовые месторождения должны иметь запасы и по объему и по давлению,
достаточные для полного извлечения газлифтом нефтяных месторождений, причем
зяпягы газа должны исчисляться до величины минимально допустимого давления, не¬
обходимого для работы газлифтных скважин с противодавлением, нужным для доставки
отработанного газа потребителю.
3. Должен иметься потребитель запасов газа с пониженным давлением, оставшихся
в месторождении после прекращения работы газлифта.
При использовании компрессоров применяется замкнутый газлифтный цикл (цикл
проф. Тихвинского). Впервые этот
метод был применен в 1914 году на
бакинских промыслах. Сущность
этого метода состоит в том, что в
скважину нагнетается нефтяной газ
(рис. 7.41), который по выходе из
скважины 1 и после отделения от
нефти в трапе 2 (жщмфй газ) на¬
правляется в компрессор 3. После
сжатия в компрессоре газ направля¬
ется в холодильник 4, где в резуль¬
тате совместного действия сжатия и
охлаждения пары бензина охлажда¬
ются и отводятся в сепаратор 5, а газ,
Рис. 7.41. Схема газоснабжения газлифта по
циклу Тихвинского.
Глава 7
519
двухступенчатый
компрессор
_А_
Г
л
лишенный паров бензина (сухой газ) снова
направляется в скважину.
Таким образом, теоретически в данной
установке циркулирует одно и то же коли¬
чество газа, из которого систематически от¬
бираются увлекаемые им пары бензина.
Эта основная схема имеет ряд видоиз¬
менений в зависимости от естественных ус¬
ловий, состояния промыслового хозяйства.
Такие установки, в которых отделение бен¬
зина происходит в результате сжатия и ох¬
лаждения, называются компрессорными.
Они дают неполное извлечение бензина.
Поэтому при работе на бедных газах приме¬
няют абсорбционные установки (рис. 7.42).
В данном случае газ из скважины 1, пройдя трап 2 и очиститель 3, поступает в
компрессорную; после сжатия в первой ступени 4 газ переходит в холодильник 5, в
котором происходит частичная конденсация паров бензина; из холодильника газ пере¬
ходит в абсорбер 6, представляющий собой ряд колонн заполненных веществом, способ¬
ным абсорбировать пары бензина. По выходе из абсорбера сухой газ поступает в цилин¬
дры высокого давления и далее в скважину.
При использовании компрессорного способа подачи сжатого воздуха все перчис-
ленные выше условия, необходимые для использования газа из газовых месторождений,
отпадают. Может быть значительно снижена величина необходимого противодавления.
Но для строительства замкнутого газлифтного цикла необходимы значительные перво¬
начальные затраты на установку компрессов, холодильных и очистных установок,
газораспределителей. Тем не менее, самым надежным источником, обеспечивающим
наиболее широкое применение газлифта, при условии приемлемой величины капиталь¬
ных затрат, является компрессор с замкнутым циклом.
Схемы подачи газа от источника к нефтяным скважинам могут быть различными.
На рис. 7.43 показана схема подачи газа из коллектора на газораспределительную будку
(ГРБ), от которой газ
подается к каждой
скважине.
На рис. 7.44 при¬
ведена схема подачи
газа на скважины из
кольцевого газосбор¬
ного коллектора. Здесь
каждая нефт яная сква¬
жина подключена к га¬
зосборному коллекто¬
ру, в который газ
подается из газовой
скважины или комп¬
рессорами. Необходи¬
мое количество газа
регулируется автома- Рис. 7.43. Схема подачи газа к нефтяным скважинам из
тамиподачигаза, уста- газосборного коллектора через ГРБ (1 - газовый коллектор;
J 2 — водосборник; 3 — подогреватель воздуха; 4 — нефтяная
скважина).
520
Глава 7
навливаемыми у устья газ¬
лифтных скважин.
Так как на ГРБ газ высо¬
кого давления редуцируется
регулируемыми штуцерами,
то для предотвращения вы¬
падения гидратов перед по¬
дачей на ГРБ газ подогрева¬
ется в печи открытым огнем.
Перед печью газ очищается и
осушается в сепараторе вы¬
сокого давления или в гидро¬
циклоне.
В ГРБ подогретый газ
подается в «гребенку» с регу¬
лируемыми штуцерами, ре¬
дуцируется и поступает на
нефтяную газлифтную сква-
1 — кольцевой газосборный коллектор; 2 — нефтяная жину по 40-мм теплоизоли-
скважина; 3 — газовая скважина (или компрессорная рованному газопроводу. На
станция). каждой линии в ГРБ уста¬
навливаются расходомеры для замера давления и количества подаваемого в скважину
газа.
Рис. 7.44. Схема подачи газа к нефтяным
скважинам из кольцевого газосборного коллектора:
Эксплуатация скважин газлифтами может осуществляться в двух режимах - не¬
прерывном и периодическом. При непрерывном газлифте поступление газа в затруб-
ное пространство и подъем жидкости по трубам на устье скважины происходит непре¬
рывно, при периодическом ■— газ поступает в затрубное пространство постоянно или
периодически, а жидкость на устье скважины подается после накопления ее периодиче¬
ским выбросом.
С целью определения областей применения газлифтных способов добычи нефти
C.V. Kirpatrick предложил делить все скважины на четыре категории в зависимости от
сочетания ориентировочных величин коэффициента продуктивности и забойного дав¬
ления (табл. 7.15).
Таблица 1
Категория
Коэффициент
продуктивности
Пластовое
давление
Рекомендуемый вид эксплуатации
I
Высокой
Высокое
Непрерывный газлифт
И
Высокий
Низкое
Для газлифта не рекомендуется
III
Низкий
Высокое
Непрерывный и периодический газ¬
лифт (граничные скважины)
IV
Низкий
Низкое
Периодический газлифт
Низкими значениями коэффициента продуктивности считаются 1,1
3 2 2
(м /сут/кгс/см ) и пластового давления ниже 70 кгс/см .
Данные таблицы 7.15 не могут полностью характеризовать границу областей при¬
менения непрерывного и периодического газлифта, так как в ней отсутствуют такие
важные показатели, как дебит жидкости и связанный с ним удельный расход газа. Так
Глава?
521
как дебит скважины зависит от диаметра колонны труб, то C.V. Kirpatrick рекомендует
скважины с 60-мм колонной труб, дающие до 40 м /сут, оборудовать под периодиче¬
ский газлифт, а такие же скважины, дающие свыше 4 м 3/сут, - под непрерывный
газлифт.
1
Для скважин с 89-мм колонной труб приблизительной границей будет 64 м /сут.
И.Г. Белов [20] предлагает в качестве критерия выбора способа работы газлифта
3 3
использовать величину граничного удельного расхода газа 200 м /м на 1000 м глу¬
бины спуска труб. При этом учитывается общий расход как нагнетаемого, так и пласто¬
вого газа.
Таким образом, имея табл. 7.15 деление скважин на категории, градацию предель¬
но минимальных дебитов для непрерывного газлифта и величину приведенного гранич¬
ного удельного расхода газа автор [20 ] рекомендует следующую методику определения
границы между непрерывным и периодическим газлифтом.
Если скважина впервые вводится в эксплуатацию или переводится на газлифт с
какого-либо другого способа добычи нефти (как правило, в период окончания естест¬
венного фонтанирования), то прежде всего по таблице 7.15 надо выбрать газлифт. Затем
по имеющимся эксплуатационным сведениям нужно оценить величину ожидаемого
дебита рассматриваемой скважины после перевода ее на газлифт. Считая, что на пери¬
одическом газлифте удобнее всего работать с 73-мм трубами, величина граничного
дебита может быть принята 50 т/сут. Минимальная величина удельного расхода должна
3 3
быть принята 200 м /м на 1000 м глубины спуска труб.
Если скважина уже работает непрерывным газлифтом и в ней по каким-либо
причинам нельзя увеличивать относительное погружение подъемных труб, то решение
о переводе ее на периодический газлифт необходимо принимать тогда, когда удельный
расход газа превзойдет величину приведенного граничного удельного расхода газа
3 3
200 м /м на 1000 м глубины спуска труб.
По статистике, примерно 70% скважин от всего газлифтного фонда эксплуатиру¬
ется периодическим газлифтом. В абсолютном выражении это составляет более 50 тыс.
скважин.
На месторождениях Западной Сибири в сложных географических условиях сква¬
жины более всего подходят под эксплуатацию газлифтом как непрерывным, так и
периодическим.
Конструктивные схемы газлифтов определяются характеристиками эксплуатиру¬
емого месторождения подачи. Для непрерывных газлифтов при достаточном пусковом
давлении и высоких статических уровнях наиболее простой и рациональной конструк¬
цией является однорядный подъемник Саундерса с рабочей муфтой (рис. 7.45). Если
пласт обеспечивает получение больших дебитов, работа этого подъемника легко пере¬
ключается на центральную систему без изменения диаметра подъемных труб (закачка
газа в насосно-компрессорные трубы, подъем жидкости по кольцевому пространству).
В эксплуатации скважин непрерывными газлифтами следует отличать пусковой
период от периода нормальной эксплуатации. Перед пуском скважины в эксплуатацию
уровень жидкости в ней устанавливается на высоте, соответствующей давлению в
пласте (статический уровень) (рис. 7.46), следовательно в этот момент времени вся
система находится в состоянии равновесия. При нагнетании газа в кольцевое простран¬
ство между трубами 1 и 2 (рис. 7.46) находящаяся в нем жидкость вытесняется, поступая
отчасти в подъемные трубы 1 и отчасти в кольцевое пространство между воздушной
колонной 2 и обсадкой 3, причем в каждый данный момент времени уровни жидкости
находятся на одной высоте. По мере вытеснения жидкости из кольцевого пространства
522
Глава 7
{>►
Рис. 7.45. Схема однорядного
подъемника системы Саундерса.
1
статический
уровень
динамический
уровень
Рис. 7.46. Схема газлифта.
между трубами 1 и 2 увеличивается высота столба жидкости, которая должна быть
уравновешена давлением газа; максимальное давление газа будет в тот момент време¬
ни, когда из кольцевого пространства будет вытеснена вся жидкость, и газ достигнет
нижнего конца колонны 1. Величина этого давления, называемого пусковым, опреде¬
ляется по формуле
М1+т^Ня-Л')й!’Ла
где; Fk — площадь сечения кольцевого пространства между колоннами 1 и 2;
Fn — площадь сечения колонны 1;
Fc — площадь сечения между колоннами 2 и 3;
Н — общая длина подъемной колонны;
hc — статический уровень;
р — плотность жидкости.
После проникновения воздуха в подъемную трубу давление резко падает, так как
вследствие газирования объем жидкости, заполняющей колонну 1, увеличивается, и
часть жидкости выливается через верхний конец подъемной трубы. После некоторых
колебаний устанавливается более или менее постоянное рабочее давление.
Для преодоления больших пусковых давлений применяются специальные пуско¬
вые компрессоры, способные развивать большое давление. При отсутствии таких ком¬
прессоров применяют одно из следующих мероприятий:
— постепенный спуск подъемных труб;
— закачивание в межтрубное пространство нефти с постепенным переходом на
газ;
-— применение малых отверстий в подъемной трубе, благодаря чему жидкость
начинает газироваться еще до конца продавливания;
— применение пусковых клапанов, расположенных по колонне подъемных труб.
Глава 7
523
Периодический газлифт можно разбить на три самостоятельные группы:
— без подкачки стороннего газа в затрубное пространство;
— с подкачкой стороннего газа в затрубное пространство;
— с камерой замещения, называемой насосом замещения или лифтом замеще¬
ния, или камерным газлифтом.
Для обеспечения работы периодических газлифтов, работающих без подкачки
стороннего газа в затрубное пространство, эксплуатируемый горизонт должен иметь
режим растворенного газа. Наиболее подходящими являются скважины со следующими
характеристиками:
— слабо фонтанирующие с малым буферным давлением;
— периодически фонтанируемые;
— недавно прекратившие фонтанирование;
— с достаточным удельным расходом пластового газа, эксплуатирующиеся в
усложненных условиях (газ, песок, парафин, большая кривизна и т.д.).
Установка с перекрытым выкидом (рис. 7.47а) состоит из одноразмерной колонны
подъемных труб 4 с амортизатором 7 на нижнем конце, устьевой арматуры с верхним
пружинным амортизатором 2, автомата-регулятора циклов 1 и выкидного клапана с
мембранно-исполнительными механизмами 3. Она может работать либо с поршнем
(плунжером), либо без него. В первом случае в подъемные трубы помещается поршень
(плунжер) 6, свободно передвигающийся от верхнего амортизатора до нижнего и обрат¬
но. Регулятор цикла может действовать либо по заданным величинам затрубного дав¬
ления, либо по заданным интервалам времени, либо по комбинации этих параметров.
При закрытии выкидного клапана 3 (начало цикла) в подъемной трубе 4 отсекается
столб газа и жидкости, поток газа практически прекращается и поршень начинает
падать на нижний амортизатор. Однако в течение некоторого времени (до образования
гидравлического затвора из жидкости и уравновешивания затрубного и трубного давле-
Рис. 7.47. Типы установок периодического газлифта:
1 — регулятор циклов пневматический; 2 — елка с верхним амортизатором; 3 —
выкидной клапан с МИМ; 4 — подъемные трубы; 5 и 6 — поршень или плунжер;
7 — нижний амортизатор; 8 — штуцер; 9 — автомат и клапан для подкачки газа;
10 — рабочий газлифтный клапан; 11 — пакер; 12 — обратный клапан
524
Глава 7
ний у башмака подъемных труб) затрубный газ продолжает еще поступать в трубы.
Поэтому затрубное давление падает, а буферное повышается.
Вследствие некоторой депрессии из пласта в скважину поступает жидкость и сво¬
бодный газ. Газ в основном идет в затрубное пространство, повышая в нем давление, а
жидкость в подъемные трубы, увеличивая столб уже имеющийся в них жидкости.
Одновременно за счет газа, попадающего в подъемные трубы вместе с накапливающейся
жидкостью и выделяющегося из растворенного состояния, происходит рост буферного
давления.
Как только затрубное давление поднимется до заданной величины, автомат откры¬
вает выкидной клапан и газ, находящийся над столбом жидкости, быстро сбрасывается
в сборную систему. При этом буферное давление падает и практически становится
равным давлению в сепараторе. Газ, находящийся под затрубным давлением, поднима¬
ет поршень со столбом жидкости над ним на устье скважины. При этом, вследствие
поступления газа из затрубного пространства в подъемные трубы, снизится также и
затрубное давление, на сравнительно небольшую величину. Когда столб жидкости
поднимется до устья, буферное давление начнет резко расти. Это происходит потому,
что жидкость проходит через арматуру с меньшей скоростью, чем газ. В итоге давления
в затрубном и трубном пространствах частично уравниваются.
При подходе поршня к устью автомат закрывает выкидной клапан и выброс пре¬
кращается. Этим заканчивается полный цикл описанной установки периодического
газлифта.
Преимущество такого типа газлифта — используемый пластовый газ может расхо¬
доваться экономично за счет настройки величины затрубного давления.
2
Недостатки — пластовое давление должно быть не ниже 30 кгс/см .
Периодический газлифт с открытым выкидом (рис. 76) состоит из одноразмерной
колонны подъемных труб 4 с нижним амортизатором 7, устьевой арматуры с верхним
амортизатором 2 и плунжера 6. Выкид постоянно открыт в сборную систему.
Управление работой установки осуществляется самим плунжером, имеющим кла¬
пан, закрывающийся снизу вверх (позиция 5 рядом со схемой). Работа без плунжера
невозможна, как невозможна замена плунжера поршнем. Однако, вследствие большой
трудоемкости работ по подготовке комплекта подъемных труб и необходимости выбора
точной глубины погружения подъемных труб, соответствующей данным эксплуатаци¬
онным условиям работы скважины, а также ненадежности работы плунжера плунжер¬
ный газлифт с открытым выкидом практически не применяется.
Установки периодического газлифта с подкачкой стороннего газа применяются при
эксплуатации скважин, не имеющих достаточного количества пластового газа. В этом
случае режим эксплуатационного горизонта не имеет существенного значения. Схемы
установок с перекрытым выкидом показаны на рис. 7.47в и 7.47г. Они отличаются от
установки, показанной на рис. 7.47а, только наличием устройств, предназначенных для
подачи в затрубное пространство необходимых объемов стороннего сжатого газа. Оба
типа установок могут работать как с поршнем (плунжером), так и без него.
В установке, показанной на рис.7.47в, подача в затрубное пространство предвари¬
тельно осушенного газа производится непрерывно через штуцер 8, диаметр которого
определяет необходимый расход газа. Выкидной клапан 3 управляется автоматом 1.
Работа установки протекает в том же порядке, что и работа установки, изображенной
на рис. 7.47а.
В установке, показанной на рис. 1.41т, подача газа в затрубное пространство про¬
изводится периодически. Для этой цели помимо оборудования, показанного на рис.
7.47а, на газовой нагнетательной линии устанавливается питающий клапан нормально
Глава 7
525
закрытого типа с МИМ и автоматом подкачки 9, который связан с основным автома¬
том 1.
На рис. 7.47д и 7.47е показаны схемы современных установок периодического
газлифта с открытым выкидом при подкачке газа.
Установка, показанная на рис. 7.47д, оборудована одноразмерной подъемной ко¬
лонной 4, посаженной на пакере 11, нижним и верхними амортизаторами, обратным
клапаном 12 у башмака колонны и специальным (пилотным) рабочим газлифтным
клапаном 10. Подача осушенного газа производится непрерывно через штуцер 8. Пи¬
лотный газлифтный клапан заменяет устьевой регулятор цикла и открывается при
заданной величине затрубного давления.
В схеме, представленной на рис. 7.47е, подача газа осуществляется автоматом для
подкачки газа 9, который подобен автомату, применяемому на установке, приведенной
на рис. 7.47г.
Для эксплуатации нефтяных горизонтов с низкими (примерно от 30 до 1 кгс/см )
пластовыми давлениями, независимо от величины коэффициента продуктивности,
применяются газлифты типа лифта замещения, принцип действия которых не имеет
ничего общего с эрлифтом, кроме использования давления газа для вытеснения объема
жидкости из камеры замещения. Поэтому вопросы схем лифтов замещения в настоящем
издании не рассматриваются. Но так как число скважин, пригодных для работы лифтом
замещения на старых месторождениях, весьма велико, то для информации приводится
перечень источников, в которых излагаются вопросы конструктивных особенностей и
практические примеры рентабельной эксплуатации скважин лифтами замещения.
7.6. ГЛУБОКОВОДНЫЕ ЭРЛИФТЫ ПО ДОБЫЧЕ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА МОРЕЙ
И ОКЕАНОВ.
7.6.1. ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА КОМПАНИИ «ДИПСИ ВЕНЧАС»
Оборудование эрлифтной добычной установки размещено на специально оборудо-
ваном судне водоизмещением 7500 т, длиной 106 м, шириной 15,2 м. В центре судна
прорезана шахта размерами 6,0x9,2 м, над которой установлена вышка с комплексом
спуско-подъемных механизмов. Трубопровод эрлифта — секции стальных труб D =
0,25 м, 1= 12 м, нефтяной сортамент. В нижней части подъемный трубопровод с помощью
шарового шарнира соединен с наклонным всасывающим патрубком, вмонтированным
в защитную металлическую ферму. Воздухопровод и вспомогательные коммуникации
(электро- и телекабели) закреплены хомутами в особую ветвь с подъемным трубопро¬
водом эрлифта (рис. 7.48)
Преимущества: секционное исполнение подъемного трубопровода практически не
ограничивает глубину добычи; вертикальное расположение подъемного трубопровода с
элементами компенсатора снижает влияние волнового воздействия.
Недостатки: жесткое соединение буксируемого агрегата сбора с подъемным трубоп¬
роводом снижает маневренность комплекса, чем не обеспечивается требуемый коэффи¬
циент выемки месторождения.
Установка была предназначена для проведения опытной добычи железомарганце¬
вых конкреций на глубинах до 900 м. Достигнута производительность бОт/ч .
526
Глава 7
Рис. 7.48. Схема глубоководной гидродобычи.
1 — специализированное судно; 2 — подъемный трубопровод; 3 — смесители
эрлифта; 4 — рама с шарниром; 5 — агрегат сбора; б — двигатель; 7 —
подруливающие установки.
7.6.2. ЭРЛИФТНЫЙ ЗЕМСНАРЯД КОМПАНИИ «МАРИН ДАЙМОНД
КОРПОРЕЙШН»
Плотная толща осадков разрыхляется гидравлическим разрыхлителем, напорная
вода в насадки подается насосом под напором 1,5 МПа и расходом 80 л/мин. (рис. 7.49).
Пульпа транспортируется эрлифтным способом по гибкому трубопроводу, состоящему
из двух концентрически входящих друг в друга шлангов. Наружный шланг армирован
проволокой, внутренний шланг 0 50мм предназначен для подачи сжатого воздуха.
Подача сжатого воздуха осуществляеися в 50см от уровня насадок рыхлителя. Выемка
алмазноносного гравия производится методом «воронок», при этом всас достигает пло¬
тика, а рабочие перемещения осуществляются на тросах. Извлеченная порода пропу¬
скается через вибрационные грохоты для удаления ила и крупного гравия. Дальнейшее
обогащение производится при пропуске обработанного концентрата по лентам, покры¬
тым смазкой.
Глава 7
527
1
Рис. 7.49. Схема глубоководной гидродобычи.
1 - танкер с обогатительным оборудованием; 2- подъемный трубопровод (шланг
0 250 мм); 3 - воздухоподающий шланг 0 50 мм; 4 воздухоподающий тля иг - ■
5 - гидромониторные насадки.
Производительность по породе составляет 20— 25 т/ч, при концентрации гидросме¬
си 10% [130].
Той же фирмой эксплуатируется судно «Диаманткус» (переоборудованный тан¬
кер) , на котором установлено 3 эрлифта 0400м, компрессорная станция N= 460 л.с.,
РА=0,7 МПа, Qe =60 нм 3/мин. Достигается производительность 300 т/ч гравия. Во
время работы судно находится на шести якорях, сохраняется работоспособность при
высоте волны до 5 м. Аналогичные эрлифтные земснаряды морского исполнения разра¬
батываются фирмой «Терра Марина». Все это подтверждает перспективность эрлифт-
ного способа добычи полезных ископаемых на шельфе морей и океанов при глубинах
более 20 м.
7.6.3. ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА КОМПАНИИ «КОЛЛИНЗ»
Грунтозаборное устройство представляет собой гидрорыхлитель и цилиндрический
всасывающий наконечник, соединенный с подъемной трубой 1 (рис. 7.50), на котором
установлены коллекторы сжатого воздуха 4 и напорной воды 2 [83 ].
528
Глава 7
Рис. 7.50. Гидрорыхлитель для глубоководной гидродобычи.
Перед устьем всасывающего наконечника предусмотрена решетка 3, ограждаю¬
щая всас от попадания в него крупных валунов. Гидравлический рыхлитель состоит из
шести гидромониторных насадков 5, направленных под углом 9-12° во внешнюю
сторону от оси подъемной трубы. Напорная вода подается в коллектор 2 по трубопрово¬
ду 6, а сжатый воздух — по воздухопроводу 7. Производительность по породе 90 —
120 м 3/ч. Выемка методом «воронок».
Преимущества:
— гибкий подъемный трубопровод упрощает конструкцию спуско-подъемного
модуля установки.
Недостатки:
— использование решетки перед устьем всасывающего наконечника препятству¬
ет постоянному контакту всаса с грунтом и удаляет устье подъемной трубы от
разрабатываемого забоя.
— направленное рыхление в сторону от устья всасывающего наконечника спо¬
собствует разубоживанию разрабатываемого пласта и возможным потерям
ценного сырья.
Глава 7
529
7.6.4. СПОСОБ ДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ПЕСКОВ.
Особенности месторождений морских россыпей (высокая степень раскрытия мине¬
ралов и их дезинтеграция) создает предпосылки создания специальных технологий и
технических средств, когда из забоя извлекаются только полезные минералы, а пустая
горная порода остается на месте выемки — это технология «придонного обогащения»
[147].
Наиболее известным является технологическое решение фирмы «Явата Сейтетцу»
по добыче железосодержащих песков (рис. 7.51).
Специальное сепарирующее устройство, включающее барабан, вращающийся вок¬
руг магнитной системы, вместе с рыхлителем монтируется на всасывающем устройстве
Рис. 7.51. Схема гидродобычи железосодержащих песков.
1 — судно, 2 — водяной насос, 3 — трубопровод, 4 — пульпопровод,
5 — магнитная система, 6 — землесос, 7 — гидрорыхлитель, 8 — всас,
9 — грохот, 10 — трос, 11 — магнит.
530
Глава 7
земснаряда (эрлифтного или насосного варианта). Рыхлитель может быть механиче¬
ский или гидравлический. После предварительного рыхления из образовавшейся пуль¬
пы магнитные частицы извлекаются магнитной системой барабана и прилипают к
вращающейся его поверхности. При вращении барабана частицы магнита поступают в
зону всасывания, где не действуют магнитные силы. Далее обычная схема гидроподъе¬
ма. Внутри барабана установлен регулируемый электроривод. Эффективность работы
выемочного устройства достигается соответствующим подбором напряженности маг¬
нитного поля, скорости вращения барабана и параметров рыхлителя.
Технические показатели.
При беспрерывной сепарации производительностью 10 т/ч было достигнуто 100%
извлечение магнитной фракции при содержании в россыпи 5% титаномагнитов. При
этом использовалась модель с барабаном 600 мм при напряженности магнитного поля
на его поверхности 350Э. Мощность привода барабана 0,5 кВт, напор на насадках
гидрорыхлителя 0,4 МПа, расход воды — 100-150 м /ч. Мощность обрабатываемого
слоя — 0,5 м.
Преимущества: экологическая чистота технического процесса добычи.
7.6.5. ЭРЛИФТНАЯ МОРСКАЯ МЕХАНО-ПНЕВМО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ
УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РОССЫПЕЙ.
С помощью грузовой стрелы и якорной лебедки грунтозаборное устройство опуска¬
ется на грунт (рис. 7.52). Трос 0 23 мм, которым осуществляется спуск и подъем
снаряда одним концом крепится к грунтозаборному устройству, а другим, рпоходя через
подвесной блок П-образной стрелы, закрепляется на буксирной лебедке, установленной
на корме судна [90].
Рис. 7.52. Схема гидродобычи россыпи.
1 — механо-гидравлическое эрлифтное грунтозаборное устройство, 2 — гибкий
подъемный трубопровод, 3 — компрессор, 4,5 — водо- и воздухоподводящие шлан¬
ги, 6 — смеситель эрлифта, 7 — подвесной блок, 8 — выносная стрела, 9 — буксир¬
ная лебедка, 10 — грузовая стрела, 11 — кнехт, 12 — желобсо шпальтовыми сита¬
ми, 13 — слив за борт, 14,15 — тяговый и поддерживающий канаты.
Глава 7
531
Осадочные породы, срезаемые передней кромкой ковша или разрыхляемые струя¬
ми, засасываются эрлифтом и по магистральному трубопроводу (гибкие секции / = 4 м
d - 150 мм), подаются на борт судна. На выходе подъемного трубопровода установлен
воздухоотделитель.
Компрессор типа ЗИФ-55 Q = 250 нм /ч, воздухопровод — резиновый шланг
0 65мм, водопровод— резиновый шланг 0 65мм, насос типа НПМ - 1м.
Удельные расходы воздуха и электроэнергии эрлифтной установкой.
Глубина
моря,м
а
Расход воздуха, нм 3/ч
Удельный расход на подъем
t 3
1 м песков
воздуха
3/ 3
нм /м
электроэнергии
кВт ’ч/м 3
10
0,74
280
13,4
1,59
20
0,85
250
10,5
1,39
30
0,89
230
9,2
1,32
40
0,92
220
8,3
1,25
2
Примечание: Для значений плотности поднимаемой гидросмеси р см~ 1500 кг/м
Преимущества: комбинированное грунтозаборное устройство позволяющие при¬
менять либо гидралические рыхлители, либо механогидравлический скреперный способ
сбора слоя грунта.
Недостатки: секционное исполнение гибких рукавов, ручная подача воздухо-водо-
подающих шлангов.
7.6.6. ЭРЛИФТНАЯ УСТАНОВКА РАЗРАБОТКИ МОРСКОЙ РОССЫПИ
С ГИБКИМ ТРУБОПРОВОДОМ.
Сжатый воздух отдвух компрессоров марки СО-7А подается по резиновому шлангу
d - 38 мм (рис. 7.53) в коллектор смесителя, расположенного на гунтозабрном
усройстве. Из коллектора сжатый воздух через выпускные отверстия попадает во вса¬
сывающую трубу грунтозаборного устройства d = 53,1 мм, соединенную с гибким
подъемным трубопрводом d = 65 мм [90 ].
Грунтозаборное устройство и шланговые коммуникации выносятся за борт и опу¬
скаются в воду на грунт на стальном канате с помощью грузовой стрелы и лебедки.
Время спуска — 10-15 мин.
Преимущества:
— исполнение подъемной трубы в виде гибкого трубопровода упрощает спуско¬
подъемные операции;
— использование гидравлического рыхлительного устройства повышает концен¬
трацию гидросмеси в подъемном трубопроводе.
Недостатки:
— добыча в режиме буксировки невозможна;
— при наличии течений гибкие рукава работают на разрыв.
532
Глава 7
5
21
18
15
12
9
6
3
0 10 20 30 40 50 60 70 QB-,hm3/W
Рис. 7.54. Экспериментальные расходные характеристики
эрлифта с гибкой трубой (D п = 65 мм) при различных
глубинах моря.
1 — Н д = 21 м,
от=0,76
2 — Н м ~ 25 м,
«=0,792
3 — Н м-29 м,
«=0,821
4 — Н м = 33 м,
«=0,834
5 — Н Л = 45м,
«=Ц),883
6 — Н м ~ 57 м,
« =0,905
Глава 7
533
7.6.7. МОРСКАЯ ЭРЛИФТНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.
Применена конструкция, позволяющая легко и быстро устанавливать эрлифт вер¬
тикально. Подъемная труба эрлифта вместе с трубой возврата твердого укреплена на
ферме, верхняя часть которой шарнирно прикреплена к борту судна, а нижняя -подве¬
шена (рис. 7.55). Во время движения ферма занимает горизонтальное положение вдоль
борта судна, а после прибытия к месту работы ее устанавливают вертикально, посте¬
пенно опуская фиксирующий трос. Сама ферма состоит из 4-х полых труб (1=16,2 мм.
Их использовали в качестве воздухо- и водонагнетательных труб. Подъемная труба
эрлифта имеет внутренний (1=155,4 мм. Верхняя часть подъемной трубы выполнена
вращающейся, что позволяет направлять поток гидросмеси либо в мерную емкость,
либо в приемный лоток [153 ].
1 — камера измерений,
2 — резервуар отбора проб,
3 — воронка для возврата,
4 — компрессор,
5 — подъемная труба эрлифта,
6 — труба для возврата твердых
частей,
7 — ферма,
‘8 — смеситель со всасом.
Рис. 7.55. Морская эрлифтная экспериментальная
установка.
Q,л/мин
2_
1
103 i 2 3 4 5 6 8 10*
Q возд. 'л/мин
Рис. 7.56.
1 —«=0,68
2 —а=0,82
534
Глава 7
Испытания проведены в Токийском заливе на глубинах до 50 м.
Основные выводы:
1. Потери давления в подъемной трубе при движении трехфазной гидросмеси
(вода — воздух — твердое) равнозначны потерям давления при движении двухфазной
(вода-воздух) гидросмеси.
2. Коэффициент максимальной производительности обнаруживает слабое линей¬
ное снижение с увеличением диаметра труб (в двойном логарифмическом масштабе).
7.6.8. НОВЫЕ ДОБЫЧНЫЕ УСТРОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПЛАВУЧИХ СРЕДСТВ
Опыт экспериментальных исследований эрлифтной установки с гибкими
подъемными коммуникациями диаметром 150/250 мм [129]. Базовое судно —
НИС «Шельф - 1» (рис. 7.57)
Исследования эрлифта проведены с грунтозаборными устройствами механическо¬
го вибрационного, гидравлического и пневматического типов.
Основные параметры базовой эрлифтной установки. (Таблица 7.16)
При работе гидрогрейфера происходит активное механическое отделение и рыхле¬
ние разрабатываемой породы подводного забоя и одновременно постоянное всасывание
образующейся пульпы. Это значительно повышает эффективность разработки связных
осадков по сравнению с гидрорыхлителем. Привод створок грейферного ковша от сило¬
вых цилиндров, в которые подается рабочая жидкость от судовой массостанции. В
полости ковша имеются гидромониторные насадки, которые способствуют дополни¬
тельной дезинтеграции разрабатываемой грейфером породы и непосредственно перед
всасом.
Глава 7
535
Таблица 7.1 б
Отно-
си-
тель-
ное
погру¬
жение,
а
Расход воз-
3/
духа нм /ч
Производительность
по воде,
3/
м /ч
по пескам, т/ч
Я„ =
0,15
Я « =
0,25
Я„-
0,15
Я и =
0,25
5 г- 1,1
т/м 3
5г-1,2
т/м 3
5 г-1,3
т/м 3
5 г - 1,4
т/м 3
Я п =
0,15
Ял-
0,25
Ял-
0,15
Ял-
0,25
Ял-
0,15
Ял-
0,25
Я n-
0,15
Ял-
0,25
0,74
310
834
85,5
245,0
12,2
34,2
19,6
57,0
25,6
71,6
28,1
77,0
0,85
228
632
104,0
290,0
13,8
38,2
23,4
64,3
30,1
82,4
32,7
90,2
0,89
212
588
109,5
306,0
15,1
41,2
24,4
68,6
31,6
88,4
34,1
95,1
0,92
208
563
114,5
316,0
15,8
43,2
26,2
70,5
33,4
91,2
36,8
99,5
Примечание:
D п — диаметр подъемной трубы эрлифта, м;
р е — плотность гидросмеси, т/м 3
При действии виброрыхлителя используется эффект направленной вибрации для
разделения слежавшихся и уплотненных песчано-гравийных пород. Наличие механиз¬
ма поворота вибрирующей массы позволяет совершать виброрыхлителю соединенными
с гибкими коммуникациями эрлифтной системы, возвратно-поступательные движения.
Горизонтальная составляющая сила вибраторов равна 1000 кгм/с при суммарной
2 2
возмущающей силе 3000 кгм/с . Крутящий момент равен 170 кг/с при расстоянии от
оси вращающейся трубы до продольной оси вибратора 340 мм.
При разработке осадков средней консолидации, а также уплотненных осадочных
пород без предварительного рыхления используетя с пневмогидравлическое грунтоза¬
борное устройство. Отличительная особенность его заключается в наличии пневмогид-
равлических насадок, которые позволяют в значительной мере увеличить действие
гидромониторных струй, так как в зоне выхода сжатого воздуха происходит вытеснение
окружающей воды, и струи работают фактически в осушенном забое. Конструктивно
состоит из всасывающей трубы, на которой закреплен конический экран, диаметр
которого в 10 раз превышает диаметр всасывающей трубы. На экране смонтированы
водяной и воздушный коллекторы с подводящими патрубками. Во внутренней полости
экрана по окружности установлены шесть сменных пневмогидравлических насадок с
регулируемым зазором между водяным и воздушными соплами. В этом случае воздух
выполняет двойную полезную работу: усиливает действие гидромониторных струй и
совершает подъем гидросмеси в эрлифте. Дополнительный расход сжатого воздуха на
пневмогидравлическое рыхление не превышает 5% суммарного расхода воздуха в эр¬
лифте.
В механогидравлической скреперной установке ковш соединен с гидроотсасываю¬
щей магистралью. Скреперный ковш перемещается относительно подводного забоя, чем
производится механическое отделение породы от забоя режущей кромкой ковша. Од¬
новременно осуществляется дополнительная гидромоноторная дезинтеграция горной
массы с образованием пульпы непосредственно в полости ковша.
Выбор добычных устройств делают в зависимости от физико-механических свойств
разрабатываемых пород, мощности продуктивной залежи и способа выемки. Рекомен¬
дации для такого выбора приведены в таблице 7.17
536
Глава 7
Таблица 7.17
Разрабатываемая порода
Мощность за¬
лежи, м
Технологиче¬
ская схема
Добычное уст¬
ройство
Пески рыхлые зернистые неслежав-
>1
1—5
I
На
4
3
шиеся
<1
Па
Пески слежавшиеся, гравелистые,
>1
1—5
I
На
4
1,2,3
супеси, илистые пески, лесс
< 1
Пб
1,2
>1
I
1,3,4
Илы слежавшиеся
1—5
Па
1,3
<1
Нб
1,3
Глины легкие нежирные
>1
1—5
I, Па
II б
1,3,4
1
<1
II б
>1
I, Па
1,4
Глины плотные
1—5
I, II б
1,4
<1
1,11 б
1,4
>1
На
1
Схема легкая, разборная
1—5
II б
1
<1
II б
1
Примечания:
Технологические схемы I— с послойной выемкой, На — с выемкой способом
воронок несколькими уступами, Иб — одним уступом.
Добычное устройство: 1 — гидрогрейфер, 2 — виброрыхлйтель, 3 — пневмогидрав-
лическое устройство, 4 — механогидравлическая скреперная установка.
Глава 7
537
8. ПЕРСПЕКТИВЫ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭРЛИФТОВ
8.1. ЭРЛИФТЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ САПРОПЕЛЕЙ И ПЕЛОИДОВ
Оттним из перспективных направлений, по млению авторов, является использование
эрлифтов для добычи сапропелей и пелоидов (лечебных грязей). Этот раздел написан с
использованием обзорной информации об использовании сапропелей [52,53,77,111,113 ].
8.1.1. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О САПРОПЕЛЯХ
Под термином «сапропель» принято понимать тонкоструктурные коллоидальные
отложения водоемов с содержанием органического вещества в пересчете на сухую массу
более 15%. Основной состав органического вещества сапропелей формируется из остат¬
ков отмирающих в водоеме растительных и животных организмов, частично пополня¬
ется привносимыми водой и ветром органическими примесями и растворимыми соеди¬
нениями. Количество и состав минеральных компонентов сапропелей зависит от
условий питания, химического состава питающих водоемы вод и эрозийных процессов.
В результате физических, химических и биологических процессов, протекающих в
осадке, сапропеля обогащаются многими микроэлементами и биологически активными
веществами.
Широкий диапазон химического состава и физических свойств озерных отложе¬
ний, большие запасы и широкая их распространенность в наиболее населенных регио¬
нах СНГ, а также относительная простота добычи и первичной переработки позволяют
рассматривать их как важные ресурсы органического сырья для многих направлений
современного и перспективного использования в сельскохозяйственном производстве,
промышленности и медицине. Настоятельную необходимость освоения ресурсов сапро¬
пелей вызывают прогрессирующие процессы заиления озер.
Таким образом, добыча и использование сапропелей должны решаться комплексно
с учетом охраны и восстановления озер на основе межотраслевых научно-технических
связей. Конечной целью решения этой проблемы в экономическом, экологическом и
социальном планах должно быть рациональное освоение аккумулированных в озерах
ресурсов органического сырья, улучшение водного баланса озер и качества воды, рас¬
ширение возможностей хозяйственного и рекреационного использования озер [52 ].
Промышленное освоение сапропелевых ресурсов требует систематизированных
исследований как по количественной оценке сырья, так и по всестороннему изучению
его качественных показателей и физических характеристик с целью обеспечения воз¬
можности дифференцированного выбора сырьевых баз для конкретного направления
использования сырья и способа его разработки.
Предполагаемые запасы сапропеля, например, на территории СССР оцениваются
а
в250млрд.м [53,113]. С начала организации систематических исследований (1976г.)
обобщены закономерности накопления сапропелей в открытых водоемах, разработаны
принципы оценки и прогнозирования их запасов. На стадии поисково-оценочных работ
538
Глава 8
выявлены и всесторонне охарактеризованы запасы сапропелей в 392 озерах, каждое
площадью более 200 га, определена степень заиления водоемов и прогнозно оценены
ресурсы в неисследованных озерах площадью больше 5 га [52,113 ].
Выбор и обоснование технологических приемов добычи, транспортирования и пе¬
реработки сапропелей обусловливаются их физическим состоянием в залежи и их фи¬
зико-механическими свойствами.
Сапропели — сложные органические, органоминеральные и минеральные комп¬
лексы веществ, формирующиеся в результате биологических, микробиологических и
механических процессов из остатков отмирающих растительных и животных организ¬
мов и привносимых в водоемы водой и ветром органических и минеральных примесей.
В естественном состоянии сапропели - это многокомпонентные полидисперсные систе¬
мы, верхний формируемый слой которых седиментационно неустойчив, характеризу¬
ется высоким влагосодержанием (20 - 25 кг/кг) и активно протекающими биохимиче¬
скими процессами. В результате седиментации частицы сапропеля образуют
структурированный осадок. Минерализация и дальнейшее уплотнение нижних слоев
приводят к образованию осадка пластичной и полутвердой консистенции.
На основании выявленного диапазона распределения сапропелевых отложений по
влаге и значений пределов пластичности выделены три характерные консистенции
залежей: жидко- и вязкотекучая (90% — данные по озерам Белоруссии), пластич¬
ная (9 %), полутвердая (1 %) [77 ].
Сапропели характеризуются высокой дисперсностью. Содержание фракций мень¬
ше 50 мкм составляет 48,7%, средневзвешенный диаметр частиц — 110-130 мкм,
условная удельная поверхность частиц — 1100-3200 м /кг. Тонкая структура сапропе¬
лей обусловлена сложностью и многообразием биологических и абиотических процес¬
сов, протекающих в водоемах, а также микробиологической деятельностью и деструк¬
цией органического вещества [52,111].
3
Плотность сапропелей изменяется в пределах 1400-2700 кг/м . По величине мате¬
матического ожидания плотности сапропели располагаются в следующий ряд: органи-
3 3 3
ческие (1610 кг/м ), смешанные (1970 кг/м ), карбонатные (2060 кг/м ), кремнеземи¬
стые (2240 кг/м3).
Для различных типов сапропелей насыпная плотность при полной влагоемкости
материала составляет 1070-1150 кг/м . С убылью влаги значение ее увеличивается,
причем для минерализованных сапрпелей эти изменения более заметны, чем для мало¬
зольных. Сапропели в естественном состоянии обладают высокой пластичностью, лип¬
костью, резко выраженной способностью к усадке при высыхании, незначительной
водопроницаемостью.
При технологических расчетах грунтозабора и транспорта сапропелей по трубам
наибольший интерес представляют реологические характеристики - предельное напря¬
жение сдвига и вязкость.
Достигнутый уровень знаний о составе и свойстве сапропелей, широкая распрост¬
раненность сырья, доступность, относительная простота его добычи и первичной пере¬
работки показывают, что наиболее перспективными направлениями использования
сапропелей на ближайшую перспективу являются
В земледелии:
— производство стандартных удобрений и известковых материалов, сапропеле¬
навозных, сапропелепометных компостов и гранулированных удобрений на их
основе;
Глава 8
539
— производство и применение продуктов переработки сапропелей (грунтов),
субстратов для выращивания клубеньковых бактерий, средств уменьшения
слеживаемости минеральных удобрений, ростовых препаратов, различных
фасованных питательных смесей на основе сапропелей для садоводства, оран¬
жерей и теплиц.
В животноводстве и ветеринарии:
— производство на основе органических и карбонатных сапропелей минерально¬
витаминных кормовых добавок в виде гранул, брикетов и других добавок
(премиксы, консерванты);
— использование сапропелей в качестве минерально-витаминной добавки в при¬
готовлении комбикормов.
В мелиоративном строительстве и промышленности строительных материалов:
— использование в качестве технологических добавок в производстве водопро¬
ницаемых дренажных труб для систем подпочвенного и капельного орощения,
облегченных стеновых камней, керамзита, монотонного облицовочного кир¬
пича;
— применение как активного наполнителя в полимерсодержащих композициях
для защитных экранов в гидромелиоративном строительстве и бетонных изде¬
лий;
— использование как связывающего для производства теплоизоляционных ма¬
териалов, древесно-волокнистых плит.
В медицине:
— применение в качестве лечебных грязей, отжимов, лечебных препаратов.
В буровой технике:
— использование в составе промывочных жидкостей, тампонажных растворов.
В перспективе на основе сапропелей возможно получение биологически активных
препаратов, белковых веществ и других продуктов и материалов.
8.1.2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛЕЧЕБНЫХ ГРЯЗЯХ
В соответствии с определением энциклопедического словаря Курорты, «Грязи ле¬
чебные (пелоиды) от греческого «pelos» — ил, глина это осадки различных водоемов,
торфяные отложения болот, извержение грязевых вулканов и др. природные образова¬
ния, состоящие из воды, минеральных и органических веществ и представляющие собой
однородную тонко-дисперсную пластическую массу, применяемую в нагретом состоя¬
нии для грязелечения».
По определению Совета Международного общества медицинской гидрогеологии -
лечебные грязи, это «вещества, которые образуются в естественных условиях под вли¬
янием геологических процессов и в тонко-измельченном состоянии, будучи смешаны с
водой, применяются с лечебными целями в виде ванн и аппликаций». Приведенное
определение отражает преимущественно зарубежный опыт подготовки пелоидов для
отпуска лечебных процедур, которые заключаются в высушивании лечебной грязи
(преимущественно торфа), его измельчением с последующим смешиванием с водой.
Поскольку в СССР и в Украине лечебные грязи применялись и применяются, как
правило в естественном виде. Центральный НИИ курортологии уточнил это определе¬
ние, включив в него сведения о происхождении и составе. В соответствии с этим лечеб¬
ными грязями называют современные или геологически молодые природные образова¬
ния, состоящие из воды, минеральных и органических веществ, обладающие
тонкодисперсной структурой, однородностью и в большинстве случаев мазеподобной
540
Глава 8
консистенцией (в нагретом состоянии) в лечебных целях в виде ванн и местных аппли¬
каций" (В.В. Иванов, А.М. Малахов 1963).
Лечебные грязи образуются под влиянием геологических, климатических, гидро¬
геологических, биологических, физико-химических и других природных факторов.
Геолого-гидробиологические факторы включают в себя строение и состав пород, где
идет процесс образования грязи; выветривание пород; тектоническое дробление пород;
движение подземных вод и возникновение водоемов; снос и осаждение материалов;
особенности водоемов (глубина, конфигурация берегов, наклон склонов и т.д.).
Климатические факторы определяются атмосферными осадками, температурой
воды и воздуха, величиной испарения и т.д.
Физико-химические факторы — это диффузные ионно-солевые взаимодействия и
обменно-адсорбционные процессы между водой водоема и отложениями на его дне,
смешивание в водоемах вод различного происхождения и состава и т.д.
Биологический фактор формируется в результате жизнедеятельности, гибели, раз¬
ложения и переработки флоры и фауны водоемов, определяет образование органиче¬
ских и минеральных веществ в грязи, их биологически активные свойства.
Материалом для образования лечебной грязи служат минеральные частицы, орга¬
нические вещества (остатки растительных и животных организмов) коллоидные части¬
цы органического и неорганического состава, вода. Формирование лечебной грязи про¬
исходит под воздействием микроорганизмов, число которых может достигать 1 млрд, и
более в 1 г сухой грязи. В результате биохимических процессов, проистекающих с
участием микроорганизмов, лечебные грязи обогащаются биогенными компонентами
(соединения углерода, азота, серы, железа и др.), многие из которых, например серово¬
дород, имеют высокую терапевтическую активность.
По структуре лечебная грязь — сложная физико-химическая система, состоящая
из грязевого раствора, кристаллического раствора, кристаллического скелета и колло¬
идного комплекса.
Грязевой раствор, пропитывающий грязь составляет от 25 до 97% от массы грязи,
является производным воды (или рапы), покрывающей грязевые отложения и состоит
из воды, растворенных в ней солей, органических веществ и газов. Будучи производным
воды (рапы), покрывающей грязь он по минерализации и ионному составу в известной
степени отражает ее состав. Минерализация грязевого раствора колеблется от 0,01 г/дм
в торфах и сапропелях до 350 г/дм в сульфидных иловых грязях. Реакция его может
быть как кислой (в торфах), так и щелочной (в сульфидных грязях). Грязи с высокой
минерализацией грязевого раствора или кислой реакцией оказывают более выраженное
влияние на организм, в связи с чем их можно применять при более низких температу¬
рах.
Кристаллический скелет грязи (грубодисперсная ее часть) включает глинистые и
песчанистые частицы, различной величины, слаборастворимые соли кальция и магния,
грубые органические остатки. Дисперсность кристаллического скелета имеет важное
бальнеологическое значение: чем больше содержание мелких силикатных частиц, тем
лучше качество грязи. Более крупные кристаллические частицы, ухудшают ее лечеб¬
ные свойства. Если более 50% скелете лечебной грязи составляют частицы диаметром
более 0,01 мм, то такие грязи относятся к грязям грубого остова, если частицы имеют
диаметр менее 0,01 мм — то такие грязи называются грязями тонкого остова. Наличие
в лечебной грязи частиц размером более 0,25 мм определяет так называемую засорен¬
ность грязи, допустимые пределы которой не более 2 - 3%.
С кристаллическим скелетом связан ряд важных лечебных свойств грязи: вязкость,
пластичность, влажность и влагоемкость.
Глава 8
541
КОЛЛОИДНЫЙ КОМПЛЕКС (тонкодисперсная часть) включает в себя мине¬
ральные частицы размером менее 0,001 мм, органические вещества, сложные органи¬
ческие и органо-минеральные соединения (сера, кремниевая кислота, гидросульфид
железа).
По содержанию органических веществ лечебные грязи подразделяются на органи¬
ческие (свыше 10% сухого вещества), к которым относятся торфяные грязи и сапропели
и неорганические (менее 10% сухого вещества) — сульфидные иловые и сопочные
грязи. Органические вещества определяют такие важные свойства лечебной грязи, как
теплоемкость, способность удерживать тепло, способность к адсорбции и др.
Микрофлора и органо-минеральный комплекс, смолообразованные, пенициллино¬
подобные и другие вещества лечебной грязи обусловливают ее антибактериальные
свойства (главным образом неорганических лечебных грязей) и способность их к реге¬
нерации (восстановлению бальнеологических свойств после применения), что позволя¬
ет многократно использовать их без снижения лечебной эффективности.
Различные типы лечебной грязи, при всем разнообразии их происхождения и
состава, имеют ряд общих физических свойств: пластичность, тепловые свойства (теп¬
лопроводность, теплоемкость) и способность к адсорбции.
ПЛАСТИЧНОСТЬ определяет способность грязи хорошо удерживаться на теле.
Пластичность определяется величиной сопротивления сдвигу при минимальной силе,
которая обуславливает первое нарушение структуры грязи, и выражается в едини¬
цах дин/см2.
Торфяные грязи обладают меньшей пластичностью, чем иловые. Оптимальная
пластичность грязи характеризуется величиной сопротивления сдвигу 1500 -
2000 дин/см2.
ВЯЗКОСТЬ грязи является показателем прочности коллоидной структуры. При ее
недостаточности «грязь сползает с тела больного».
л
ЛИПКОСТЬ грязи характеризуется величинами от 5000 до 8000 дин/см .
ВЛАЖНОСТЬ грязи определяет ее физико-химические свойства: объемный вес,
тепловые и пластические свойства, электропроводность.
Основными физико-химическими свойствами грязи, определяющими ее бальнео¬
логическое значение, являются тепловые.
УДЕЛЬНАЯ ТРУДОЕМКОСТЬ определяется количеством тепла в килоджоулях,
необходимом для нагревания 1 кг грязи на 1 Кельвин Дж/(кг К). Удельная теплоемкость
торфов и сапропелей около 4,2 Дж/ (кг К), для иловых грязей — 1,7 - 2,3 Дж/ (кг К).
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ грязи определяется количеством тепла в Джоулях, про-
2
ходящим в 1 сек. через сечение тела, равное 1 м , при длине 1 м с разностью температур
2
на его концах в 1 Кельвин (Вт / м К). Наиболее высокая теплопроводность характерна
для иловых грязей.
АДСОРБЦИОННЫЕ свойства грязи способствуют удалению с кожи микробов во
время процедуры.
Основные показатели и нормы оценки грязей приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1
Показатели
Типы лечебной грязи
торфяные
сапропели
сульфидные
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
Влажность, %
60
40-85
40-70
Объемная масса, г/см
1,0-1,3
1,0-1,2
1,2-1,6
542
Глава 8
Продолжение табл. 8.1
Показатели
Типы лечебной грязи
торфяные
сапропели
сульфидные
Сопротивление сдвигу
грязей подготовленных
для процедур, дин/см2
1500-2000
1200-1500
1500-2500
Засоренность частицами
крупнее 0,25 мм, % на
сухую грязь
До 2
До 2
ДоЗ
Содержание сульфидов,
% на сырую грязь
0,0-0,5
0,0-0,15
0,05-0,5
и более
Содержание органиче¬
ских веществ, % на су¬
хое вещество
50
10
0,5-10
Минерализация сухого
раствора, г/л
Обычно 2
Обычно 0,1
От 2 до 350
Степень разложения, %
40
—
—
САНИТАРНО-БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИЕ
Коли-титр
10 и более
1 и более
10 и более
Титр-перфрингенс
0,1 и более
0,1 и более
0,1 и более
Общее количество бакте¬
рий
менее 500000
менее 500000
менее 500000
Качество лечебных грязей определяется так же рядом других свойств:
— реакцией среды (pH);
окислительно-восстановительным потенциалом (Eh);
— величиной минерализации и ионным составом грязевого раствора;
— наличием биологически активных компонентов и микроэлементов.
Добытые сульфидные иловые грязи, для определения их пригодности к лечебному
использованию должны соответствовать следующим требованиям:
— влажность — 37-70%
— засоренность частицами крупнее 0,25 мм — не более 1 - 2 %;
2
— величина сопротивления сдвигу — 1500 - 2000 дин/см ;
— величина окислительно-восстановительного потенциала должна быть отрица¬
тельной (-150 25 мВ);
— количество органических веществ — не менее 1 - 2%;
— объемный вес — 1,2 — 1,6;
— теплоемкость — 1,67 - 3,35 кДж/ (кг К);
— теплоудерживающая способность — не менее 300 - 400 сек.
Учитывая изложенное при добыче лечебных грязей должны применяться методы
наименее нарушающие их физико-химические свойства.
СУЛЬФИДНЫЕ ИЛОВЫЕ ГРЯЗИ
На территории Украины с лечебными целями, в основном используются сульфид¬
ные иловые грязи к которым относятся лечебные грязи озера Большое и Обиточного
залива, используемые курортом Бердянск, и грязи месторождения Тащенак, использу¬
емые курортом Кирилловна.
Глава 8
543
Сульфидные иловые грязи — иловые отложения преимущественно минеральных
(соляных) приморских и материковых озер, лиманов, заливов, в которые поступает
большое количество растворенных минеральных веществ (в том числе глинистых с
содержанием железа). Иловые отложения образуются в результате разложения флоры
и фауны микроорганизмами. Сульфидные грязи бедны органическими веществами
(менее 10%) и, как правило, богаты сульфидами железа и водорастворимыми солями.
В связи с этим , наибольшее бальнеологическое значение приобретают содержание
сульфидов, минерализация грязевого раствора и его ионный состав.
В соответствии с этими признаками сульфидные иловые грязи подразделяются
следующим образом.
По содержанию сульфидов (в %):
— слабосульфидные — 0,05-0,15;
— сульфидные — 0,15- 0,50;
— сильносульфидные — более 0,50
По величине минерализации грязевого раствора (в г/л):
— очень низкоминерализованные — менее 5;
— низкоминерализованные — 5-15;
— среднеминерализованные — 15 - 35;
— высокоминерализованные — 35 -150;
— очень высокоминерализованные — более 150.
По составу грязевого раствора:
—-хлоридно-натриевых (магниево-натриевые);
— сульфатно-хлоридные и магниево-натриевые;
— гидрокарбонатные и гидрокарбанатно-сульфатные кальциевые и магниево¬
кальциевые.
К озерно-ключевым сульфидным иловым грязям относятся месторождения, свя¬
занные с выходом подземных минеральных вод. Например озера Репное и Слепное в
Донецкой области.
Приморские сульфидные иловые грязи находятся в приморских лагуно-лиманах и
характеризуются наиболее высоким содержанием сульфидов и минерализацией раство¬
ра. Ионный состав приморских сульфидных иловых грязей близок к морской воде,
однако значительно более концентрирован. Встречаются сульфидные иловые грязи
приморского типа только вблизи берегов морей: озера Сакское, Чокракское и др.
(Крым), Большое, Малое, Красное (Запорожская область), Куяльницкий лиман (Одес¬
ская область).
Морские сульфидные иловые грязи образуются на дне морских заливов, защищен¬
ных от воздействия сильных течений и волн. Ионный состав, минерализация грязевого
раствора этих грязей почти идентичны таковым в морской воде, содержание сульфидов
относительно невелико. Месторождения сульфидных иловых грязей морского типа рас¬
положены в заливах Азовского моря (Обиточном, Бердянском, Таганрогском).
Перечисленные особенности сульфидных иловых грязей обуславливают необходи¬
мость использование при их добыче и транспортировке коррозийностойких материалов.
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЛЕЧЕБНЫХ ГРЯЗЕЙ
ЗАПОРОЖСКОЙ ОБЛАСТИ
В соответствии с «Кадастром месторождений лечебных грязей Украины» на терри¬
тории Запорожской области расположено 9 месторождений лечебных грязей. Специа¬
листами Украинского НИИ медицинской реабилитации и курортологии проводятся
544
Глава 8
интенсивные работы по разведке новых месторождений лечебных грязей в Приморском
районе области.
Лечебная грязь месторождений Запорожской области относится к типу иловых
сульфидных грязей приморского и морского генезиса.
Наибольший интерес с точки зрения использования в курортной практике пред¬
ставляют следующие месторождения: Бердянский и Обиточный заливы, озера Большое,
Красное, Лечебное и Сивашик, Утлюкский лиман, устье р. Тащенак и др.
1. БЕРДЯНСКИЙ ЗАЛИВ расположен на северном побережье Азовского моря и
входит во 2 и 3 зоны санитарной охраны бальнеогрязевого курорта общегосударствен¬
ного значения Бердянск. Залив находится в пределах Приазовской низменности, пред¬
ставляющей собой расчлененную лесовую равнину слабо наклоненную к югу.
Формирование иловой грязи в Бердянском заливе протекает в условиях относи¬
тельного постоянства минерализации, большого насыщения кислородом и наличием
большого количества биогенных веществ.
Грязевая залежь является динамическим образованием, постоянно меняющим
форму и место залегания. На процесс формирования лечебной грязи существенное
влияние оказывает искусственное углубление морского дна — прокладка судоходного
канала для прохода в порт крупнотоннажных судов.
Донные отложения залива представлены песчано-ракушечными отложениями и
илами от светло-серого до темно-серого цвета.
Сравнение основных физико-химических показателей иловой грязи Бердянскош
залива с наиболее известными разновидностями иловой сульфидной грязи позволяет
отнести их к низкоминерализованым слабосульфитным иловым грязям морского типа.
Лечебная грязь отличается высоким содержанием органических веществ (3,89%).
Влажность грязи находится в пределах 40 - 68 %. Активная реакция илов (pH) изменя¬
ется от 7,12 до 7,94, что характеризует грязь как нейтрально-слабощелочную. Окисли¬
тельно-восстановительный потенциал иловой грязи (Eh) колеблется в небольших пре¬
делах (от 60 до 310 пб). Отрицательное значение Eh указывает на преобладание
восстановительных процессов.
Грязь залива темно-серая до серой от текучей до текучепластичной консистенции,
тонкозернистой структуры, мазкая, иногда со слабым запахом сероводорода. Засорен¬
ность грязи находится в пределах нормы, но на юго-западном участке несколько выше
и составляет 4,8 %. Сопротивление сдвигу 1250 - 1900 дин/см2.
Залежь иловой грязи представляет собой полосу шириной 4-6 км, мощностью от 0,1
до 1,0 м, субмеридионального направления, образованную в ветровой тени Бердянской
косы. Иловая грязь залегает на глубинах от 3 до 6,5 м.
Лечебные пелоиды подстилаются светло-серыми, плотными запесоченными ила¬
ми. '
Подсчитанные запасы иловых сульфидных грязей Бердянского залива составляют
более 7 млн. м3.
2. ОБИТОЧНЫЙ ЗАЛИВ расположен на северном побережье Азовского моря, в
4,5 км южнее с. Набережное Приморского района. Месторождение «Обиточное» распо¬
ложено в северо-восточной, прибрежной части залива. В геоструктурном отношении
оно приурочено к северному борту Азово-Кубанской депрессии.
В геологическом строении района принимают участие образования архей-протеро-
зойского, мезозойского и кайнозойского возраста.
Донные иловые отложения Обиточного залива представлены илами трех разновид¬
ностей: илом темно-серым до черного мощностью до 0,1 м, илом темно-серым мощно¬
стью до 0,4 м и илом серым мощностью до 5,2 м. Наиболее ценными с точки зрения
использования в лечебных целях являются два верхних слоя илов, общей мощностью
Глава 8
545
0,3 - 0,4 м, которые по своим свойствам отвечают требованиям, предъявляемым к
лечебным грязям.
Илы месторождения имеют текуче-мяпсопластичную консистенцию, жирные на
ощупь, липкие, мазкие с легким запахом сероводорода. Засоренность различных разно¬
видностей илов неодинакова и изменяется от 1,53% в темно-серых илах до 8,31% в
серых. В целом илы имеют большую засоренность по сравнению с нормативной.
Иловые грязи Обиточного залива относятся к типу среднеминерализованных сла¬
босульфитных сульфато-хлоридных магниево-натриевых лечебных грязей морского
генезиса.
1
Влажность лечебной грязи 50,17 %; объемный вес 1,58 г/см ; сопротивление сдвигу
4932 дин/см ; теплоемкость 0,2 кал.г/град; содержание сульфидов 0,085%; содержание
органических веществ 1,36% Ph — 7,5; Eh — 286,2.
В лечебной грязи преобладают группы микроорганизмов, обеспечивающие грязе¬
образовательный процесс и самоочищение залежи и водоема в целом.
Подсчитанные балансовые запасы лечебной грязи месторождения (более
25 тыс. м ), являются достаточными для эксплуатации месторождения на протяжении
более 60 лет при потребляемости курорта 5 тыс. м в год.
3. ОЗЕРО БОЛЬШОЕ расположено в южной части Бердянской косы, в северной
территории курорта Бердянск, в 750 м северо-восточнее озера Красное. Озеро вытянуто
вдоль берега Азовского моря на 2,2 км. В северной части озеро имеет наибольшую
ширину до 850 м, постепенно сужаясь к южному концу. Площадь озера 1,35 тыс. м2. С
юго-востока озеро отделено от моря пересыпью шириной 100 - 200 м. Юго-западный
берег озера низкий, пониженные участки косы заняты небольшими озерами. Здесь же
расположено довольно крупное озеро Среднее, с которым озеро Большое соединено.
В питании озера в равной степени участвуют атмосферные осадки, подземные и
морские фильтрационные воды. Взаимосвязь озера с морем и подземными водами обус¬
лавливает относительную многоводность озера и устойчивость водного баланса.
Иловые отложения в озере наблюдаются лишь вдоль восточного берега. Они зале¬
гают полосой шириной около 300 - 400 м на расстоянии от 10 до 60 м от берега.
Вся остальная часть дна озера сложена плотными песчано-ракушечными, местами
заиленными, отложениями.
В разрезе донных отложений выделяются темно-серые илы, глинистый ил с битой
ракушей и плотный песок с ракушей.
Темно-серые илы мягкие, местами разжиженные, с запахом сероводорода, засо¬
ренные ракушей. Засоренность частицами более 0,25 мм — от 6 до 12%, а в западной
части грязевой залежи — до 30% и более, расположены на площади 0,5 км2. Средняя
мощность илов 0,15 - 0,20 м, максимальная 0,4 м.
Темно-серые илы озера Большое относятся к приморским слабосульфидным высо¬
коминерализованным лечебным грязям.
Основные физико-химические показатели лечебных грязей: влажность 56 - 62%;
сопротивление сдвигу 2400 дин/см2; засоренность 6-12%; удельный вес 1,35 -1,4 г/см3;
содержание сульфидов 0,11 %.
Запасы лечебной грязи месторождения составляют 53,1 тыс. м3.
4. ОЗЕРО КРАСНОЕ расположено в южной части Бердянской косы, на территории
курорта Бердянск. В плане озеро имеет форму треугольника со сглаженными углами.
Основание треугольника, обращенное на север, имеет ширину до 700 м, в южном
направлении озеро постепенно сужается. Протяженность озера 1,2 км, площадь —
546
Глава 8
2
0,5 км . Юго-восточный берег озера отделен от Азовского моря пересыпью шириной от
50 до 90 м, поверхность которой пологая со слабым уклоном к озеру от берегового вала,
тянущегося вдоль озера.
Лечебные грязи озера представлены темно-серыми и черными илами, которые
залегают вдоль восточного берега озера, на расстоянии от 10 до 40 м от берега. Средняя
мощность залежи 0,1 - 0,25 м.
Илы озера Красное относятся к приморским слабосульфидным высокоминерализо¬
ванным лечебным грязям.
Основные физико-химические показатели лечебных грязей: влажность 60%; со-
2 3
противление сдвигу 1500 дин/см ; засоренность 9 %; удельный вес 1,36 г/см'; содержа¬
ние сульфидов 0,10%; минерализация грязевого раствора 57 г/л; pH — 7,6.
Запасы лечебной грязи месторождения составляют 6,3 тыс. м3.
5. ОЗЕРО ЛЕЧЕБНОЕ расположено на Приазовской низменности, представляю¬
щей собой полого-волнистую равнину, имеющую очень незначительный наклон повер¬
хности к берегу Азовского моря.
Курортологическим обследованием территории Запорожской области месторожде¬
ние озеро Лечебное разделено на три участка: озеро Лечебное, озеро Безымянное, озеро
Соленое.
Озеро, по условиям формирования, относится к водоемам приморского типа.
Процесс формирования иловых грязей месторождения происходит в комплексе
сложного взаимодействия ряда условий: физико-географических, геологических, физи¬
ко-химических и биологических.
Наличие крутого коренного северо-западного берега, сложенного суглинками,
обусловило формирование минерального состава лечебных грязей. Гидрогеологический
режим озера способствует развитию фауны и флоры. Биомасса служит органическим
материалом грязеобразования.
В то же время, необходимо отметить частое нарушение условий, необходимых для
процесса грязеобразования, что отрицательно сказывается на условиях формирования
лечебных грязей.
Донные отложения озера представлены илом черного и темно-серого цвета. Под¬
стилающей породой является ил светло-серого цвета, местами с голубоватым оттенком,
уплотненный со значительным содержанием целой и битой ракуши.
Грязи месторождения характеризуются следующими показателями: влажность ко¬
леблется от 40,4 % до 60,6 %; засоренность частицами крупнее 0,25 мм достигает 33,8 %;
о
удельный вес — от 1,25 до 1,78 г/см ; теплоемкость — от 0,51 до 0,81 кал/г град;
2
сопротивление сдвигу колеблется в пределах 1593 -11036 дин/см ; липкость — от 3515
2
до 16402 дин/см ; содержание сероводорода — от 0,014 до 0,104%.
Лечебная грязь озера относится к иловым слабосульфидным грязям приморского
генезиса.
Эксплуатационные запасы иловых грязей озера Лечебное составляют 13,8 тыс. м .
Месторождения лечебных грязей курорта Кирилловка расположены в северном
Приазовье, в 65 км от г. Мелитополь на берегу Азовского моря.
Формирование донных отложений месторождений происходит в условиях мелко¬
водных, хорошо прогреваемых бассейнов с различным водно-солевым режимом.
6. УТЛЮКСКИЙ ЛИМАН. Водно-солевой режим лимана постоянен, так как ли¬
ман является, по-существу, обширным морским заливом. Здесь преобладают песчано¬
ракушечные отложения и лишь в небольших прибрежных лагунах и заливчиках созда¬
ются более или менее благоприятные условия для накопления иловых грязей.
Глава 8
547
Иловые грязи лимана изучены слабо, мощность их колеблется от 0,2 до 0,7 м.
Изменение общей солености воды лимана, по мере продвижения от низовья к верховью
сопровождается изменением основных компонентов иловых отложений. Дно лимана
представляет собой сплошной ковер водной растительности, обилие которой приводит
к пересыщению воды кислородом в теплый период года. Расположение растительности
обуславливает развитие грязевых процессов.
Сравнение основных физико-химических показателей иловых грязей лимана с
наиболее известными разновидностями донных осадков позволяет отнести их к типич¬
ным иловым среднеминерализованным слабосульфидным грязям приморского генези¬
са.
Влажность грязи — 53,1%; объемный вес — 1,37 г/см ; сопротивление сдвигу —
2
7870 дин/см ; засоренность — 1,45%; минерализация грязевого раствора — 22,9 г/л;
pH — 7,8. Общая минерализация грязевого раствора более чем в 2 раза превышает
минерализацию воды лимана.
з
Запасы лечебной грязи ориентировочно составляют 8,2 тыс. м .
7. ОЗЕРО СИВАШИК. Грязи этого участка наиболее качественные из всех в районе
курорта Кирилловка по многим показателям.
Цвет грязи черный с блеском, маслянистый. Засоренность частицами более 0,25 мм
почти по всей площади залежи не превышает 1 %. Влажность грязи колеблется в преде¬
лах 45,4 - 69,0%. Грязи пластичные, очень хорошей мазкости. Содержание сероводо¬
рода в пределах 0,122 - 0,14 %. Удельная теплоемкость составляет 0,54 -0,75 кал/ г град.
Липкость в пределах 6000 - 7000 дин/см . Минерализация грязевого раствора 28 г/л.
Общая минерализация раствора повышена в сравнении с минерализацией воды озера в
2,8 раза, pH раствора 8,0.
По своим основным физико-химическим свойствам темно-серые и черные илы
озера отвечают требованиям, предъявляемым к лечебным грязям.
8. ТАЩЕНАК. На основании детальной разведки месторождений лечебных грязей
по региону, наиболее перспективным для лечебного использования признано месторож¬
дение лечебных грязей в устье реки Тащенак у с. Родионовка, расположенное в более
чем 40 км от курорту Кирилловка.
Долина реки имеет ширину 1-1,5 км. Склоны долины пологие или средней
крутизны с прерывистыми водотоками. Река имеет неустойчивый гидрогеологический
режим, находясь в климатической зоне, характеризующейся недостаточным увлажне¬
нием, в которой испарение превышает выпадение осадков. Гидрохимическая обстанов¬
ка в приустье части реки обусловлена связью с Молочным лиманом.
Устойчивая связь с Молочным лиманом обусловила образование в низовье реки
ярко выраженного соленого водоема, вода в котором имеет характерный для морского
бассейна тип.
Грязевая залежь в устье реки Тащенак отличается сильной вытянутостью в срав¬
нении с ее незначительной шириной (1400 * 60 м).
Темно-серые и черные илы с запахом сероводорода, отвечающие требованиям,
предъявляемым к лечебным грязям, расположены в приустьевых участках реки. Харак¬
терной, особенностью этих илов является содержание большого количества песка и
ракуши.
Толщина слоя воды над иловыми грязями составляет от 15 до 80 см. Мощность
грязевой залежи неоднородна и достигает величины 0,2 м.
Лечебные грязи месторождения Тащенак относятся к иловым среднеминерализо¬
ванным слабосульфидным грязям приморского генезиса.
548
Глава 8
Основные физико-химические показатели лечебных грязей месторождения: влаж-
ность — 58 - 60%; засоренность от 0,35 до 12%; объемный вес — 1,3 г/см ; удельная
теплоемкость — 0,69 кал/г град; минерализация грязевого раствора колеблется в пре¬
делах от 15 до 25 г/л; содержание органических веществ 2,2%; pH — 7,8.
з
Запасы грязи месторождения Тащенак составляют 33,8 тыс. м .
9. ОЗЕРО у с. ОЗЕРЯНЫ. Озеро образовалось в результате искусственного пере¬
крытия земляной дамбой оконечности юго-западного Оийманайского Сивашика. Обра¬
зовавшееся озеро площадью 3,5 га занимает неглубокую впадину в рельефе местности
с плавными очертаниями склонов. Глубина озера не превышает 0,5 м. Дно озера твер¬
дое, глинистое, с небольшим прослоем заракушеного песка. Почти вся площадь дна
покрыта слоем черной иловой грязи, мощность которой в центральной части озера равна
0,10 - 0,15 м и увеличивается до 0,30 - 0,40 м в сторону дамбы и западного окончания
озера.
Грязь иловая среднеминерализованная, слабосульфидная.
Цвет грязи черный с блеском, маслянистый. Засоренность частицами диаметром
более 0,25 мм почти по всей площади залежи не превышает 1 %. Влажность грязи 45,4
- 69%; pH — 8,0; содержание сульфидов 0,12 - 0,14%; минерализация грязевого
раствора — 28 г/л.
з
Эксплуатационные запасы месторождения составляют 5,3 тыс. м .
8.1.3. СПОСОБЫ ДОБЫЧИ САПРОПЕЛЯ
В основном применяются два способа: карьерный («сухой») и земснарядный (гид¬
равлический).
Грейферный способ добычи. Сущность способа состоит в следующем. Грейферным
экскаватором Э-304, установленным на понтоне, сапропелевая масса грузится в баржу,
которая буксиром транспортируется к берегу для разгрузки. Разгрузка баржи осущест¬
вляется также грейферным экскаватором или насосной установкой в самосвалы, кото¬
рые доставляют сапропелевую массу на специальные площадки для досушки. При влаге
50-60% сапропель скрепер-бульдозером СБТУ-25 укладывается в бурты.
Добыча сапропеля из малых водоемов. Для этой цели Институтом торфа АН БССР
совместно с ЦКБ и Опытным производством АН БССР разработана специальная экспе¬
риментальная установка АНБ-752, предназначенная для добычи сапропелей из малых
водоемов. Она представляет собой плавучий агрегат, состоящий из понтонного устрой¬
ства катамаранного типа, на котором смонтированы дизель-электрическая станция
АСДА-100 (УЗЧ-100), модернизированный насос НЖН-200, лебедка подъема и опу¬
скания рабочего органа, лебедка перемещения установки, два электродвигателя для
холостого перемещения установки и кабина. Грунтозаборное устройство шнеково-цен¬
тробежного типа оборудовано оригинальным приемником скреперующего типа, кото¬
рый обеспечивает хороший подбор залежи и удовлетворительную консистенцию пуль¬
пы. Управление установкой осуществляется из кабины оператора с помощью пульта.
Для подачи пульпы от установки к месту складирования сапропелей она комплектуется
плавучим и береговым пульпопроводами.
Добыча сапропелей залегающих под торфом. На основании данных по условиям
залегания, физическому состоянию залежей и требований, предъявляемых к готовой
продукции, намечена следующая технология добычи и первичной переработки сапро¬
пелей, подстилающих торфяную залежь, экскавация которой (после дополнительного
осушения участка) осуществляется торфяными экскаваторами ТЭ-ЗМ, МТП-71 (дав¬
ление на грунт до 30 кПа), транспортирование и расстил массы на площадки сушки -
Глава 8
549
прицепными гусеничными тележками МТП-24Б, планировка массы — бульдозером
при влаге верхнего слоя 78-82%. Фрезерование подсохшего до 75%-ной влаги слоя
проводится дисковыми лушилыциками ЛДГ-10, уборка и штабелирование — скрепер-
бульдозером СБТУ-25. Хранится готовая продукция в штабелях высотой 1,5-1,7 м.
Гидромеханизированный способ добычи сапропелей.
В условиях подводной разработки наиболее рационально применение гидромеха¬
низированного способа экскавации залежи с гидротранспортированием сапропелей по
трубам к потребителю или в места складирования.
При гидромеханизированном способе разработки озерных отложений отпадает
необходимость в спуске воды из озера, разработку залежи в открытом водоеме можно
вести практически при любой глубине воды; в одном технологическом цикле удобно
сочетаются добыча, гидротранспортирование и укладка сапропелей на берегу. Гидро¬
транспортирование пульпы возможно на сравнительно большие расстояния (на десятки
и даже сотни километров). Оборудование гидромеханизации несложное. Практически
процесс легко поддается автоматизации. Особенность гидромеханизации — в высокой
производительности установок при малой затрате рабочей силы на их обслуживание.
Поэтому стоимость единицы продукции при гидромеханизированном способе производ¬
ства по сравнению с другими способами наиболее низкая [52,111].
Гидромеханизированная разработка с последующим транспортированием пульпы
по трубам в отстойники обеспечивает получение продукции с высокими качественными
показателями. При укладке грунта отпадает надобность в дополнительных затратах на
его разравнивание и уплотнение. Намытый в отстойники сапропель легко поддается
дальнейшим механизированным операциям по его досушке, уборке и складированию.
По своей сущности гидромеханизация — поточный непрерывный технологический
процесс, и это обеспечивает высокую эффективность метода.
В основу технологии добычи сапропелей из озер положена идея применения специ¬
ализированных плавучих снарядов с гидромеханизированной экскавацией залежи и
гидротранспортом пульпы на стационарные поля сгущения и сушки. Поля фильтрации
и сушки по указанной технологии постоянны на весь период выработки отложений в
озере или отдельных его участков. Для быстрейшего отвода фильтруемой из гидросмеси
воды основание полей должно быть дренированным. Площадь полей фильтрации и
сушки обычно делится на две равные части. Одна предназначена для аккумуляции и
сгущения гидромассы, другая — для сушки и уборки сапропеля залива прошлого года.
Готовую продукцию собирают в бурты, а затем, после 3-6-месячного срока хранения
материала в буртах, вывозят на поля или используют для приготовления компо-
стов [77].
В зависимости от мощности меторождения и производственной необходимости
применяются следующие серийно выпускаемые земснаряды: МЗ-ЗА, АНБ-752, МЗ-8,
МЗ-10, ЗРС-Г, ЛС-27, 200-50, ЗГН-2000/63, 180-60, ЗГМ-350 и др. Но для добычи
сапропеля необходима их некоторая доработка. В частности, установка специальных
грунтозаборов: конфузорно-скреперующих типа ГТД-1,8 или ГД-3,5; роторно-ковшо¬
вых типа РКГУ, шнеково-скреперующих типа УДС-15 или АНБ-752, управляемого
сепаратора и многих других. Или применение специальных установок, таких например,
как фрезерно-шнековая добычная установка (ФШДУ) и др.
Но даже применение этих и других специальных грунтозаборных устройств и
установок не может устранить главного недостатка гидравлического способа добычи
сапропеля земснарядами, оборудованных центробежными грунтонасосами — очень
низкая концентрация его в пульпе (2...5%).
Основным недостатком карьерного способа добычи сапропеля является: спуск воды
в водоеме и обезвоживание сапропеля. Это связано со значительными капитальными
550
Глава 8
затратами, существенно затягивается во времени и ухудшается экологическая обста¬
новка. При этом задействовано большое количество машин и механизмов.
8.1.4. ЭРЛИФТНО-ЗЕМ СНАРЯДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
ДЛЯ ДОБЫЧИ САПРОПЕЛЯ И ПЕЛОИДОВ
Используя главные достоинства гидромеханизированного способа добычи, эрлиф-
тно-земснарядные комплексы (ЭЗК) устраняют главный его недостаток — низкую
концентрацию. Согласно исследованиям авторов эта концентрация для ЭЗК увеличится
в 3...5 раз, а в некоторых случаях и более. Но в гидравлическую и технологическую
схемы этих ЭЗК, по сравнению с ЭЗК по добыче сыпучих строительных материалов,
необходимо внести некоторые изменения и, самое главное, заменить всасывающее
(грунтозаборное) устройство эрлифта. Оно разработано авторами специально для добы¬
чи сапропеля и пелоидов. Это грунтозаборное устройство может устанавливаться как на
эрлифты, смонтированные на серийно выпускаемых земснарядах, приведенных в раз¬
деле эрлифтно-земснарядные комплексы по добыче сыпучих строительных материалов
со дна внутренних водоемов, так и на специальных ЭЗК для добычи сапропелей и
пелоидов. Один из них приведен ниже.
Гидравлическая схема, работа и конструктивные особенности малогабаритного
эрлифтно-земснарядного комплекса типа МЭЗК-400/20-С.
Состав гидравлической схемы (рис. 8.1):
1 — компрессор нагнетания сжатого воздуха в эрлифт;
2 — патрубок выхода сжатого воздуха в атмосферу;
3 — задвижка на патрубке 2;
4 — воздушный коллектор;
5,6, 7 — задвижки на воздуховодах;
8 — воздухоотделитель;
9 — патрубок выхода воздуха из воздухоотделителя;
10 — сливная труба для пульпы;
11 — всасывающий трубопровод грунтонасоса 12;
12 — грунтонасос ГРУ-400/20;
13 — нагнетательный трубопровод (пульповод) грунтонасоса 12;
14 — зумпф (промежуточная емкость);
15 — воздуховод правой форсунки размыва грунта;
16 — подъемная труба эрлифта;
17 — воздуховод питания эрлифта;
18 — воздуховод левой форсунки размыва грунта;
19 — смеситель эрлифта;
20 — правый шибер всасывающего устройства;
21 — левый шибер всасывающего устройства;
22 — корпус всасывающего устройства;
23 — левая форсунка размыва грунта;
24 — правая форсунка размыва грунта;
25 — залежи сапропеля;
26 — водоем.
В нерабочем состоянии колонна труб 15,16,17 и 18 эрлифта и его всас 22 подняты
над грунтом (сапропелем) на некоторую величину (не менее 0,5 м). При этом положе¬
нии всасывающее устройство 22 и трубы 15,16,17 и 18 эрлифта заполнены чистой водой.
Задвижки 5, 6, 7 закрыты, задвижка 3 открыта. Зумпф 14 заполнен чистой водой,
поступающей через опущенную правую стенку зумпфа.
Глава 8
551
Работа. После про¬
верки всех систем, ма¬
шин и механизмов,
включается компрессор
1. Сжатый воздух через
патрубок 2 и задвижку 3
выходит в атмосферу до
выхода компрессора 1 на
рабочий режим. После
чего открывается за¬
движка 6 и медленно за¬
крывается задвижка 3.
Сжатый воздух по возду¬
ховоду 17 поступает в
смеситель 19 эрлифте и,
в результате возникшего
перепада давления в вер¬
хней и нижней частей
эрлифта, двухфазная
гидросмесь (вода и воз¬
дух) поступает в подъем¬
ную трубу 16 эрлифта и
далее через воздухоотде¬
литель 8, сливную трубу
10 в зумпф 14. Далее
включается грунтонасос
12. Убедившись в нор¬
мальной работе всех сис¬
тем, опускают колонну труб 15, 16, 17, 18 вниз до соприкосновения всаса 22 с грунтом
(появления грунта в зумпфе). В зависимости от намеченного направления перемещения
земснаряда опускают или поднимают шибера 20, 21 и открывают задвижки 5 или 7.
Примем правое перемещение земснаряда (как показано на рис. 8.1). При этом шибер 21
необходимо опустить, а шибер 20 поднять, задвижку 7 открыть, а задвижка 5 остается
закрытой. Сжатый воздух, проходя по воздухопроводу 15 через задвижку 7, поступает
через форсунку 24 в корпус всаса 22 размывая сапропель, а он в свою очередь вместе с
воздухом попадает в подъемную трубу 16, благодаря наличию движения воды под
всасом 22, и далее перемещается через воздухоотделитель 8, где удаляется основная
часть воздуха (патрубок 9), сливную трубу 10, зумпф 14, где также происходит некото¬
рое отделение воздуха (показано стрелками на рис. 8.1), всас 11, грунтонасос 12 и
пульповод 13 к потребителю или на карту намыва. Сжатый воздух размыва сапропеля
используется в дальнейшем и как энергоноситель в эрлифте.
При перемещении земснаряда влево шибер 20 опускают, а шибер 21 поднимают,
задвижку 7 закрывают, а задвижку 5 открывают. Далее работа происходит аналогично
приведенной выше.
Регулировка поступления (подачи) сапропеля в трубу 16 эрлифта осуществляется
дросселированием задвижек 5,6,7 и вертикальным перемещением эрлифта (всаса 22).
По мере увеличивания глубины разработки сапропеля трубы 15,16,17,18 эрлифта
удлиняются с помощью двухметровых секций.
В случае аварийного отключения грунтонасоса 12 и забивки зумпфа 14 грунтом,
производят очистку зумпфа 14 с помощью открытия шиберов (на рис. 8.1 не показано)
Рис. 8.1. Гидравлическая схема МЭЗК-400/20-С
552
Глава 8
через окна в боковой части зумпфа 14 и опускания его правой части под уровень воды.
Очистка всаса 11 происходит во время заливки грунтонасоса 12.
Остановка МЭЗК-400/20-С. Закрывается одна из открытых задвижек 5 или 7,
поднимается всас 22 над уровнем грунта на величину не менее 0,5 м и прокачивается
вся проточная часть комплекса, вплоть до пульповода 13, чистой водой. Затем отклю¬
чают грунтонасос 12, открывают задвижку 3 и обесточивают компрессор 1.
Для предотвращения попадания грунта в воздуховоды 15,17,18 и труб 16 в момент
аварийной остановки компрессора и невозможности поднятия всаса 22 необходимо эти
трубы 15, 16, 17, 18 заполнить чистой (осветленной) забортной водой с помощью
дополнительного насоса (на рис. 8.1 не показан). Более подробно о подобных ситуациях
см. инструкцию по эксплуатации МЭЗК-400/20-С.
Конструктивные особенности.
Конструктивные особенности обусловлены обеспечением поставленной задачи.
Основным звеном, обеспечивающим захват сапропеля и пелоидов, является грунтоза¬
борное устройство. Существующие устройства с гидравлическими рыхлителями рабо¬
тают неудовлетворительно, т.к. вода прокладывая струйные каналы в грунте, плохо
рыхлит и существенно понижает концентрацию сапропеля в грунте. Существующие
механические рыхлители также работают неудовлетворительно ввиду налипания сап¬
ропеля.
Поэтому высокая всасывающая способность эрлифта в сочетании с воздухоструй¬
ным рыхлением представляются наиболее эффективными качествами для добычи сап¬
ропеля (пелоидов).
Ниже приведено описание конструктивных особенностей применения воздухо¬
струйного рыхлителя и его установки на эрлифте.
На рис. 8.2 представлен общий вид эрлифтного земснаряда. На рис. 8.3 представ¬
лено грунтонасосное устрой¬
ство, а на рис. 8.4 — горизон¬
тальный разрез грунтопри-
емника.
Эрлифтный земснаряд
(рис. 8.2) состоит из подъем¬
ной трубы 1, подающей тру¬
бы 2, смесителя 3, соединен¬
ного с воздуховодом 4,
грунтоприемника 5, соеди¬
ненного с воздуховодом 6,
воздухоотделителя 7, безна¬
порного канала 8, приемника
9, емкости 10, компрессора
11, который через воздухо¬
вод 12, задвижки 13 и шланги
14, соединен с воздуховода¬
ми 4 и 6. Все это установлено
на плавсредстве 15.
Грунтоприемник 5 (рис.
8.3,8.4) образован двумя бо¬
ковыми профильными стен¬
ками 16, задней стенкой 17 и
наклонной крышкой 18, на
которой установлена фор-
Рис. 8.2. Схема эрлифтно-земснарядного комплекса
для добычи сапропелей и пелоидов.
Глава 8
553
Рис. 8.3. Грунтоприемник эрлифта.
А-А
сунка 19, соединенная с воздухо¬
водом 6.
Боковые стенки 16 грунтоп-
риемника 5 выполнены скошен¬
ными и закругленными в нижней
части лыжеобразно для удобства
наплыва грунтозаборного устрой¬
ства на разрабатываемый грунт.
Крышка грунтоприемника
должна быть наклонена по отно¬
шению к подъемной трубе под уг¬
лом не менее 7° (по законам гид¬
равлики) для того, чтобы
обеспечить движение воздушных
струй с сапропелем по направле¬
нию к подающей трубе.
С целью расширения зоны
захвата грунтоприемник 5 вы¬
полнен расширенным в сторону
наплыва грунта.
Форсунка 19 выполнена на
удаленном от подающей трубы
конце крышки 18 под острым уг¬
лом по отношению к оси подаю¬
щей трубы 2. С целью повышения
эффективности размыва грунта
может быть несколько форсунок,
установленных в ряд (сечение А-
А).
Возможно множество вари¬
антов конструкций смесителя,
известных из уровня техники.
Например, смеситель может быть выполнен в виде щелевых вертикальных отверстий,
опоясанных воздухоприемником.
Подъемная труба 1 может быть установлена на плавсредстве 15 (рис. 8.2) с возмож¬
ностью подъема с помощью лебедки 16 и поворота, что увеличивает зону разработки
грунта.
Земснаряд работает следующим образом. Грунтоприемник 5 (рис. 8.2) наплывает
на разрабатываемый грунт. Сжатый воздух, подаваемый компрессором 11 через возду¬
ховод 12, задвижки 13, шланги 14 по воздуховоду 4 в смесительЗ, устремляясь вверх по
подъемной трубе 1, захватывает жидкость и грунт из водоема через грунтоприемник 5
и подающую трубу 2. Сжатый воздух, подаваемый в грунтоприемник через форсунку
19 совершает петлеобразное движение: сначала направляется вниз под действием кине¬
тической энергии сжатого воздуха (разрыхляя при этом верхний грунт) и далее под
действием архимедовой силы устремляется вверх вместе с грунтом в подающую трубу.
Трехфазная смесь (жидкость, воздух, грунт) поступает в воздухоотделитель 7, где
происходит отделение воздушной .фазы и двухфазная смесь (жидкость, грунт) через
безнапорный канал 8 поступает в приемник 9 и емкость 10, откуда грунтовым насосом
(на рисунке не показан) откачивается по назначению.
Рис. 8.4.
554
Глава 8
Таким образом, данное устройство
позволяет значительно повысить эффек¬
тивность работы землесосного снаряда за
счет увеличения концентрации добывае¬
мого грунта в пульпе и надежность уста¬
новки за счет уменьшения вероятности
забивки всаса камнями, валунами и дру¬
гими посторонними предметами.
Рассмотрим второй вариант грун-
топриемника, более сложный. В данном
случае грунтоприемник 5 (рис. 8.5) обра¬
зован задней и двумя боковыми проф¬
ильными стенками 18, задней стенкой 17
и крышкой 19. Подводящий патрубок 20
и форсунки 21 на грунтоприемнике 5 мо¬
гут быть установлены двумя способами
(что отражено на разрезе А-А рис. 8.6).
На рис. 8.6 показано, что подво¬
дящий патрубок 20 может входить в
грунтоприемник 5. Форсунки 21 распо¬
ложены на патрубке 20 по боковым по¬
верхностям его под углом. Подводящий
патрубок 20 опоясывает часть боковых
стенок 18 и заднюю стенку 17 грунтопри¬
емника 5. Форсунки 21 расположены так
же под углом на боковой поверхности
подводящего патрубка 20.
В обоих вариантах форсунки 21 рас¬
положены под углом к патрубку таким
образом, что их струи формирует возду¬
хоструйный шнек.
Крышка грунтоприемника 17 должна быть наклонена по отношению к подъемной
трубе 2 под углом не менее 7° (по закону гидравлики), чтобы предотвратить скапливание
материала на ней и обеспечить движение воздушных струй с грунтом по направлению
к подающей трубе 2.
Боковые стенки грунтоприемника 5 в передней части выполнены скошенными и
закругленными снизу лыжеобразно для удобства наплыва грунтозаборного устройства
на разрабатываемый грунт.
Я-образная форма грунтоприемника 5, необходима для оптимального использова¬
ния воздуха без сужения зоны захвата грунта.
Я-образная (как более технологичная) или Q-образная форма грунтоприемника 5
образует приемную воронку грунта наподобие приемной воронки механического пита¬
теля.
Выбор наиболее эффективного грунтоприемника (см. рис. 8.3 и рис. 8.5) рекомен¬
дуется определить экспериментальным путем.
На рис. 8.7 представлена технологическая схема добычи сапропеля для удобрений.
Состав схемы: 1 — плавучий пульпопровод; 2 — земснаряд; 3 — береговой пуль¬
попровод; 4 — аккумулятор; 5 — перекачивающая станция; 6 — отводы для использо¬
вания пульпы при намыве на поля; 7 — выпуск пульпы; 8 — дренаж; 9 — водовыпуски;
10 — уборочная машина; 11 — штабеля удобрений; 12 — штабелирующая машина;
Рис. 8.5. Грунтоприемник эрлифта.
А-А
18
Глава 8
555
Рис. 8.7. Технологическая схема добычи сапропелей для удобрений:
13 — валкователь; 14 — фрезбарабан; 15 — водоотводящий канал; 16 — ворошилка;
17 — переезды.
Поднятый эрлифтом сапропель, находящийся в пульпе, с помощью грунтонасоса
транспортируется по магистральному пульповоду (плавучему, а затем береговому) и
поступает в отстойники, где под действием гравитационных сил распределяется по
площади чеков.
Анализ показывает, что удельные затраты энергии сильно зависят от скорости
движения пульпы и, следовательно, от диаметра трубопровода. Поэтому оптимальные
значения консистенции пульпы предложено определять с учетом двух факторов: удель¬
ных затрат энергии и удельной металлоемкости или, представляя эти затраты в денеж¬
ном выражении, с учетом эксплуатационных и капитальных затрат [77,111].
Использование трубопроводного транспорта при добыче сапропелей из озер делает
рентабильным подачу сапропелей на большие расстояния (многие десятки километров)
и позволяет наиболее рационально решить проблему применения извлекаемого органи¬
ческого сырья как для приготовления удобрений, так и для мелиорации площадей.
Кроме того, трубопроводный транспорт в ряде случаев выгодно использовать и в даль¬
нейшем для водоснабжения участков, нуждающихся в орошении. Представляется воз¬
можным создание на этой основе систем стационарного орошения с механизацией и
автоматизацией процессов полива и, следовательно, с гарантированно высокими уро¬
жаями сельскохозяйственных культур.
Отстойники. Устраиваются на берегу, как правило, на неиспользуемых или мало¬
плодородных землях, обладающих высокой фильтрационной способностью. Для отвода
транспортирующей сапропель воды основание отстойника должно быть дренировано.
Для проведения работ по периодическому намыву сапропелевой пульпы площадь от¬
стойника с помощью дамб делится на карты (чеки). Рекомендуемый размер карт
200x200 м. С целью равномерного распределения пульпы по площади поверхность карт
выполняется с уклоном в направлении растекания пульпы от пульпопровода. Величина
уклона составляет 0,004-0,005.
556
Глава 8
Нямив пульпы на карты осуществляется тонкими слоями. По этому способу пульпа
последовательно намывается на каждую карту слоем толщиной 0,2 м. Периодический
намыв ведется в течение всего сезона. Время между намывами должно составлять для
кремнеземистых и карбонатных сапропелей 5 и для органических 7 суток.
Последовательное заполнение карт на максимальную мощность слоя сапропеля с
получением сезонного сбора в 4000 т/га удобрений показало, что намытый в апреле и
мае сапропель в сезоне следующего года можно переработать в удобрение, а более
позднего намыва — через сезон.
Ггутпение гяппопелевой массы в отстойнике. Поступающая в отстойники сапропе¬
левая пульпа содержит очень большое количество воды. Так, при консистенции пульпы
30 г/л на 1 кг сухого вещества приходится 30 кг воды. Для превращения пульпы в
товарную продукцию (например, удобрения с влагой 50%) необходимо удалить с каж-
з
дого кубического метра пульпы 0,90-0,94 м воды. Цифры приведены для традиционной
безэрлифтной добычи сапропеля.
Технология сгущения и сушки гидромассы должна обеспечивать по возможности
наиболее быстрое удаление лишней воды, в противном случае необходимы будут допол¬
нительные площади для отстойников, что снижает экономическую эффективность спо¬
соба добычи сапропелей в целом.
В этой связи заслуживает большого внимания изыскание методов интенсификации
процессов осаждения осадка. Процесс сгущения осадка может быть ускорен искуственно
за счет применения коагулянтов. Проверялись осаждающие свойства полиакриламида
(ПАА), сернокислого алюминия, сернокислого железа, картофельной мезги и некото¬
рых других коагулянтов. Установлено, что все применяемые коагулянты интенсифици¬
руют процесс осаждения твердой фазы пульпы. Однако с увеличением концентрации
сухого вещества в пульпе скорость выпадения осадка уменьшается. Наиболее эффек¬
тивными коагулянтами из числа проверенных оказались FeSO,*, ПАА, FeS04+ПАА.
Установлено также, что коагулированный осадок быстрее отдает воду и интенсивнее
поддается сушке [52,77,111].
Заслуживают внимания и другие возможные методы интенсификации процессов
сгущения, в частности магнитная обработка пульпы, комплексная обработка ее во
взаимно перпендикулярных магнитном и электрическом полях.
Процесс обезвоживания намытой в отстойники гидромассы можно условно разде¬
лить на три части: а) механическое отделение свободной воды (удаляется из отстойни¬
ков через водосливные устройства) с образованием надосадочного слоя; б) фильтрация
воды в подстилающий грунт; в) испарение.
В процессе намыва сапропелей в отстойники происходит осаждение частиц твердой
фазы с образованием надосадочного слоя воды. Данные наблюдения показывают [52 ],
что содержание сухого вещества в осадке через 24 часа после отстаивания составляет до
100 г/л. Таким образом, количество воды в надосадочном слое в течение первых суток
отстаивания по отношению к начальному влагосодержанию может составлять от 25
до 69 %. Хуже отдают воду органические сапропели, лучше отстаиваются с получением
более плотного осадка карбонатные сапропели.
Одновременно с удалением надосадочного слоя происходит отток гравитационной
ипгги в подстилающий грунт. Наиболее интенсивно процесс фильтрации воды в грунт
происходит в первые часы после намыва. При многократном намыве вследствие неко¬
торого уплотнения залитых ранее слоев происходит уменьшение их водоотдачи по мере
намыва. При снижении относительной влаги до 87 - 90% в верхнем слое образуются
глубокие трещины — дрены.
Глава 8
557
Среднее Значение модуля стока при фильтрации воды в грунт за период одного
а
цикла равно 140 м /сут с 1 га, максимальное значение — 490. Для обеспечения быстрого
отвода фильтрующейся воды необходимо, чтобы основание отстойников было дрениро¬
ванным. Наличие дренажа будет препятствовать поднятию уровня грунтовых вод в
отстойниках, кроме того, представится возможным собирать и использовать дренажные
воды для орошения.
При послойной технологии намыва сапропелевая масса в чеках дренированного
отстойника к концу срока достигает влаги 82-85%. После зимнего промораживания
(толщина слоя промерзания в условиях Белоруссии до 40 см) и последующего оттаива¬
ния часть иммобилизированной веществом сапропеля воды переходит в свободную и
инфильтруется в подстилающий грунт. Влага слоя сапропеля в отстойнике в весенний
период уменьшается до 70 - 78 %, что создает возможность использования в дальнейшем
полностью механизированной технологии измельчения, сушки (до 60%) и уборки сап¬
ропелевой крошки в складочные единицы. Для выполнения операций по дренированию
отстойника, сушке и уборке сапропелей в отстойниках рекомендованы технология и
комплекс оборудования, применяемые в торфяной промышленности при добыче фре¬
зерного торфа [77 ]. Многолетний опыт эксплуатации производственных объектов (озе¬
ра Червоное, Вечер), работающих по предложенной технологии, подтверждает ее до¬
статочную эффективность.
Отстойные воды. При гидромеханизированном способе добычи целесообразно ос¬
новную массу транспортиющей сапропель воды использовать в системах орошения
сельскохозяйственных посевов. Экспериментально установлено, что в отстойных водах
содержание азота по отношению к озерной воде повышено в 3 - 8 раз, кальция 1,5-4,
калия в 1,5 раза. Содержание фосфора достигает 1,4 мг/л. Суммарное содержание
органического вещества увеличено в 10 - 50 раз. Отстойные воды отличаются высоким
содержанием углекислоты, что положительно влияет на процесс фотосинтеза в расте¬
ниях. Величина pH изменяется в пределах 6,7 - 7,6. Они пригодны для использования
под все виды культур и не требует какой-либо очистки перед подачей на поля. Утили¬
зация отстойных вод в системах орошения важна и в экологическом плане, поскольку
возвращение этих вод в озеро в пределах водосбора после «почвенной очистки» исклю¬
чает его повторное эвтрофирование.
По мнению авторов, перспективным является подача сапропелей непосредственно
на поля с помощью гибких трубопроводов, прокладка которых осуществляется сравни¬
тельно быстро и с минимальными затратами.
8.2. ПЕРСПЕКТВЫ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
КОМПЛЕКСНОЙ ГАЗЛИФТНОЙ УСТАНОВКИ
Определенный интерес в области рекуперации топлива из дымовых газов представ¬
ляет использование разработанной в ДПИ комплексной газлифтной установки (КГУ)
в режиме газоочистки (рис. 8.8). При этом уловленные твердые соединения, содержа¬
щие до 40% частиц топлива, возвращаются в систему топливоподачи котлоагрегатов
для повторного сжигания. Расчеты, проведенные для котельной шахты «Центральная»
ПО «Красноармейскуголь» (Украина), показывают, что в течение года установка сэко¬
номит около 70 т угля на один котлоагрегат, или более 300 т по котельной при полной
нагрузке [45].
Результаты исследования могут быть использованы при разработке газлифтной
установки для подъема сырья со дна моря с борта автономного плавсредства. Суть
предлагаемого варианта энергообеспечения газлифта и силовой установки плавсредства
558
Глава 8
состоит в том, что использу¬
ется газогенератор (свободно¬
поршневой генератор газа —
СПГГ или дизель) в двух ре¬
жимах. При перемещении
плавсредства газогенератор
совместно с турбиной обеспе¬
чивает работу движетеля, а
при подъеме сырья газлифтом
снабжает последний рабочим
телом — высокотемператур¬
ными выхлопными газами.
Указанный вариант энерго¬
обеспечения газлифта позво¬
ляет достичь более полного
использования топлива, что в
условиях труднодоступных
Рис. 8.8. Принципиальная схема рекуперации
топлива из дымовых газов для угольной котельной
районов разработок является существенным фактором. Сравнительный анализ газлиф¬
тного и насосного гидроподъема показал преимущества первого как в области эффек¬
тивности, так и в надежности.
Донецким политехническим институтом совместно с институтом проблем маши¬
ностроения АН Украины предложена система гидрошлакоудаления и газоочистки на
основе КГУ, которая снабжена свободно-поршневым генератором газа (СПГГ), одна
компрессорная полость которого соединена с источником дымовых газов, а другая — с
атмосферой. Исследования [45 ] показывают, что жесткость транспортной воды в тру¬
бопроводах значительно снижается благодаря растворению окислов углерода и серы,
содержащихся в дымовых газах. Это обстоятельство препятствует отложению соедине¬
ний на стенках пульпопроводов, повышает срок их службы, улучшает очистку газов.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании гидротранспор¬
тных установок для нужд сельского хозяйства при мелиорации и удалении отходов
ферм, где есть возможность применения газлифтов и выхлопных газов дизельных дви¬
гателей, для водоотлива карьеров и в других областях.
8.2.1. Гидравлические схемы КГУ для систем тушения породных отвалов (терриконов)
Для снижения активности шахтных терриконов, наносящих вред окружающей
среде, в ДПИ разработан способ их тушения, элементом которого является отвод газов
из зоны очага. Однако, перед выбросом газов в атмосферу они должны быть освобождены
от вредных примесей. Для этой цели разработана в ДПИ КГУ [45], схема которой
представлена на рис. 8.9. Установка работает следующим образом. Газы от террикона
по трубопроводу 9 поступают в смеситель газлифта 1 куда, в то же время, по подводящей
трубе б из емкости 8 поступает жидкость, состав которой обладает нейтрализующими
свойствами по отношению к основным вредным химическим соединениям газов. В
подъемной трубе газлифта 2 происходит взаимодействие жидкости и газов при их
движении в газоотделитель 3. После разделения компонентов смеси пульпа сбрасыва¬
ется в емкость-отстойник 7 по трубе слива 5, погруженной под уровень жидкости для
обеспечения гидрозатвора, а очищенные газы по трубе 4 выбрасываются вакуум-насо¬
сом 10 в атмосферу.
Для эффективной работы установки требуется подготовка жидкости. С этой целью
после определения химического состава очищаемых газов подбираются нейтрализую¬
щие реагенты.
Глава 8
559
Обеспечивая эффек¬
тивную очистку газов от
вредных примесей, КГУ
обладает тем преимуще¬
ством, в сравнении с дру¬
гими аппаратами мокрой
очистки, что позволяет ->
транспортировать шлам в
отстойник без дополни¬
тельных средств (насо¬
сов).
Поиск повышения
эффективности всей сис¬
темы тушения террико¬
нов привел к разработке
нового устройства [45],
сущность которого пока¬
зана на рис. 8.10. Уста-
Рис. 8.9. Гидравлическая схема вакуум-газлифтной
системы очистки газов для дегазации шахтного террикона
новка содержит вакуум-насос 1, соединенный с трубой дегазации террикона и со смеси¬
телем газлифта 2, подводящая труба которого 3, соединена с насосом 4 для подачи
известкового раствора на террикон. Смеситель через подъемную трубу 5 соединен с
газоотделителем 6, сливная труба которого соединена с трубами для подачи известко¬
вого раствора в зоны горения отвала. При работе установки насос 4 подает известковый
раствор на высоту, обеспечивающую погружение смесителя газлифта 2, в который
поступают пожарные газы, отводимые вакуум-насосом 1 из зоны очага. Образовавша¬
яся смесь газов и известкового раствора поднимается в газоотделитель. После разделе¬
ния потока очищенные газы выбрасываются в атмосферу на уровне соответствующем
высоте отвала, а известковый раствор поступает по трубам 7 и 8 в прилегающие к очагам
зоны для заиливания области горения. Образующиеся в полости дымовые газы удаля¬
ются вакуум-насосом 1.
Представленная схема КГУ обеспечивает выполнение операций: подъем известко¬
вого раствора на вер¬
шину отвала, очист¬
ку пожарных газов от
вредных примесей в
результате их кон¬
такта с известковой
пульпой, а также рас¬
сеивание очищенных
газов в атмосфере.
Такое объединение
операций повышает
технологические и
природоохранные по¬
казатели установки.
560
Глава 8
ЛИТЕРАТУРА
1. Адамов Б. И. Исследование и разработка глубоководных эрлифтных установок для
подъема твердого материала. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ,
1982.-20 с.
2. Алабужев П.П. и др. Теория подобия и размерностей. Моделирование. Изд. «Высшая
школа», М., 1969.
3. Антонов Я.К. Совершенствование эрлифтных подъемов для выдачи горной массы из
глубоких шахт. Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ, 1985. - 18 с.
4. Аргунов П.П. Исследования работы эрлифта и его расчет. Труды НИИ оснований и
фундаментов Министерства строительства СССР. Строительное водопонижение,
гидромеханика и физика грунтовых вод. Сборник № 20, М., 1953.
5. Аренс В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых; геотехнология. М., Недра,
1986,279 с.
6. Аренс В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н. Скважинная добыча твердых полезных
ископаемых. М.,"Недра", 1980,232с.
7. Аренс В.Ж., Шпак Д.Н. Земснаряд в скважине. Э.И. ВНИИВЭ СМ,сер. 7 «Промыш¬
ленность нерудных и неметаллорудных материалов», М., 1984, № 11, с. 2-5.
8. Аренс В.Ж., Шпак Д.Н. Мобильная техника скважинной гидродобычи и гидронамыва
глубинного песка. «Механизация строительства», М., 1985, № 1, с. 23-25.
9. Аренс В.Ж., Шпак Д.Н. Опытно-промышленная скважинная гидродобыча разнозер¬
нистых полезных ископаемых при неустойчивой кровле пласта. «Горный журнал»,
1986, № 4, с. 27-29.
10. Аренс В.Ж., Шпак Д.Н. Разведка погребенных песчано-гравийных строй материа¬
лов для гидродобычи. «Разведка и охрана недр», 1986, № 7,с.23-28.
11. Арманд А.А., Невструева Е.И. Исследование механизма движения двухфазной
смеси в вертикальной трубе. «Известия ВТИ», 1950, № 2, с. 1-9.
12. Архангельский В.А. Движение газированных нефтей в системе скважина-пласт.
Известия АН СССР, ОТН № 9,1955.
13. Аузбаев Д.О. ©гидравлических потерях на сопротивление при движении газожид¬
костной смеси в трубах. Труды ТатНИИ, вып. XIII, Л., Недра, 1969.
14. Аузбаев Д.О. Экспериментальные исследования движения газожидкостных смесей
в горизонтальных и наклонных трубах. Автореф. на соиск. звания канд. техн. наук.
- Бугульма, 1971.- 20 с.
15. Бабичев Н.И. Технология скважинной гидродобычи полезных ископаемых. Учеб,
пособие. - М.: МГРИ, 1981. - 84 с.
16. Бащасаров В.Т. Теория, расчет и практика эргазлифта, М., Гостехиздат, 1947.
17. Барон Л.И. Применение глубоких скважин для подземной добычи руд. М., Метал¬
лургия, 1951. - 471 с.
18. Белов Б.А. Характеристика эрлифта и инженерный метод расчета. -Изв. вузов,
«Геология и разведка», 1975, № 11, с. 182-190.
19. Берман Л.Д. О критериях подобия для совместно протекающих процессов тепло- и
массообмена в гетерогенных системах// Журнал технической физики. - 1958. - том
XXYIII, вып. II. -с. 2617-2629.
Литература
561
20. Белов И.Г. Теория и практика периодического газлифта. М., «Недра», 1975, 142 с.
21. Венинов В.А. Теория подобия и моделирования применительно к задачам теплоэнер¬
гетики. Изд. «Высшая школа», М.,1966.
22. Версальоне Д, Математическая теория фонтанирования нефтяных скважин. «Неф¬
тяное хозяйство», 1931,№ 6.
23. Газян Г.С. Характеристическая теория движения двухфазной смеси по вертикаль¬
ным трубам. Нефтяное хозяйство, № 8,1950.
24. Гейер В.Г. Водоотлив в глубоких шахтах. - В кн,: Разработка угольных месторожде¬
ний на больших глубинах (Труды совещания в Донецке), Углетехиздат, 1955. -
с. 427-435.
25. Гейер В.Г. Новые технологические схемы и средства. Донецк, изд. ДПИ., 1972, 35 с.
26. Гейер В.Г. Энергетическая оценка гидравлических подъемов// Вкн.: ТрудыДонецк.
политехи, ин-та. - Донецк, 1960, вып. 10. - с. 5-20.
27. Гейер В.Г. и др. Совершенствование системы энергоснабжения эрлифтов гидрозо-
лошлакоудаления/ Гейер В.Г., Кононенко А.П., Усков Е.В., Григорьев А.С., Климов
С.В., Краснов В.А.// Энергетик. - 1986. - № 8. - с. 14-15.
28. Гейер В.Г. и др. Термодинамические основы лифтирования жидкости сжатым воз¬
духом/ Гейер В.Г., Антонов Я.К., Козыряцкий Л.Н., Кононенко А.П.// Донецк,
политехи, ин-т. - Донецк, 1982. - 7 с. - Деп. в УкрНИИНТИ, 1982, № 3237.
29. Гидроподъем полезных ископаемых/ Я.К. Антонов, Л.Н. Козыряцкий и др. - М.,
«Недра» 1995. - 173 с.
30. Гейер В.Г. идр. Эрлифтный гидроподъем гидрошахты «Красноармейская N 2"/ Гейер
В.Г, Костанда В.С., Логвинов Н.Г., Груба В.И., Килимник В.Д., Винда Е.В., Костенко
А.Г., //Реф. еб. »Гидравлическая добыча угля”. - 1969. - № 1. - с. 30-32.
31. Гейер В.Г., Груба В.И. Комплексный расчет, управление и регулирование гидроси¬
стемы гидрошахты // Гидравлическая добыча угля. - М.: ЦНИИТЭИ угля, 1966. -
№4(37).-с. 34-36.
32. Гейер В.Г., Груба В.И. и др. Автоматизированный гидроподъем // Гидравлическая
добыча угля. - М.: ЦНИИТЭИ угля, 1963. - № 10. - с. 12-15.
33. Гейер В.Г., Груба В.И. и др. Эксплуатационные характеристики эрлифтного гидро¬
подъема при работе на пульпе // Гидравлическая добыча угля. - М.: ЦНИИТЭИ
угля, 1966. - № 6(39). - с. 14-16.
34. Гейер В.Г., Данилов Е.И. Эрлифтный зумпфовой водоотлив с малой относительной
глубиной погружения. -Уголь Украины, 1978, № 9.
35. Гейер В.Г., Каплюхин А.А., Данилов Е.И., Дергач В.И. Наклонные эрлифты для
очистки зумпфов и водоотливы из них. «Уголь Украины», № 5, 1979.
\у36. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н. Исследование движения твердых тел в подъемной
трубе эрлифта. - Уголь, № 5, 1976.
37. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н., Кононенко А.П. Термодинамические основы лифти¬
рования жидкости сжатым воздухом. Деп. в УкрНИИНТИ № 3273,1982.
38. Гейер В.Г., Костанда В.С. Универсальные характеристики подъемной трубы эрлиф¬
та/ / В кн.: Гидравлическая добычаугля. -М., Недра, 1965, вып. 4. - с. 30-35.
39. Гейер В.Г., Логвинов Н.Г. О свойствах безразмерных характеристик эрлифтов// В
кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. - Киев: Техника, 1973,
вып. 31.-с. 51-56,
40. Гейер В.Г., Малеев В.Б. Теоретические основы расчета сифонно-вакуумного насоса
эрлифта. Депонирована в УкрНИИТИ, № 1355,1979.
41. Гейер В.Г., Пащенко В.С. Эрлифтные установки для транспортирования золошла¬
ковых смесей// Энергетик. - 1979. - № 4. - с. 18-20.
42. Герман А.П. Применение экспериментальных кривых к расчету воздушного подъ¬
емника для жидкостей. Записки ЛГИ, том 17-18,1948.
562
Литература
43. Герсеванов Н.М. Теория движения смеси воздуха и воды в применении к эрлифтам.
Известия АН СССР, ОТН, № 10,1942.
44. Глинков Г.М., Шевцов Е.К. Движение газовых пузырей в жидкости. Известия
ВУЗов, Черная металлургия, 1971, № 5.
45. Того В.Б. Разработка газлифтных систем, использующих отходящие газы предпри¬
ятий угольной промышленности. Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ,
1985. - 21 с.
46. Груба В.И. Автоматизированная система управления основным технологическим
процессом гидрошахты - АСУ ТП «Гидротехнолог» // Автоматизация в горном деле.
Сб. тезисов докладов 11-й международной конференции ICAMC. -Екатеринбург,
1992.-с. 51-52.
47. Груба В.И. Всасывающее устройство гидротранспортных установок типа УВ-1. Тру¬
ды ДПИ, том 62, вып. 12. - Донецк, 1961.
48. Груба В.И. Научные основы создания автоматизированной гидротранспортной сис¬
темы угольных шахт. Дис.... докт. техн. наук. - Донецк, 1973. - 359 с.
49. Груба В.И. Приготовление гидросмеси перед поступлением в систему гидротранс¬
порта углесосной станции // Гидравлическая добыча угля. - М.: ЦНИИТЭИ угля,
1966.-№2(35).-с. 24-27.
50. Груба В.И. Расчет параметров управления углесосными станциями гидрошахт / /
Горная электромеханика и автоматика. - Киев: Техника, 1979. - № 35. - с. 88-92.
51. Груба В.И., Борисов А.А. Алгоритм комплексного оптимального управления гидро¬
системой гидрошахты // Разработка месторождений полезных ископаемых. - Киев:
Техника, 1973. - № 31. - с. 26-29.
52. Груба В.И., Матвиенко Н.П., Никулин Э.К., Папаяни Ф.А. Комплекс аппаратов
автоматического управления гидротранспортом шахты // Механизация и автомати¬
зация производства, 1985. - № 7. - с. 4-5.
53. Груба В.И., Никулин Э.К. Система автоматического регулирования подачи углесо¬
сов с предварительной полной промывкой пульпопровода / / Разработка месторож¬
дений полезных ископаемых. - Киев: Техника, 1974. - № 37. - с. 12-16.
54. Груба В.И., Никулин Э.К., Моргунов В.М. Программированная система регулиро¬
вания и защиты участковой углесосной станции // Разработка месторождений по¬
лезных ископаемых. - Киев: Техника, 1977. - № 48. - с. 52-56.
55. Груба В.И., Оголобченко А.С., Папаяни Ф.А., Ерохин И.И. Руководство по проек¬
тированию углесосных станций гидрошахт Донбасса. - Донецк: ЦБНТИ Минуглеп-
рома УССР, 1985. -245 с.
56. Груба В.И., Папаяни Ф.А. Усовершенствованный алгоритм управления технологи¬
ческим процессом гидрошахты.- Горная электромеханика и автоматика, 1981,
вып. 39. с. 41-47.
57. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Никулин Э.К., Оголобченко А.С. Основы управления
гидроэнерготранспортными системами угольных шахт. Донецк: «Донбасс», 1993. -
225 с.
58. Данилов Е.И. Исследование и разработка эрлифта для гидромеханизированной
очистки водоотливных емкостей. Автореф. дис.... канд. техн. наук. -Донецк: ДПИ,
1979. - 18 с.
59. Данилов Е.И. К определению закономерности изменения давления по длине подъ¬
емной трубы эрлифта/ Донецк, полтин, ию-т. -Донецк, 1977. - 14 с. - Деп. в
ЦНИЭИуголь, 1977, № 1039.
60. Деканенко В.Н. Система автоматического управления турбокомпрессорной стан¬
цией эрлифтного гидроподъема. Дисс.... канд. техн. наук, - Донецк - 1984,192 с.
61. Дюнин А.К., Борщевский Ю.Т., Яковлев Н.А. Основы механики многокомпонент¬
ных потоков. Новосибирск. Изд. АН СССР, Сибирское отделение, 1965,75 с.
Литература
563
62. Заря Л.Н. Исследование движения твердой фракции в вертикальном пульповоде.
Труды ДПИ, том 16, вып. 10, 1960.
63. Заря А.Н. Исследование образования закупорок в трубопроводе при выключении
углесоса. Труды ДПИ, том 62, 1961.
64. Зингер Н.М. Эксплуатационные характеристики пароструйных компрессоров//За
экономию топлива. - 1952. - № 4. - с. 22-27.
65. Зуберт Н., Финдлей Д. Средняя объемная концентрация фаз в системах с двухфаз¬
ным потоком. «Труды Американского общества инж.-мех. Серия С. Теплопереда¬
ча.», 1965, № 4, с. 29-38.
66. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. М., Энергоиздат, 1967, 365 с.
67. Использование сапропелей в неродном хозяйстве СССР и за рубежом. Обзорная
информация. Москва, 1990.
68. Кадастр сапропелевых отложений озер Белорусской ССР в 6 книгах.- Минск: Наука
и техника, 1981. -258 с.
69. Каплюхин А.А. Исследование и разработка эрлифтных систем шахтного водоотлива.
Автореф. дис.... канд. техн. наук. -Донецк: ДПИ, 1980. - 20 с.
70. Каплюхин А. А. Исследование и разработка эрлифтных систем шахтного водоотлива.
Диссертационная работа, представленная на соискание ученой степени кандидата
технических наук. Донецк, 1980.
71. Козлов Б.К. Режимы и формы движения водовоздушной смеси в вертикальной трубе.
Сб. «Гидродинамика и теплообмен в котлах высокого давления». М., изд. АН
СССР, 1965.
72. Козыряцкий Л.Н. Исследование и разработка уточненного расчета эрлифтных ус¬
тановок горной промышленности. Автореф. дис.... канд. техн. наук. -Донецк: ДПИ,
1976.-18 с.
73. Козыряцкий Л.Н. Моделирование и критерии подобия эрлифтов. Депонирована в
ЦНИЭИуголь, № 407, 1975.
74. Козыряцкий Л.Н. Определение основных параметров эрлифта. - Уголь Украины,
№ 12,1975.
75. Козыряцкий Л.Н., Антонов Я.К., Федорущенко М.Н. Вспомогательный эрлифт
гидрошахты «Красноармейская». -Уголь Украины,1987, № 3.
76. Козыряцкий Л.Н., Кононенко А.П. Повышение эффективности использования эр¬
лифтных установок// Уголь Украины. - 1982. - № 10. - с. 19.
77. Кононенко А.П. Разработка эрлифтных установок с пароструйными компрессорами.
Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ, 1988. - 24с.
78. Костанда В.С. Исследование и разработка эрлифтных и углесосно-эрлифтных подъ¬
емов гидрошахт. Автореф. дис.... канд. техн. наук. -Донецк: ДПИ, 1985. - 18 с.
79. Костанда В.С. О кинематической структуре водовоздушной смеси в эрлифте. Труды
ДПИ, том 62, вып. 12,1961.
80. Костанда В.С. Экспериментальные исследования эрлифта с переменным альфа и D
в условиях откачки ствола. Труды ДПИ, том 62, вып 12, 1961, с. 103-113.
81. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение,
Ленингр. отд-ние, 1975. - 776 с.
82. Крылов А.П. Расчет подъемников для эксплуатации компрессорных и фонтанных
скважин. «Нефтяное хозяйство», 1934, № 2.
83. Кукшенк М.Д. Разработка морских россыпей. В сб. «Открытые горные работы».
М., «Недра», 1967.
84. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. - М-Л.: Гос-
энергоиздат, 1959. - 414 с.
85. Кутателадзе С.С., Ляховский Д.Н., Пермяков В.А. Моделирование теплоэнергети¬
ческого оборудования. - М-Л.: Энергия, 1966. - 351 с.
564
Литература
86. Кутателадзе С.С., Миронов Б.П., Накоряков В.Е. и др. Экспериментальные иссле¬
дования пристенных турбулентных течений. Новосибирск, изд. Наука (Сибирское
отд.), 1975,116 с.
87. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем (2-е
изд.). М., Энергия, 1976, 296 с.
88. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин А.Г. Гидродинамика и теплообмен при паро¬
образовании. М., Высшая школа, 1977, 352 с.
89. Лабунцов А.Д., Корнюхин И.П., Захаров Э.А. Паросодержание двухфазного адиа¬
батного потока в вертикальных трубах. Теплоэнергетика, 1968, № 4, с. 62-67.
90. Лезшнцев Г.М., Истомин С.Ю., Контарь Е.А. Применение эрлифтного оборудова¬
ния для разработки морских россыпей. Цветмет информация, М., 1973.
91. Логвинов Н.Г. Исследование системы автоматического управления ступенчатым
воздушным гидроподъемом. - В кн.: Разработка месторождений полезных ископае¬
мых. Киев: Техшка, 1970, вып. 20, с. 117- 123.
92. Логвинов Н.Г. Механизм динамической неустойчивости нерегулируемых ступенча¬
тых гидроподъемов. В сб: «Разработка месторождений полезных ископаемых».
Вып. 37. - Киев: Техника, 1974.
93. Логвинов Н.Г. Оптимальное управление эрлифтной гидроподъемной установкой - В
кн. РМПИ, Кшв, Техшка, 1971, вып. 24 с. 59-65.
94. Логвинов Н.Г. Самовозбуждающиеся колебания в воздушных подъемниках. - В сб:
«Разработка месторождений полезных ископаемых». Вып. 31, -Киев, Техника, 1973.
95. Логвинов Н.Г., Станиченко А.П. Исследование устойчивости систем автоматическо¬
го регулирования эрлифтных гидроподъемов.- В кн.: РМПИ, Киев, Техшка, 1979,
вып. 37, с.63-68.
96. Лопотко М.З. Сапропели БССР, их добыча и использование.-Минск: Наука и тех¬
ника, 1974.- 205 с.
97. Лоренц Г. Расчет воздушного подъемника. М., ГНТИ, 1932.
98. Малеев В.Б. Исследование и разработка сифонно-вакуумного эрлифта для очистки
шахтных водоотливных емкостей. Автореф. дис.... канд. техн. наук. -Донецк: ДПИ,
1980.-20 с.
99. Малеев В.Б., Данилов Е.И., Яковлев В.М. Специальные средства водоотлива и
гидромеханизированной очистки Шахтных водоотливных емкостей. Донецк:
ДПИ, 1986.
100. Малыгин С.С. Основы расчета эрлифта с внутренним воздухопроводом. В сб.
«Разработка месторождений полезных ископаемых», вып. 52, Киев, Техника 1973.
101. Малыгин С.С. Применение эрлифтов для водоотлива глубоких горизонтов. - В кн.
: Водоотлив глубоких шахт. М., Недра, 1967. - с. 96-105.
102. Малыгин С.С. Сравнение схем насосного и эрлифтного водоотлива/ / В кн: Разра¬
ботка месторождений полезных ископаемых. - Киев: Техника, 1964, вып. 1.-е. 73-83.
103. Ма лыгин С.С., Быков А.И. Применение эрлифтов для зумпфового водоотлива шахт
и механизация чистки зумпфов скиповых стволов. «Гидравлическая добыча угля»,
№ 6, «недра», М., 1965.
104. Малыгин С.С., Усков Е.В. Эрлифты как средство шахтного водоотлива// В кн:
Разработка месторождений полезных ископаемых. - Киев: Техника, 1972, вып. 29. -
с. 93-97.
105. Малькевич Ф.Ф. Эрлифты. Днепропетровск, 1941.
106. Мамаев В.А., Одишария Г.Э., Семенов Н.Н. Гидродинамика газожидкостных сме¬
сей в трубах. М., Недра, 1969, 208 с.
107. Марко Ю.А., Смолдырев А.Е. Гидравлическая крупность частиц горных пород при
свободном и стесненном падении. Горный журнал № 3, 1960.
Литература
565
108. Меламут Д.Л. Гидромеханизация в ирригационном и сельскохозяйственном строи¬
тельстве. М., Стройиздат, 1967.
109. Методика расчета эрлифтных установок (снарядов). ВНИИМоргео, Московский
геологоразведочный институт, Рига, 1975.
110. Методические рекомендации по применении средств механизации очистки шахт¬
ных водосборных емкостей/ Под общ. ред. В.Г. Гейера. - Донецк, 1993. - 50 с.
111. Методические рекомендации посжиганию низкосортных углей в топках с «кипя¬
щим слоем», Трест «Донецкуглеавтоматика», Минуглепром УССР, ЦБНТИ, До¬
нецк, 1984. - 24 с.
112. Минц Д.М. О гидродинамическом сопротивлении взвешенного в потоке зернистого
слоя. ДАН СССР, том 83, № 4,1952.
113. Миргородский В.Г. Исследование и разработка выходного узла эрлифтной гидро¬
подъемной установки. Автореферат дис.... канд. техн. наук. -Донецк: ДПИ, 1970. -
18 с.
114. Михайлов В.И. Совершенствование гидравлической добычи песка и гравия эрлиф-
тными земснарядами. Обзор. Всесоюзный научно-исследовательский институт на¬
учно-технической информации и экономики промышленности строительных мате¬
риалов. М., 1972.
115. Михайловский Г.А. Термодинамические расчеты процессов парогазовых смесей. -
М-Л.: Машгиз Ленингр. отд., 1962. -184 с.
116. Муравьев В.М., Репин Н.И. Исследование движения многофазных смесей в сква¬
жинах. М., «Недра», 1972.
117. Муравьев И.М., Крылов А.П. Эксплуатация нефтяных месторождений. М., Гостоп-
техиздат, 1949.
118. Муравьев И.М., Ямпольский В.И. Основы эксплуатации скважин. М., Недра, 1973.
119. Нормативный метод расчета паровых котлов. Л., 1968, ВТИ и ЦКТИ, 308 с.
120. О развитии гидродобычи угля в Донбассе/ В.Г. Гейер и др. - В сб: «Разработка
месторождений полезных ископаемых». Вып. 48, - Киев: Техника, 1977.
121. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. - М.: Энер¬
гия, 1979. - 319 с.
122. Основы теории эрлифта. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н. и др. Деп. в УкрНИИНТИ
№ 1884,1980.
123. Папаяни Ф.А. Исследование и разработка системы управления шахтным гидро¬
транспортом. Дис.... канд. техн. наук. - Москва, 1984. - 183 с.
124. Папырин А.Ф., Софийский К.К. Добыча угля скважинным способом «Технол.
разраб. мощ. пластов Кузбасса», Новосибирск, 1985, с. 107-112.
125. Перспективы применения скважинной гидродобычи. Байков Н., Соколов В.И.,
, Либер Ю.В., Бабичев Н.И, Мальцев Б.А., «Веществ, состав, добыча и обогащ. руд.
ред. мет.», 1985, 3/7.
126. Пороло Л.В. Воздушно-газовые подъемники жидкости (эргазлифты). М., 1969.
127. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устрой¬
ствами ЗД 50-213-80. -М.: Изд-во стандартов, 1982. - 320 с.
128. Пример расчетов по гидравлике. Под ред. А.Д. Альтшуля. М., Стройиздат,
1976, 240 с.
129. Проблемы исследования и освоения Мирового океана./ Под ред. А.И. Вознесенско¬
го. - Л.: - Судостроение, 1979.
130. Проспект фирмы «Marine diamond of South Africa»
131. Рекомендации по промышленной технологии добычи сапропелей из открытых
водоемов для удобрений./ Лопотко М.З., Лецко А.П. и др. - М.: Колос, 1983. - 50 с.
566
Литература
132. Репин Н.Н. Основные закономерности движения многокомпонентных смесей и их
приложение в фонтанной и газлифтной добыче. Автореф. дис.... докт. техн. наук. -
Уфа, 1966.
133. Рубинштейн А.Я. История развития озер и прогнозные запасы сапропелей/ / Исто¬
рия современных озер.-Ленинград-Таллин, 1988. - с. 19-21.
134. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. - М.: Нау¬
ка, 1971 - 192 с.
135. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л., Машиностроение,
1976, 216 с.
136. Соколов Е.Я. Экспериментальное исследование пароструйных компрессоров.//
Известия ВТИ. -1948. -№ 11. - с. 14-21.
137. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - М.: Энергия, 1970. - 288 с.
138. Сорокер Г.Н. К расчету воздушного подъемника. «Азерб. нефт. хоз.»., 1924, № 10.
139. Стегниенко А.П. Исследование и разработка методов управления режимами рабо¬
ты шахтных эрлифтов. Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Донецк, ДПИ, 1978,18 с.
140. Стифеев Ф.Ф. Разработка эрлифтов для подъема пульп повышенной плотности.
Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ, 1986. - 17 с.
141. Суреньянц Я.И. Эрлифты. Стройиздат Наркомстроя, 1940.
142. Телетов С.Г. Уравнение гидродинамики двухфазных жидкостей. ДАН СССР, т. 4,
1945.
143. Тепакс П.А. Скорость падения частиц в спокойной жидкости. Труды Таллинского
политехнического института. Серия А, № 77, 1956.
144. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник/ Под общей ред. В.А.
Григорьева и В.М. Зорина. - М.: Энергоиздат, 1982. - 624 с.
145. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы. Справочник/ Под общ. ред. В.А.
Григорьева и В.М. Зорина. - М.: Энергия, 1980. - 528 с.
146. Технология добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов. Под общей
редакцией Ржевского В.В. и Нурка Г.А. Издательство 2-е доп. перераб., М., «Недра»,
1980.
147. Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов. Нурок Г .А.,
Брудянин Ю.В., Бубис Ю.В. и др., М:, Недра, 1979, - 380 с.
148. Триллер С.А. Разработка схем и средств транспорта горной массы из подземных
технологических емкостей. Автореф. дисс. на соискание звания канд. техн. наук. -
Донецк,: ДПИ, 1984, с. 16.
149. Трайнис В.В. Напорный гидротранспорт угля. Уголь, № 3, 1956.
150. Трайнис В.В. Определение параметров напорного гидротранспорта щебня и гравия.
Гидротехническое строительство, № 3, 1960.
151. Углесосно-эрлифтный гидроподъем гидрошахты «Красноармейская». Козыряцкий
Л.Н., Яеченев А.И. и др. Деп. в ЦНИЭИуголь № 4358, 1987.
152. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения (пер. с англ.). М., Мир, 1972, 440 с.
153. Усами Т., Сайте Т., Китахара Р. Морские испытания пневматического насоса
(эрлифта). Журнал «Нихон коте кайси», 1982, т. 98 № 1127, с. 29-34.
154. Усков Е.В Экспериментальные исследования колебательных процессов в секции
эрлифта// В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. - Киев: Техни¬
ка, 1977, вып. 48. - с, 42-46.
155. Усков Е.В. Исследование эрлифтов для средств водоотлива из глубоких шахт.
Автореф. дис.... канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ, 1972. - 20 с.
156. Фидман Б. А. Уравнения кинематики двухфазных потоков. Известия СО АН СССР,
ОТН, вып. I, 1965, № 2.
157. Франкль Ф.И. К теории взвешенных частиц. ДАН СССР, т.92, № 2, 1953.
Литература
567
158. Фролов А.Г. и др. Гидротранспорт кускового угля в потоке угольного шлама. Уголь
№ 6, 1959.
159. Хаскинд М.Д. К теории насосов. О движении тяжелой частицы в турбулентном
потоке. Известия АН СССР ОТН № 11,1956.
160. Холмогоров А.П., Козыряцкий Л .Н., Антонов Я.К. Эрлифтно-земснарядный способ
разработки песка со дна водоемов Западной Сибири. -Механизация строительства,
1990, № 6.
161. Холмогоров А.П., Козыряцкий Л.Н., Антонов Я.К. Эрлифтно-земснарядные ком¬
плексы для добычи песка. -Строительство трубопроводов, 1988, № 5.
162. Хьюитт Дж. и Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения (пер. с англ.). М.,
«Энергия», 1974, 408 с.
163. Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахте. Изд. «Недра»,
М., 1969.
164. Чеченев А.И. Последовательная работа насоса и эрлифта. - В сб: «Разработка
месторождений полезных ископаемых». Вып. 37, -Киев, Техника, 1974.
165. Чижевский М.В., Шпак Д.Н., Шлыков Л.А., и др. Гидронамыв глубинного песка
при сооружении оснований дорог. - «Строительство трубопроводов», 1981, № 10,
с. 13-14.
166. Шаповалов Н.А. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния подо¬
грева воздуха (газа) на характеристики эрлифта. Автореф. дис.... канд. техн. наук.
-Горький: ГИИВТ, 1970. - 24 с.
167. Шевченко В.Ф. Исследование и разработка узла подвода пневматической энергии
в эрлифте. Автореф. дис.... канд. техн. наук. Донецк: ДПИ, 1974, - 20 с.
168. Шпак Д.Н. Взаимодействие тепловых и гидродинамических процессов при сква¬
жинной гидродобыче многолетних мерзлых разнозернистых пород. «Колыма», 1986,
№ 7, с. 21-23.
169. Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча песчано-гравийных материалов. ВНИИЭ
СМ. Экспресс-информация «Промышленность нерудных и неметаллорудных мате¬
риалов», 1989, вып. 7, с. 6-9.
170. Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча песчано-гравийных материалов. -"Транспор¬
тное строительство", 1983, № 9, с. 33-37.
171. Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча раздельнозернистый полезных ископаемых
при неустойчивой кровле пласта. - Труды ГИГХС, вып. 59, М.,1982, с. 90-97.
172. Шпак Д.Н., Холмогоров А.П., Шлыков Л.А. Опыт добычи песчано-гравийных
смесей через скеважины. «Строительные материалы», 1982, № 4, с. 15-16.
173. Эксплуатация гидрошахты «Красноармейская № 2" с эрлифтным подъемом/ Гей-
ер В.Г., Груба В.И, и др. -Уголь Украины , № 9 1968. - с. 38-40.
174. Эксплуатация эрлифтно-земснарядных комплексов в Западной Сибири. А.П. Хол¬
могоров, Л.Н. Козыряцкий и др. -Строительство трубопроводов, 1990, № 4.
175. Эрлифтно-гидроэлеваторный комплекс по добыче гравия со дна водоемов. Козы¬
ряцкий Л.Н. и др. Деп в ЦНИЭИуголь, № 9, 1990.
176. Эрлифтные установки/ ГейерВ.Г., Козыряцкий Л.Н., Пащенко В.С., Антонов Я.К.
- Донецк: ДПИ, 1982. - 64 с.
177. ЮфинА.П. Напорный гидротранспорт. Госэнергетическоеизд., М-Л., 1950.
178. А. с. № 205696. Всасывающий патрубок/ В.Г. Гейер, В. И. Груба. Опубл в Б. И.
№ 23,1967.
179. А. с. № 357237. Холодильная установка/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий идр. Опубл.
в Б. И. № 12, 1976.
180. А. с. № 377557. Эрлифтная многоступенчатая установка/ В.Г. Гейер, В.И. Груба
и др. Опубл. в Б. И. № 18, 1973.
568
Литература
181. А. с. № 687267. Способ автоматического регулирования расхода сжатого воздуха
шахтной ступенчатой эрлифтной установки/ Н.Г. Логвинов, А.П. Стегниенко.
Опубл. в Б. И. № 35, 1979.
182. А. с. № 705206. Система гидрозолоудаления/ В.Г Гейер, В.С. Пащенко и др. Опубл.
в Б. И. № 47, 1979.
183. А. с. № 987200. Эрлифт для подъема пульпы/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий и др.
Опубл в Б. И. №1,1983.
184. А. с. № 1025918. Устройство для отделения воздуха/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий
и др. Опубл. в Б. И. № 24, 1983.
185. А. с. № 1064016. Способ охлаждения горных выработок гидрошахт/ В.Г. Гейер, Л.Н
Козыряцкий, А.П. Кононенко и др. Опубл. в Б. И. № 48,1983.
186. А. с. № 1094023. Устройство для контроля подачи эрлифта/ Папаяни Ф.А. и др.
Опубл. в Б. И. № 19, 1983.
187. А. с. № 1128003 СССР, MKH3F04F1 /18. Установка для подъема гидросмеси/ А.П.
Кононенко, С.А. Рабчинский, В.Г. Миргородский (СССР). -№3630701/25-06;Заяв¬
лено 05.08.83; Опубл. 07.12.84. Бюл. № 45. - с. 99.
188. А. с. № 1160127. Эрлифт./ В.Н. Еныпин, С.А. Рабчинский, А.П. Кононенко, Г.В.
Полторацков (СССР). Опубл. 07.06.85. Бюл. № 21.
189. А. с. № 1163049 MKH4F04F1/18. Эрлифтная установка/ А.П. Кононенко, В.Г.
Миргородский, С.А. Рабчинский (СССР). - № 3645339/25-06; Заявлено 21.09.83.;
Опубл. 23.06.85, Бюл. № 23. - с. 134.
190. А. с. № 1176106. Эрлифтная установка для транспортирования среды с твердой
фракцией/ С.А. Рабчинский, В.Г. Миргородский, Е.В. Усков, А.П. Кононенко
(СССР). Опубл. 30.08.85. Бюл. № 32.
191. А. с. № 1193373 СССР, МКИ ??4 23J1-02. Система гидрозолошлакоудаления/ В.Г.
Гейер, А.П. Кононенко, Е.В. Усков, С.А. Рабчинский, А.С. Григорьев, С.В. Климов,
В.А. Краснов (СССР). - № 3727426/29-33; Заявлено 13.04.84.; Опубл. 23.11.85, Бюл.
№ 43. - с.
192. А. с. № 1224462. Эрлифт/ С.А. Рабчинский, А.П. Кононенко, Е.В. Усков, В.Г.
Миргородский (СССР). Опубл. 15.04.86. Бюл. № 14.
193. А. с. № 1278816. Устройство для контроля подачи эрлифта/ Папаяни Ф.А. и др.
Опубл. в Б. И, № 47, 1986.
194. А. с. № 1288375. Эрлифтная установка/ Папаяни Ф.А. и др. Опубл. в Б. И. № 5,
1985.
195. А. с. № 1298428. Система отвода среды из подъемной трубы эрлифта/ Папаяни
Ф.А., Антонов Я.К. и др. Опубл. в Б. И. № 11, 1987.
196. А. с. № 1312260. Эрлифт/ Папаяни Ф.А., Филатов В.В. и др. Опубл. в Б. И. № 19,
1987.
197. А. с. № 1341394. Устройство управления эрлифтом/ Папаяни Ф.А. и др. Опубл. в
Б. И. № 36,1987.
198. А. с. № 1373901. Воздухоотделитель эрлифта/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий и др.
Опубл. в Б. И. № 6,1988.
199. А. с. № 1562539. Эрлифт./ Ф.А. Папаяни, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл. в Б. И.
№ 17, 1990.
200. А. с. № 1606745. Эрлифт/ Ф.А. Папаяни, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл. в Б. И.
№ 42, 1990.
201. А. с. № 1610089. Установка для подъема гидросмеси/ Папаяни Ф.А. и др. Опубл. в
Б. И. № 44,1990.
202. А. с. № 1620692. Эрлифтный гидроподъемник/ Ф.А. Папаяни, Л. Н. Козыряцкий и
др. Опубл. в Б. И. № 2, 1991.
Литература
569
203. А. с. № 1622644. Эрлифтно-землесосная система/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий. и
др, Опубл. в Б. И. № 3, 1991.
204. А. с. № 1629626. Эрлифт для подъема пульпы/ В.Г. Гейер, Л.Н Козыряцкий и др.
Опубл. в Б. И. № 7, 1991.
205. А. с. № 1657769. Эрлифтная установка./ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл.
в Б. И. №23, 1991.
206. А. с. № 1665101. Эрлифт/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл. в Б. И. № 27,
1991.
207. А. с. № 1712671. Пневматический подъемник/ Н.Г. Логвинов, Л.Н. Козыряцкий и
др. Опубл. в Б. И. № б, 1992.
208. А. с. № 1728536. Эрлифтная установка/ В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл.
в Б. И. №15, 1992.
209. А. с. № 1735610. Воздухоотделитель/ А.П. Холмогоров, Л.Н. Козыряцкий и др.
Опубл. в Б. И. № 19, 1992.
210. А. с. № 1740798. Эрлифт для очистки резервуаров/ Г.С. Володин, Л.Н. Козыряцкий
и др. Опубл. в Б. И. № 22, 1992.
211. А. с. № 1751436. Эрлифт./ Г.С. Володин, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл в Б. И. № 28,
1992.
212. А. с. № 1751436. Эрлифтная установка. / А.П. Холмогоров, Л.Н Козыряцкий и др.
Опубл. в Б. И. № 28,1992.
213. А. с. № 1751437. Эрлифт/ А.П. Холмогоров, Л.Н. Козыряцкий и др. Опубл. в Б. И.
№28,1992.
214. А. с. № 1751438. Воздухоотделитель эрлифта/ А.П. Холмогоров, Л.Н. Козыряцкий
и др. Опубл. в Б. И. № 28, 1992.
570
Литература
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Адамов Б.И., Пащенко В.С., Березинский Г.М. Эрлифтная установка для гидромеха¬
низированной очистки глубоких шахтных зумпфов от углепородного шлама. —
Информационный листок № 332-80, Ворошиловградский ЦНТИ, Ворошиловград,
1980, —4 с.
2. Березинский Г.М., Пащенко В.С. Опыт эксплуатации активного грунтозаборного
устройства при очистке шахтного ствола. Информационный листок ЦБНТИ МУП
УССР, Донецк, 1981. — 4 с.
3. Буянов Ю.Д. Разработка гравийно-песчаных месторождений. — М.: Недра, 1988.
4. Гейер В.Г. и др. Безразмерные характеристики эрлифта. В кн.: Гидравлическая
добыча угля. Реф. сб. № 7 (29). — М.: «Недра», 1965, с. 34-38.
5. Гейер В.Г. Теория гидрокомпрессоров и перспектива применения их в горной про¬
мышленности СССР. Дисс.... докт. техн. наук. — Донецк, 1951 — 231 с.
6. Истомин С.Ю., Ковалев И.А. Шахты в море. — М.: «Недра», 1969.
7. Кауш П. Технические возможности добычи полезных ископаемых с морского дна и
из морской воды. «Глюкауф», Эссен, 1970, № 9.
8. Кузнецов В.К., Лебедев Л.Г., Попов В.Н. Исследование работы гидрогрейфера с
эрлифтной транспортирующей магистралью при подводной разработке янтаронос-
ных пород Балтийского моря. — В кн.: Тр. ВНИИпрозолото, М., 1976, вып. 4 с. 65-75.
9. Мацумура X. и др. Исследование эрлифтов (сообщение 2. Характеристики транспор¬
тировки твердых сыпучих материалов). Кагасима дайгаку когакубу кенкю хококу,
1980, № 22, с. 78-82.
10. Миплар А. Работа насосв замещения в нефтяных скважинах. «Иностранная нефтя¬
ная техника», вып. 19, Баку — Москва, ОНТИ — Азнефтехимиздат, 1932, 33 с.
11. Михайлов В.И. Экспериментальный эрлифтно-землесосный снаряд. «Сб. трудов»,
Тольятти, ВНИИНеруд, 1971, № 30.
12. Михайлов В.И., Евсеев В.М. Земснаряды на эрлифтной основе для разработки
песчаных и песчано-гравийных материалов. «Строительные материалы», 1967, № 7.
13. Раздольный В.А., Пушкарев В.Ф. Влияние гидравлических сопротивлений подъем¬
ной трубы на характеристику эрлифта. В кн.: Тр. ВНИИнеруда, Тольятти, 1974, вып.
38, с. 66-71.
14. Шкундин Б.М. Гидромеханизация в энергетическом строительстве. — М.: Энерш-
издат, 1986.
15. Шкундин Б.М. Землесосные снаряды. — М.: Энергия, 1973.
16. Шкундин Б.М. Оборудование гидромеханизации земляных работ. — М.: Энергия,
1970.
17. Brown К.Е., lessen J.W. Evaluation of valve port size, surface chokes and fluid fallback
in intermittent gaslift installations. — «J of Petrol Technol.», v. 14, № 3, 1962, pp. 315-
332.
18. Doncers J.M. Equipment for offshore mining «Mining Mag», 1980, 2 № 3, p. 213-230.
19. Engelmann H.E. Vertical hydraulic lifting of large solids — a contribution to marine
mining. 1978, 9 № 4, p. 115-123.
Дополнительная литература
571
20. Grabow G. Comparison of different lifting systems for deep-sea mining of minerals. Die
Technik, 32(12) (1977) 659-664 (in German).
21. Hamilton J.R. Gas lift practice in West Texas. — «World Oil» v. 4, № 4, 1951, pp. 250-
261.
22. Halkyard J.E. Deep ocean mining for manganese modules. «Phys. Tehnol.» 1979, № 10,
6 p. 236-243.
23. Kirpatrick C.V. Advances in gas lift technology. Drill and Prod. Pract.", Annual, 1959,
pp. 24-60.
24. Kirpatrick C.V. Fundamental desing of gas lift systems. — «Petrol Eng.» v. 29, № 7,1957.
pp. 41-49.
25. Levardi F. Berendezes vimivo aletti szedimentek tomeges kitermelesere, valamint eljaras
a berendezenek, folymatos valo alkalmazafara. 148198 szam. Budapest, 1962.
26. Lokkart R.W., Martinelly R.E. Proposed corelation of data for isotermal two phase,
two-component flow in pipes. «Chem. Eng. Progr.», 1949, № 1, h. 39-445.
27. Mere J.L. The future Promise of Mining in ocean, cim Bulletin, Vol. 65, April 1972.
28. New fleible dredging system from Italy. «The Dock and Authory», London, 1969, 50 ,
№ 584.
29. Niclin D.J., Wilkes J.O., Davidson J.F. Two-phase Flow in vertical Tubes. «Trans. Instr.
Chem. Eng.», 1962, v. 40 ,p 61-68.
30. Palarski J., Frantichek P. Eksploatacja konkrecji manganowych z dna morr I oceanow
przy zastosowaniu transportu hydrauliszno-pneumatycznego. Przeglad Gomiczy, 1983,
v. 39, № 2, p. 87-96.
31. Sampling the sea — bed. «Mining Journal», London, 1987,168, № 6875.
32. Weber M. Vertical Hydraulic Conveying of Solids by Air-Lift, Journal of Pipelines, 1982,
— 3, № 2, p. 137-152.
33. Wenzel James G. Proff of concept seen for ocean mining «See Tehnol» 1979, 20 № 1,
26-27,42.
34. Winkler H.W. Improve your gas lift installations. — «World Oil» v. 148, № 6, 1959, pp.
77-92,
572
Дополнительная литература
Приложения
-j
ПРИЛОЖЕНИЯ
Технические характеристики компрессоров
Приложение 1
Тип
компрессора
Производи¬
тельность,
м3/мин
Конечное
давление
(избыточ¬
ное), МПа
Масса, кг
Габариты, мм
Двигатель
Мощность,
кВт
Тип
Частота вра¬
щения, МИН’1
2О2ВП-10/8
10
0,8
1434
1300x1655x1350
75
АВ 2-101-8
750
305ВП-30/8
30
0,8
3770
2395x1810x2490
200
БСДК-15-21-12
500
2ВП-10/8
10
0,8
1400
1600x950x1550
75
АВ-101-8
735
ВП-30/8
30
0,8
4500
2405x1700x2400
175
БСДК-15-21-12
500
ВП-50/8
50
0,8
7530
3100x1590x3010
300
ДСК-173/16-16М
375
2М10-50/8
50
0,8
5100
4470x1840x3030
320
СДК-14-31-12
500
4М10-100/7
100
0,8
12070
3220x4426x1465
630
СДКП-15-34-12
510
ПКСД-5.25А
5,25
0,7
1700
3850x1830x2200
630
То же
510
7ВКГ-30/7
32
0,7
5898
2980x1485x2210
200
ВАО-2-450-2У2
2970
2ВМ4-25/9
24
0,9
3950
2685x1675x2130
370
А2К85/24-8Л6УХЛ
740
2ВМ4-24/9
24
0,78
2450
2685x1000x1550
128
То же
740
2ВМ4-24/9
24
0,78
3750
2685x1485x1550
128
740
2ВМ4-48/3
48
0,3
3500
2770x1485x1150
141
<(
740
2ВМ4-48/3
48
0,3
3905
2770x1675x1260
137
<(
740
2ВМ4-15/25
15
2,5
5250
2975x2085x2420
140
а
740
2ВМ4-27/9
27
0,9
5000
3000x1485x2100
140
и
740
305ГП-40/3
36
0,43
6385
3140x1810x2580
200
БКСДКП-15-21-12
500
7ВВ-32/7
32
0,7
3866
3590x1220x2310
200
УАНЗ-115
3000
7ВКГ-30/7
7
0,49-0,68
6650
5183x1452x2138
200
ВАО-405М-2
3000
7ВКМ-50/8
50
0,8
10980
4900x2535x2085
400
ВАО-500Б-2У2
3000
ПВ-50
50
0,8
11580
6460x2800x3060
581
М-634
1500
КВД-М
0,166
6,1
80
335x330x590
4,5
АМ51-4
1500
ВПЗ-20/9
20
0,87
4800
2370x1670x2230
132
ДСК-12-24-12
500
302ВП-10/8
10
0,8
1340
1650x1200x1610
75
АВ2-101-8
735
305ВП-20/35
20
3,6
3770
2665x1810x2465
200
БСДК-15-21-12
500
Приложения
Oi
<1
Приложение 2
Технические характеристики передвижных компрессорных станций
Тип
Произво¬
дитель-
Конечное
даление,
Мощность
на валу
Г абариты, м
Масса, кг
Изготовитель
ность,
м3/мин
МПа
компрес¬
сора, кВт
Тип
Мощность,
кВт
IIP-6M
6
0,8
42
3,5x1,52x2,4
1710
Д-240Л
75
Ташкентский завод
“Компрессор”
ПР-10М
10
0,8
68
3,78x1,7x2,21
3000
А-0ДМК
95,5
и
ПВ-10
10
0,8
66
3,395x1,784x1,8
3150-
(2850)
ЯАЗ-М204-А
93,4
Читинский машзавод
нв-юэ
(переносная)
10
0,68
66
3,145x1,415x1,315
2100
АОП2-91-4В
75
М
НВ-10ЭМ
(переносная)
2,29x1,08х 1,795
1800
ПКС-5
(прицепная)
5
0,8
32
4,985x1,87x1,83
2460
КАЗ-120
(ЗИЛ-164А)
45
ПО “Мелитополь-
холодмаш”
ДКС-71200АУ-1
7
1,96
100
8,645x2,85x3,735
19350
ДК-10
95,68
«
УКП-80
(установка)
8
0,784
180
6,615x2,65x2,87
16100
В2-500-СЗ
V
КПУ-16 модели:
100У
20
0,981
298
10,9x3,14x3 ,65
26700
1Д125
309
И
250У
20
0,981
330
10,9x3,14x3,65
26100
1Д12Н500
368
М
Приложения 575
Трубы стальные бесшовные горячекатанные (ГОСТ 8732-88)
Приложение 3
Наружный
Толщина стенки, мм
диаметр,
2,5
2,8
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
(6,5)
7
(7.5)
8
8,5
мм
Теоретическая масса 1 м трубы, кг
25
1,39
1,53
1,63
1,86
2,07
2,28
2,47
2,64
2,81
2,97
3,11
3,24
3,35
28
1,57
1,74
1,85
2,11
2,37
2,61
2,84
3,05
3,26
3,45
3,63
3,79
3,94
32
1,76
2,02
2,15
2,46
2,76
3,05
3,33
3,59
3,85
4,09
4,32
4,53
4,74
32
2,19
2,43
2,59
2,98
3,35
3,72
4,07
4,41
4,14
5,05
5,35
5,64
5,92
42
2,44
2,70
2,89
3,32
3,75
4,16
4,56
4,95
5,33
5,69
6,04
6,38
6,71
7,02
45
2,62
2,91
3,11
3,58
4,04
4,49
4,93
5,36
5,11
6,17
6,56
6,94
7,30
7,65
50
2,93
3,25
3,48
4,01
4,54
5,05
5,55
6,04
6,51
6,97
7,42
7,86
8,29
8,10
54
3,77
4,36
4,93
5,49
6,04
6,58
7,10
7,61
8,11
8,60
9,08
9,54
51
4,00
4,62
5,23
5,83
6,41
6,99
7,55
8,10
8,63
9,16
9,67
10,17
60
4,22
4,88
5,52
6,16
6,78
7,39
7,99
8,58
9,15
9,71
10,26
10,80
63,5
4,48
5,18
5,87
6,55
7,21
7,87
8,51
9,14
9,75
10,36
10,95
11,53
68
4,57
6,31
6,05
7,27
8,48
9,17
9,86
10,53
11,19
11,84
12,47
13,10
70
4,96
5,14
6,51
7,77
8,01
8,75
9,47
10,18
10,88
11,56
12,23
12,89
73
5,18
6,00
6,81
7,60
8,38
9,16
9,91
10,66
11,39
12,11
12,82
13,52
76
5,40
6,26
7,10
7,93
8,75
9,50
10,36
11,14
11,91
12,67
13,42
14,15
83
6,86
7,79
8,71
9,62
10,51
11,39
12,26
13,12
13,96
14,80
15,62
89
7,38
8,38
9,38
10,36
11,33
12,28
13,22
14,16
15,07
15,98
16,87
95
7,90
8,98
10,04
11,10
12,14
13,11
14,19
15,19
16,18
17,16
18,13
102
8,50
9,67
10,82
11,96
13,09
14,21
15,31
16,40
17,48
18,55
19,60
108
10,26
11,49
12,70
13,90
15,09
16,27
17,44
18,59
19,73
20,86
576 Приложения
Продолжение прил. 3
Наружный
диаметр,
мм
Толщина стенки, мм
2,5
2,8
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
(6,5)
7
(7,5)
8
8,5
377
402
Теоретическая масса 1 м трубы, кг
114
10,85
12,15
13,44
14,72
15,98
11,23
18,47
19,10
20,91
22,12
121
11,54
12,93
14,30
15,67
17,02
18,35
19,68
20,99
22,29
23,58
127
12,13
13,59
15,04
16,48
17,90
19,32
20,72
22,10
23,48
24,84
133
12,73
14,26
15,78
11,29
18,70
20,28
21,15
23,21
24,66
26,10
140
15,04
16,65
18,24
19,83
21,40
22,96
24,51
26,04
27,57
146 .
15,70
.17,39
19,06
20,72
21,36
24,00
25,62
27,23
28,82
152
16,37
18,13
19,87
21,60
23,32
25,03
26,73
28,41
30,08
159
17,15
18,99
20,82
22,64
24,45
26,24
28,09
29,79
31,55
168
20,10
22,04
22,97
25,89
27,79
24,69
31,57
33,43
180
21,59
23,70
25,75
27,70
29,87
31,91
33,93
35,95
194
23,31
25,60
27,82
30,00
31,28
34,50
36,70
38,89
203
29,14
31,50
33,83
36,16
38,47
40,77
219
31,52
34,06
36,60
39,12
41,63
44,12
245
38,23
41,09
43,85
46,76
49,56
273
•
42,64
45,92
49,10
52,28
55,45
299
53,91
57,41
60,89
325
58,74
62,54
66,35
351
67 ,67
71,80
Приложения 577
Продолжение прил. 3
Наружный
Толщина стенки, мм
диаметр,
9
9,5
10
11
12
(13)
14
(15)
16
(17)
18
мм
Теоретическая масса 1 м трубы, кг
42
7,32
7,60
7,88
45
7,99
8,32
8,63
50
9,10
9,49
9,86
54
9,9?
10,43
10,85
11,67
57
10,(5
11,13
11,59
12,48
13,32
14,11
60
и,:-2
11,83
12,33
13,29
14,21
15,07
15,88
63,5
12,’0
12,65
13,19
14,24
15,24
16,19
17,09
68
13, 0
13,71
14,30
15,46
16,57
17,63
18,64
19,61
20,52
70
13,54.
14,17
14,80
16,01
17,16
18,27
14,33
20,35
21,31
73
14,21
14,88
15,45
16,82
18,05
19,24
20,37
21,46
22,49
23,48
24,41
76
14,87
15,58
16,28
17,63
18,94
20,20
21,41
22,57
25,68
24,74
25,75
83
16,42
17,22
18,00
14,53
21,01
22,44
23,82
25,15
26,44
27,67
28,85
89
17,76
18,63
19,48
21,16
22,74
24,37
25,89
27,37
28,80
30,14
31,52
95
19,0?
20,03
20,96
22,79
24,56
26,24
27,97
29,57
31,17
32,70
34,18
102
20,64
21,67
22,69
24,69
26,63
28,53
30,38
32,18
33,93
35,64
37,29
108
21,97
23,08
24,17
26,31
28,41
30,46
32,45
34,40
36,30
38,15
39,95
114
23,31
24,48
25,65
27,94
30,19
32,38
34,53
36,62
38,67
40,67
42,02
121
24,86
26,12
27,37
29,84
32,26
34,62
36,94
39,21
41,43
43,60
45,72
127
26,14
27,53
28,85
31,47'
34,03
36,55
39,01
41,43
43,80
46,12
48,39
133
27,52
28,93
30,33
33,10
35,81
38,41
41,00
43,65
46,17
48,63
51,65
140
29,08
30,57
32,06
34,99
37,88
40,72
43,50
46,24
48,93
51,57
54,16
578 Приложения
Продолжение прил. 3
Наружный
диаметр,
мм
Толщина стенки, мм
9
9,5
10
11
12
(13)
14
(15)
16
(17)
18
Теоретическая масса 1
м трубы, кг
146
30,41
31,98
33,54
36,62
39,66
42,64
45,57
48,46
51,30
54,08
56,82
152
31,74
33,39
35,02
38,25
41,43
44,56
47,65
50,68
53,66
56,60
59,48
159
33,29
35,03
36,75
40,15
43,50
46,81
50,06
53,27
56,43
59,53
62,59
168
35,29
37,13
38,97
42,59
46,17
49,69
53,17
56,60
59,98
63,31
66,59
180
37,95
39,95
41,92
45,85
49,72
53,54
57,31
61,04
64,71
68,34
71,91
. 144
41,06
43,23
45,38
49,64
53,86
58,03
62,15
66,22
70,24
74,21
78,13
203
43,05
45,33
47,59
52,08
56,62
60,91
65,94
69,54
73,18
77,97
82,12
219
46,61
49,08
51,54
56,43
61,26
66,04
70,78
75,46
80,10
84,69
89,23
245
52,38
55,17
57,95
63,48
68,95
74,38
79,76
85,08
90,36
95,59
100,77
273
58,61
61,73
64,86
71,07
77,24
83,36
89,42
95,44
101,41
107,33
113,20
249
64,37
67,83
71,27
78,13
84,93
91,69
98,40
105,06
111,67
118,23
124,74
325
70,14
73,92
77,68
85,18
92,63
100,03
107,38
114,68
121,93
129,13
136,28
351
75,41
80,01
84,10
92,23
100,32
108,36
116,35
124,24
132,19
140,03
147,82
377
81,68
86,10
90,51
99,29
108,02
117,00
125,33
133,91
142,44
150,93
159,36
402
87,21
90,95
96,67
106,06
115,41
124,71
133,94
143,15
152,30
161,40
170,45
Приложения 579
Приложение 4
Технические характеристики углесосов
Тип
Подача,
м3/ч
Напор, м
Габариты, мм
Масса, кг
Диаметр патрубка, мм
Мощность элект-
тродвигателя, кВт
всасывающего
нагнетательного
10У4
350
120
Н.д.
315
12У10
900
85
Н.д.
315
12У6
900
175
2566x1496x1190
3547
300
250
1000
14УВ6
900
320
3340x1540x1920
5850
350
200
1600
У900-90ПС
900
90
2070x975x1018
5850
300
250
400
Примечание. Частота вращения вала для всех типов 1485 мин-1.
580 Приложения
Технические характеристики грунтовых насосов
Приложение 5
Тип
Габариты,
мм
Масса,
кг
Подача
м3/ч
Напор,
м
Диаметр
колеса, мм
Двигатель
Марка
Мощность,
кВт
Частота враще¬
ния, об/мин
ГpAT900/97/IV-1,6
4445x1220x780
9050
900
67
685
ДА304-450У-6
630
1000
ГрАТ 1400/40/IV-1,6
4455x1515x2010
9630
1400
40
720
ДА304-450У-8
500
750
ГрАТ 1800/67/IV-1,6
4105x1760x1818
12400
800
67
905
АН2-15-69-8
1000
750
ГрАТ85/40/1-16-1,6
1995x680x950
1080
56
17
340
4АМ160М6
15
1000
ГрАТ85/40/1-16-1,6
1995x680x950
1070
56
17
340
4АМ160М6
15
1000
ГрАТ 170/40/1-20-1,6
1360x715x1375
1430
140
27,5
345
4АМ200М4
37
1500
ГрАТ 170/40/1-1,6
2265x600x990
1585
170
40
345
4AM250S4
75
1500
ГрАТ225/67/Н-1,6
2815x800x990
2550
225
67
425
4A315S4
160
1500
ГрАт350/40/П-1,6
2540x940x1190
2710
350
40
510
4AH315S4
132
1000
ГрАК350/40/Н-1,6
2540x940x1190
2635
350
40
510
То же
132
1000
ГрАТ450/67/Ш-1,6
3940x1080x1485
5010
450
67
630
A03-400S-6
250
1000
ГрАТ700/40/Ш2-1,6
2965x1097x1230
3645
520
22,5
535
4A315V8
110
750
ГрАК700/40/П-12-1,6
2965x1097x1230
3430
520
22,5
535
То же
ПО
750
ГрАТ700/40/Ш-1,6
3215x1097x1375
4250
700
40
535
4АН355М6
250
1000
ГрАК700/40/Ш-1,6
3215x1097x1375
4070
700
40
535
Тоже
250
1000
ГрТ250/71
4570x1565x1960
9535
1250
71
710
ДА304-450У-6
630
ГрТ1250/71
2825x1505x1620
5415
1250
71
710
ДА304-450У-6
630
1000
4210x1565x1890
8795
1250
71
710
А4-450Х-463
630
1000
ГрУ2000/63
2955x1830x1970
12820
2000
63
1050
АКН2-15-69-10
800
600
ГрТ4000/71
3580x2385x2330
28610
4000
71
1390
СДНЗ-16-41-12
1250
500
6350x2670x2370
29870
4000
71
1390
СДС-16-51-12
1250
500
ГрУ 1600/25
3320x1365x1470
4840
1600
25
650
А03-400М-8
250
750
3655x1430x1765
5160
1600
25
650
ДА304-400У-8
250
750
3330x1430x1735
4670
1600
25
650
А4-400Х-8
250
750
Приложения
Технические характеристики насосов различных типов
Приложение 6
Таблица П6.1
Технические характеристики консольных насосов
Марка
Подача
Напор,
Диаметр
Масса,
Габариты,
Двигатель
Завод-
(модификация)
м3/ч
м
колеса, мм
кг
мм
Марка
Мощность,
кВт
Частота вра¬
щения, мин1
изготовитель
К8/18 (1,5К-8/19; 1,5К-6)
8
19
128
33
795x292x288
АОЛ2-21-2
1,5
2900
ПО “Армхиммаш”
КМ8/18 (1,5КМ-8/19;
8
12
105
33
784x267x278
АОЛ2-12-2
1Д
2900
К
1.5КМ-6)
8
15
115
33
784x267x278
АОЛ2-12-2
U
2900
(<
К20/18 (2К-20/18;
20
18
129
34
823x292x288
АОЛ-22-2
2,2
2900
(I
2К-9)
КМ20/18 (2КМ-20/18,
20
14
118
34
795x292x288
АОЛ2-21-2
1,5
2900
((
2КМ-9)
20
10
106
34
795x292x288
АОЛ2-21-2
1,5
2900
U
К20/30 (2К-20/30;
20
30
162
38
867x332x339
А02-32-2
4
2900
U
2К-6)
КМ20/30 (2КМ-
20
25
148
38
841x332x339
А02-31-2
3
2900
U
20/30;2КМ-6)
20
19
132
38
841x332x334
АОЛ2-22-2
2,2
2900
««
К45/30 (3K-45/30;
45
30
168
58
1084x367x405
А02-42-2
7,5
2900
а
ЗК~9)
КМ45/30 (ЗКМ-45/30;3
45
14,5
143
58
1046x367x405
А02-41-2
5,5
2900
и
КМ-9)
К45/55 (ЗК-6)
45
55
218
101
1460x573x490
А02-72-2
30
2900
ПО “Уралгидро-
КМ45/55 (ЗКМ-6)
45
40
195
101
1370x573x490
А2-71-2
30
2900
маш” Катайский
насосный завод
ч
О-»
00
582 Приложения
Марка
(модификация)
Подача
м3/ч
Напор,
м
Диаметр
колеса, мм
Масса
кг
К90/20 (4К-90/20;
4К-18)
90
20
148
62
КМ90/20 (4КМ-90/20;
4КМ-18)
90
14
136
62
К90/35 (4К-12)
90
35
174
102
КМ90/35 (4КМ-12)
90
27
163
102
К90/55 (4К-8)
90
55
218
104
КМ90/55 (4КМ-8)
90
43
200
104
К90/85 (4К-6)
90
85
272
122
90
75
250
122
К160/20 (6К-12)
160
20
264
137
КМ 160/20 (6КМ-12)
160
14,5
240
137
К160/30 (6К-8)
160
30
328
157
160
27
310
157
К290/18 (8К-18)
290
18
268
165
290
14
250
165
К290/30 (8К-12)
290
30
315
176
290
21,5
300
176
Продолжение табл. П6.1
Габариты,
мм
Двигатель
Завод-
изготовитель
Марка
Мощность,
кВт
Частота вра¬
щения, мин-1
1084x367x405
А02-42-2
7,5
2900
ПО “Армхиммаш
1046x367x405
А02-41-2
5,5
2900
И
1460x573x555
А02-72-2
30
2900
ПО“Уралгидро-
маш” Катайский
насосный завод
1415x513x525
А02-62-2
17
2900
и
1425x575x555
А02-72-2
30
2900
я
1310x575x555
А2-71-2
30
2900
((
1575x690x656
А2-81-2
55
2900
и
1680x690x656
А02-82-2
55
2900
<(
1490x575x555
АО 2-72-4
30
1450
U
1455x575x555
А02-71-4
22
1450
II
1470x575x555
А2-72-4
30
1450
и
1545x575x555
А02-72-4
1450x575x555
А2-72-4
22
1450
II
1505x575x555
А02-71-4
22
1450
(f
1740x690x656
А02-82-4
55
1450
и
1635x640x656
A2-8I-4
40
1450
II
Приложения
Таблица П6.2
Присоединительные размеры консольных насосов
00
Параметры всасывающего
патрубка, мм
П
Параметры напорного
патрубка, мм
п
Dy
Di
D
D
D’y
Dfi
D’
d>
К8/18 (1,5К8/19; 1,5К-6)
КМ8/18 (1.5КМ8/19; 1,5КМ-6)
40
100
130
14
4
32
90
120
14
4
К20/18 (2К20/18; 2К-9)
КМ20/18 (2КМ20/18; 2КМ-9)
К20/30 (2К20/30; 2К-6)
КМ20/30 (2КМ20/30; 2КМ-6)
50
по
140
14
4
40
100
130
14
4
К45/30 (3K45/30; ЗК-9)
КМ45/30 (3KM45/30; ЗКМ-9)
К45/55 (ЗК-6)
КМ45/55 (ЗКМ-6)
80
150
185
18
4
50
110
140
14
4
К90/20 (4К90/20; 4К-18)
КМ90/20 (4КМ90/20; 4КМ-18)
100
170
205
18
4
80
150
185
18
4
К90/35 (4К-12)
Продолжение табл. П6.2
Параметры всасывающего
патрубка, мм
п
Параметры напорного
патрубка, мм
п’
Dy
D,
D
D
D\
D’i
D’
d’
К90/55 (4К-8)
100
170
205
18
4
70
145
180
18
4
КМ90/55 (4КМ-8)
К90/85 (4К-6)
К160/20 (6К-12)
КМ 160/20 (6КМ-12)
150
225
260
18
8
100
170
205
18
4
К160/30 (6К-8)
150
225
260
18
4
100
170
205
18
4
К290/18 (8К-18)
200
280
315
18
8
150
225
260
18
8
К290/30 (8К-12)
200
280
315
18
8
125
200
235
18
8
Примечание. Dy, D\ — диаметр условного прохода; Di, D’i — диаметр окружности расположения крепежных отверстий;
D, D’— наружный диаметр фланца; d, d’ диаметр крепежных отверстий; л, я’—число крепежных отверстий.
Приложения
Таблица П6.3
Vi
00
t/l
Марка
Д200-95
(4НДв)
Д200-36
(5НДв)
ДЗ 20-70
(бНДс)
Д320-50
(бНДв)
Технические характеристики насосов двустороннего входа типа Д
Подача,
м3/ч
Напор,
м
Диаметр
колеса, мм
Масса,
кг
Габариты,
мм
Мощность
насоса, кВт
Двигатель
Марка
Мощность,
кВт
Частота вра¬
щения, мин1
100
23
280
210
1975x640x870
10
4A280S2
110
1450
100
19,8
255
210
1975x640x870
10
4AII250S2
110
1450
200
95
280
210
1860x640x797
85
А02-92-2
100
2950
200
77
255
210
1860x640x797
85
А02-92-2
100
2950
200
64
240
210
1860x640x747
85
4A250S2
75
2950
200
64
240
210
1645x640x800
85
4А225М2
55
2950
200
64
240
210
1497x640x709
85
1162
14
2950
200
64
240
210
1464x640x680
85
А02-61-4
13
2950
200
36
350
270
1685x794x801
35
А02-81-4
40
1450
200
28
320
270
1625x799x835
35
4А200М4
37
1450
200
23
300
270
1556x799x761
35
А02-72-4
30
1450
200
23
300
270
1537x799x785
35
4А180М4
30
1450
200
23
300
270
1517x794x761
35
А02-71-4
22
1450
200
23
300
270
1497x799x785
35
4А180-4
22
1450
320
70
242
255
1860x730x847
90
А02-92-2
100
2950
320
53
220
255
1790x730x890
90
4А250М2
90
2950
300
44
205
255
1805x730x847
90
А02-41-2
75
2950
300
44
205
255
1750x730x890
90
4A250S2
75
2950
300
44
205
255
1723x730x801
90
А02-82-2
55
2950
300
44
205
255
1723x730x801
90
4А225М-2
55
2950
320
50
405
270
1805x966x897
76
4A250S4
75
1450
320
37
365
270
1750x966x940
76
А02-91-4
75
1450
320
29
340
270
1723x966x851
76
А02-82-4
55
1450
320
29
340
270
1723x966x851
76
4А225М4
55
1450
320
29
340
270
1685x966x851
76
А02-81-4
40
1450
586 Приложения
Продолжение табл. П6.3
Марка
Подача,
м3/ч
Напор,
м
Диаметр
колеса, мм
Масса,
кг
Габариты,
мм
Мощность
насоса, кВт
Двигатель
Марка
Мощность,
кВт
Частота вра¬
щения, мин1
Д500-65
500
65
465
620
2170x970x1045
135
4АН280М4
160
1450
0 од-6)
500
53
432
620
2430x970x1060
135
A03-315S-4
160
1450
500
40
390
620
2170x970x1045
135
4AH280S4
132
1450
500
40
390
620
2160x970x972
135
А02-92-4
100
1450
Д630-90
630
90
525
730
2520x1258x1127
265
A03-355S-4
250
1450
630
76
490
730
2385x1258x1225
265
А111-4М
250
1450
630
76
490
730
2505x1258x1225
265
А112-4М
200
1450
630
76
490
730
2173x1258x1045
265
A03-315S-6
200
1450
630
' 76
490
730
2422x1258x1080
265
А02-92-6
250
1450
630
76
490
730
2191x1258x1020
265
А112-4М
200
1450
630
76
490
730
2136x1258x1020
265
А02-91-6
200
1450
Д1250-65
1250
65
460
1160
3100x1390x1750
314
СД12-42-4
500
1450
(12НДс)
1250
50
430
1160
2650x1390x1340
314
А0113-4М
320
1450
1250
50
430
1160
2435x1390x1345
314
А111-4М
250
1450
1250
50
430
1160
2525x1390x1205
314
А03-315М-6
200
1450
1250
50
430
1160
2275x1390x1165
314
A3-315S-6
110
1450
1250
50
430
1160
2290x1930x1110
314
4A280S6
75
1450
1250
50
430
1160
2160x1390x1110
314
А02-91-6
55
1450
Д800-57
800
57
432
800
2518x1155x1197
177
A03-355S-4
250
1450
(12Д-9)
800
47
405
800
2473x1155x1150
177
А03-315М-4
200
1450
800
47
405
800
2131x1155x1050
177
4AH280S4
132
1450
800
47
405
800
2518x1155x1050
177
4A280S4
110
1450
Д1250-125
1250
125
625
1710
2965x1360x1460
620
А12-52-4
630
1450
(14Д-6)
1250
98
570
1710
3480x1360x1855
620
СД 12-52-4
630
1450
1250
98
570
1710
2865x1360x1460
620
А12-41-4
500
1450
1250
98
570
1710
2715x1240x1260
620
4АН355М4
400
1450
Приложения
Присоединительные размеры насосов типа Д
Таблица П6.4
Типоразмер
Параметры всасывающего
патрубка, мм
п
Параметры напорного
патрубка, мм
п
Dy
Di
D
D
D’y
D’i
D>
d’
Д200-95
150
225
260
18
8
100
180
215
18
8
Д200-36
150
225
260
18
8
125
200
235
18
8
Д320-70
200
280
315
18
8
150
225
260
18
8
Д320-50
200
280
315
18
8
150
240
280
18
8
Д500-65
250
350
390
23
12
150
240
280
23
12
Д630-40
250
355
420
27
12
200
295
335
23
12
Д800-57
300
400
440
23
12
250
350
390
23
12
Д1250-65
350
460
500
23
16
300
400
440
23
12
Д1250-125
350
470
520
27
16
200
295
335
23
12
Д1600-90
400
525
580
30
16
350
470
520
27
16
Д2000-21
500
620
670
26
20
400
515
565
26
16
Д2000-100
500
650
725
32
20
450
585
650
28
20
Д2500-62
500
650
705
34
20
300
410
460
25
12
Д3200-33
600
725
780
30
20
500
620
670
25
20
Д3200-75
600
770
845
30
20
500
650
715
34
20
Д4000-95
700
875
960
30
24
500
650
715
34
20
Д5000-32
800
950
1015
35
24
600
725
780
32
20
Д6300-80
800
950
1015
30
24
600
725
780
32
20
О)
00
Пр имечание. Условные обозначения см. в табл. П6.2.
588 Приложения
Таблица П6.5
Технические характеристики многоступенчатых центробежных секционных насосов
Типоразмер
Комплектующие электродвигатели
Частота
вращения
мин1
нормального исполнения
взрывобезопасного исполнения
Тип
Напряжение, В
Мощность, кВт
Тип
Напряжение, В
Мощность, кВт
ЦНС105-90
4А-225М-2
220/380
55
ВАО-82-2
380/660
55
3000
ЦНС105-147
4А-250Л-2
220/380
75
ВР250-2*
380/660
75
3000
ЦНС 105-196
4АН-225М-2
220/380
99
ВР280-2*
380/660
110
3000
ЦНС 105-245
4А-280М-2
220/380
132
ВАО-312-2
380/660
132
3000
ЦНС105-294
4АН-280-2
220/380
160
ВАО-315М-2
380/660
160
3000
ЦНС 105-343
4АН-280-2
220/380
160
ВАО-315М-2
380/660
160
3000
ЦНС 180-500
4АН-355М-2
6000
400
ВАО2-450В-2
6000
400
3000
ЦНС 180-600
2АЗМП-500/6000
6000
500
2АЗМП-500/6000
6000
500
3000
ЦНС 180-85
4А-250-4
220/380
75
К051-4
380/660
75
1500
ЦНС 180-128
4АН-250-4
220/380
110
ВР280-2*
380/660
110
1500
ЦНС 180-170
4АН-280-4
230/600
132
ВАО2-280-4
380/660
132
1500
ЦНС180-212
4АН-280М-4
230/600
160
ВАО2-280М-4
380/660
160
1500
ЦНС 180-255
4АН-315-4
230/660
160
А112-4М
6000
200
1500
ЦНС 180-255
4АН-315-4
230/660
160
ВАО2-450-4
6000
200
1500
ЦНС 180-297
А111-4М
230/660
250
А113-4М
6000
250
1500
ЦНС 180-340
А111-4М
230/660
250
В АО2-450 М-4
6000
250
1500
ЦНС300-120
4АН-280М-4
380/660
160
ВАО2-280М-4
380
160
1500
ЦНС300-120
4АН-280М-4
380/660
160
ВАО2-450-4
6000
200
1500
ЦНС300-180
All 1-4
380/660
250
ВАО2-450М-4
6000
250
1500
ЦНС300-180
А113-4М
6000
250
ВАО2-450М-4
6000
250
1500
ЦНС300-240
А112-4
380/660
320
ВАО2-450А-4
6000
315
1500
Приложения 589
Продолжение табл. П6.5
Типоразмер
Комплектующие электродвигатели
Частота
вращения
мин-1
нормального исполнения
взрывобезопасного исполнения
Тип
Напряжение, В
Мощность, кВт
Тип
Напряжение, В
Мощность, кВт
ЦНС300-240
А114-4М
6000
320
ВАО2-450А-4
6000
315
1500
ЦНС300-300
А4-400ХК-4
6000
400
ВАО2-450В-4
6000
400
1500
ЦНС60-66
4А-160М-2
220/380
18,5
ВАО-71-2
380/660
22
3000
ЦНС60-99
4А-180М-2
220/380
30
В АО-7 2-2
380/660
30
3000
ЦНС60-132
4А-200-2
220/380
45
ВАО-81-2
380/660
40
3000
ЦНС60-165
4А-225-2
220/380
55
ВАО-82-2
380/660
55
3000
ЦНС60-198
4А-225-2
220/380
55
ВАО-82-2
380/660
55
3000
ЦНС60-231
4А-250-2
220/380
75
КО-51-2
380/660
75
3000
ЦНС60-264
А2-82-2
220/380
75
КО-51-2
380/660
75
3000
ЦНС60-297
А2-82-2
220/380
75
КО-51-2
380/660
75
3000
ЦНС60-330
4А-250М-2
220/380
90
КО-52-2
380/660
100
3000
ЦНС60-330
А2-91-2
220/380
90
КО-52-2
380/660
100
3000
Примечание.В обозначении типоразмеров насосов цифры после букв соответствуют подаче насоса (м3/ч), после дефиса — напору (м).
* Исполнение РВ (рудничное взрывобезопасное).
ОСНОВНЫЕ
НАПРАВЛЕНИЯ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
НПО “ХАЙМЕК”
Основное научное ядро НПО “Хаймек” было создано в 1961 г.
как экспериментальная станция гидротранспорта и являясь в после¬
дующем составной частью институтов ДонУГИ, УкрНИИгидроуголь и
НПО “Гидротрубопровод” стало современным научно-исследователь¬
ским центром, располагающим мощной экспериментально-производ¬
ственной базой и квалифицированными научными кадрами.
На предприятии сложились следующие основные направления научных
исследований и инженерных разработок:
1. Водоугольное топливо на базе украинских углей (основной разра¬
ботчик в Украине)
Работа ведется по заданию ГКНТ Украины и Минуглепрома.
Тема включена в национальную программу "Критические техноло¬
гии".
2. Угольные насосы (единственный разработчик в СНГ)
Работа ведется по заданию Минуглепрома Украины.
3. Технология приготовления буровых растворов повышенного выхо¬
да.
Работа ведется по заданию Держкомнефтегаза.
4. Гидротранспорт угля и сыпучих материалов (основной разработчик
в Украине)
5. Гидродобыча полезных ископаемых и системы экологической
очистки дна водоемов (основной разработчик в Украине).
6. Технология гидрозакладки выработанных пространств шахт.
7. Технология масляной агломерации углей.
8. Тарировка и наладка контрольно-измерительной аппаратуры для
гидротранспортных систем на испытательном стенде.
9. Разработка новых уникальных технологий: специальных уплотнений
насосов, гибких трубопроводов повышенных давлений.
На«чно-произво.ктясиног объе {мнение "Хаймек"
Тел.; (0622) 55-50-82.55-84-74 Факс: (0622) 35-65-39
340048 Ъ'кранна. Донецк, v.i. > ыивсрси iстекая, 93а