CC BY
84
© Ю.П. Горбатов, В.В. Мосейкин, В.Д. Хачатрян, 2006
Ю.П. Горбатов, В.В. Мосейкин, В.Д. Хачатрян
О РАБОТЕ ГИДРОТРАНСПОРТА В РЕЖИМЕ ЧАСТИЧНОГО ЗАИЛЕНИЯ ТРУБ
И И од гидротранспортом по частично заиленным трубо-
-Ж. .М. проводам понимается режим работы, при котором на дне трубопровода постоянно имеется некоторый слой грунта, образовавшийся за счет выпадения твердых частиц из потока гидросмеси в процессе гидравлического транспортирования.
Идея гидротранспортирования при частичном заилении трубопровода впервые была предложена проф. Н.Д. Холиным в 1936 г., экспериментальные работы по изучению гидро-транспорта по заиленным трубопроводам проводились А.П. Юфиным и Т.Д. Калининой [1, 2, 7]. Т.Д. Калининой установлено, что оптимальным можно считать заиление, которое составляет 10-15 % диаметра трубы по высоте.
Исследования транспортирования по частично заиленным трубам проводились в лаборатории гидромеханизации ВНИИГ, в МИСИ им. В.В. Куйбышева и в институте гидромеханики АН УССР. Имеется ограниченное число работ по исследованию гидравлического транспорта при наличии слоя заиления в трубах [1-7]. Рекомендуемые в этих работах расчетные зависимости имеют узкие области применения, о чем свидетельствует ограниченность вариаций основных параметров, определяющих особенности этого вида транспортирования.
Важность проблемы определяется следующими обстоятельствами:
• При некоторой определенной (для данных условий) степени заиления трубопровода гидравлические потери оказываются наименьшими.
• Слой заиления в значительной мере предохраняет трубы от интенсивного износа.
Образование слоя заиления в трубопроводе при гидротранспорте грунтов может быть случайным и преднамеренным. Случай-
ное заиление труб происходит, когда условия гидротранспортирования отклоняются от критического в сторону уменьшения скоростей, увеличения консистенции и крупности грунта. Например, при значительном увеличении консистенции гидросмеси или при уменьшении расхода потока гидросмеси по тем или иным причинам. Преднамеренное частичное заиление труб обычно предусматривается проектом, т.е. при данном гранулометрическом составе грунта, консистенции гидросмеси и других исходных данных подбирается такой диаметр трубопровода, в котором должно быть частичное заиление.
Применительно к условиям комбината «КМАРуда» использовались в различные периоды времени трубы диаметром 600, 700 и 800 мм при неизменном оборудовании и мощности электродвигателей. С учетом данных промышленного эксперимента обоснована возможность эксплуатацию труб диаметром 800мм при работе в заиленном режиме. При этом фактическая производительность гидросистемы увеличилась на 20-25 % (с 4000 до 5000 м3/час по пульпе) и снизился износ труб.
В данном конкретном случае производим замену трубопровода D = 630 мм на трубопровод диаметром D = 700 мм. Высота заиления для песка составит 0.28D, для мела 0.22D, для смеси песка и мела 0.25D.
При частичном заилении трубопровода, кроме стабилизации работы транспортирующего агрегата наличие на дне трубы слоя грунта предохраняет ее от истирания транспортирующим материалом.
Экспериментальные исследования проводились на гидротранспортной установке полупромышленного типа, построенной в г. Волжском, Волгоградским СУ треста «Гидромеханизация». В ходе экспериментов измерялись величины: 1. Потери напора на трение в трубопроводе; 2. Расход гидросмеси; 3. Удельный вес гидросмеси; 4. Высота слоя заиления в трубопроводе в трех сечениях экспериментального участка; 5. Периодически определялся гранулярный состав грунта.
Эксперименты [2,4] позволили сделать следующие выводы:
Н 3
1. При малой степени заиления трубопровода ( ~^~ < 0 4 ), для расчета потерь напора рекомендуется следующая формула:
, = 195г
см,заил. ' 0 3^^"
где Х0 - коэффициент гидравлического заиления при движении воды со скоростью Утт, у - коэффициент транспортабельности, СО - объемная консистенция, D - диаметр трубопровода в м.
Н з
2. При большой степени заиления трубопровода (~^~ > 0.4), для расчета потерь напора рекомендуется следующая формула
1см, заил. _ ^л/б3 ^
Промышленный эксперимент Губкинского СУ «Гидромеханизация» на карьере Лебединского ГОКа выполнялся со следующими материалами: а) пески; б) мело-мергели; в) смесь песка при мощности слоя в забое 25 м и мела при мощности слоя в забое 5 м.
Расход гидросмеси - 4000 м3/час = 1.11 м3/сек.
Диаметр трубопроводов - 700 мм.
Режим заиленный Нзаил /О = 0.22-0.28
Нзаил _ 0 4з| бсм кр. _ 1 ' 3 бсм.
а) песок _ 0.43 — _ 1 _ 0.28
Б V 1.11
б) мел (начало) Нзаил _ 0.4^1^31 _ 1 _ 0.22 Б V111
Установлено, что расчет по формуле А.П. Юфина завышает удельные потери в 1.5-2 раза, а расчет по формулам ВНИИГ их занижает.
Представляется целесообразным использовать формулы ВНИИГ с использованием в формуле расчета удельных потерь Д1 коэффициента 5 в виде
8 _ 100 - коэффициент, зависящий от относительной крупно-
Бпр.
сти частиц Бпр.
где Шпр. V - площадь сечения трубы за вычетом заиленной
У кр
части; Укр. - критическая скорость.
Глинистые частицы при движении «смазывают» стенки трубопровода, т.е. уменьшают их шероховатость, во-вторых, благодаря своим коллоидным свойствам создают среду, в которой песчаные частички легче переносятся потоком, а осаждение их происходит при меньших скоростях, чем при движении в водно-песчаной смеси. Кроме того, глинистые частицы сглаживают турбулентные пульсации в потоке гидросмеси. Таким образом, их наличие в гидросмеси придает потоку особые характеристики, причем некоторое количество глины в песчаной гидросмеси способствует снижению гидравлических потерь и уменьшению критической скорости.
Исследования, движения песчано-глинистых гидросмесей по трубам подтверждают наличие неподвижного слоя у стенок трубы. При достаточно высоком содержании глины в смеси и при малых скоростях движения гидросмеси в трубах этот слой не пробивается движущимися в потоке песчинками, так как глинистый раствор вследствие высокой вязкости гасит вертикальные перемещения твердых частиц, т.е. глинистый раствор сглаживает (спрямляет) траектории песчинок.
Учитывая, что в результате малого касания песчинок о стенки труб износ их уменьшается, рекомендуется по возможности транспортировать совместно песчаные и глинистые грунты. Например, при вскрышных работах, где часто встречаются песчаные и глинистые прослойки, следует разрабатывать их совместно и транспортировать в виде песчано-глинистой гидросмеси.
При изучении параметров гидротранспортирования связных пород (глин, суглинков, мелов и мергелей) карьера Лебединского ГОКа было установлено, что по мере удаления от землесоса удельные сопротивления в трубопроводе уменьшаются (таблица). Однако для решения практических задач выявленная закономерность не использовалась.
Губкинским СУ «Гидромеханизация» были проведены исследования параметров гидротранспортирования, разрыхленных взрывом и гидромониторным размывом связных вскрышных пород и
определены характер и количественные показатели изменения сопротивлений по длине трубопровода.
Расстановка оборудования на 2005г. по комплексу № 3
№ зем. установки № пер. станции Отметка Расстояние (м) Напор (атм) I (а)
Зем. установка 3 100 0.0 190
пер. станция 1 135.3 811 2.3 160
пер. станция 2 194.3 988 1.6 150
пер. станция 3 222.5 2600 2.0 140
пер. станция 4 213.8 4064 2.2 90
Связные вскрышные породы транспортировались на расстояние 2-5 км в гидроотвал «Березовый Лог» и на 10 км в гидроотвал «Балка Чуфичева». С объемной консистенцией 1:10 исследования гидротранспорта проводились для песка, суглинка, глины, мела и смесей песок-мел, суглинок-мел.
Вследствие размельчения отдельных кусков связной составляющей и изменения характеристик транспортируемых пород и несущей способности жидкой фазы гидросмеси с удалением от начального участка пульповода удельные сопротивления в трубопроводе уменьшаются. Интенсивное уменьшение сопротивлений происходит между 1 и 2 перекачками и затем в соответствии с данными таблицы.
При гидротранспорте связных пород уменьшается и критическая скорость их гидротранспортирования, что позволяет за счет увеличения диаметра пульповода снизить энергозатраты.
Исследование гидротранспорта меловых суспензий производилось на натурном стенде с трубопроводами диаметром до 400 мм, смонтированными на карьере Белгородского цементного завода, а также на стенде с трубопроводом D = 0.2 м в лаборатории гидравлики МИСИ им. В.В. Куйбышева. Диспергирование мела производилось на мельницах типа глиномешалок.
Г идротранспорт по круглым горизонтальным трубам с частичным заилением трубопровода приближается к гидротранспорту по эллиптическим трубам. Исследованиями Т.Д. Калининой установ-
лено, что оптимальным можно считать заиление, которое составляет 10-15% диаметра трубы по высоте.
Выводы
1. Применительно к условиям комбината «КМАРуда», с учетом данных промышленного эксперимента, обоснована эксплуатация труб диаметром 800мм при работе в заиленном режиме. При этом фактическая производительность гидротранспортирования увеличилась на 20 - 25% с 4000 до 5000м3/час по пульпе.
2. Добавление в пульпу тонкодисперсного (глинистомелового) материала ведет к снижению потерь напора и энергозатрат и уменьшению износа пульпопроводов.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Юфин А.П. Напорный гидротранспорт. - Госэгнергоиздат, 1950.
2. Юфин А.П. Гидромеханизация, Стройиздат, 1974.
3. Кузнецов П.М. Золоудаление на электрических станциях. Госэнергоиздат, М - Л., 1947.
4. Успенский В.А. Расчет центрального гидроаппарата смешанной системы гидрозолоудаления. Журнал «Электрические станции» № 8, 1946.
5. Виленский Т.В. Расчет систем золоулавливания и шлакозолоудаления. «Энергия», 1964.
6. Пищенко И.А., Скочеляс Б.А. Гидравлические исследования движения взвесенесущих потоков по горизонтальным трубопроводам. «Химическое машиностроение», ч.1, Киев, 1965.
7. Инструкция по гидравлическому расчету систем напорного гидротранспорта грунтов. И 59 - 72, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1972.
— Коротко об авторах ------------------------------------------
Горбатов Ю.П. - «Гидромехпроект»,
Мосейкин В.В.-Московский государственный горный университет. Хачатрян В.Д. - ТК «Люблино».
