CC BY
33
Д.С. Бакуменко
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЖЕКТОРНОГО ГРУНТОЗАБОРНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА
Основываясь на раннее проведенных исследованиях по гидродобыче полезных ископаемых, одним из основных показателей, от которого зависит эффективность применения данного способа, является производительность грунтозаборного устройства, посредством которого, производится подача на поверхность, добываемой руды. При выборе такого устройства, должны учитываться следующие показатели:
1. Интенсивность отработки;
2. Глубина разработки, т.е. грунтозаборное устройство должно обладать высокой всасывающей способностью;
3. Особенности, связанные с гидравлической разработкой месторождений полезных ископаемых. Вследствие того, что разрушающая способность гидромониторной струи в затопленной среде резко падает, необходимо учитывать этот фактор.
Учитывая вышесказанное, была предпринята попытка, создать эжекторное грунтозаборное устройство, обладающее высокими транспортными характеристиками. Чтобы говорить об оптимальных параметрах такого устройства, а, следовательно, и о его энергетических показателях, необходимо провести гидравлические исследования и на их основе дать рекомендации по выбору оптимальных параметров и режимов работы эжекторного грунтозаборного устройства при значительных расстояниях транспортирования. Выбор оптимальных параметров сводится к определению следующих величин:
1. Расстояние между образом насадки и начальным сечением смесительной камеры;
2. Длина смесительной камеры;
3. Отношение площади сечения смесительной камеры к площади сечения сопла насадки;
4. Режимы, при которых происходит явление, связанное с непроизводительной тратой энергии.
Для начала проведем небольшой анализ литературы, по теме вышесказанного. Например, Г.И Роер полагает, что эжекторы могут быть использованы при всех случаях разработки россыпных месторождений гидромеханизацией. К.М. Леонович, полагает, что для консистенции пульпы 1:9 и выше, эжекторы (гидроэлеваторы) выгоднее применять, нежели землесосы, даже при высоте подъема 16 метров и более. С.М. Шорохов рекомендует применять эжекторы в качестве пульпо-подъем-ников при высоте подъема до 10-12 метров, когда используется оборотное водоснабжение. Одновременно с применением эжекторов в горной промышленности стало уделяться значительное внимание и развитию их конструкций.
В самом простейшем виде водоструйный насос был практически применен Ж.Б. Вентури для осушения заболоченных мест. Первые конструкции эжекторов, примененные для подъема горных пород, имели боковой подвод рабочей воды, горловина или смесительная камера, конически сходящейся формы, непосредственно, соединялась с пульпопроводом. В последствии в Союззолото и ряде других организаций были созданы гидроэлеваторы с боковым подводом эжектируемого потока к смесительной камере. В этих конструкциях подача рабочей воды через насадку осуществлялась по оси гидроэлеватора. В дополнении к этому в гидроэлеватор был введен диффузор.
С развитием гидромеханизации коническая смесительная камера эжектора была заменена на цилиндрическую, что привело к более равномерному распределению в ней эпюры скоростей потока, а поэтому и к значительным снижениям вихреобразования. Это дало возможность повысить энергетические показатели эжекторов.
Все описанные конструкции эжекторов изготовлялись из чугунного литья, вследствие чего они отличались значительной громоздкостью, были сложны в конструктивном исполнении и обладали низкими энергетическими и эксплуатационными показателями. Поэтому они широкого практического применения не получили. В связи с плохой работой эжекторов В.А. Фролов указывает, что КПД не превосходил 5 %, несмотря на ряд попыток добиться его увеличения.
В Центральном аэродинамическом институте изучалась работа воздушных струйных насосов с целью использования их для вен-
тиляционных и других целей. В этом направлении большая экспериментальная и исследовательская работа была проведена К.К. Баулиным. В результате опытных работ К.К. Баулиным была предложена новая конструкция струйного насоса с цилиндрической камерой смешения значительной длины и вводным коническим патрубком.
Неудовлетворительную работу при подъеме пульпы, связанную с низкими энергетическими и эксплуатационными показателями эжекторов, одни исследователи объясняют неудачной их конструкцией, вторые - невыгодным углом подвода эжектируемой жидкости, третьи - не правильно выбираемыми параметрами эжек-тирования, то есть не приспособленность к тем или иным местным условиям.
В связи с этим в настоящее время стало уделяться особое внимание усовершенствованию известных и разработке новых конструкций эжекторов, с учетом конкретных условий, в которых они должны применяться. Такое направление позволило улучшить как эксплуатационные, так и энергетические показатели эжекторов. Причем одни исследователи считают, что более перспективными в эксплуатационном отношении, являются эжекторы центрального типа, другие - кольцевого типа.
Методика экспериментальных исследований эжектора центрального типа (рис.1) была построена таким образом, что при любом изменении параметров, можно было:
1) Проследить за их влиянием на энергетические показатели;
2) Определить оптимальные значения основных параметров.
Исследования влияния длины смесительной камеры на энергетические показатели эжекторного ГЗУ проводились при отношении площадей т = 4 ^о = 70, Dk = 140), т = 2,42 ^о = =90, Dk = 140), т = 3,06 (^ = 80, Dk = 140), т = 8,51 (^ = 48, Dk = 140).
Исследование влияния расстояния z (расстояние от образа насадки до начала смесительной камеры) на энергетические показатели эжекторного ГЗУ и определение оптимальных условий при наложении:
1) Расстояния z;
2) Отношения площадей т;
3) Длины смесительной камеры L.
Рис. 1
Таблица 1
мша смесит. камеры, мм (Ц) диаметр нас., мм ^о) Отношение площадей т Qp рабочей жидкости куб.м/ч Qп по жидк
280 70 4,00 630
420 70 4,00 630
630 70 4,00 630
840 70 4,00 630
980 70 4,00 630
280 70 4,00 630
420 70 4,00 630
630 70 4,00 630
840 70 4,00 630
980 70 4,00 630
280 70 4,00 630
420 70 4,00 630
630 70 4,00 630
840 70 4,00 630
980 70 4,00 630
Энергетические показатели эжекторного ГЗУ в процессе проведения экспериментальных исследований проводились с использованием насоса Д630-90 при:
а) Рабочем напоре 90 м;
иаметр смесит. камеры, мм фк) Длина смесит. камеры, мм (Ц) Диаметр нас., мм ^о) Отношение площадей т Qp рабочей жидкости куб.м/ч Qп подсасыв. жидк куб.м/ч Коэффициент эжек (К)
140 840 70 4,00 630 573 0,91
140 840 70 4,00 630 655 1,04
140 840 70 4,00 630 498 0,79
140 840 70 4,00 630 227 0,36
140 840 90 2,42 860 232 0,27
140 840 90 2,42 860 232 0,27
140 840 90 2,42 860 198 0,23
140 840 90 2,42 860 172 0,20
140 840 80 3,06 680 272 0,40
140 840 80 3,06 680 320 0,47
140 840 80 3,06 680 252 0,37
140 840 80 3,06 680 156 0,23
140 840 48 8,51 320 240 0,75
140 840 48 8,51 320 253 0,79
140 840 48 8,51 320 160 0,50
140 840 48 8,51 320 106 0,33
б) Диаметрах насадки do = 48; 70; 80; 90 мм;
в) Отношениях площадей т = 2,42; 3,06; 4,0; 8,51 мм;
г) Расстояниях z = 2do-(5-7)do
д) Диаметре смесительной камеры Dk = 140 мм и ее длинах L = 280; L = 420; L = 630; L = 840; L = 980 мм.
е) Геодезической высоте подъема Нг=11 м.
Результаты исследований сводились в табл. 1 и 2. На основании этих таблиц строились графики:
1) Зависимость коэффициента эжекции от расстояния от насадки до начала смесительной камеры;
2) Зависимость подсасываемого расхода от длины смесительной камеры.
3) Зависимость коэффициента эжекции от длины смесительной камеры
Длина камеры, мм
Зависимость коэффициента эжекции от расстояния от насадки до начала смесительной камеры
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Длина камеры, мм
На основании построенных графиков была определена оптимальная длина смесительной камеры и расстояние z.
На основании гидравлических исследований эжекторного грунтозаборного устройства центрального типа делаем выводы:
1. Расстояние z определяется закономерностями истечения из насадка затопленной струи и зависит от отношения т.
2. Оптимальная длина смесительной камеры L0пт зависит от отношения т, L = Дт) и находится в пределах L = 6Dk.
3. Отношение площадей т является основным энергетическим показателем эжектора, так как ттЕ]^ = Дт), а поэтому и К = Д(т).
4. Оптимальное расстояние z зависит от отношения т и находится в пределах z = 3do.
Исходя из проведенных исследований, предварительно для данной конструкции эжекторного ГЗУ можно рекомендовать:
1) отношение площадей т = 4,0;
2) расстояние z=3do;
3) длину смесительной камеры L = 6Dk;
Следовательно, для геодезической высоты подъема Н = 11 м и
диаметра смесительной камеры Dk = 140 мм
- необходимый рабочий напор Н = 90 м
- диаметр насадки do = 70 мм
- расстояние z = 210 мм
- длина смесительной камеры L = 840 мм
В этом случае будет наивысший коэффициент эжекции К = 1,04. Таким образом, подсасываемый расход эжектора будет составлять:
Qп = QoK = 630*1,04 = 655,2 (м3/ч)
Полученные результаты исследований нельзя считать окончательными и нет уверенности, что они могут быть самыми оптимальными, так как конструкция данного эжекторного ГЗУ непрерывно совершенствуется.
— Коротко об авторах ------------------------------------
Бакуменко Д. С. - Московский государственный горный университет.
