Установки гидравлического транспорта

В ряде ситуаций оказывается целесообразным применение для грузопереработки гидротранспортных установок. В них поток воды, обгоняя твердые частицы на­сыпного груза, сообщает им движущую силу. Широкое применение гид­равличе­ский транспорт получил в технологических схемах комплексной гидромеханиза­ции горных и земляных ра­бот, гидротехническом и гидро­мелиоративном строи­тельстве.

Гидравлический транспорт применяют не только для технологических перево­зок, но и для перемещения грузов между сырье­выми базами и предприятиями. В США много лет эксплуатируется трубопровод длиной 173 км, производи­тельно­стью 1 млн т угля в год. Построен трубопровод протяжением 115 км через горы Колореф для транспортировки 700 тыс. т асфальта в год. В Канаде разработан проект трубопровода длиной 500 км для транспортировки угля. Уголь по трубо­проводу про­тяжением 10 км подается с шахты на обогатительную фабрику ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат».

К преимуществам гидравлического транспорта относятся высокая производи­тельность и большая длина транспортирования без перегрузок по сложной трассе с подъемами под любым углом и по вертикали; от­сутствие механического обору­дования на трассе трубопровода (за ис­ключением сосредоточенных в отдельных пунктах машинных отделе­ний); несложное техническое обслуживание; возмож­ность совмещения транспортирования с некоторыми технологическими процес­сами ("мокрым" обогащением полезных ископаемых, гашением и гранулирова­нием шлаков, сортированием по крупности и т. п.); возможность полной ав­тома­тизации и, следовательно, невысокая трудоемкость.

Недостатками гидравлического транспорта, сужающими область его примене­ния, являются ограничения по роду и характеристикам перемещаемых грузов, в частности, по их крупности, что вызывает необходимость дробления груза; по­вышенный износ трубопровода и входящих в соприкосновение с гидросмесью механических частей при перемещении абразивных грузов; увеличенный расход энергии; потребность в больших количествах воды; опасность замерзания в зим­них условиях.

Наиболее простым и дешевым является самотечный гидравлический транспорт (рис. 5.11, а), при котором перемещение пульпы ведется по лоткам с уклоном 0,03 — 0,04, а при высоких концентрациях пульпы с содержанием твердого груза в пульпе около 14 % - с уклоном 0,04 - 0,06.

Рис.5.11. Схемы гидротранспортных установок

Груз из бункера 1 выдается через затвор 2 и ленточным конвейером 3 доставля­ется в смесительную воронку 4. Туда же по трубе 5 подается вода для образова­ния пульпы. Под действием напора, созданного разностью уровней пульпы в мес­тах входа и выхода из пульпопровода 6, груз доставляется в пункт назначения 7. Однако, этот вид гидротранспорта имеет ограниченное применение, так как пере­мещение грузов осуществляется только в одном направле­нии (вниз за счет естественного напора).

Напорные гидротранспортные установки различаются спо­собом ввода пере­мещаемого груза в трубопровод, который определяет и применяемое механи­че­ское оборудование. В схеме (рис. 5.11, б) груз 9, подлежащий транспортирова­нию, смешивается в зумпфе (резервуаре) 8 с водой и пульпонасосом или землесо­сным снарядом 10 подается в пульпопровод 11. С грохота и водоотделителя 14 вода стекает в резервуар 16, а груз попадает в приемное устрой­ство 15. Для об­ратного возвращения воды в зумпф предусматривается на­сос 13 и водопровод 12.

В схеме (рис. 5.11, в) вода и груз в пульпопровод подаются раздельно. Водяной на­сос 20 забирает воду из резервуара 21 и нагнетает в трубопровод чистую воду, а перемещаемый груз вводится в напорный трубопровод через специальное устрой­ство 19, состоя­щее из камеры с питателем. Пульпа по трубопроводу 18 подается в приемное уст­ройство 17, где происхо­дит отделение груза от воды, как и в преды­дущей схеме. Преимущест­вом первой напорной схемы является отсутствие до­вольно сложного питаю­щего устройства, а второй — упрощение основного меха­нического агрегата — водяного насоса, работающего на чистой воде, из-за уменьшения его из­носа и по­вреждений твердыми частицами груза.

Гидромеханизация успешно применяется на выгрузке песчано-гравийной массы груза из судов, при выгрузке свеклы из вагонов, для шлако- и золоудаления из ко­тельной, для спуска в шахту и транспорти­рования к забоям материала (шлака, дробленой породы и др.), служа­щего для закладки выработанного про­странства. Современные гидротранспортные установки имеют системы автома­тики и теле­управления, которые позволяют с одного пульта управ­лять гидротранспортной системой и осуществлять контроль за работой всех механизмов (насосов, питате­лей, смесителей и т. д.).

При расчете гидротранспортных установок по заданным объемам или про­изводи­тельности, характеристике груза (плотности, грануломет­рическому составу и др.), характеристике трассы (длина, высота подъе­ма, наличие горизонтальных и верти­кальных поворотов и т. д.) определя­ют необходимую скорость движения пульпы, потребное количество воды, диаметр трубопровода, сопротивления дви­жению и потребный на­пор или давление для их преодоления, производительность насоса и мощ­ность двигателя, а в самотечных установках - размеры желоба и необ­ходимый уклон.

Для обеспечения нормального режима перемещения груза скорость движения гидросмеси v_п должна быть не менее критической v_кр (табл. 5.18.), под которой

Таблица 5.18

Значения v_кр, м/с

по­нимается наименьшая скорость, при которой груз не скапливается в трубопро­воде, то есть должно выполняться условие:

(5.6.

При транспортировании кусковых грузов с разме­ром куска больше 2 мм критическую скорость можно найти по формуле:

,

где с =8,5…9,5 – коэффициент, полученный опытным путем;

f- обобщенный коэффициент трения груза о нижнюю стенку трубы (табл.5.19.).

а – соотношение плотностей частиц груза γ_г и несущей среды (воды) γ_в:

g – ускорение свободного падения, м/с;

Таблица 5.19.

Значения f

D – диаметр трубопровода, м;

s – объемная концентрация гидросмеси, м³/м³.

Объемная концентрация представляет собой отношение объемной производи­тельности установки по грузу V_г , м³/ч к расходу гидросмеси V_гс, м³/ч:

,

где V_в – расход воды, м³/ч.

Экономичность гидравлического транспортирования зависит от удельного расхода воды на транспортирование груза, м³/м³. При расчете требуется опреде­лить расход воды, диаметр водовода, удельные потери напора, мощность привода.

Выбор гидротранспортной установки начинается с прокладки трассы, выявления ее длины и перепада высот.

Потребная производительность гидротранспортной установки принимается равной заданному грузопотоку ТГК, то есть потребная часовая производитель­ность установки по твердому материалу (грузу):

, м³/ч,

где Q_тм – сезонный грузопоток, т;

γ_г – объемная плотность груза, т/м³;

Т_с – сезонный фонд времени работы гидротранспорта, ч;

к_в - коэффициент использования установки по времени (к_в=0,65…0,75).

Объем пульпы, перемещаемой за 1 ч равен

V_п=V_г+V_в .

С другой стороны:

, м³/ч,

где D – диаметр трубопровода, м;

v_п – скорость движения пульпы по трубе, м/с.

Диаметр трубопровода можно вычислить по формуле:

, м. (5.7.)

По вычисленной величине D следует подобрать ближайший меньший диаметр трубы из ряда, предусмотренного стандартом, определить по формуле (5.7.) фактическую скорость гидросмеси и проверить выполнение условия (5.6.).

Для определения необходимого напора гидроустановки надо найти суммарные потери напора в трубопроводах H:

,

где к =1,05…1,1– коэффициент, учитывающий потери напора от местных со­противлений;

Н_г , Н_в – потери напора соответственно на горизонтальных и вертикальных участках трубопровода.

,

где λ – коэффициент сопротивления движению пульпы:

,

где – объемная плотность гидросмеси.

Потери напора на вертикальных участках высотой Σh равны

.

Мощность электродвигателя землесоса определяется по формуле:

, кВт,

где к_з = 1,1…1,2 – коэффициент запаса мощности .

По найденной мощности и потребной производительности подбирается земле­сос (табл.5.20).

Таблица 5.20

Технические характеристики землесосов

Таким образом, при расчете гидро­транспортных установок выполняются сле­дующие операции:

· выбирается режим транспортирования на основании анализа трассы (верти­каль­ное или горизонтальное транспортирование) и фракционного состава перемещае­мого груза;

· определяются критическая и рабочая скорости транспортирования с одновре­мен­ным выбором объемной концентрации гидросмеси;

· определяется или выбирается диаметр трубопровода по критиче­ской или ра­бочей скорости;

· определяются потери напора;

· подбирается грунтовый насос путем пересчета характеристик.

Показатели насосного агрегата (группы насосов) должны соответ­ствовать необ­ходимому расходу и напору, а высота всасывания должна обеспечивать работу насоса в нормальном режиме.