авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение эффективности грунтовых наcосов гидротранспортных систем на горных предприятиях регулированием режимов их работы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи




ДЕМЬЯНОВ Сергей Евгеньевич






ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУНТОВЫХ НАCОСОВ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ

Специальность 05.05.06 Горные машины





Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

Работа выполнена в государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор

Виктор Иванович АЛЕКСАНДРОВ

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Константин Владимирович ФОМИН

Кандидат технических наук

Владимир Петрович ПИРОЖЕНКО


Ведущее предприятие ЗАО «Механобр инжиниринг».

Защита диссертации состоится 30.09.2010 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 27 августа 2010 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При проектировании гидротранспортных систем (ГТС) на горно-обогатительных комбинатах возникает необходимость определения характерных параметров гидравлического транспорта, на основании которых будет выбрано насосное оборудование, соответствующее требуемой производительности ГТС по твердым хвостам обогащения и необходимому напору для преодоления сопротивлений по длине трубопровода.

Разработанные в разные годы расчетные эмпирические методики определения параметров гидравлического транспорта, базирующиеся на трудах Покровской В.Н., Смолдырева А.Е., Аксенова Н.И., Войтенко В.И., Дмитриева Г.П., Евдокимова П.Д., Кнорозы В.С., Коберника С.Г., Криля С.И., Мельникова Т.И., Сазонова Г.Т., Силина Н.А., Подкорытовой В.С. и др. охватывают практически весь возможный диапазон изменения характеристик гидросмесей хвостов обогащения, но каждая из них в отдельности справедлива лишь для ограниченного диапазона параметров гидросмеси, и приводит к неадекватным расчетным результатам за пределами этого диапазона. В связи с этим проектные решения по расчетным характеристикам гидравлического транспорта и режимам работы грунтовых насосов требуют значительной корректировки при эксплуатации ГТС, что приводит к повышению энергозатрат, значительному водопотреблению и снижению КПД применяемых грунтовых насосов.



В связи c увеличением выхода твердых хвостов обогащения с крупностью частиц до 80-90 % класса -0,044 мм сформировались две фракции твердых частиц гидросмесей хвостов обогащения по крупности на два основных класса: мелкозернистые (средний размер частиц 0 < dcp < 0,1 мм) и крупнозернистые (средний размер частиц 0,1< dcp 1,0 мм). Теоретически и экспериментально обоснованных расчетных методик для определения параметров гидравлического транспорта мелкозернистых и крупнозернистых хвостов обогащения к настоящему времени не создано.

Применяемые в практике гидравлического транспорта хвостов обогащения способы регулирования режимов работы грунтовых насосов направлены в основном на обеспечение необходимого расхода, при котором достигается максимальный КПД насосной установки. При этом концентрация твердой фазы в потоке пульпы при регулировании не учитывается, и грунтовый насос в системе гидротранспорта работает неэффективно с переменными значениями расхода твердой фазы и, соответственно, развиваемого напора.

Из сказанного следует, что разработка способа регулирования режимов работы грунтовых насосов и методик расчета параметров гидротранспорта мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей хвостов обогащения является актуальной задачей и требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Цель работы – разработка способа регулирования работы грунтовых насосов по величине расходной концентрации твердой фазы на основе обобщенной методики расчета гидротранспортных систем горных предприятий при перекачке мелкозернистых и крупнозернистых продуктов переработки минерального сырья.

Основные задачи:

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • выполнить сравнительный анализ энергетических характеристик гидротранспортных систем и способов регулирования грунтовых насосов при перекачке мелкозернистых и крупнозернистых продуктов переработки минерального сырья;
  • провести теоретический анализ рациональной области применения существующих расчетных методик параметров гидротранспорта и оценить адекватность расчетных результатов для заданного диапазона изменения кинематических характеристик перекачиваемых гидросмесей;
  • разработать метод расчета параметров гидротранспорта мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей продуктов переработки минерального сырья на основе обобщенных характеристик гранулометрического состава и коэффициента крупности твердой фазы;
  • обосновать способ регулирования режимов работы гидротранспортных систем по величине расходной концентрации твердой фазы и разработать передаточную функцию грунтового насоса как объекта управления динамической системы;
  • провести экспериментальные исследования энергетических характеристик гидротранспортных систем при перекачке мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей в условиях горного предприятия и оценить адекватность теоретических зависимостей и математических моделей.
  • разработать программу компьютерного моделирования для расчета и проектирования гидротранспортных систем предприятий горной промышленности.

Идея работы – режим работы грунтового насоса необходимо регулировать с учетом соответствия его гидромеханических характеристик расчетным параметрам потока гидросмеси по величине расчетной концентрации твердой фазы и заданному расходу пульпы, а параметры потока гидросмеси при гидравлическом транспорте мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей рудных хвостов обогащения следует определять на основе расчетных методик.

Методы исследований – включают теоретический анализ существующих расчетных методик с использованием математического аппарата, экспериментальные исследования по определению основных параметров гидротранспорта и КПД насоса в лабораторных и промышленных условиях, обработку результатов методами математической статистики.

Научная новизна:

- получена зависимость частоты вращения рабочего колеса грунтового насоса от номинальной концентрации твердой фазы в объеме перекачиваемой гидросмеси.

- установлено, что потери напора при гидротранспорте твердой фазы гидросмесей рудных хвостов обогащения пропорциональны концентрации твердой фазы в степени 0,67 и величине обобщенного коэффициента крупности, значение которого зависит от средневзвешенного диаметра твердых частиц мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей.

Защищаемые научные положения:

1. С целью достижения наибольшей эффективности гидравлического транспортирования и максимизации КПД грунтового насоса необходимо использовать регулирование гидромеханических характеристик и частоты вращения рабочего колеса грунтового насоса по величине отклонения расходной концентрации твердой фазы от расчетных номинальных значений и расходу пульпы на основе разработанной математической модели грунтового насоса.

2. В процессе гидравлического транспортирования твердой фазы в режиме критической скорости во всем диапазоне гранулометрического состава твердых частиц потери напора следует определять с учетом обобщенного коэффициента крупности, линейно зависящего от средневзвешенного диаметра твердых частиц, и принимающего соответствующие значения для мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей рудных хвостов обогащения, учет которого позволяет повысить точность расчета потерь напора при транспортировании твердой фазы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими исследованиями, результатами лабораторных экспериментов, сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований с применением методов математической статистики и регрессионного анализа. Среднеквадратичное отклонение фактических от расчетных значений параметров не превышает 2-5%.

Практическая значимость работы:

- разработан алгоритм управления ГТС и способ регулирования гидромеханических характеристик и частоты вращения рабочего колеса грунтового насоса по отклонению величины расходной концентрации от расчетных номинальных значений, соответствующих заданной производительности ГТС по твердому материалу.

- разработана методика инженерного расчета параметров гидротранспорта мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей рудных хвостов обогащения, алгоритм и программа компьютерного моделирования ГТС горно-обогатительных комбинатов;

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы обсуждались на межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2009), научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2009); 14-ой Международной конференции “Transport and Sedimentation of Solid Particles”, 21-27 июня 2008 г.; межкафедральных семинарах горно-электромеха-нического и нефтегазового факультетов Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета), (2007, 2008), на заседаниях кафедры транспорта и хранения нефти и газа СПГГИ (ТУ).

Личный вклад соискателя:

  • разработан способ регулирования гидромеханических характеристик грунтового насоса и алгоритм управления гидротранспортной системой, основанный на изменении концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси;
  • разработана методика расчета параметров потока мелкозернистых и крупнозернистых гидросмесей;
  • разработан стенд и методики проведения экспериментальных исследований.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 работы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 217 страницах, содержит 58 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 95 наименования и приложений.

Автор выражает искреннюю благодарность коллективу кафедры транспорта и хранения нефти и газа СПГГИ(ТУ), а также к.т.н. Кибиреву В.И., к.т.н. Чеснокову П.С., Виногородскому Э.Б. за помощь и консультации в процессе выполнения работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы и необходимость проведения теоретических исследований существующих инженерных методик для разработки алгоритма расчета параметров гидравлического транспорта мелкозернистых и крупнозернистых хвостов обогащения и экспериментальных исследований для определения способа регулирования гидромеханических характеристик грунтового насоса.





В первой главе проанализированы различные способы регулирования гидромеханических характеристик грунтовых насосов, проведено их сравнение и даны рекомендации по выбору наиболее эффективного способа. Рассмотрен ряд наиболее известных инженерных методик для расчета параметров потока гидросмеси. Уделено внимание изученности и состоянию процесса гидравлического транспортирования. На основе выполненного анализа были сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе определен вид обобщенной функции мощности установки грунтового насоса в системе гидротранспорта от концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, проведен анализ рассматриваемых расчетных методик, в ходе которого выделены две - для мелкозернистых и крупнозернистых хвостов обогащения, расчетные параметры которых наиболее адекватны промышленным данным.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований, в ходе которых установлена зависимость КПД насосного агрегата от переменных параметров гидросмеси и определена функциональная зависимость удельных потерь напора и критической скорости потока гидросмеси хвостов обогащения железной руды от концентрации мелкозернистых и крупнозернистых твердых частиц в объеме гидросмеси, гранулометрического состава хвостов обогащения и диаметра трубопровода.

Исследования проводились на опытно-промышленной гидротранспортной установке в условиях ОАО “Качканарский ГОК “Ванадий”.

В четвертой главе представлен способ регулирования гидромеханических характеристик грунтового насоса и методики расчета параметров гидравлического транспорта мелкозернистых и крупнозернистых хвостов обогащения с учетом полученной зависимости обобщенного коэффициента крупности от заданного гранулометрического состава твердой фазы.

В Заключении приведены основные выводы и рекомендации по результатам диссертационной работы.

научные положения, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. С целью достижения наибольшей эффективности гидравлического транспортирования и максимизации КПД грунтового насоса необходимо использовать регулирование гидромеханических характеристик и частоты вращения рабочего колеса грунтового насоса по величине отклонения расходной концентрации твердой фазы от расчетных номинальных значений и расходу пульпы на основе разработанной математической модели грунтового насоса.

Рассмотренные способы регулирования режимов работы насосов с той или иной эффективностью используются при работе насосных установок на чистых (гомогенных) жидкостях, таких как вода, нефть, химические жидкости и растворы. В этом случае задачей регулирования является обеспечить необходимый расход перекачиваемой жидкости при наименьших энергетических затратах. При работе на гидросмеси, представляющей собой неоднородную жидкую среду (гетерогенную), основное влияние на режимы работы насоса оказывает твердая фаза, от свойств которой зависят как производительность всего технологического оборудования гидротранспортной системы, так и его энергетические характеристики, определяемые удельными потерями напора. Это влияние было исследовано опытным путем на экспериментальной гидротранспортной установке (рис. 1).

 Схема экспериментальной-0

Рис. 1. Схема экспериментальной гидротранспортной установки

Анализ экспериментальных данных по определению КПД грунтового насоса показывает, что КПД насосного агрегата, а, следовательно, и насоса, возрастает с увеличением концентрации твердой фазы. С уменьшением концентрации и увеличением расхода пульпы, при постоянной производительности трубопровода по твердому материалу, КПД насосного агрегата (и насоса в отдельности) уменьшается. Опытные данные по определению удельных потерь напора показывают, что дополнительные потери напора зависят от крупности твердых частиц. Установлено, что значение удельных потерь напора возрастает с увеличением концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, как для крупнозернистых гидросмесей, так и для мелкозернистых. Полученные эксперименты по критической скорости показывают ее зависимость от величины исходной концентрации твердой фазы в потоке пульпы.

В связи с этим, концентрация перекачиваемой пульпы при работе грунтовых насосов должна рассматриваться как регулируемый параметр, который в совокупности с необходимым расходом пульпы, должен обеспечить расчетные или номинальные энергетические и гидромеханические характеристики, как самого насосного агрегата, так и всей гидротранспортной системы.

Для обеспечения номинальных расчетных гидромеханических характеристик выражение для гидравлической мощности N было преобразовано к виду

, (1)

где - плотности гидросмеси и несущей среды соответственно, кг/м3; L – длина трубопровода, м; v – средняя скорость потока гидросмеси, м/c; – механический КПД.

Здесь можно выделить два типа параметров: постоянные и те, значения которых изменяются в процессе гидравлического транспорта. К постоянным относятся диаметр трубопровода , плотность чистой жидкости (воды), длина трубопровода, механический КПД (), т.е.

. (2)

Тогда мощность насосной установки запишется в следующем виде

=, (3)

где - переменный параметр, являющийся функцией концентрации гидросмеси, т.е. .

Используя теорию подобия гидравлических машин, приходим к соотношению, которое можно принять за управляющую функцию в системах гидротранспорта при регулировании рабочих режимов центробежных насосов.

, (4)

где со – номинальная (расчетная) концентрация твердой фазы в потоке гидросмеси; с1 – текущая (расходная) концентрация твердой фазы , - расходная плотность гидросмеси, - заданная плотность твердого материала.

В итоге формула для регулирования частоты вращения может быть представлена в виде выражения:

, (5)

Здесь no – номинальная частота вращения рабочего колеса грунтового насоса. Измеряемым параметром системы регулирования частоты вращения рабочего колеса грунтового насоса является плотность перекачиваемой пульпы - .



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.