НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ

САЄНКО Вікторія Вікторівна

УДК [622.648.24:621.6.035:622.333](043.3)

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСІВ

ГІДРОТРАНСПОРТУВАННЯ ПУЛЬПИ В ТЕХНОЛОГІЯХ

ПЕРЕРОБКИ ВУГІЛЛЯ

05.15.11 - “Фізичні процеси гірничого виробництва”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на ДВАТ Центральна збагачувальна фабрика "Моспинська" ДП ВАТ ДХК "Укрвуглересурссервис" Міністерства палива та енергетики України

Науковий керівник: доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Перепелиця Валентин Григорович,

Інститут геотехнічної механіки НАН України,

учений секретар інституту

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Туркенич Олександр Михайлович,

Національна гірнича академія України

Міністерства освіти і науки,

професор кафедри (м. Дніпропетровськ)

кандидат технічних наук

Гарковенко Євген Євгенович,

ДХК "Донвугілля"

Міністерства палива та енергетики,

начальник управління по якості вугілля (м. Донецьк)

Провідне підприємство: Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра збагачення корисних копалин, м. Донецьк

Захист відбудеться "29" березня 2002 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.188.01 Інституту геотехнічної механіки НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2-А, факс (056) 462426.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геотехнічної механіки НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2-А.

Автореферат розісланий "28" лютого 2002 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, професор _________ Четверик М.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

А к т у а л ь н і с т ь п р о б л е м и. Для реалізації технологічних процесів на вуглезбагачувальних фабриках широко використовуються гідротранспортні установки. Режими роботи технологічного устаткування залежать від відповідних режимів гідротранспортних установок, що забезпечують подачу вугільної пульпи, води, відведення промпродуктів і відходів збагачення. При цьому транспортування вугільних пульп погоджується з виконанням ряду технологічних операцій, що багато в чому визначає ефективність збагачення вугілля.

Погоджена робота збагачувального устаткування і транспортної установки можлива у визначеному діапазоні швидкостей і концентрацій гідросуміші, а номінальний режим роботи визначається за середніми показниками. У результаті зміни властивостей вихідної сировини, накопичення шламів у системі оборотного водопостачання та інших нестаціонарних процесів виникають відхилення режимів роботи гідротранспортних установок від номінальних, що призводить до експлуатації збагачувального устаткування за межами розрахункових режимів, погіршенню показників поділу і підвищенню собівартості переробки.

Отже, одночасно з узгодженням режимів роботи збагачувального устаткування з гідротранспортною установкою, необхідне регулювання режиму роботи внутрішньофабричного гідротранспорту. Тому обґрунтування параметрів і режимів процесів транспортування пульпи в системах внутрішньофабричного гідротранспорту, спрямоване на підвищення стабільності й ефективності технологій збагачення за рахунок регулювання режиму роботи внутрішньофабричних гідротранспортних комплексів, є актуальною задачею, яка має важливе народногосподарське значення для вуглепереробної галузі.

З в ' я з о к р о б о т и з н а у к о в и м и п р о г р а м а м и, п л а н а м и, т е м а м и. Дисертація виконана відповідно до державної науково-технічної програми "Створити й освоїти технології та технічні засоби, що забезпечують екологічно чисті процеси видобутку й переробки корисних копалин за рахунок використання безвідхідних технологій і утилізації відходів промислових виробництв" і пов'язана з планами робіт Мінвуглепрому України в 1996-2000 рр., які спрямовані на підвищення ефективності збагачення вугілля.

О с н о в н а і д е я р о б о т и полягає у використанні байпасування гідросуміші з ежектуванням в усмоктувальному трубопроводі насосу для забезпечення стійких режимів плину у внутрішньофабричних гідротранспортних установках (ВГУ).

М е т а р о б о т и полягає в підвищенні стабільності й ефективності технологій переробки вугілля за рахунок цілеспрямованої зміни гідродинамічних параметрів процесу перерозподілу потоків гідросуміші у ВГУ.

Для її реалізації були поставлені та розвўязані т а к і з а д а ч і:

1. Обґрунтувати діапазони зміни параметрів процесів стійкого гідротранспортування пульпи різного гранулометричного складу з урахуванням технологічних обмежень і параметрів збагачувального устаткування.

2. Експериментально дослідити способи реалізації спрямованої зміни гідродинамічних параметрів плину у ВГУ шляхом перерозподілу потоків.

3. Обґрунтувати параметри процесів гідротранспортування пульп у технологіях переробки вугілля і визначити їхній вплив на ефективність ВГУ.

4. Розробити методику розрахунку параметрів пристрою для регулювання режиму течії у ВГУ шляхом перерозподілу потоків гідросуміші, що забезпечує її усталену роботу.

О б ' є к т д о с л і д ж е н н я – внутрішньофабричний гідротранспорт технологій вуглезбагачення.

П р е д м е т д о с л і д ж е н н я – процеси перерозподілу потоків і стійкість плину гідросуміші з різним гранулометричним складом.

Н а у к о в е з н а ч е н н я р о б о т и полягає в розробці моделей стійкого гідротранспортування вугільних пульп різного гранулометричного складу з урахуванням процесів перерозподілу потоків; у встановленні залежності ефективності експлуатації внутрішньофабричної гідротранспортної установки від режиму плину й обраного методу забезпечення його стійкості.

Н а у к о в і п о л о ж е н н я, що виносяться автором на захист.

1. Відношення швидкостей пульпи в трубопроводі ВГУ до та під час байпасування обернено пропорційно квадрату відноненню діаметрів байпасу та усмоктувального трубопроводу.

2. При перерозподілі витрат гідросуміші у ВГУ стійкий режим плину забезпечується, якщо відношення діаметрів байпаса й усмоктувального трубопроводу більше 0,24.

3. Критична швидкість плину пульпи у внутрішньофабричних гідротранспортних установках зумовлюється значенням критичної концентрації гідросуміші, яка прямо пропорційна фіктивному напору насосу при нульовій подачі і обернено пропорційна погонному модулю трубопроводу.

Н а у к о в а н о в и з н а о т р и м а н и х р е з у л ь т а т і в полягає в тому, що:

·

· розроблено моделі плину вугільних пульп з урахуванням процесів перерозподілу потоків, основу яких складає байпасування з ежектуванням в усмоктувальному трубопроводі ВГУ;

· вперше встановлені залежності, що визначають вплив властивостей різнофракційних вугільних пульп, режиму їхнього плину й обраного методу забезпечення його стійкості, а також параметрів зовнішньої мережі на ефективність роботи ВГУ.

П р а к т и ч н е з н а ч е н н я отриманих результатів полягає в тому, що:

·

· розроблені й впроваджені рекомендації з вибору та обґрунтування параметрів процесів гідротранспортування пульп у технологіях переробки вугілля;

· розроблено засіб управління та запропоновано спосіб діагностування режиму плину пульпи у ВГУ вуглезбагачувальних фабрик, що дозволяє контролювати і коригувати її параметри, у тому числі безпосередньо перед пуском.

Р е а л и з а ц і я р е з у л ь т а т і в р о б о т и. Методика розрахунку параметрів пристрою, що забезпечує стійкі режими плину гідросуміші у ВГУ шляхом її байпасування з ежектуванням в усмоктувальному трубопроводі та рекомендації щодо обґрунтування параметрів процесів гідротранспортування передані в ІГТМ НАН України, інститути УкрНІІВуглезбагачення і Гіпромашвуглезбагачення, Донецький національний технічний університет, де використовуються для удосконалення існуючих і проектування нових схем збагачення вугілля.

Спосіб регулювання режиму роботи відцентрового насоса і пристрій для його реалізації впроваджені в умовах Моспинського РМЗ, ЦЗФ "Моспинська", ЦЗФ "Чумаковська" і ТОВ "Східвуглепереробка". Очікуваний економічний ефект складає 367 тис. грн./рік.

А п р о б а ц і я р о б о т и. Результати дисертаційної роботи доповідалися на науково-практичних семінарах у Донецькому державному технічному університеті, Інституті геотехнічної механіки НАН України, на III науковій школі “Импульсные процессы в механике сплошных сред” у м.Миколаєві (вересень 1999 г), 15-й щорічній Міжнародній науково-технічній конференції "Прогрессивные технологии в машиностроении. Технология 2000" у м.Одесі (квітень 2000 р.).

П у б л и к а ц і ї. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 13 наукових роботах, в тому числі 7 у наукових фахових виданнях.

С т р у к т у р а й о б ' є м р о б о т и. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновку і 7 додатків, які викладені на 211 сторінках друкованого тексту, включаючи 49 малюнків і таблиць, та список використаних джерел із 168 найменувань.

О с о б и с т и й в н е с о к а в т о р а. Автором дисертації визначена ціль, ідея роботи, поставлені задачі досліджень, сформульовані наукові положення, висновки, рекомендації, проаналізовані й узагальнені результати теоретичних та експериментальних досліджень. Експериментальні дослідження, розробка методики й рекомендацій, а також упровадження результатів роботи виконані при безпосередній участі автора. Текст дисертації написаний автором особисто.

М е т о д и д о с л і д ж е н н я. У роботі використано комплексний метод, що включає експериментальні дослідження в промислових умовах і теоретичні дослідження процесів гідротранспортування вугільних пульп різного гранулометричного складу та режимів роботи гідравлічних систем під час цілеспрямованого перерозподілу потоків. Використано апробовані методи гідродинаміки гетерогенних середовищ і гідравліки, моніторинг відцентрових насосів, що експлуатуються в умовах вуглезбагачувальних фабрик, а також стандартні методи й устаткування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Основними видами транспортування на вуглезбагачувальних фабриках є напірний і самопливний гідротранспорт. Отже, внутрішньофабричні гідротранспортні установки (ВГУ) є обов'язковими елементами технологічних схем вуглезбагачення. При цьому в ряді випадків апарати і машини є елементами мережі насосних установок, тому режими роботи ВГУ безпосередньо впливають на якісні показники процесу збагачення. У цьому разі відхилення режимів роботи ВГУ від номінальних призводять не тільки до зниження експлуатаційної надійності насосів, але й до погіршення показників збагачення та підвищення енерговитрат.

З метою аналізу процесів і обґрунтування параметрів ВГУ в цій роботі запропоновані гідродинамічні моделі плину гідросуміші різного гранулометричного складу, які враховують лінійну апроксимацію характеристики насоса і використовують формули О.Є. Смолдирьова для обчислення гідравлічних ухилів.

З огляду на різний характер руху під час гідротранспортування твердих часток різних розмірів розглянути: тонкі класи (0-0,25 мм); дрібні класи (0,25-3 мм); кускові класи (+3 мм).

Для кожного з цих випадків запропоновані рівняння для розрахунку подачі ВГУ й умови стійкого плину гідросуміші в усмоктувальному трубопроводі, у вигляді нерівностей.

Для тонких класів: ,

;

для дрібної фракції ,

;

для кускових фракцій,

.

У загальному випадку ,

.

Уведені такі позначення:

;;;;;

; ; ;

; ; ; ; ;

; ; ; ; ,

де m - погонний модуль трубопроводу;

l - коефіцієнт гідравлічного опору;

k - приведена ефективна довжина трубопроводу;

zS - сумарний коефіцієнт місцевих гідроопорів;

D, L - діаметр і довжина трубопроводу;

S - об'ємна концентрація часток тонкої фракції;

rT, ro, r - щільності твердих часток, рідини та гідросуміші;

g - прискорення вільного падіння;

dcp - середньозважений діаметр часток дрібної фракції;

w - швидкість стиснутого падіння часток дрібної фракції;

f - узагальнений коефіцієнт тертя часток об стінку труби;

S1, S2, S3 - об'ємні концентрації відповідно тонких, дрібних і кускових фракцій;

Q, Qkp – поточна і критична подачі;

Z2 - різниця геодезичних позначок рівня гідросуміші в зумпфі та усмоктувального патрубка насоса;

Z1 - різниця геодезичних позначок виходу з трубопроводу установки і напірного патрубка насоса.

Cr - константа Руднєва;

n - число обертів робочого колеса;

j - коефіцієнт запасу;

Pa - атмосферний тиск;

Pk - тиск насиченої пари рідини;

L2 - довжина усмоктувального трубопроводу.

Запропоновані умови стійкого плину для кожного варіанта гранулометричного складу гідросуміші справедливі за умов відсутності кавітації в усмоктувальному трубопроводі й у проточній частині насоса при надкритичному плині.

Аналіз отриманих рівнянь показує, що їх аналітичне рішення існує тільки для тонких і кускових фракцій. При цьому управляти режимом плину гідросуміші під час експлуатації ВГУ можна або цілеспрямованою зміною потоків, або зміною величини погонного модуля трубопроводу m.

Значення m, що забезпечує заданий надкритичний режим плину Q розраховується за формулою

.

Крім цього, для режиму плину гідросуміші у ВГУ, обмеженого робочою зоною, а також технологічними та конструктивними вимогами , має бути:

; ;

; ; ; ,

де H* - напір насоса з подачею Q*;

H* - напір насоса з подачею Q*.

Математичні моделі процесу гідротранспортування з урахуванням режимів цілеспрямованого перерозподілу потоків гідросуміші розглядалися для двох видів байпасування: з перпендикулярним уведенням напірного струменя в усмоктувальний трубопровід і з ежектуванням в усмоктувальний трубопровід (рис.1).

байпасування байпасування з ежектуванням

Рис. 1 Розглянуті види перерозподілу витрат

Перевагою байпасу є те, що він підключається до мережі паралельно насосу, тому його вплив у будь-який момент може бути нейтралізований закриттям засувки. Між тим байпас дає можливість впливу на гідротранспортну установку: з одного боку, він зменшує витрату гідросуміші в трубопроводі, з іншого боку - збільшує тиск в усмоктувачі насоса, що впливає на режим роботи насоса і запобігає кавітації в усмоктувальному патрубку й у проточній частині насоса.

Режим плину для кожного випадку байпасування визначається на основі рівняння збереження витрати для розглянутої системи трубопроводів, рівняння зміни енергії і кількості руху, зневажаючи силами тертя рідини об тверді межі між байпасом і насосом у порівнянні із силами тиску.

При байпасуванні з ежектуванням модель руху гідросуміші має вигляд

а при байпасуванні

,

де H(Q) - витратно-напірна характеристика насоса;

zm, zo, zn, zb, z1, z2 - гідравлічний опір нагнітаючого та усмоктувального трубопроводів, дільниць трубопроводу між насосом і байпасом, байпасу, змішувальної камери, дільниці нагнітаючого трубопроводу від насоса до входу в байпас;

Q, Qb - витрати через насос та байпас;

DHb, DH - різниця геодезичних висот початку і кінця байпасу та різниця позначок початку і кінця магістралі;

F, Fb - площі перерізів трубопроводу та насадки;

Dh - висота підключення байпас-ежектора до напірного трубопроводу, що відрахована від осі усмоктувального трубопроводу.

Розв'язання отриманих систем знаходилося чисельно. Виявлено, що максимальна витрата, при якій можливе управління байпасом з обраним діаметром, визначається за формулою . Результати розрахунків витрат через байпас (Qb), насос (Q) та нагнітаючий трубопровід (Qm), віднесених до витрати насосу перед байпасуванням, а також ККД насосу (h), віднесеного до ККД насосу перед байпасуванням (hо), зображені на рис.2.

Рис. 2 Зміна потоків при байпасуванні в залежності від ступеня відкриття засувки байпаса для різних d/D:

1 - 0,25; 2 - 0,22; 3 – 0,17; 4 - 0,12; 5 - 0,15; 6 - 0,09; 7 - 0,07

Аналіз результатів розрахунків для насоса НШ-500-40 (рис. 2) показує, що для інженерних розрахунків ці залежності можна апроксимувати квадратичними поліномами вигляду a + b(d/D) + c(d/D)2.

Для випробування запропонованого методу забезпечення стійкості і управління режимом плину у ВГУ проведений ряд експериментальних досліджень запобігання кавітації у відцентрових насосах за допомогою регульованого перепуску частини витрати з напірного в усмоктувальний трубопровід.

Дослідження проводилися на іспитовому стенді з відцентровим насосом НШ-250-34 патрубки якого, що нагнітають і всмоктують, з'єднані між собою пропускним пристроєм, який дозволяє реалізувати два способи байпасування - з ежектуванням в усмоктувальному трубопроводі й без нього. При цьому з'єднання пропускного трубопроводу з напірним і усмоктувальним патрубками дозволяє проводити іспити з пропускними пристроями різного діаметру. Регулювання витрати через пропускний пристрій здійснюється за допомогою засувки, яка установлена на його вході. Управління витратою в трубопроводах іспитового стенда здійснюється засувкою на виході з нагнітального трубопроводу. На усмоктувальному трубопроводі встановлена засувка, що відокремлює його від зумпфа насоса і створює додатковий гідравлічний опір в усмоктувальному патрубку.

Дослідження проводилися в умовах Моспинського РМЗ на спеціальному стенді, обладнаному трубопроводом Dy150 мм, мірним об'ємом 1 м3 і накопичувальним об'ємом 22,8 м3, баками, спеціальними вимірювальними приладами. Висота води в зумпфі в ході досліджень підтримувалася на рівні позначки 1,62 метра.

Було проведено дві серії експериментів, в одній з яких використовувався пропускний пристрій без насадки, а в другій - з насадкою. Експерименти проводилися з пропускними пристроями трьох діаметрів: 0.05, 0.036 і 0.02 м за "Методиці проведення іспитів по запобіганню кавітації у відцентрових насосах за допомогою регульованого перепуску частини витрати з напірного в усмоктувальний патрубок”, яка була спеціально розроблена за участю автора в ІГТМ НАН України . У процесі досліджень контролювалися витрати, напір та корисна потужність насосу, частота обертання електродвигуна, а також показники призначення, ефективності, енергоспоживання і кавітаційні показники.

Аналіз результатів іспитів показав, що використання пропускних пристроїв малого діаметру неефективно. Так, при проведенні експериментів із пропускним пристроєм Dy=0.02 м у всіх випадках як з ежектуванням в усмоктувальному патрубку, так і без нього, спостерігався зрив роботи насоса. Дослідження байпасування без ежектування дозволяють зробити висновок про те, що перепуск частини витрати з нагнітального в усмоктувальний патрубок не дозволяє запобігти кавітації в проточній частині насоса (рис. 3). Разом з тим дослідження доводять, що як байпас, так і байпас-ежектор можна використовувати для регулювання режимів плину у ВГУ з відцентровими насосами в технологіях збагачення мінеральної сировини.

Експериментальні дослідження підтвердили теоретичні припущення про те, що забезпечення стійкості режиму плину пульпи у ВГУ при регулюванні шляхом цілеспрямованого перерозподілу витрат можливо тільки при використанні байпас-ежектора. У цьому випадку можливе підвищення тиску потоку в усмоктувальному патрубку, що забезпечує стабільність плину у ВГУ. При цьому діаметр пропускного пристрою не повинен бути менше 24% діаметра трубопроводу, що до нього підводить. Використання байпас-ежектора дає змогу змінити подачу ВГУ від 10 до 30% початкового значення.

з байпасом; з байпас-ежектором

Рис. 3 Тиск перед насосом (P) при байпасуванні в залежності від ступеня відкриття засувки байпасу (e) при різних значеннях ступеня відкриття засувки на усмоктувальному трубопроводі (c)

Ефективність ВГУ пропонується оцінювати за часткою витрат на її експлуатацію у собівартості переробки вугілля. У загальному випадку при дотриманні правил експлуатації і з урахуванням лінійної залежності напору насоса від його подачі доля втрат на експлуатацію ВГУ у собівартості продукції, що випускається, має вигляд

,

де коефіцієнти K1, K2, K3 залежать від кратності резерву, штату обслуговуючого персоналу установки, міжремонтного терміну, ресурсу насоса, вартості спожитої електроенергії та технічного обслуговування, зарплати обслуговуючого персоналу, потужності і ККД насоса.

Згідно з цією формулою була проведена оцінка ефективності запропонованого методу забезпечення усталеної роботи ВГУ шляхом цілеспрямованого перерозподілу витрат. Показано, що у ВГУ з відцентровим насосом регулювання режиму плину за допомогою байпас-ежектора буде економічно виправдано у разі, коли

,

де k - коефіцієнт, що враховує зменшення ресурсу турбіни насоса при роботі в кавітаційному режимі;

kN – коефіцієнт, що враховує зміну потужності, яка споживається насосом при роботі в кавітаційному режимі;

b - коефіцієнт, що враховує зміну потужності, яка споживається насосом при роботі з байпас-ежектором;

C1, C2 - вартість спожитої електроенергії та одиничної заміни запасних частин;

N - корисна потужність насоса;

T - наробіток ВГУ.

На основі отриманих результатів були розроблені "Методика расчета параметров устройства, обеспечивающего устойчивые режимы течения во внутрифабричной гидротранспортной установке путем байпассирования с эжектированием во всасывающем трубопроводе" і "Рекомендации по выбору и обоснованию параметров процессов гидротранспортирования пульп в технологиях переработки угля", які впроваджені в ІГТМ НАН України, інститутах УкрНІІвуглезбагачення, Гіпромашвуглезбагачення та Донецькому національному технічному університеті, де використовуються для удосконалення існуючих і проектування нових схем збагачення вугілля.

Розроблений засіб діагностування і запропонований метод управління режимом плину гідросуміші у ВГУ шляхом цілеспрямованого перерозподілу потоків і спосіб його реалізації були впроваджені на ЦЗФ “Моспинська”, ЦЗФ “Чумаківська”, ТОВ "Східвуглепереробка" і Моспинському РМЗ. Очікуваний економічний ефект від упровадження склав 367 тис. грн./рік.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій визначаються коректністю постановок задач, що розв'язувались, відповідністю розроблених моделей реальним умовам, використанням апробованих методів гідродинаміки гетерогенних середовищ і відомих експериментально-аналітичних залежностей параметрів гідротранспортування вугільних пульп, а також підтверджуеться позитивними результатами промислових випробувань.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій розвўязана актуальна науково-практична задача підвищення стабільності й ефективності технологій збагачення вугілля на основі обґрунтування параметрів процесів гідротранспортування пульпи при цілеспрямованому перерозподілі потоків у внутрішньофабричних гідротранспортних установках, що має важливе народногосподарське значення для вуглепереробної галузі.

У процесі виконання роботи отримані такі підсумкові наукові висновки і практичні результати:

1. Досліджено вплив параметрів ВГУ і збагачувального устаткування на режим плину вугільних пульп різного гранулометричного складу і сформульовано умови стійкого режиму плину гідросуміші у ВГУ.

2. Експериментально оцінені способи і засоби реалізації цілеспрямованої зміни гідродинамічних параметрів плину у ВГУ шляхом перерозподілу потоків, що дозволило розробити рекомендації з вибору й обґрунтування параметрів процесів гідротранспортування пульп у технологіях переробки вугілля.

3. Визначено вплив режимів плину гідросуміші різного гранулометричного складу на ефективність ВГУ, що дозволило сформулювати умови регулювання гідротранспортної установки шляхом перерозподілу потоків гідросуміші.

4. Розроблено математичну модель процесів плину гідросуміші у ВГУ у вигляді нелінійної системи рівнянь, що визначають зміну подачі і напору установки під час байпасування; на основі отриманих результатів були аппроксимовані залежності основних параметрів плину в процесі регулювання.

5. Експериментально визначено, що при перерозподілі витрат гідросуміші у ВГУ стійкий режим плину забезпечується при величині відношення діаметрів байпаса й усмоктувального трубопроводу більше 0,24, що дозволяє регулювати режим течії гідросуміші в ВГУ у широкому діапазоні умов, в тому числі з запобіганням кавітації.

6. Розроблено і науково обґрунтовано спосіб діагностування режиму плину пульпи у ВГУ вуглезбагачувальних фабрик, що дозволяє контролювати і коригувати її параметри безпосередньо перед запуском.

7. Розроблено, теоретично обґрунтовано й експериментально випробувано регулюючий пристрій для відцентрового насоса НШ-250-34, який дозволяє здійснювати байпасування з ежектуванням в усмоктувальному трубопроводі.

8. В результаті проведених досліджень розроблена методика розрахунку параметрів пристрою регулювання гідротранспортної установки, яка передана в інститути УкрНІІВуглеозбагачення, Гіпромашвуглезбагачення та ІГТМ НАН України, Донецькому нацыональному технічному університеті, а також на ЦЗФ “Моспинська”, ЦЗФ “Чумаківська”, ТОВ "Східвуглепереробка" і Моспинському РМЗ, де використовуеться для удосконалення існуючих і проектування нових схем збагачення вугілля.

Очікуваний економічний ефект від упровадження результатів дисертаційної роботи складає 367 тис. грн./рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ РОБІТ,

ЩО ВІДОБРАЖАЮТЬ ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Семененко Е.В., Саенко В.В. Выбор диаметра трубопровода гидротранспортного комплекса с учетом параметров транспортируемого материала// Сб. научн. тр. "Геотехническая механика". - Днепропетровск, 1999. - Вып. №12. -С. 17 - 21.

2. Семененко Е.В., Саенко В.В. Анализ возможности управления насосом гидротранспортной установки при помощи байпассирования // Сб. научн. тр. "Геотехническая механика". - Днепропетровск, 1999. - Вып. №12. - С. 108 - 112.

3. Саенко В.В. Исследование струйного бустера для управления центробежным насосом // Сб. научн. тр. "Геотехническая механика". - Днепропетровск, 1999. - Вып. №15. - С. 38 - 45.

4. Блюсс Б.А., Семененко Е.В., Саенко В.В. Способ технического диагностирования насосов на обогатительных фабриках // Сб. научн. тр. “Геотехническая механика”, 2000. - Вып. №18. – С. 15 - 24.

5. Саенко В.В., Дзюба С.В., Семененко Е.В. Обеспечение надежности по затратам установок внутрифабричного транспорта // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”, 2000.-Вып. № 21. – С. 91 - 95.

6. Перепелица В.Г., Саенко В.В. Соотношение расходов при байпассировании центробежного насоса // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”, 2000.-Вып. № 23. – С. 49 - 54.

7. Перепелица В.Г., Саенко В.В. Предотвращение кавитации в центробежных насосах трубопроводных комплексов // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”, 2001.-Вып. № 25. – С. 15 - 20.

8. Перепелица В.Г., Саенко В.В. Результаты экспериментальных исследований предотвращения кавитации в центробежных насосах путем байпассирования // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”, 2001.-Вып. № 26. – С. 21 - 25.

9. Саенко В.В., Сокил А.М., Семененко Е.В. Влияние режима работы насосного оборудования на себестоимость обогащения // Сб. науч. тр. НГАУ "Збагачення корисних копалин", 2000.-Вып. № 6(47).–С. 109-116.

10. Перепелица В.Г., Саенко В.В., Семененко Е.В. Байпассирование центробежного насоса НШ-250-34// Сб. науч. тр. НГАУ "Збагачення корисних копалин", 2001. - Вып. № 13(54). - С. 16 - 21.

11. Саенко В.В., Семененко Е.В. Особенности основного уравнения лопастных машин, перекачивающих гидросмеси// Материалы III Научной школы “ Импульсные процессы в механике сплошных сред”. - Николаев,сентябрь 1999. - С. 15 - 18.

12. Саенко В.В., Семененко Е.В. Обеспечение эксплуатационных свойств деталей проточной части шламовых насосов // Материалы 15-й Ежегодной Международной научно-технической конференции “Прогрессивные технологии в машиностроении” (ТЕХНОЛОГИЯ-2000), 18-20 апреля 2000 г., г. Одесса. - К.: РИЦ ”Алкон”, 2000. - С. 318 - 319.

13. Саенко В.В. Анализ возможности бескавитационной работы земснарядов при выемке донных отложений водохранилищ // Вестник Украинского дома экономических и научно-технических знаний. - Киев, 1999. - №3. – С. 113 - 118.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА В РОБОТИ, ЩО ОПУБЛІКОВАНІ В СПІВАВТОРСТВІ

(2,3,5,6,7,8) – теоретичні дослідження, участь в експериментах; (9,10,11,12,13) – участь у постановках задач і експериментах.

АНОТАЦІЯ

Саєнко В.В. Обґрунтування параметрів процесів гідротранспортування пульпи в технологіях переробки вугілля. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.11 - “Фізичні процеси гірничого виробництва”. – Інститут геотехнічної механіки Національної академії наук України, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена розвўязано важливої науково-технічної задачі, яка пов'язана з підвищенням стабільності й ефективності технологій переробки вугілля за рахунок цілеспрямованої зміни гідродинамічних параметрів процесу перерозподілу потоків гідросуміші. У дисертації отримані залежності припустимих діапазонів зміни параметрів плину різнофракційних вугільних пульп у ВГУ від щільності гідросуміші, параметрів насосів і погонного модуля трубопроводу. Отримано моделі, що описують режими плину у ВГУ при цілеспрямованому перерозподілі витрат з ежектуванням і без нього.

У промислових умовах проведено комплекс експериментальних досліджень режимів плину пульпи в системі трубопроводів з відцентровим насосом, які дозволили оцінити стабільність режимів плину при байпасуванні гідросуміші з ежектуванням в усмоктувальному трубопроводі насосу.

Результати роботи пройшли апробацію в умовах ЦЗФ "Моспинська", ЦЗФ "Чумаковськая", ТОВ "Східвуглепереробка" і Моспинського РМЗ і впроваджені в ІГТМ НАН України, інститутах УкрНІІвуглезбагачення, Гіпромашвуглезбагачення та Донецькому национальному технічному університеті, де використовуються для удосконалення існуючих і проектування нових схем збагачення вугілля.

Ключові слова: гідросуміш, гранулометричний склад, критична швидкість, байпасування, кавітаційні явища.

АННОТАЦИЯ

Саенко В.В. Обоснование параметров процессов гидротранспортирования пульпы в технологиях переработки угля. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.11 - “Физические процессы горного производства”. – Институт геотехнической механики Национальной академии наук Украины, Днепропетровск, 2002.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи повышения стабильности и эффективности технологий переработки угля путем направленного изменения гидродинамических параметров процесса перераспределения потоков гидросмеси.

На основе теоретического исследования течения разнофракционных угольных пульп во ВГУ выявлены зависимости режима течения от параметров транспортируемого материала, характеристик насосного и технологического оборудования. Определены допустимые диапазоны изменения параметров течения гидросмеси с различніми объемными концентрациями, параметров насосов и обобщенного параметра ВГУ – погонного модуля трубопровода.

Установлено, что для ВГУ существует величина концентрации гидросмеси, прямо пропорциональная фиктивному напору насоса при нулевой подаче и обратно пропорциональная погонному модулю трубопровода, при превышении которой течение гидросмеси возможно только в критическом режиме.

Для различных гранулометрических составов транспортируемого материала установлены ограничения для скорости течения, учитывающие параметры всасывающего трубопровода и кавитационные свойства используемого насоса, соблюдение которых обеспечивает стабильность работы ВГУ в сверхкритическом режиме.

Получены модели, описывающие режимы течения во ВГУ при направленном перераспределении расходов с эжектированием во всасывающем трубопроводе и без него, позволившие оценить зависимость относительных значений расходов в системе трубопроводов при байпассировании с эжектированием от соотношения диаметров байпас-эжектора и основного трубопровода.

Предложена методика расчета параметров перепускного регулирующего устройства для предотвращения кавитационных режимов работы, которая использована при разработке рекомендаций по выбору и обоснованию параметров процессов гидротранспортирования пульп в технологиях переработки угля.

В промышленных условиях выполнен комплекс экспериментальных исследований режимов течения в системе трубопроводов с центробежным насосом при регулировании направленным перераспределением расходов, что позволило оценить возможность стабилизации режимов течения существующими способами байпассирования.

Экспериментальными исследованиями доказано, что при помощи байпассирования с эжектированием во всасывающем трубопроводе изменение подачи установки составляет от 10 до 30% начального значения. Впервые установлено экспериментальным путем, что с целью предотвращения кавитации при байпассировании с эжектированием во всасывающем трубопроводе диаметр перепускного устройства не должен быть меньшим 24% диаметра подводящего трубопровода.

Результаты работы прошли апробацию в условиях Моспинского РМЗ, ЦОФ "Моспинская" и ЦОФ "Чумаковская" и ООО "Востокуглепереработка" и внедрены в ИГТМ НАН Украины, институтах УкрНИИУглеобогащение и Гипромашуглеобогащение, Донецком национальном техническом университете, где используются для совершенствования существующих и проектирования новых схем обогащения угля. В ходе промышленных испытаний подтверждено, что предложенный способ управления течением угольной пульпы в гидротранспортных комплексах пригоден для применения в условиях углеобогатительных фабрик, и использование байпас-эжектора повышает надежность и эффективность технологий углеобогащения.

В результате промышленных испытаний и последующего внедрения байпас-эжектора было получено снижение потребления технической воды от 4 до 11%, потребление электроэнергии шламовыми насосами от 4 до 6%, увеличение объема выпускаемого угольного концентрата крупностью более 100 мм на 3% со снижением его зольности на 0,2%

Ключевые слова: гидросмесь, гранулометрический состав, критическая скорость, байпассирование, кавитационные явления.

ANNOTATION

V.V. Saenko. The validation of pulp hydrotransport processes parameters in coal processing technology. – Manuscript.

The dissertastion for the degree of candidate of technical sciences in speciality 05.15.11 – “Physical processes in mining industry”.

The Institute of geotechnical mechanics of Ukrainian National Academy of Sciences, Dniepropetrovsk, 2001.

The dissertation is devoted to the solution of an important scientific and technical problem which is connected with the increasing of stability and technological efficiency in coal processing owing to a directed change of hydrodynamic parameters of hydro-mixture flows redistribution processes. Some of the dependence's of the assumed ranges of hydro-mixture flow parameter changes on relative hydro-mixture concentration, registration pump certificates and that of generalized factory hydrotransport states parameter, that is of linear pipe modulus. For each of the studied of granular-metric structure of the material transported there exist some flow velocity limitations that take into account pumping tube parameters and cavitation properties of the pump used.

In industrial conditions a complex of flow regime experimental investigations in a tube system with a centrifugal pump under the regulation of purposeful expenditure redistribution that made possible to estimate the ways of flow regimes stabilization by means of existing by-passing methods. The results have been tested in conditions of Central Enrichment Factory “Mospinskaya” and Mospinsky mechanical repair plant and introduced to Ukrainian Institute of geotechnical mechanics and Ukrainian Scentific-research institute “Ugleobogatsheniye”.

Key words: hydro-mixture, granular-metric structure, critical velotcicty, by-passing, cavitational phenomena.

Видруковано на різографі ООО фірма “Сервіс”

Підписано до друку

Умов. друк. акр. 1,04. Формат 80ґ60 1/16

Тираж 100 прим. Замовлення № 615321

49005, м.Дніпропетровскь, пр. Гагаріна, 21