КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

КОПАНИЦЯ ЮРІЙ ДМИТРОВИЧ

УДК 628.112.24

ОЧИСТКА ШЛАМОВИХ ВОД ЗБАГАЧУВАЛЬНИХ ФАБРИК В НАПІРНИХ ГІДРОЦИКЛОНАХ З ПНЕВМАТИЧНИМ РЕГУЛЯТОРОМ

Спеціальність 05.23.04. – Водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: ПОЛЯКОВ ВАДИМ ЛЕОНТІЙОВИЧ

доктор технічних наук, професор кафедри гідравліки та водовідведення Київського національного університету будівництва і архітектури.

Офіційні опоненти: ХОРУЖИЙ ПЕТРО ДАНИЛОВИЧ

доктор технічних наук, професор, завідувач відділом сільськогосподарського водопостачання та каналізації Українського науково-дослідного інституту гідротехніки і меліорації УААН.

КРИВОНОГ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник відділу гідродинаміки гідротехнічних споруд Інституту гідромеханіки НАНУ.

Захист відбудеться 27.02.2008 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.07 при Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03680, м.Київ, Повітрофлотський просп., 31. ауд.319.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03680, м.Київ, Повітрофлотський просп. 31.

Відгуки на автореферат просимо надсилати у двох примірниках за підписом, завіреним печаткою організації, на адресу: 03680, м.Київ, Повітрофлотський просп., 31. КНУБА. Вчена рада.

Автореферат розісланий 24.012008 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., професор Василенко О. А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Гірничо-видобувне та збагачувальне виробництво супроводжується комплексним негативним впливом на навколишнє природне середовище, який зокрема, пов'язаний із накопиченням відпрацьованих порід, викидами пилу й шкідливих газів, забрудненням поверхневих, ґрунтових і підземних вод.

За даними Мінприроди України в останні десятиріччя [в порівнянні із 1990 р. більш ніж у два рази зросла кількість забруднених зворотних вод збагачувальних підприємств і відведених забруднених вод без очищення.

Для очищення від шламу повторно використовуваних вод збагачувальних фабрикЗФ) традиційно задіяна система спеціальних апаратів і пристроїв водно-шламового господарства таких об’єктів . Сучасні тенденції по удосконаленню водоочисних систем ЗФ пов’язані із створенням локальної очистки шламових вод безпосередньо на ЗФ.

Для інтенсифікації процесів осадження дрібних часток циркулюючих у замкненому циклі переважно використовують гідроциклони.

Для стабілізації і підвищення ефективності роботи гідроциклонів та підтримки оптимальних технологічних параметрів процесу поділу застосовують спеціальні регулювальні органи.

Детальний аналіз конструктивних і технологічних характеристик пристроїв для регулювання роботи гідроциклонів дозволив виявити суттєві недоліки і проблеми, пов’язані з їх функціонуванням. Автором запропоновано новий напрямок застосування способу пневматичного регулювання роботи гідро циклона. Наукове обґрунтування цього способу та розробка відповідної конструкції і технології, які дозволять інтенсифікувати процеси очистки шламових вод є актуальним напрямком удосконалення роботи водно-шламових систем у гірничо-видобувній галузі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась в рамках державної програми “Про концепцію розвитку водного господарства України” і безпосередньо пов’язана з держбюджетною тематикою Київського національного університету будівництва і архітектури на замовлення Міністерства освіти і науки України (№ держреєстрації 0199U000661).

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування та розробка конструкції і методики розрахунку гідроциклона з пневматичним регулюванням з більшою ефективністю розділення фаз при використанні в оборотних системах водокористування збагачувальних фабрик.

Для досягнення поставленої мети розв’язувались такі задачі:

- на основі аналізу достоїнств і недоліків існуючих конструкцій і способів регулювання роботи гідроциклонів розробити нову, більш ефективну конструкцію пневматично керованого гідроциклона;

- вивчити механізм і особливості взаємодії керуючого повітряного струменя із регульованими технологічними потоками у гідроциклоні;

- отримати функціональні залежності ефективності розділення фаз в гідроциклоні від основних технологічних характеристик процесу і оцінити вплив окремих факторів і вихідних параметрів на режим роботи гідроциклона;

- на основі теоретичних і експериментальних досліджень розробити методику інженерного розрахунку основних конструктивних характеристик апарата і технологічних параметрів процесу розділення фаз в гідроциклоні;

- провести апробацію удосконаленої конструкції пневматичного регулятора гідроциклона і запропонованих інженерних рекомендацій в реальних умовах збагачувального підприємства.

Об’єкт дослідження – напірний гідроциклон з пневматичним регулятором.

Предмет дослідження – технологічні показники процесу розділення фаз в оборотній системі водокористування промислового об’єкту.

Методи дослідження – фізичне і математичне моделювання процесу згущення фаз; фізичний експеримент; сучасні математичні методи обробки результатів експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

- науково обґрунтовано вдосконалену технологію розділення твердої і рідкої фаз пневматично регульованого шламового потоку в гідроциклоні;

- з використанням математичного моделювання досліджено механізм взаємодії потоків при пневматичному регулюванні роботи напірного гідроциклона і обгрунтовані раціональні режими роботи апаратів;

- визначено основні технологічні параметри процесу згущення твердої фази і взаємозалежності між факторами, які впливають на гідро- і аеродинаміку в пневматично регульованому гідроциклоні.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено пневматичний регулятор гідроциклона для згущення пульпи в системах оборотного водокористування збагачувальних підприємств, який підвищує ефективність процесу розділення фаз, зменшує експлуатаційні витрати і вартість виготовлення та подовжує термін їх безремонтної роботи.

Розроблена методика інженерного розрахунку основних конструктивних характеристик пневматичного насадка і технологічних параметрів процесу згущення пульпи на підставі експериментального і виробничого випробування. Встановлено закономірності процесу розділення фаз в пневматично регульованому гідроциклоні дозволяють використати їх для розрахунку запропонованої конструкції та проектування відповідних елементів водно-шламових систем гірничо-збагачувальних підприємств.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на Центральній Збагачувальній Фабриці ”Криворізька” ВО “Луганськвуглезбагачення”. Використання запропонованого методу пневматичного регулювання гідроциклонами дозволило зменьшити вміст твердої фази в оборотній воді і збільшити (на 0,1%) вихід концентрату в розрахунку на кожну тону переробленого вугілля за рахунок підвищення ефективності процесів розділення фаз на всіх етапах збагачення.

Особистий внесок здобувача.

Наукові результати, які викладені в дисертації, отримані особисто здобувачем на основі виконаного літературно-патентного пошуку і аналізу роботи існуючих конструкцій гідроциклонів. Розроблено конструкцію пневматичного регулятора напірного гідроциклона. Проведено наукове обґрунтування технології розділення фаз в пневматично регульованому гідроциклоні для систем оборотного водокористування збагачувального підприємства та запропоновано математичну модель на основі балансу енергії і речовини. Запропоновано методику інженерного розрахунку пневматично регульованого гідроциклона для згущення пульпи у водно-шламовій системі збагачувального підприємства. Автором розроблена методика організації та проведення експериментів і обробки отриманих результатів. На реальному об’єкті розроблено і впроваджено пневматичний регулятор напірного гідроциклона.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати та положення дисертації доповідались: на науково-практичних конференціях Київського національного університету будівництва і архітектури (м. Київ, 1986,1991,2000-2002,2005-2007 рр.), на 60-62 науково-практичної конференції Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури (м. Харків 2005,  р.р.), на ХХХIV науково-технічної конференції Харківської національної академії міського господарства (м. Харків 2006 р.), на міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очистки природних і стічних вод”(м. Миргород   р.).

Публікації.

За матеріалами дисертації опубліковано 11 друкованих робіт, в тому числі 4 у фахових виданнях ВАК, в тому числі 3 без співавторів, 2 авторських свідоцтва СРСР на винахід.

Структура і обсяг дисертації.

Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури зі 146 найменувань і 2 додатка. Робота викладена на 157 сторінках, рисунків  , таблиць  .

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі приводиться обґрунтування актуальності даної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, викладена їх наукова та практична цінність.

У першому розділі наведені основні відомості щодо технологічних характеристик процесів збагачення корисних копалин. Відстежено зв’язок між підвищенням ефективності таких виробничих етапів, як відсадження, флотація, згущення шламів, кінцеве зневоднювання продуктів збагачення та зниженням вмісту в оборотній воді твердої фази.

Показано, що впровадження нових швидкісних технологій і устаткування для виділення твердої фази, зокрема - гідроциклонів, дозволяє суттєво підвищити якість оборотної води.

Аналіз робіт Поварова П.І., Найденко В.В., Фоменко Т.Г., Скирдова І. В., Пономарева В. Г., Акопова М.Г., Барского Л. А., Плаксіна І. Н., Бочкарева Г. Р., Ангелова А. І., Жангаріна А. І., Вериго К. Н., Классена В. І., TarjanFujimotoBednarskiDrissenKelsallта ін. дозволив виявити проблеми пов’язані із теоретичними засадами конструювання та експлуатацією регулювальних органів для гідроциклонів. Основи гідравлики апаратів, очистки води і методів розрахунку пристроїв струминной техніки приведені в роботах Олійника О.Я., Полякова В.Л., Грабовського П.О., Терновцева В.О., Бочарова В.П., Струтинського В.Б., Бадах В.М.

Здійснено аналіз сучасних способів регулювання роботи гідроциклонів на базі Державного патентного фонду України та джерел закордонної інформації: бази даних класифікатора патентів і товарних знаків США “US Patent and Trademark Office”; Європейського Центру Патентної Інформації “European Center Patent Office”, яка включає патентну інформацію європейських країн, авторські свідоцтва бувшого Радянського Союзу, патенти Японії і США; “Інституту промислової власності“ Федеральної служби по інтелектуальній власності, патентам і товарним знакам Росії.

Запропоновано класифікацію найбільш поширених способів регулювання роботою гідроциклонів і конструкцій регуляторів. Визначено характерні недоліки відомих регулюючих органів гідроциклонів: безпосередній контакт із згущуваною суспензією, а отже - інтенсивне абразивне зношування; порушення з часом первісної форми вихідного отвору і, відповідно, погіршення якості поділу; зашламовка робочих отворів і аварійна зупинка апаратів; зашламовка і заклинювання діафрагм, клапанів та інших запірних елементів тощо.

Визначено проблеми, які пов’язані із специфікою та складністю умов експлуатації гідроциклонів в системах водокористування збагачувальних фабрик: абразивність шламової суспензії; високий напір потоку живлення; наявність в суспензії часточок твердої фази в дуже широкому діапазоні крупності; висока нерівномірність в часі якісних і кількісних характеристик оброблюваної суспензії.

На основі аналізу вищерозглянутих питань та сучасного стану їх вивченості сформульовано мету і задачі досліджень за темою дисертації.

У другому розділі наведено інформацію про апаратурно-методичне забезпечення досліджень. Представлено конструкцію експериментального стенду, прозорої моделі для досліджень потоків у гідроциклоні, металевої моделі та універсального регулювального органудив. рис. ), який складається із піскового |

насадка), сопла), корпуса), патрубка живлення). Геометричними характеристиками регулятора є: кут напряму керуючого струменя , діаметр отвіру вигрузки , внутришнього отвіру регулятора , діаметра регулятора , висота регулятора , максимальний кут віяла вигрузки .

Подано методику експериментальних досліджень для визначення конструктивних і технологічних параметрів регулювального органа та втановлення взаємозв’язків між

Рис. . Схема експериментального пневматичного регулятора напірного гідроциклона

цими параметрами і тиском та витратою повітря. Визначено математичні залежності які відповідають цим взаємозв’язкам.

Досліджено наступні групи параметрів:

а) конструктивні: кут ; ширина щілинного отвору ; форма щілинного отвору (конфузор, дифузор); внутрішній діаметр прохідного отвору ;

б) технологічні: тиск оброблюваної суспензії на вході в гідроциклон та повітря на вході насадка  ; вміст твердого в живленні   і в згущеному продукті  ; об'ємна витрата згущеного продукту   та повітря в насадку  .

Як критерії оптимальності прийнято мінімізацію витрати і тиску повітря в регулювальному органі. Виконано перевірку гідродинамічної подоби в експериментальних дослідженнях на моделі гідроциклона.

У третьому розділі представлено теоретичні основи пневматичного керування потоками в зоні піскового насадка гідроциклона. Наведено математичну модель процесу згущення шламів радіально направленим керуючим струменем повітря. Визначено наявність двох фаз процесу регулювання.

Схема потоків повітря і пульпи на виході піскової насадки гідроциклона (перша фаза регулювання) наведена на рис. , з такими умовними

позначеннями: ,,- радіус повітряного стовпа, піскового насадку, згущеного потоку пульпи; рис. 3.1  переміщення зовнішньої границі згущеної пульпи в процесі регулювання;   питома залишкова кінетична енергія газу після регулювання;   відцентрова сила потоку пульпи;   сила тиску пульпи;   витрата регулюючого газу;   середня швидкість потоку пульпи;

Рис. . Схема потоків на виході піскового насадка гідроциклона   | густина повітря керуючого струменя;   довжина треку вигрузки потоку пульпи (за одиницю часу).

Проаналізовано рівняння балансу енергії потоку повітря:

, (1)

де  - питома кінетична енергія регулюючого струменя; ,  питома енергія, яка витрачається, відповідно, на протидію силі тиску та на подолання відцентрової сили потоку пульпи;   питома витрата енергії на місцеві втрати при перебудові стікаючого потоку пульпи.

Запропоновано рівняння для визначення :

(2)

Представлено розрахункові залежності процесу згущення. Витрата твердого до і під час регулювання становить, відповідно, і :

(3)

(4)

де  - концентрація твердого,  - початкові площі;  - середні швидкості, відповідно, зовнішнього і внутрішнього потоках загального двофазного потоку.

Для перевірки методики розрахунку згущення твердого використані результати експериментів на моделі стандартного промислового напірного гідроциклона ГЦ350. Розрахунок проведено у системі Maple ver.11. Результати обчислень ефективності згущення внаслідок обтискання потоку на основі системи рівнянь математичної моделі і відповідних експериментальних данних представлено на рис. 3. Отримані значення коефіцієнту згущення в порівнянні із експериментально отриманими знаходяться в межах діапазону можливої помилки вимірів, яка дорівнює 5

Рис. . Порівняння результатів теоретичних і лабораторних досліджень

Кількісний аналіз показав, що найбільший ефект при регулюванні спрямованим потоком повітря забезпечується енергією, що використана на протидію силі тискуробота ), і втрати енергії при перебудові згущеного потоку через місцеві втрати), можна одержати в найвужчому перетині піскового насадка, але обов'язково енергія (робота ) струму використовується з максимальним ефектом усередині піскового насадка. Тільки в цьому випадку спрямований під кутом струмінь повітря не відбивається в атмосферу і забезпечується ефективна протидія силі тиску згущеного продукту.

На прозорій моделі гідроциклона зафіксовано динаміку регулювання і взаємодії тривимірних потоків на виході гідроциклона (рис. ).

Рис. . Повітряний стовп на виході піскового насадка:

– - обтискання повітряного стовпа (перша фаза);  –- розширення повітряного стовпа (друга фаза).

Зменшення діаметру повітряного стовпа (перша фаза) в зоні піскового насадка (рис.  –) відображає характерні стадії обтискання потоку пульпи направленим керуючим струмом повітря, а подальше зростання діаметру повітряного стовпа (друга фаза) за рахунок пенітрації потоку пульпи керуючим повітрянім струмом (рис.  –) і відтворення живлення повітряного стовпа - відображає характерні стадії процесу пневматичного регулювання роботи гідроциклона.

Виконано математичне моделювання регулювання для другої фази регулювання роботи гідроциклона і отримано залежності радіусу повітряного стовпа і всіх основних факторів, які впливають на гідро- і аеродинаміку взаємодії потоків пульпи в гідроциклоні та керуючого спрямованого струменю повітря.

Розрахунок характеристик газу на вході в повітряний стовп виконувався при таких припущеннях: рух газу є ізентропічним, газообмін між повітряним стовпом і навколишньою рідиною, а також сила ваги малі. |

Схема потоків повітря на виході піскової насадки гідроциклона (друга фаза регулювання) наведена на рис. рис. 5рис. 3.4, з такими умовними позначеннями:

, , - тиск, густина, швидкість повітря, відповідно, на вході і на виході конфузора, в повітряному стовпі в зоні регулювання і на виході повітряного стовпа , радіус повітряного стовпа . Теоретичний аналіз виконано на основі рівнянь Бернуллі, збереження маси керуючого потока і рівняння стану (ізентропії).

Рис. . Схема потоків повітря в зоні піскового насадка гідроциклона

Побудована система рівнянь.

В результаті для визначення отримано рівняння:

(6)

Розрахунки радіуса повітряного стовпа проведено в пакеті Maple. Результати теоретичного розрахунку радіуса  відповідають експериментальним вимірюванням діаметрам повітряного стовпа при візуалізації процесів на прозорій моделі гідроциклона (див. рис. рис. 6)рис. 3.5. Експерімент підтверджує теоретичні розробки, що стосуються визначення параметрів повітряного стовпа, пов’язаних з ними

технологічних параметрів згущення пульпи в процесі очистки шламових вод і конструктивні параметри регулятора.

Рис. . Перевірка теоретичної моделі: | - заміри діаметра повітряного стовпа на прозорій моделі ГЦ70; –

теоретичний розрахунок радіуса повітряного стовпа .

При однакових граничних умовах теоретичним шляхом обчислено значення радіусу  (див. рис. ), а тестові усереднені заміри величини повітряного стовпа в зоні взаємодії потоків на прозорій моделі показують м.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень пневматичного регулювання роботи напірного гідро циклона. За дослідженнями структури потоків рідини показано, що крім зовнішнього і внутрішнього обертових потоків рідини формується внутрішній повітряний потік у вигляді повітряного стовпа. Візуалізація потоків в зоні піскового насадка отримана на прозорій моделі гідроциклонарис. рис. 4.1) з такими умовними позначеннями:

Рис. . Прозора модель гідроциклона ГЦ70:  

отвори №1-8 для дослідження потоків; 9,10 – потоки повітря і води без регулятора; - кут віяла вигрузки;  - повітряний стовп в зоні дії керуючого потока на виході піскового насадка прирізних величинах кута .

Встановлено, що запропонований новий пневматичний спосіб керування не змінює процес формування потоків в стандартному напірному гідроциклоні і зони їх розподілу.

Показано, що при розширення повітряного стовпа відбувається на рівні вихідного отвору насадки в площині найменшого поперечного перерізу прохідного отвору, при чому відношення діаметра повітряного стовпа до площі перерізу піскової насадки в розглянутій площині є найбільшим, за рахунок чого і досягається максимальна ефективність регулювання витрати.

В статистичному пакеті "Statgrafics"ver.5.1 Manugistics corp. проведено планування активного експерименту з метою визначення оптимальних конструктивних параметрів пневморегулятора (кут  і ширина щілини сопла конфузора ). Графичне відображення результатів експерименту представлено на поверхні відгуку і контурному графікурис. рис. 4.15).

Рис. . Поверхня відгуку і контурний графік в модулі планування експерименту

Чисельне значення оптимальних параметрів розраховано модулем планування експерименту:

Factor | Low | High | Optimum

--------------------------------------

Кут | 20,0 | 40,0 | 30,1875

Щілина | 0,25 | 1,5 | 0,94033

Для дослідження запропонованого нового пневматичного способу регулювання, встановлення якісних взаємозв’язків між конструктивними і технологічними параметрами (кут , ширина щілини сопла L, довжина сопла b, відносна ширина сопла b/L, витрати повітря Q, тиск в насадці , тиск живлення гідроциклона , коефіцієнт згущення , коефіцієнт тиску , число Рейнолдса Re), розробки рекомендацій до конструювання промислового пневматичного регулятора і визначення режимів роботи аппарата було виконано спеціальні екпериментальні дослідження. Результати цих експериментів, аналіз яких здійснено за статистичними методиками (пакет Statistica.0, Statsoft corp.), наведено на рис. рис. 4.15.

При визначенні коефіцієнта витрати насадки було використано відомі рекомендації з розрахунку витрати повітря в звужуючимся соплі[

. ( 7 )

Рис. . Модельні експерименти на гідроциклоні ГЦ50:

- сопло (числа Re: 1- 1165, 2 – 2000-3000, 3- 3000-5000, 4- 5000-6000);

- технологічні параметри процесу згущення шламових вод;

- гідроциклона не впливає на пневматичне керування згущенням.

Отримано функціональні залежності в безрозмірних комплексах (див. рис. а), які визначають режим роботи пневматичного регулятора, тиск і витрати повітря в насадку:

Re=1165:

Re=2000-3000:

Re=3000-5000:

Re>5000:

Технологичні параметри процесу згущення визначає залежність в безрозмірних комплексах (див. рис. б) та :

Установлено, що тиск живлення на вході гідроциклона не впливає на отримані функціональні залежності, які мають спільні узагальнені безрозмірні комплекси (див. рис. в), також не впливає на залежності коефіцієнта витрати насадки від числа і не змінює характер залежності числа від коефіцієнта тиску . Такич чином, при визначенні величини коефіцієнта витрати насадка використано його залежність від коефіцієнта тиску

Отримані залежності в безрозмірних комплексах і дають змогу прогнозувати необхідні зміни тиску в насадці і витрати повітря залежно від зміни тиску живлення та ширини щілини для досягнення запланованого згущення , за умов мінімізації тиску  і витрат повітря.

У п‘ятому розділі приведено результати випробувань промислового гідроциклона ГЦ350 у складі водно-шламової системи ЗФ “Криворізька” ВО “Луганськвуглезбагачення”.

Живленням гідроциклона виступали попередньо сконцентровані в радіальному згущувачі відходи вугільної флотації, вміст твердої фази яких в часі досліджень коливався в межах від до .

Проведено планування двофакторного активно-пасивного эксперименту (кут подачі повітря і ширина щілини сопла конфузора) за яким отримано наведені нижче чисельні значення оптимальних параметрів і:

Factor | Low | Hight | Optimum ГЦ350 (ЗФ) | Optimum ГЦ50 (модель)

Кут | 20,0 | 40,0 | 29,28 | 30,18

Щілина | 0,5 | 1,5 | 0,946 | 0,94

Отриманий оптимальний кут в для промислового насадка, який підтверджує результати модельних досліджень на ГЦ50.

За результатами промислових досліджень запропоновано методику інженерного розрахунку регулювального органа гідроциклона, яка базується на взаємозв’язках між безрозмірними комплексами для різних значень ширини щілини формувача , при оптимальному значенні кута .

Алгоритм інженерного розрахунку основних технологічних параметрів процесу згущення шламів і конструктивних параметрів пневматичного регулятора представлено на рис. .

Рис. . Алгоритм інженерного розрахунку

На підставі отриманих результатів модельних і промислових досліджень гідроциклона розроблена комп'ютерна програма розрахунку параметрів промислового зразка регулювального органа. В алгоритм розрахунку закладено визначення мінімальних значень витрати й тиску повітря в насадці та ширини щілини при заданих значеннях тиску живлення на вході гідроциклона , вмісту твердого в живленні та необхідного ступеня згущення .

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. На підставі аналізу літературних джерел розроблено класифікацію способів і пристроїв керування гідро циклонами з оцінкою основних недоліків існуючих рішень. Показано, що розробка високо надійного регулятора напірного гідроциклона для очистки шламових вод у складі водношламової системи збагачувальної фабрики, який забезпечує керування в автоматичному режимі, є актуальною задачею.

2. На основі аналізу балансу механічної енергії повітряного струменя розроблено та науково обґрунтовано конструкцію пневматичного регулятора гідроциклона, який забезпечує високоефективний безконтактний спосіб очистки шламових вод в стандартних напірних гідроциклонах.

3. Розроблено математичну модель нового способу пневматичного керування роботою напірного гідроциклона, який забезпечує стандартний процес згущення багатофазної суспензії. За допомогою стандартної комп’ютерної програми символьної математики на основі реалізації зазначеної моделі отримана оцінка потенціальної і кінетичної складових енергії направленого керуючого струму повітря, що дозволило обґрунтувати вибір сопла пневморегулятора.

4. Отримано залежності між технологічними параметрами процесу очистки шламових вод і конструктивними параметрами регулятора, визначені оптимальні режими роботи апарата. Доведено, що новий спосіб безконтактного пневматичного керування не порушує рух висхідних та низхідних потоків в зоні піскового насадка на всьому діапазоні зміни вихідних технологічних параметрів.

5. Запроваджено промисловий пневморегулятор напірного гідроциклона у складі водношламової системи збагачувальної фабрики, який забезпечує стабілізацію подальшої технології згущення шламів. В процесі експлуатації встановлено, що регулятор забезпечує згущення шламових вод до рівня у всьому діапазоні зміні густини живлення , що забезпечує ефективну роботу вакуум-фільтрів і освітлення шламових вод для системи зворотного водопостачання збагачувальної фабрики.

6. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено інженерні рекомендації до розрахунку технологічних і конструктивних параметрів промислового пневморегулятора і визначення режиму його роботи та встановлені економічні показники ефективності його промислового впровадження.

7. Техніко-економічні розрахунки, які виконано для гідроциклонного обладнання з пневматичним регулюванням у складі водношламової системи збагачувальної фабрики, дозволяють констатувати зменшення вмісту твердої фази в оборотній воді і збільшення виходу концентрату в розрахунку на кожну тону рядового вугілля. Впровадження пневматичного регулятора проведено на Центральній Збагачувальній фабриці ”Криворізька” Виробничого об’єднання “Луганськвуглезбагачення”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Копаниця Ю.Д. Аналіз сучасних методів керування напірних гідро циклонів і перспективи пневматичних // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. – К.: КНУБА  . – Вип. . – С.29-37.

2. Копаниця  Ю.Д. Розробка і дослідження регулювального органа гідроциклона в промислових умовах // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса: ОДАБА -2007. випуск 25. – С.178-185.

3. Поляков В.Л., Копаниця Ю.Д. Моделювання і розрахунок взаємодії керуючого повітряного струму і потоку пульпи в зоні піскового насадка напірного гідроциклона // Научно-технический сборник “Комунальное хозяйство городов”. – Київ: Техніка. - . випуск 79. – С.241-247.

Особистий внесок Копаниці Ю. Д. полягає у проведенні аналізу сучасних методів керування напірних гідроциклонів і розрахунок взаємодії потоків.

4. Поляков В.Л., Копаниця  Ю.Д. Експериментальні і теоретичні дослідження керування пневматичним регулятором напірного гідроциклону. // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. -2007. випуск 40. – С.187-197.

Особистий внесок Копаниці Ю. Д. полягає у проведенні експериментальних досліджень, визначення особливості протікання процесу регулювання, розробка промислового регулятора, розрахунок за математичною моделлю взаємодії потоків.

5. Копаница Ю.Д. Управление гидроциклоном с помощью энергии струи сжатого воздуха. // Тезисы докладов 52-й научно-практической конференции. – К.: КИСИ. – 1991. – С. 45.

6. Копаниця Ю.Д. Розрахунок промислового пневматичного регулятора напірного гідроциклону. // Тези доповідей 61-ї науково-практичної конференції КНУБА. – 2000. – С. 31.

7. Копаниця Ю.Д. Механізми керування пневматичним регулятором напірного гідроциклона. // Тези доповіді 62-ї науково-практичної конференції КНУБА. – 2001. – С. 45-46.

8. Копаниця Ю.Д. Автоматичне регулювання гідроциклона в складі водно-шламової системи збагачувальної фабрики. / Тези доповідей 63-ї науково-практичної конференції КНУБА. – 2002. – С. 29-30.

9. Копаниця Ю.Д. Пневматичний регулятор напірного гідроциклона в системі зворотнього водопостачання збагачувальної фабрики // Труди міжнародної науково-практичної конференції. – Миргород: -2007.– С.80-82.

10. А. с. СССР . Способ регулирования гидроциклона и устройство для его осуществления / Д.Н.Копаница, Ю.Д.Копаница : - Опубл. в Б.И., 1988, № .

Особистий внесок Копаниці Ю. Д. полягає у проведенні експериментальних досліджень, визначення особливості протікання процесу регулювання, розробка промислового регулятора.

11. А. с.  СССР. Устройство автоматического регулирования гидроциклона / Д. Н. Копаница, Ю. Д. Копаница- Опубл. в Б.И., 1989, № .

Особистий внесок Копаниці Ю. Д. полягає у проведенні експериментальних досліджень, визначення особливості протікання процесу автоматичного регулювання і розробка системи автоматичного керування.

АНОТАЦІЯ

Копаниця Ю. Д. Очистка шламових вод збагачувальних фабрик в напірних гідроциклонах з пневматичним регулятором. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 – Водопостачання, каналізація. – Київський національний університет будівництва і архітектури. Київ, 2007.

Дисертація присвячена вирішеню актуальної проблеми очистки шламових вод збагачувальних фабрик в гідроциклонах.

Приведені результати теоретичних та експериментальних досліджень процесу згущення відходів флотації в напірних гідроциклонах з пневматичним регулятором. Розкрито новий механізм процесу згущення багатофазної шламової води направленим струменєм повітря в зоні піскового насадка гідроциклона.

Експерименти, проведені в лабораторних і промислових умовах показали, що запропонований новий спосіб керування роботою напірних гідроциклонів забезпечує високоефективний безконтактний спосіб очистки шламових вод. На базі отриманих результатів запропоновано більш досконалу технологію стабілізації живлення вакуум-фільтра на всьому діапазоні зміни вихідних параметрів (тиск і густина пульпи) на вході гідроциклона, що забезпечує підвищення якості очистки шламової води, яка використовується в системі зворотнього водопостачання збагачувальної фабрики.

Розроблено методику інженерного розрахунку технологічних параметрів процесу згущення відходів флотації в гідроциклоні і конструктивних параметрів промислового пневматичного регулятора з визначенням оптимального режиму работи апаратів у складі водно-шламової системи.

Ключові слова: гідроциклон, згущення, шламова вода, сопло, конфузор, математична модель, водно-шламова система, вакуум-фільтр.

АННОТАЦИЯ

Копаница Ю. Д. Очистка шламовых вод обогатительных фабрик в напорных гидроциклонах с пневматическим регулятором. – Рукопись.

Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04  Водоснабжение, канализация.  Киевский национальный университет строительства и архитектуры. Киев, 2007.

В диссертации изучается процес очистки шламовых вод в гидроциклонах с пневматическим регулятором, которые установлены в водно-шламовой системе обогатительных фабрик. На основе анализа способов и устройств регулирования работой напорных гидроциклонов разработана классификация и проведен всесторонний анализ проблем и недостатков современных технологических и конструктивных решений управления аппаратами. Установлено отсутствие надёжных и высокоэффективных устройств управления работой напорных гидроциклонов, способных поддерживать оптимальый режим работы аппаратов и заданное качество разделения, и которые обеспечивают автоматический режим работы в составе современных водно-шламовых систем обогатительных фабрик.

Предложен новый способ и устройство бесконтактного пневматического управления стандартными напорными гидроциклоными аппаратами.

На основе математического моделирования, промышленных и модельных исследований получены функциональные зависимости в безразмерных комплексах, которые связывают основные технологические параметры процесса сгущения шламовой воды (коэфициент давления и степень сгущения) с основными конструктивными параметрами сопла регулятора (коэфициент давления, относительная ширина щели сопла и число Рейнольдца). Предложена более совершенная технология управления процессами сгущения шламовых вод гидроциклонами с пневматическим регулированием в составе автоматической водно-шламовой системы, которая стабилизирует процесы обезвоживание отходов флотации в вакуум-фильтрах и повышает качеста очистки шламовой воды.

Раскрыт механизм нового способа пневматического управления гидроциклонами. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены оптимальные конструктивные параметры регулятора (тип сопла, ширина щели и угол направленного управляющего воздушного потока).

Разработана методика инженерного расчёта технологических параметров процесса очистки шламовой воды в гидроциклонах и определение конструктивных параметров пневматического регулятора, а также определение оптимального режима работы гидроциклонного оборудования в составе водно-шламовой системы обогатительной фабрики для поддержания заданного качества оборотной воды.

Сведения, приведенные в диссертационной работе, отражены в печатных работах автора.

Ключевые слова: гидроциклон, сгущение, шламовая вода, сопло, конфузор, математическая модель, водно-шламовая система, вакуум-фильтр.

RESUME

Kopanytsa Y. D. Separating reject waters from the enrichment plants in the pressurizing hydrocyclones with the pneumatic regulation. - the Manuscript.

The thesis for obtaining the degree of the candidate of technical science. Specialization – 05.23.04: “Water supply, sewage system”. The Kyiv National University on Buildings and Architecture. Kyiv, 2007.

The thesis is devoted to finding solution for cleaning the reject waters from the enrichment plants in the hydrocyclones. The results of theoretical and experimental studies of the process of thickening rejects flotation in the pressurizing hydrocyclones with the pneumatic regulation are illustrated. The new mechanisms of the concentration multiphase reject water by directed air jet in the area of sand cover of the hydrocyclone has been discovered

Experiments in the laboratory and industrial conditions indicated that the proposed new methods of managing the operations of the pressurized hydrocyclones provide highly effective approach for cleaning the reject waters.

The obtained results enabled us to propose more advanced technology of stabilizing vacuum-filter supply along the whole diapason of the output parameters (the pressure and pulp thickness) at the entrance of the hydrocyclones. This enable to improve the quality of the cleaning process of the reject waters, which is used in the system of reversed supply of the water to enrichment plant

The engineering calculation method of the technological parameters for the process of thickening rejects waters in the hydrocyclones and design parameters of the industrial pneumatic regulator with the indicator of the optimal regime of the of the equipment operation of the whole water-reject system has been developed

The key terms are: hydrocyclone, thickening, rejects waters, a nozzle, convergent tube, mathematical model, water-reject system, and vacuum-filter.