Эрлифтные установки для очистки зумпфа ствола

Эрлифтные установки для очистки зумпфа ствола

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Красноармейский индустриальный институт

Донецкого национального технического университета

Курсовая работа

По курсу «Средства шахтных установок и гидроподъема»

Тема:

«Эрлифтные установки для очистки зумпфа ствола»

Красноармейск 2013 г

Реферат

Объектом проектирования является эрлифтная установка для очистки зумпфа ствола.

Цель работы - расчет по заданным параметрам эрлифтной установки, а также определение подачи эрлифта, относительного погружения эрлифта, расхода воздуха. Произвести расчет конструктивных элементов.

Ключевые слова: эрлифтная установка, смеситель, струйный аппарат, кольцевая щель.

1.      Назначение и конструкции специальных эрлифтных установок для водоотлива и гидромеханизированной очистки шахтных водосборных емкостей

Опыт длительной эксплуатации эрлифтов в различных отраслях народного хозяйства показывает их высокую надёжность в самых неблагоприятных условиях. Они успешно откачивают агрессивные жидкости и гидросмесь (пульпу), содержащую большое количество абразивных твердых частиц. Однако, необходимым условием эффективной работы эрлифтных установок обычного конструктивного исполнения является наличие достаточной глубины погружения смесителя под уровень жидкости, составляющей не менее 15% от общей длины подъемной трубы эрлифта, что соответствует значению относительного погружения .

Анализ условий шахтных водосборных емкостей показывает, что эрлифтные установки для водоотлива и гидромеханизированной очистки шахтных водосборных емкостей должны удовлетворять следующим основным требованиям:

обеспечивать эффективную работу по гидромеханизированному удалению твердого материала и откачке притока воды при глубинах погружения смесителя до 3м, поднимая при этом гидросмесь на высоту до 50м;

в случае необходимости практически полностью (насухо) удалять гидросмесь из емкости;

подающая часть эрлифта должна обеспечивать прохождение в подъемную трубу всей поступившей в емкость горной массы с кусками твердого материала наибольшей крупности;

иметь подачу, обеспечивающую в подводящей трубе смесителя эрлифта транспортную скорость для гидросмеси (не менее 1,4 м/с).

Эрлифтная установка, оборудованная смесителем с элементами струйного аппарата (рис.1.), содержит подъемный трубопровод 7, воздухопровод 8, соединенный с цилиндрическим коллектором 2, на котором установлен конический сходящий насадок 4 с основанием, выполненным в виде решётки 3, подводящую трубу 1, расположенную соосно с цилиндрической камерой смешения 5. Камера смешения 5 содержит начальный участок 9 и переходный участок 6. Выходное сечение подводящей трубы 1 расположено в одной плоскости с местом перехода конического сходящегося насадка 4 в начальный участок 9 камеры смешения и образует с ним кольцевую щель для впуска сжатого воздуха в камеру смешения.

Рис.1. Схема смесителя с элементами струйного аппарата

Эрлифтные установки, оборудованные смесителем с элементами струйного аппарата, успешно применяются для гидромеханизированной очистки зумпфов скиповых стволов и водозаборных колодцев насосов главного водоотлива, откачки притока воды из зумпфов клетевых стволов при геометрических погружениях смесителя менее 3м и значениях относительных погружений .

2.      Расчет эрлифтной установки для очистки зумпфа ствола

2.1    Исходные данные

Исходные данные:

глубина погружения смесителя- h=2,4 м;

высота подъема гидросмеси- Н=27м;

- максимальная крупность куска твердого материала м;

плотность твердого материала кг/м³.

Расчеты будем производить для эрлифтных установок, оборудованных смесителем с элементами струйного аппарата.

2.2    Подача эрлифта

Необходимая подача эрлифта для очистки шахтных водосборных емкостей определяется по крупности твердого материала и его плотности.

Для надежного транспортирования твердого материала скорость гидросмеси в подводящей трубе должна быть

,

где -критическая скорость в подводящей трубе, вычисляется по зависимости

,

где с₁- коэффициент сопротивления при движении твердого в гидросмеси, принимается равным 0,25; g- ускорение силы тяжести, м/с²; -плотность воды, кг/м³.

Скорость в подводящей трубе принимается на 20…30% выше критической.

 м/с;

 м/с

Подача эрлифта для гидромеханизированной очистки водосборных емкостей

где - диаметр подводящей трубы, выбирается из условия

 м³/ч

2.3    Относительное погружение эрлифта

Основным характерным безразмерным параметром для эрлифтных установок является относительное погружение

,

где h-геометрическое погружение смесителя эрлифта под уровень жидкости, м; Н- высота подъема гидросмеси, м.

 условие выполняется.

2.4    Расход воздуха эрлифтом

Объемный расход свободного воздуха эрлифтом

,

где q-удельный расход воздуха (отношение объемного расхода воздуха к подаче эрлифта), определяется опытным путем.

Для эрлифта, оборудованного смесителем с элементами струйного аппарата, удельный расход воздуха при  определяется по зависимости

,

 м³/ч

2.5    Диаметр подъемной трубы

Для эрлифта, оборудованного смесителем с элементами струйного аппарата, расчетный диаметр подъемной трубы определяется по зависимости

,

где с- коэффициент подачи эрлифта, определяется по формуле

 м

2.6    Расчет отдельных конструктивных элементов специальных эрлифтных установок

Основным конструктивным элементом смесителя с элементами струйного аппарата, определяющим работу эрлифта с относительным погружением , является кольцевая щель.

Массовый расход сжатого воздуха

,

где -плотность атмосферного воздуха при стандартных условиях,  кг/м³.

кг/ч;

Абсолютное давление в камере смешения

,

где P_а- атмосферное давление, Па,

-коэффициент скорости, =0,71.

 Па=121,7 кПа;

Необходимое давление сжатого воздуха в смесителе перед кольцевой щелью

,

где - скорость сжатого воздуха в кольцевой щели, =270…290 м/с;

К-показатель адиабаты, для воздуха К=1,4;=287,1 Дж/кг.град- газовая постоянная воздуха;

Т₁- температура сжатого воздуха, ⁰К.

кПа;

Плотность сжатого воздуха в смесителе

,

где Т₀- температура сжатого воздуха при стандартных условиях, Т₀=293⁰ К.

кг/м³;

Площадь кольцевой щели

,

где -коэффициент расхода для конического сходящегося насадка при центральном угле .

Диаметр кольцевой щели

где - наружный диаметр подводящей трубы, принимается по ГОСТ 8732-78. =121 мм.

Площадь камеры смешения

,

где F_п.т -площадь подводящей трубы, м^2; ,

 м²

м²

Р₂-давление в начале подъемной трубы, , Па

3.      Эксплуатация эрлифтной установки и ТБ

эрлифтная установка шахтный водосборный

Конструкция эрлифтных водоотливных установок должна соответствовать требованиям Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах, Правил технической эксплуатации угольных шахт, а также конкретным условиям работы.

Эрлифтная установка состоит из неподвижных элементов, поэтому монтаж ее, в основном, сводится к монтажу смесителя, воздухоотделителя, всасывающего устройства, подъемного и подающего (всасывающего) трубопроводов и воздухопровода.

Для размещения трубопроводов эрлифтов используют клетьевые или скиповые стволы, в которых кроме подъемных сосудов расположено технологическое оборудование (электрические кабели, воздухопроводы, трубопроводы дегазации и др.). Поэтому эрлифтные водоотливные установки должны иметь минимальное сечение в плане, быть доступными для ремонта и осмотра, а также не допускать при работе выбросов воды из воздухоотделителей.

Для обеспечения минимальных размеров в плане рекомендуется схема эрлифтов с внутренним воздухопроводом и соединение труб при помощи сварки или резьбовых муфт. Воздухоотделители эрлифтов должны быть ограниченными по площади и вытянутыми в вертикальном направлении или выносными (в примыкающие к стволу выработки).

Основные трудности возникают при монтаже трубопроводов установки, если он производится снизу вверх. В подземных выработках трубы соединяют с помощью фланцев. В шахтном стволе трубопроводы прокладывают в специальном трубном отделении, а в горизонтальных выработках - на деревянных или бетонных подставках или подвешивают к крепи с помощью хомутов. Воздухопроводы должны иметь уклон (0,03-0,05) в сторону движения сжатого воздуха таким образом, чтобы расстояние от кабелей электропривода и электрооборудования составляло не менее 0,5 м. Трубопроводы подлежат техническому освидетельствованию не реже одного раза в год (наружный осмотр трубопроводов, находящихся под давлением), а также перед пуском в эксплуатацию и после ремонта, связанного со сваркой стыков. Гидравлические испытания трубопроводов на прочность и плотность проводят одновременно при давлении, составляющем 1,25 рабочего давления (но не менее 0,2 МПа).

Проходческие эрлифтные водоотливные установки, как правило, используют при проходке вертикальных стволов для перекачивания на поверхность или на вышележащий горизонт воды, улавливаемой водоулавливающими кольцами. Так как в вертикальных стволах при проходке отсутствует армировка, то проходческие эрлифты монтируют на канате, закрепленном к проходческой лебедке. Соединение труб диаметром более 50 мм рекомендуется производить с помощью фланцев, что упрощает крепление трубопроводов эрлифта к несущему канату и позволяет изменять их длину, рассоединяя стык и вставляя трубу. Так же, как для вспомогательных эрлифтных водоотливных установок, для проходческих эрлифтов не допускаются выбросы воды из воздухоотделителей. Кроме этого они должны иметь минимальные размеры в плане или быть вынесены в примыкающие к стволу выработки. Если откачиваемая проходческим водоотливным эрлифтом вода сбрасывается в примыкающую выработку на расстоянии не более 2-3 м от ствола, то вместо воздухоотделителя на конце подъемной трубы устанавливают колено, направляющее выходящую из нее водовоздушную смесь в сторону сбрасывания.

Наиболее разнообразны по параметрам и условиям работы эрлифты зумпфового водоотлива и комплексы для гидравлической очистки зумпфов скиповых стволов и водосборников. Характерные отличия зумпфовых эрлифтов: малые глубины погружения смесителей (h=1÷5 м); малые относительные погружения (0,1÷0,2); возможность работы на воде, содержащей значительные примеси угля и пород; периодичность работы в течение суток. Для повышения экономичности данных эрлифтов при питании их сжатым воздухом от общешахтной пневмосети необходимо применять эжекторы, а при отсутствии пневмоэнергии в шахте - специальные воздуходувки с давлением, близким к расчетному.

Так как любая эрлифтная водоотливная установка состоит, в основном, только из труб, техническое обслуживание ее заключается в уходе за генераторами энергии - компрессорами, вакуумными насосами или общешахтной пневматической сетью. Характерные неисправности эрлифтных установок, причины и способы их устранения приведены в табл. 1.

Таблица 1

Неисправности эрлифтных установок