Яценко А.Ф., доц., к.т.н, Устименко Т.А., доц., к.т.н.
Донецкий национальный технический университет
Получены масштабные коэффициенты для расчета модельной установки, что позволяет определить основные параметры системы заполнения углесоса.
Проблема и ее связь с научными или практическими задачами
В настоящее время практически все насосы, используемые в промышленности, имеют положительную высоту всасывания, а это требует предварительного заполнения всасывающего трубопровода и корпуса насоса перекачиваемой жидкостью. Значительные трудности возникают при заполнении насосов, перекачивающих загрязненные жидкости (земснаряды, шламовые и фекальные насосы, углесосы и т.д.).
Анализ исследований и публикаций
Как известно, эти типы насосов не допускают установки обратного клапана на всасывающем трубопроводе и поэтому известные способы заполнения для них неприемлемы. Разработанные способы заполнения [1,2,3] позволяют исключить применение обратного клапана.
В ДонНТУ разработан метод заполнения насосов с использованием эксгаустеров. При экспериментальных исследованиях в качестве эксгаустера применялся водовоздушный эжектор.
Постановка задачи
Для внедрения предложенного метода в промышленность было необходимо провести широкомасштабные исследования на лабораторных и полупромышленных установках. Для того, чтобы эти испытания можно было распространить на целый класс промышленных установок, необходимо получить математическую модель процесса в критериальной форме. Использование теории подобия позволит решить поставленную задачу наиболее эффективно.
Изложение материала и результаты
Составим математическую модель и определим критерии подобия. В [3] получено дифференциальное уравнение заполнения насоса (углесоса) имеет вид:
dW=ωdH+dw+dwпод
dW - элементарный объем воздуха, удаляемый эксгаустером;
ωdH - элементарный объем воздуха, вытесняемый столбом воды при подъеме на высоту dH;
dw - приращение объема воздуха в связи с понижением давления;
dwпод - элементарный объем подсасываемого воздуха за время dt (время изменения уровня воды в трубопроводе на высоту dH).
Выразим элементарный объем воздуха через
и
а
и, принимая процесс расширения воздуха изотермическим, получим:
Так как
и
имеем
где Pa- атмосферное давление;
L, ω соответственно, длина и площадь сечения всасывающего трубопровода;
Qэ - расход эксгаустера; А-площадь эквивалентного отверстия, через которое проходит то же количество воздуха, что и подсасывается через неплотности системы;ρ, ρa- плотность воды и воздуха при атмосферных условиях.
Сделав ряд преобразований и введя приведенную длину всасывающего трубопровода L=w/ω, соответствующую длине всасывающего трубопровода с объемом w, и сделав ряд преобразований, имеем:
где k=A/ω - отношение площади эквивалентного отверстия к площади сечения трубопровода,
vвозд = Qэ /ω - условная скорость движения воздуха по всасывающему трубопроводу.
Рис. 1. Схема расчета
Перейдем к безразмерным комплексам. Характерной длиной может быть выбрана высота всасывания или длина всасывающего трубопровода. Характерная скорость – скорость подъема воды во всасывающем трубопроводе. Характерное время- время заполнения углесоса. Задавшись масштабным коэффициентом al, получим Hвс =al hвс, а соответственно и масштаб давления
Принимая во внимание, что ρн = ρм, и gм = gн получим
таким образом, aр = al
Определим масштаб для скорости:
 , т.е. 
Масштаб времени :
Масштаб для расхода воздуха, отсасываемого эжектором:
Таким образом получены все масштабные коэффициенты, необходимые для расчета модельной экспериментальной установки.
Промышленная установка имеет следующие параметры: диаметр всасывающего трубопровода – 400 мм, длина - 19 м, превышение всасывающего трубопровода над осью углесоса – 1,5 м.
Принимая масштаб линейного уменьшения al =4, получаем следующие параметры лабораторной (модельной) установки: диаметр всасывающего трубопровода 100 мм, длина 4,75 м, превышение 0,375 м, высота всасывания 1,25 м, номинальная подача 48,5 м3/час.
Выводы и направление дальнейших исследований
Полученные результаты позволяют предварительно определить необходимую производительность эксгаустера и при проектировании промышленной установки (например, установки с земснарядом или углесосом), определить основные параметры системы заполнения и проверить их на модели.
Список литературы
1. Никитин В.И., Чинов В.Г. Заливка углесосов напорным потоком через насадку. «Уголь Украины»,1968, №1
2. Яценко А.Ф. Заливка насосных и углесосных установок. Разработка месторождений полезных ископаемых, Техника, К., 1968.
3. Кремез С.А. Экспериментальные исследования эжектирующего действия задвижки , установленной перед насосом на приподнятом всасывающем трубопроводе/Гидромелиорация и гидротехническое строительство: Респ. межвед.научн.-техн. Сб.-Львов,1981.- Вып.9.-c.42-45.
|
