книги из ГПНТБ / Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие

Крупность загружаемого питателями материала зависит от диаметра трубопровода, причем в процессе загрузки ои не подвер­ гается деградации (как в насосах). Достоинствами питателей является также возможность обеспечения заданной концентрации гидросмеси и ее регулирования путем изменения интенсивности подачи мате­

две группы в соответствии с их рабочим процессом и взаимодей­ ствием с напорной жидкостью. К первой группе относятся питатели непрерывного действия, осуществляющие непрерывную подачу тран­ спортируемого материала в трубопровод (шнековые, центробежные и др.); ко второй — питатели циклического действия, в которых отдельные емкости подающего устройства поочередно сообщаются с напорной магистралью (камерные, трубчатые и др.). Агрегат из нескольких камер позволяет добиться практически непрерывного и равномерного образования гидросмеси; однако при таком объеди­ нении каждая секция должна работать по строго установленному

в условиях горного производства оказались камерные гидравличе­ ские питатели. На рис. 95 приведен общий вид камерного питателя конструкции ИГД им. А. А. Скочинского. Устройство состоит из следующих основных частей: уравнительных верхних камер 1 и 2, смесительных пижних камер 3 и 4, затворов 5, управляемых от гидравлических цилиндров 6 и масляного гидропривода 7. Питатель попеременно загружается на две камеры дозатором 8 через точки 9. Конструкция покоится на раме 11 и укреплена каркасом 10. Близ­ ким по конструкции является питатель Леииногорского комбината.

Работа загрузочного аппарата осуществляется с периодическим обменом порций породы, загружаемых в верхние камеры, на равные объемы напорной воды, заключенные в нижних камерах. Процесс выполняется с помощью уравнительного 12 и сливного 13 трубопро­ водов. Порции породы направляются попеременно из правой и левой нижних камер, управляемых герметическими затворами, и под действием силы тяжести разгружаются в транспортный трубопро­ вод 14.

По такой схеме гидравлический питатель перегружает около 25 м8/ч породы (порция одной загрузки около 0,1 м3 при продолжи­ тельности цикла 25 с. Уплотненные устройства и затворы рассчитаны на работу с высокими давлениями воды.

В угольной промышленности для гидротранспорта породы в за­ водском исполнении (Ворошиловградский завод им. Пархоменко) при­ меняются гидравлические питатели типа АЗВ (аппарат загрузочный высоконапорный) производительностью до 50 м3/ч при давлении 7 -1 0 6 Н /м2. Работа загрузочного устройства основана на принципе

2 1 2

шлюзования материала в камерах по определенному циклу. За­ грузка верхней камеры каждой секции производится качающейся воронкой при атмосферном давлении. Затем закрывается затвор камеры, в ней выравнивается давление (заполнением водой). Откры­ вается нижний затвор и под действием силы тяжести происходит подача материала в транспортный трубопровод. Поскольку процесс

шлюзования, разгрузки нижней камеры, а затем подготовки верх­ ней камеры (со сливом объема воды, равного объему материала) для приема твердого материала связаны с определенной задержкой во времени материала в камерах питателя, то для увеличения про­ пускной способности производится чередование циклов работы камер в двух секциях.

Открывание и закрывание затворов выполняется по заданной циклограмме автоматически, т. е. по производительности установки регулируется объем загружаемого материала, продолжительность цикла и расход воды на вымыв материала из нижней камеры.

213

Питатель типа АЗВ выполняется по схеме рис. 95 и состоит из двух уравнительных камер, одной общей смесительной камеры, четырех сферических затворов, приемных загрузочных воронок, дозатора, уравнительного золотника и гидравлических цилиндров, предназначенных для привода затворов, а также из запорного вентиля задвижки для воды и гидросмеси. Аппарат снабжен насосом для подачи вытесняемой воды непосредственно в напорной трубо­ провод. Выполняется питатель из стального литья. Применен ыа шахтах для подачи породы от проходки выработок в выработанное пространство.

Для создания питателей камерного типа существенное значение имеет форма сосудов (камер) и диаметр проходных отверстий. Опыт­ ными работами установлено, что наиболее целесообразным является отношение диаметра наибольших кусков материала к диаметру проходного отверстия около г/ъ. В этом случае разгрузочная спо­ собность гидросмеси наибольшая. Максимальную пропускную спо­ собность обеспечивает сосуд конической формы с углом конус­ ности 60°. Двухкамерные загрузочные аппараты, повторяющие принципиальную схему ПК и АЗВ (с одной секцией и большими размерами камер), применены на отдельных рудниках за границей.

Процесс шлюзования и разгрузки угля из камер в трубопровод под действием силы тяжести происходит менее эффективно, чем для более тяжелых материалов (пород или руд); кроме того, посту­ пление материала оказывается неравномерным. Поэтому с целью интенсификации процесса и равномерной загрузки угля в трубопро­ вод в отдельных конструкциях загрузочных устройств предусматри­ вается ввод материала шнеком.

Гидротранспортные установки с питателями могут быть выпол­ нены без сброса напорной воды (питатели непрерывного действия) и со сбросом технологической напорной воды (питатели цикличного действия). Последние разделяются на водовытесняющие (сброс технологической жидкости производится в результате загрузки материала) и водообменные, загрузка материала в которые произ­ водится только после предварительного выпуска воды. По водообмен­ ной схеме выполнен однокамерный гидравлический питатель поль­ ской конструкции типа ГИГ, в котором разгрузка камеры больших размеров производится шнеком. Питатели этого типа успешно применяют на угольных шахтах длительное время (более 10 лет).

На рис. 96 приведен однокамерный питатель в сочетании со шнековым дозатором. Порция угля (или породы) поступает в прием­ ную воронку, а затем в камеру загрузочного аппарата. Загрузка осуществляется после отключения питателя от транспортной си­ стемы путем закрывания затворов на водопроводе и рабочем трубо­ проводе; опорожнение камеры от воды происходит через сливную трубу. После наполнения камеры углем или породой закрывается клапанный затвор и отключается сливная труба, одновременно по трубе производится заливка в камеру воды. Затем открываются затворы на водопроводе и рабочем трубопроводе, приходит в двя-

214

жение шнековой дозатор и происходит разгрузка в трубо­ провод.

Автоматическое управление затворами производится с помощью сервомотора и гидравлического привода. Производительность гидра­ влического питателя со сдвоенными камерами, работающими перио­

установки размещается в стесненных условиях горных выработок, создана отечественная конструкция трубчатых загрузочных устройств. Питатель типа АЗТ Ясиноватского машиностроитель­ ного завода выполняется для параметров: производительность 150—200 т/ч угля, рабочее давление 80-105 Н /м 2. В таком за­ грузочном устройстве камерами являются отдельные горизон­ тальные участки труб, а загрузка камер гидросмесью производится

215

гндроэлеватором или насосом (обычно тихоходным) для гидро­ смесей.

Трубчатые питатели обеспечивают производительность по по­ роде 140 т/ч и более (крупность кусков до 80 мм) при рабочем да­

цикла 96—100 с, время переключения одного затвора 3—4 с. Такие питатели целесообразны в схемах гидромеханизации шахт

для транспортирования гидросмесей в пределах подземных выра­

тока по восходящей схеме (рис. 97). Питатель работает на гидро­ смеси по следующей схеме: если камера I I I при закрытых затворах в линиях подготовлена для разгрузки, то в камере I I осуществляется рабочий процесс подачи гидросмеси в транспортный трубопровод 7; при открытом затворе в линии высоконапорного насоса 4 в камере I происходит слив воды в зумпф насоса 4 и одновременно загрузка камеры из линии трубопровода 1. Регулирование подачи породы вращающимися диском 3 в восходящий патрубок трубопровода производится изменением зазора между диском и патрубком. Досто­ инство конструкции — возмояшость работы на гидросмеси и приме­ нение менее подверженного износу диска вместо более изнашиваемого (особенно на породах) шнека; для загрузки используют насос.

Для создания требуемого напора воды используются центро­ бежные водяные насосы или поршневые с высоким к. п. д. Произ­

216

водительность установок при диаметре транспортирующего трубо­ провода 450 и 500 мм может достигать для камерных питателей 500 и 1000 т/ч соответственно. Соотношение твердого и воды в гидро­ смеси— до 1 : 1,5 по весу. Опыт показывает, что куски породы, диаметр которых достигает 0,3 внутреннего диаметра труб, проходят через питатели.

При эксплуатации загрузочных аппаратов в гпдротранспортный комплекс обычно входят: опрокидыватель, пластинчатый питатель, грохот-ритатель, дробильное оборудование, ленточный конвейер, сепаратор для улавливания металла, качающийся питатель и загру­ зочный аппарат. Объем бункера для материала выбирают пз расчета не менее одного электровозного состава вагонеток и с учетом коэффи­ циента неравномерности подачи. Кроме того, бункер готового мате­ риала должен иметь аварийную емкость, объем которой должен соответствовать объему материала, содержащегося в трубопроводе.

Для гидрошахт, где полезное ископаемое поступает в виде гидро­ смеси, твердый материал отделяется от воды на дуговых ситах или грохотах. В этом случае требуется дополнительная емкость для воды и породы. Размер водосборника для отработанной воды выби­ рается из условий аварийного сброса гидросмеси из трубопровода. Вместо слива отработанных вод возможно использование насоса для ввода их в напорный трубопровод.

П р и р а с ч е т е г и д р а в л и ч е с к и х п и т а т е л е й определяют число камер из равенства их количеству соответствующих несовмещенных операций. Затем рассчитывают минимальную емкость камер из соотношения

V = (?s( 2 if; + ?,)’ м2/мин, (VIII.5)

где Qs — минимальная производительность питателя по загрузке,

м2/мин; 2 — суммарная продолжительность несовмещенного по времени переключения затворов, мин; Т — длительность истечения гидросмеси из камеры, мин.

По заданному Qs определяют по формулам для гидротранспорта (см. гл. IV) диаметр трубопровода и рабочую скорость потока; выбирают затворы для переключения камер (одинакового сечения с проходным отверстием, равным диаметру труб), затем находят

§ 5. ГИДРОЭЛЕВАТОРЫ И ЭРЛИФТИЫЕ УСТАНОВКИ

Для напорного гидравлического транспорта горных пород на предприятиях горной н геологоразведочной отраслей получили распространение установки, оборудованные гидроэлеваторами (струйными насосами), а в ограниченных масштабах и эрлифтами.

Г и д р о э л е в а т о р ы , или струйные насосы, являются наи­ более простыми устройствами для перемещения гидросмеси. Основные

217

достоинства их: отсутствие движущихся частей, нечувствитель­ ность к попаданию воздуха в трубопровод, способность пропускать породу со сравнительно крупными фракциями, простота обслужи­ вания, небольшие размеры и вес. Однако гидроэлеваторы имеют низкий к. п. д. — практически не более 0,20, так как используют значительный объем рабочей жидкости для всасывания и перемеще­ ния гидросмеси.

Действие струйного насоса основано на том, что выходящая

смеси в камеру смещения. Здесь струя, обладающая значительным

6

_Л

и

Рис. 98. Принципиальная схема гндроэлеватора:

1 , 2 аЗ — для гндроэлеватора прп 40, 35 и 3010s Н/м2 в напорноВ трубе, 4 — характеристика трубопровода, S — высота подачи гидросмеси, 6 — рабочая точка (при у >» 13 кН/ы2)

запасом энергии, смешивается с гидросмесью или твердыми части­ цами и проталкивает ее через диффузор в рабочий трубопровод. Происходит смешение двух потоков, движущихся с различными скоростями, что вызывает значительные потери энергии.

Рабочие характеристики гндроэлеватора аналогичны таковым по воде и гидросмеси для центробежных насосов. Кривые напорной характеристики Я (Q) представлены на рис. 98, б. Они свидетель­ ствуют о значительном снижении давления на выходе из гидро­ элеватора (в транспортном трубопроводе) по сравнению с давлением у насадки. Для гидроэлеваторов с различными конструктивными параметрами испытаниями установлено, что область максимальных

в насадке Я 0) и расхода Q — 1,2—1,4 (отношение весового расхода всасываемой жидкости к расходу рабочей жидкости Q0). Из этого следует, что низконапорные аппараты более экономичны. Высота всасывания не должна быть более 2—3 м (при малых D).

Конструкции струйных насосов различаются исполнением в за­ висимости от условий их применения. Корпус гндроэлеватора

218

отливается из чугуна или стали, а чаще всего представляет собой сварную конструкцию, обычно составляемую из труб различной длины и различного диаметра, соединенных между собой при по­ мощи плавных переходов. Насадка и горловина гидроэлеватора состоят также из стальных или чугунных деталей; в редких случаях насадка изготавливается из бронзы. В гидроэлеваторах обычной

Рис. 99. .Конструктивные схемы гидроэлеваторов:

а— для мелкоизмельченных материалов; б — для рядовой горной массы

конструкции применяется в основном центральная насадка, по­ дающая воду в горловину. Реже применяются гидроэлеваторы с кольцевой (периферической) насадкой.

На рис. 99, а приведена схема гидроэлеватора, конструктивной особенностью которой является наличие, помимо насадки 1 и ка­ меры 2, вставки 3 с горловиной, камерой смешения и диффузором 4, что обеспечивает безотрывный вход струи жидкости в камеру смеше­ ния и уменьшение гидравлических потерь. Гидроэлеваторы такой

219

конструкции с нижним патрубком 5 нашли широкое применение для перекачки шламов.

Для условий гидротранспорта смесей пород кусковой фракции (в условиях россыпей) Б. Э. Фридманом предложена и применяется несколько отличная конструкция струйного насоса (см. рис. 99, б). В пей напорный поток воды поступает в насос через насадку, выпол­ ненную в виде прямого патрубка 1 и конической части 2. Для пред­ охранения насадки от ударов кусков материала предусматриваются ребра 3. Насадка устанавливается в приемной камере 4 насоса. Входной патрубок 5 приваривается к корпусу гидроэлеватора под максимально возможным углом, причем его поперечное сечение выполняется в форме усеченного конуса с минимально допустимым размером диаметра при входе в камеру 4; величина этого диаметра должна быть несколько больше (па 5—10%) диаметра горловины.

Переход от приемно-смесительной камеры 4 в камеру смешения 6 осуществляется через горизонтальную вставку (горловину). Во избе­ жание лишних сопротивлений этот переход должен быть возможно более плавным. Диффузор 7 рекомендуется выполнять из трех гладкостепных секций с различными углами наклона по всей его длине (начиная от горловины, 1,2 и 6,5°).

Возможность использования гидроэлеваторов при сухой за­ грузке (работа транспортной системы в сочетании с погрузочной машиной, экскаватором и др.) определяет существенные конструк­ тивные особенности выполнения струйных насосов, особенно при работе на кусковых материалах. Гидроэлеватор в этом случае вы­ полняется с загрузочной воронкой, а размер горловины должен быть больше максимальных размеров кусков в 2—2,5 раза. Подача кусковых материалов в загрузочную воронку должна осуществляться равномерной струей.

Такие насосы на россыпях часто загружаются породой в смеси с водой из желоба. Опыт показал, что в этих условиях работы (длина трубопровода около 40 м, высота подачи 3 м) для гидроэлеватора с всасывающим патрубком требуется па 15% больше расхода энергии на транспортирование 1 м3 материала, напор воды около 45 м, произ­ водительность до 40 м3/ч песчано-гравийной смеси. Для быстрой замены изношенной насадки вместо литой применяется насадка, корпус которой изготовляют из стали толщиной 3—4 мм.

Поскольку конструкции гидроэлеваторов весьма просты, изго­ товление их производится обычно в производственных мастерских из листовой стали; они имеют небольшой вес и малые габаритные размеры. Однако целесообразно заводское их изготовление, что обеспечивает соблюдение точности и тщательности выполнения конструкции в соответствии с требованиями гидродинамики.

Для эффективной работы струйных насосов следует предусматри­ вать устройства, обеспечивающие перемещение насадки в продоль­ ном по оси направлении для установления в процессе эксплуатации оптимального расстояния между насадками и горловиной. В этом случае для струйного насоса выполняют насадку, направленную

220