Гидравлический транспорт. Опыт эксплуатации на Севере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Политехнический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования

«СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ М.К. АММОСОВА» в г. Мирном

Кафедра Горного дела

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ: КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ. КОНСТРУКЦИЯ. МЕТОД РАСЧЕТА. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

По дисциплине «Транспортные машины»

Выполнил: ст. гр. ГМ14-4

Павлова А.А.

Проверил: д.т.н., проф.

Монастырский В.Ф.

Мирный 2019 г.



Содержание

Введение

Классификация транспортных машин

Гидравлический транспорт

Метод расчета

Опыт эксплуатации в условиях Севера

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В этой работе мы будем рассматривать классификацию транспортных машин, гидравлический транспорт, конструкцию, метод расчета и опыт эксплуатации в условиях Севера.

На установках гидравлического транспорта насыпной груз перемещается по трубам или желобам в струе жидкости, как правило, - воды. Смесь его с водой называется гидросмесью, или пульпой. Консистенцию пульпы определяет соотношение количества составляющих ее твердого и жидкого компонентов.

Пульпа перемещается по желобам (каналам) самотеком, поэтому желоб должен быть наклонен в сторону движения.

По трубопроводам пульпа транспортируется как самотеком, так и под напором, создаваемым насосом. В последнем случае груз может перемещаться не только вниз, но и по горизонтали или вверх.

Гидравлическое транспортирование насыпных грузов нашло применение на предприятиях горной промышленности в транспортировании и подъеме на поверхность угля, руд и других полезных ископаемых, транспортирование материалов для закладки выработанных пространств; на обогатительных фабриках используются в технологических процессах: для подачи воды, суспензии, пульпы, реагентов; также перекачивается загрязненная вода в илонакопитель и др.

К преимуществам гидравлического транспорта относятся высокая производительность и большая длина транспортирования без перегрузок по сложной трассе с подъемами под любым углом и по вертикали; отсутствие механического оборудования на трассе трубопровода (за исключением сосредоточенных в отдельных пунктах машинных отделений) и, следовательно, несложное техническое обслуживание; возможность совмещения транспортирования с некоторыми технологическими процессами («мокрым» обогащением полезных ископаемых, гашением и гранулированием шлаков, сортированием по крупности и т.п.); возможность полной автоматизации и невысокая трудоемкость и пр.

Недостатки гидравлического транспорта, сужающими область его применения, являются ограничения по роду и характеристикам перемещаемых грузов, в частности по крупности, что вызывает нередко необходимость предварительного дробления груза; повышенный износ трубопровода и входящих в соприкосновение с гидросмесью механических частей при перемещении абразивных грузов; увеличенный расход энергии; потребность в больших количествах воды; опасность замерзания в зимних условиях; повышение влажности в закрытых помещениях и др.



Классификация транспортных машин

В настоящее время на горных предприятиях эксплуатируется большое количество различных транспортных машин и установок, которые отличаются друг от друга принципом действия, способом перемещения груза, конструктивными и другими признаками.

Транспортные машины принято классифицировать по основному признаку - принципу действия: на машины непрерывного действия, перемещающие груз непрерывным потоком, и машины цикличного действия, при работе которых четко выражен цикл работы: погрузка горной массы в машину, движение с грузом, разгрузка и движение без груза (порожняком) к месту погрузки (далее цикл повторяется).

К машинам непрерывного действия относятся конвейеры (всех типов), гидравлические транспортные установки и т.д.

К машинам цикличного действия относят железнодорожные составы, автомобили, скиповые подъемники и т.д.

По способу передачи перемещаемому грузу движущей силы:

а) действующие при помощи механического привода;

б) самотечные устройства, в которых груз перемещается под действием собственной силы тяжести;

в) устройства пневматического и гидравлического транспорта, в которых движущей силой является поток воздуха или струя воды.

По характеру приложения движущей силы и конструкции: с тяговым элементом (лентой, цепью, канатом); без тягового элемента.

По роду перемещаемых грузов: для насыпных и для штучных грузов.

По направлению и трассе перемещения грузов:

а) вертикально замкнутые, которые располагаются в вертикальной плоскости и перемещают грузы по трассе, состоящей из одного или нескольких прямолинейных отрезков;

б) горизонтально замкнутые, которые располагаются в одной горизонтальной плоскости на одном горизонтальном уровне по замкнутой трассе;

в) пространственные, которые располагаются в пространстве и перемещают грузы по сложной пространственной трассе с горизонтальными, наклонными и вертикальными участками.

По характеру движения грузонесущего (рабочего) элемента (лента, настил, подвески, тележки) различают конвейеры:

а) с непрерывным движением;

б) с периодическим (пульсирующим) движением (рабочий элемент может иметь поступательное, возвратно-поступательное, вращательное, колебательное).

По назначению и положению на производственной площадке различают конвейеры:

а) стационарные;

б) подвижные распределительные с собственным попеременно возвратным фиксированным движением (челноковые);

в) переставные (переставляемые по мере изменения мест выработки в шахте или карьере);

г) переносные;

д) передвижные.

Гидравлический транспорт

Конструкция

Основные схемы установок показаны на рис.1, а и б. В схеме, изображенной на рис.1, а, пульпонасос из резервуара забирает пульпу и нагнетает ее в трубопровод.

В схеме, показанной на рис. 1, б, водяной насос забирает воду из резервуара и нагнетает ее в трубопровод, а перемещаемый груз вводится в трубопровод специальным устройством, в данном случае представляющим собой камеру с герметичным вращающимся барабанным питателем.

Преимуществом первой схемы является отсутствие довольно сложного питающего устройства, а второй - упрощение основного механического агрегата - водяного насоса, работающего на чистой воде, и, главное, уменьшение его износа и повреждений твердыми частицами груза.

В конечном пункте установки пульпа может выбрасываться из трубопровода непосредственно в приемный резервуар (рис. 1, б) или приниматься на водоотделяющий грохот. При необходимости осветленная вода из приемного резервуара отдельным насосом перекачивается в резервуар для пульпы и снова поступает в трубопровод, совершая замкнутый цикл.

В отдельных случаях, если напор может быть создан разностью уровней, насыпной груз и вода подаются в приемную смесительную воронку (рис.1, в).

транспортный гидравлический установка север

Рис.1. Схемы гидротранспортных установок: а - с пульпонасосом; б - с водяным насосом и питателем; в - самотечная; 1 - водопровод; 2 - пульпонасос; 3 - пульпопровод; 4 - насос для осветленной воды; 5 - водоотделительный грохот; 6 - резервуар для пульпы; 7 - водяной насос; 8 - бункер для породы с питателем; 9 -резервуар для воды; 10 - резервуар для пульпы; 11 - бункер для породы; 12 - смесительная воронка.



Насос является основным элементом насосной установки, состоящей из всасывающей линии, насоса, нагнетательной линии и привода. Забор жидкости во всасывающий трубопровод производится через сетку и всасывающий обратный клапан. Подача жидкости осуществляется по нагнетательному трубопроводу в напорную (приемную) емкость. На нагнетательном трубопроводе устанавливается запорно-регулирующая арматура и расходомер.

В зависимости от способа передачи энергии жидкостям насосы подразделяются на объемные, лопастные, струйные.

В объемных насосах энергия передается путем периодического изменения объема рабочих камер. По конструкции они бывают поршневые, роторно-пластинчатые и роторно-зубчатые.

В лопастных насосах кинетическая энергия сообщается жидкости с помощью вращающихся лопастей. Преобразование энергии двигателя в них происходит в процессе обтекания жидкостью лопастей рабочего колеса и их силового воздействия на поток. При этом создается непрерывное перемещение жидкости от центра колеса к его периферии (центробежные насосы) либо в осевом направлении (осевые насосы). К этому типу насосов относят также вихревые насосы.

В струйных насосах для передачи энергии используется кинетическая энергия струи пара или жидкости, которая преобразуется в потенциальную энергию давления жидкости.

Центробежный насос. Основными элементами, общими для всех разнообразных конструкций центробежных насосов, являются (рис. 2.): всасывающий патрубок, рабочее колесо с лопатками, корпус спиральной формы и напорный патрубок.

Всасывающий патрубок соединяет корпус насоса с всасывающим трубопроводом, напорный патрубок - с напорным трубопроводом. Рабочее колесо насоса жестко насажено на вал, представляет собой единую отливку и имеет передний и задний диски с изогнутыми лопастями между ними. Корпус насоса не является осесимметричным; между внешним обводом колеса и корпусом имеется спиральная камера (спиральный отвод), по которой жидкость плавно отводится от рабочего колеса в напорный трубопровод.

Рис. 2. Конструкция одноступенчатого центробежного насоса 1 - всасывающий патрубок; 2 - рабочее колесо с лопатками; 3 - корпус; 4 - напорный патрубок; 5 - спиральный отвод

Жидкость при вращении рабочего колеса под действием центробежных сил движется от его центра к периферии и далее поступает в спиральную камеру, напорный патрубок и напорный трубопровод. В спиральном отводе скорость снижается, и происходит частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную. В центральной части колеса образуется вакуум, под действием которого происходит поступление жидкости в насос из всасывающего трубопровода. При вращении колеса обеспечиваются непрерывное движение жидкости и ее поступление в сеть.

Осевой насос. В результате динамического воздействия лопасти на жидкость давление над лопастью повышается, а под ней уменьшается. Благодаря возникающей подъемной силе, частицы жидкости двигаются вдоль оси рабочего колеса, одновременно с этим поток закручивается. Для прекращения вращения жидкости за рабочим колесом установлен направляющий аппарат, на выходе которого расположен напорный патрубок.

Для регулирования подачи, и обеспечения высокого КПД в широком диапазоне изменения скоростей вращения рабочего колеса, используют осевые насосы с поворотными лопастями.

Рабочее колесо состоит из втулки, на котором закреплены лопатки, представляющие собой обтекаемое изогнутое крыло, с закрученной передней, набегающей на лоток кромкой. Рабочее колесо вращается в трубчатой камере в результате чего основная масса потока движется через направляющий аппарат в отвод в осевом направлении. Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленной втулке лопатками рабочего колеса и с поворотными лопастями.

Вихревые насосы. Вихревой насос относится к динамическим, движение жидкости в нем осуществляется за счет сил инерции и трения. От рабочего колеса энергия передается частицам жидкости, которая через спрофилированные каналы поступает из линии всасывания в линию нагнетания.

Рабочее колесо вихревого насоса: лопатки рабочего колеса вихревого насоса спрофилированы таким образом, что при движении жидкость направляется от внутренней части канала к внешней, приобретая окружную составляющую скорости.

Происходит активное смешивание жидкости поступающей от рабочего колеса и текущей по каналу за счет сил инерции. В результате взаимодействия частиц с различными скоростями и направлениями движения возникают интенсивные вихри, что ведет к значительным потерям энергии.

Рабочее колесо с внутренним и внешним диаметрами представляет собой плоский диск с короткими, радиальными, прямолинейными лопатками с шириной, расположенной на периферии колеса. В корпусе предусматривается кольцевая полость, в которую входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ плотно примыкает к наружным торцам и боковой поверхности лопаток и разделяет всасывающий и напорный патрубки. При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под действием центробежной силы закручивается в кольцевые полости. Отличительная особенность вихревых насосов заключается в том, что одна и та же частица жидкости двигаясь по винтовой траектории на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопаточное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, и следствие напора. В результате этого вихревой насос в состоянии развить напор 2-4 раза больший, чем центробежный насос при одном и том же диаметре колеса, т.е. при одной окружной скорости.

Трубопровод

Подвод (подводящее устройство) устанавливается на всасывающей стороне насоса. Он обеспечивает вход жидкой среды во всасывающую полость рабочего колеса с наименьшими гидравлическими потерями. У центробежных насосов вводы бывают осевые, боковые и полуспиральные. Осевые вводы могут быть цилиндрическими, коническими сходящимися (конфузорными) и коническими расходящимися, т.е. диффузорными. Осевой ввод выполняют в виде патрубка, отлитого за одно целое с передней крышкой насоса. Наименьшие гидравлические потери обеспечивает осевой ввод, однако он увеличивает габариты насоса в осевом направлении и поэтому используется у насосов небольших размеров. Боковой подвод конструктивно более компактен, но обладает наибольшими гидравлическими потерями, чаще он используется для многоступенчатых насосов.

Отводы предназначены для отвода жидкой среды, отбрасываемой рабочим колесом в напорный трубопровод. Конструктивно отводы центробежных насосов обычно объединены с корпусом и выполняются в виде спирального или кольцевого канала, а также в виде направляющего аппарата. У спирального отвода площадь поперечного сечения канала, расположенного по окружности рабочего колеса, возрастает по мере приближения к патрубку напорного трубопровода. Спиральные отводы обладают наименьшим гидравлическим сопротивлением и используются достаточно часто (особенно для чистых сред). Насосы, предназначенные для перекачивания жидких сред с механическими включениями, оборудуются отводами кольцевого типа с постоянной площадью поперечного сечения. У некоторых насосов отвод жидкой среды от рабочего колеса осуществляется с помощью неподвижного направляющего аппарата.

Метод расчета

Основными техническими параметрами, характеризующими работу насосов, являются: подача; напор; потребляемая мощность; коэффициент полезного действия; скорость вращения вала насоса; высота всасывания.

Подача - количество жидкости, которое подается насосом в напорный патрубок в единицу времени. Различают понятия объемной Q и массовой М подачи насоса, которые связаны между собой отношением

Массовой подачей обычно измеряется количество перекачиваемых горячих жидкостей, а также нефти и нефтепродуктов. Объемной подачей обычно измеряется количество перекачиваемых холодных жидкостей и при расчетах проточной части насоса.

Напор - приращение механической энергии единицы веса жидкости, прошедшей через рабочие органы насоса.

Принято различать напор манометрический, который определяется по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков, и напор требуемый, подсчитанный по схеме насосной установки.

Полный напор определяется из уравнения Бернулли:

Потребляемая мощность или мощность насоса N, кВт - мощность, которая отдается насосу ведущим двигателем при его работе.

Полезная мощность Nп - то количество энергии, которое сообщается всему потоку жидкости в единицу времени.

Полезная мощность всегда меньше мощности насоса за счет потерь, возникающих в насосе.

Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение полезной мощности насоса к мощности на валу насоса (потребляемой)

КПД насоса характеризует степень эффективности насоса и может быть определен только экспериментальным путем на специальных лабораторных стендах.

Скорость вращения вала насоса n (об/мин) - измеряется числом оборотов в минуту при установившемся режиме.

Высота всасывания - максимальное превышение оси насоса над уровнем жидкости в резервуаре, при котором насос будет нормально функционировать.

При подборе центробежных насосов для конкретных установок необходимо знать зависимость одних параметров насоса от других. В качестве независимого переменного параметра при построении характеристик принимают подачу насоса, так как она непосредственно связана с расходом жидкой среды в системе трубопроводов данной насосной установки. Изменение же остальных гидравлических параметров насоса (Н, N, з) зависит от изменения подачи.

Таким образом, зависимости напора, мощности и КПД насоса от его подачи при постоянной частоте вращения (n) рабочего колеса называются характеристиками насоса:

Н =f(Q), N =f(Q), з =f(Q).

Характеристики насоса в виде графиков могут быть построены на основании теоретических данных либо путем лабораторных испытаний.

Теоретические и действительные характеристики насосов.

Для построения характеристики насоса

на основании теоретических данных воспользуемся уравнением Эйлера для определения теоретического напора, создаваемого насосом:

Для построения расчетной характеристики необходимо учесть реальные условия.

Опыт эксплуатации в условиях Севера

В акционерной компании «АЛРОСА» при добыче алмазосодержащего сырья и дальнейшего извлечения из него алмазов применяются как центробежные многоступенчатые (секционные), так и центробежные одноступенчатые насосы. Под последними следует понимать насосы двустороннего входа (далее - насосы типа «Д») и консольные насосы различного значения - пульповые и химические насосы (далее - насосы типа «Х»).

На горнодобывающих и горно-обогатительных объектах акционерной компании «АЛРОСА» центробежные одноступенчатые насосы (см. таблицу) используются для транспортирования различных натурных жидкостей, а именно: минеральных пульп, рассолов и технологической воды.

Исследованные одноступенчатые центробежные насосы акционерной компании «АЛРОСА»

Эти жидкости отличаются друг от друга по концентрации входящих в их состав твердых частиц, механическим свойствам твердых частиц, минерализации, водородному показателю pH и другим характеристикам. От указанных характеристик во многом зависят сроки службы деталей проточной части насосного оборудования, главным образом рабочих колес.

Анализ производственных данных показал, что наиболее распространенной причиной выхода из строя рабочих колес исследованных одноступенчатых центробежных насосов является интенсивный гидроабразивный износ их дисков и лопаток. Среди исследованных насосов наиболее износостойкие рабочие колеса имеют пульповые финские насосы фирмы «Metso». Как известно, гидроабразивный износ рабочего колеса кроме снижения гидравлических параметров центробежного одноступенчатого насоса также приводит к повышению вибрации его ротора вследствие разбалансировки.

Практика показывает, что систематические прогибы роторов исследованных насосов способствуют ухудшению технического состояния их уплотнений (сальниковые, торцевые и динамические уплотнения) и подшипниковых узлов, вплоть до разрушения.

Работа центробежного одноступенчатого насоса с сильно изношенным рабочим колесом со временем может привести к деформации или даже к излому (разрушению) вала.

Результаты наблюдений и опроса рабочего персонала акционерной компании «АЛРОСА» свидетельствуют, что вал центробежного насоса консольного типа в основном изгибается (вплоть до остаточной деформации), а реже и разрушается в зоне контакта посаженных на нем рабочего колеса и уплотнения; в меньшей доле случаев - в местах посадки уплотнения, а также втулочно-пальцевой полумуфты или шкива. В свою очередь валу центробежного насоса типа «Д» свойственно изгибаться (вплоть до остаточной деформации), а реже и разрушаться в посадочных местах под рабочее колесо и втулочно-пальцевую полумуфту.

Проведенные результаты расчетов статической прочности валов центробежных одноступенчатых насосов консольного исполнения и типа «Д» показывают, что их проблемные участки являются концентраторами напряжений, что и объясняет предрасположенность валов деформироваться и разрушаться именно в этих местах.

Практика показывает, что в акционерной компании «АЛРОСА» в редких случаях деформированные валы не заменяются и повторно используются (это вызвано лимитом ответственных деталей).

Повторное применение деформированных валов зачастую негативно сказывается на долговечности подшипниковых узлов и уплотнений исследованных насосов. Наименее надежным видом уплотнения при работе насоса с валом такого рода является торцевое уплотнение. Остаточной деформации и разрушению в большей степени подвержены валы отечественных пульповых насосов, что объясняется большим у них вылетом вала.

На подземных кимберлитовых рудниках акционерной компании «АЛРОСА» дополнительные прогибы валов исследованных насосов, кроме изнашивания рабочих колес, также являются результатом засорения всасывающих трубопроводов последних. Это связано с постоянным заиливанием водосборников или результатом их работы в холостом режиме, что в свою очередь объясняется поломкой или отсутствием у них средств автоматики.

Согласно производственным данным, использование насосов типа «Д» при работе на рассолах является крайне нежелательным решением. Такая химически активная среда, как рассол, особенно негативно влияет на долговечность рабочих колес и лабиринтных колец насосов типа «Д». При работе на такой агрессивной к металлу среде среди исследованных центробежных одноступенчатых насосов хорошо зарекомендовали себя насосы типа «Х».

Как известно, эффективность использования машин различного назначения можно оценить через такой показатель, как коэффициент технического использования Kт.и.

На рис.3 представлены средневзвешенные значения коэффициента технического использования исследованных насосов. Как видно из рисунка, наиболее эффективными центробежными одноступенчатыми насосами, используемыми в акционерной компании «АЛРОСА», являются пульповые насосы фирмы «Metso» и отечественные насосы типа «Д», используемые в ЦХХ. Высокая эффективность использования последних объясняется щадящими характеристиками откачиваемой ими натурной жидкости - технологической воды. При работе на более агрессивной среде (рассолы) средневзвешенные значения коэффициента технического использования насосов типа «Д» уже определены.

Рис.3. Средневзвешенные значения коэффициента технического использования насосов 1 - отечественные грунтовые насосы, ОФ № 12; 2 - насосы фирмы KETO, СОФ; 3 - насосы фирмы KETO, ОФ № 12; 4 - отечественные грунтовые насосы, ОФ № 3; 5 - насосы фирмы Metso, ОФ № 16; 6 - насосы фирмы Metso, ОФ № 12; 7 - насосы модели 12НДс, ЦХХ; 8 - насосы модели Х200-150-500, подземный кимберлитовый рудник «Удачный»; 9 - насосы 12НДс, СОФ; 10 - насосы моделей 1Д630-90, ДЭ500-63, подземный кимберлитовый рудник «Мир»

В условиях Крайнего Севера есть опасность замерзания гидравлического транспорта, борются с этим негативным фактором так: устанавливают три насосных агрегата одинаковой подачи, один из которых находится в работе, второй в резерве, третий в ремонте. Каждый из насосов должен откачивать суточный приток воды не более чем за 20 ч работы.



Заключение

В этой работе мы рассмотрели классификацию транспортных машин, гидравлический транспорт, конструкцию, метод расчета и опыт эксплуатации в условиях Севера.

Наиболее распространенная разновидность насосов - центробежные, в зависимости от конструктивных особенностей классифицируется на две группы: насосы одноступенчатого и многоступенчатого типа.

Одноступенчатые центробежные насосы имеют одно рабочее колесо, тогда как многоступенчатый насос - два и более. При этом их принцип действия остается идентичным, улучшаются лишь эксплуатационные характеристики оборудования - производительность (количество перекачиваемой воды в минуту) и напор (максимальное расстояние, на которое может быть перекачана жидкость).

Многоступенчатый насос может соединяться параллельно или последовательно. Параллельная работа насосов заключается в одновременной подаче жидкости несколькими насосами в общий напорный коллектор. Центробежные насосы могут работать параллельно только при одинаковом напоре. Последовательная - работа насосов, при которой один насос подает перекачиваемую жидкость во всасывающий патрубок другого насоса, а дальше жидкость поступает в напорный водовод.



Список использованной литературы

1. Шешко Е.Е. Горно-транспортные машины и оборудование для открытых работ: Учебное пособие для вузов. - 4-е изд., стер. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006. - 260 с.

2. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки: Учебное пособие для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 328 с.

3. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортные машины: Учебное пособие для машиностроительных вузов. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1983. - 487 с.

4. Овчинников Н.П. Опыт эксплуатации центробежных одноступенчатых насосов [Текст]/ Овчинников Н.П.//Записки Горного института.- 2009. - Т. - С.65-69

Размещено на Allbest.ru