[ «РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА ...»
Ориентировочный напор насоса, по техническим требованиям водоотлива шахт, определяется из условия, что отношение геодезического и манометрического давлений должно быть меньше 0,95. Таким образом, для шахт, вскрытых вертикальными стволами справедливо соотношение где Н ор - ориентировочный напор насосов, м; Н г - геодезическая высота подъема воды, м, складывается из глубины выработки – 669,65 м, высоты всасывания – 3 м и превышение труб над устьем шахты – 1 м.
Для полученных значений подачи и напора подходит насос ЦНС 850Для одного рабочего колеса рабочая характеристика и рабочая точка при подаче 888 м3/ч и 740 м3/ч соответственно будут выглядеть, как показано на рисунке 4.4.
Первая рабочая точка подача 888 м3/ч и напор одного колеса 116 м. В данном случае необходимо 7 рабочих колес и 5 насосов.
Вторая рабочая точка соответствует подаче 740 м3/ч и напору 128 м и понадобится 6 насосов и 6 рабочих колес.
Рисунок 4.4 - Рабочая характеристика насоса ЦНС Меньшее число насосов экономически целесообразнее: нужно меньше арматуры, электродвигателей и пространства. Выбираем первый вариант - колес и пять насосов.
В данном случае осуществляется устойчивость режима работы насоса, соблюдается условие: напор насоса, умноженный на 0,95 больше геодезической высоты подъема.
По правилам безопасности принимаем 5 рабочих насосов, 2 в резерве и 1 в ремонте – всего 8 и не рекомендуется использовать более двух насосов на один трубопровод, поэтому при 5 рабочих насосах необходимо принять рабочих трубопровода и один резервный Расчетный расход шахтной воды через напорный трубопровод определяется исходя из расчетного расхода насосов при двадцатичасовой откачке суточного водопритока и выбранного числа трубопроводов. В данном случае так же должен учитываться аварийный водоприток, пропускная способность трубопроводов должна обеспечить возможность перекачки объема воды в 5400 м3/ч.
В таблице 4.2 приведены результаты расчета внутреннего диаметра трубопроводных ставов с учетом аварийного водопритока по выражению где v т - скорость движения воды (не более 3,0 м/с, согласно нормам технологического проектирования), Qтр - расход воды через трубопровод.
Расчетные значения показывают, что эффективным решением (при общем количестве трубопроводных ставов - четыре) является перекачка аварийного водопритока четырьмя трубопроводными ставами (тремя рабочими и одним резервным), а максимального - тремя рабочими ставами. Внутренний диаметр каждого трубопровода, таким образом, должен быть не меньше 399 мм.
Таблица 4.2. Результаты расчета внутреннего диаметра става Внутренний диаметр трубопро- Количество Скорость в систеВодприток, м3/ч Расчет толщины стенки произведем по А.Г. Камерштейну [31] доп - допускаемое напряжение в зависимости от выбранного металла (164, МПа); d н - диаметр трубопровода, P – расчётное давление, МПа; a - прибавка на коррозию, мм.
Результаты расчета толщины стенки для различных диаметров приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Результаты расчета толщины стенки трубопровода Толщина стенки трубопроводавление, диаметр, напряжение, коррозию, Для глубоких водоотливных установок с геодезической высотой более 500 м требуется применять бесшовные трубы по ГОСТ 8732—78. Для расх16 П ГОСТ Для определения потерь напора, в расчете согласно исходным данным принято пять участков трубопровода: L1 = 2 м – всасывающий трубопровод; L2 = 4,56 м – индивидуальный напорный трубопровод; L3 = 590 м – подземный горизонтальный трубопровод; L4 = 670 м – вертикальный трубопровод; L5 = 1500 м – трубопровод на поверхности.
Для дальнейшего расчета составим таблицу 4.4 с сопоставлением соответствующих участков с длинами и диаметрами трубопроводов.
Расчет потерь напора в трубопроводах для каждого участка производится по уравнению Дарси-Вейсбаха.
где l - коэффициент гидравлических сопротивлений Таблица 4.4. Длины и диаметры трубопроводов расчетных участков L1 – всасывающий трубопровод L2 – индивидуальный напорный трубопровод L3 – подземный горизонтальный трубопровод L4 – вертикальный трубопровод L5 – трубопровод на поверхности *Внутренний диаметр участков принят расчетным, так как при данных значениях буду наибольшие потери давления в трубопроводе, не зависящие от выбранных по сортаменту толщин стенок труб (максимальная скорость, минимальный диаметр).
**На пятом участке предполагается установка только трех трубопроводов, поэтому диаметр выбран исходя из возможности перекачки аварийного водопритока тремя трубопроводами (таблица 4.2).
В данном случае не имеет смысла рассматривать потери напора на местные сопротивления, так как их изменения в зависимости от концентрации механических примесей в шахтной воде в данной работе не рассматривается, следовательно, их значение не будет меняться при сравнении методик расчетов.
В шахтном водоотливе коэффициент гидравлических сопротивлений мости, полученные автором, являются результатом исследований, проведенных во ВНИИ ВОДГЕО. Исследования проводились на чистой водопроводной воде. И данные формулы предназначены для расчета водопроводных труб. В них не учитывается влияние наличия механических примесей на течение потока воды. Однако в выражении Ф.А. Шевелева для новых стальных труб гидравлические сопротивления зависят от вязкости где - кинематический коэффициент вязкости, м2/с.
Для неновых стальных и чугунных труб приводится различные формулы в зависимости от отношения скорости к вязкости:
В предыдущих разделах была получена формула для эффективной вязкости шахтной воды Соотношение, связывающее кинематический и динамический коэффиhэф циенты вязкости Рассмотрим, как изменяется соотношение вязкости и скорости при различной концентрации твердых частиц в шахтной воде и постоянной скорости 3 м/с (таблица 4.5). Расчет вязкости проводился по экспериментальному выражению (*). Диапазон концентраций объемного содержания твердых частиц в шахтной воде от 0 до 20%. Плотность шахтной воды изменяется в зависимости от концентрации твердых частиц по выражению h cоб s w w.
По результатам расчета видно, что при концентрации твердых частиц в 12% определяющее соотношение максимально близко к граничному значению формул Ф.А. Шевелева в Re = 920000. Следовательно, при больших концентрациях широко применяемую формулу в расчетах шахтного водоотлива l использовать не корректно. По методике Ф.А. Шевелева при 9,2 10 5 м-1, т.е. при концентрации cоб > 12% необходимо использовать выражение, с учетом зависимости гидравлических сопротивлений от вязкости l 0,3 1,5 10.
Таблица 4.5 - Изменение соотношения скорости к вязкости в зависимости Произведем сравнительный расчет гидравлических сопротивлений по формулам Ф.А. Шевелева с учетом вязкости и без учета вязкости – стандартный подход к расчету. Результаты приведены в таблице 4.6 и на рисунке 4. для внутреннего диаметра трубопровода 399 мм при скорости течения среды 3,0 м/с. Рассматривались концентрации больше 12%. Т.к. при меньших концентрациях вязкость не влияет на расчет по методике Ф.А. Шевелева.
Таблица 4.6 – Данные сравнительного расчета коэффициента гидравлических вязкости) Рисунок 4.5 - Расчетные значения гидравлических сопротивлений по методике Ф.А. Шевелева без учета и с учетом вязкости шахтной воды при различных концентрациях твердых частиц Из приведенных сравнительных результатов расчета можно сделать вывод, что при расчете гидравлических сопротивлений системы шахтного водоотлива по методике Ф.А. Шевелева необходимо учитывать вязкость шахтной воды и содержание в ней механических примесей. Погрешность расчета при двадцати процентной концентрации может достигать 8.4 %.
Рассмотрим величину гидравлических сопротивлений для расчетного случая с использования выражения, выведенного во второй главе для расчета потерь напора (энергии) для жидкостей, характеризующихся реологическими свойствами где l - коэффициент гидравлических сопротивлений, определяемый реологическими (вязкопластическими) свойствами среды и зависящий от конценl Для определения значения относительного касательного напряжения можно воспользоваться выражением или в результате преобразований второй и третьей главах с подробным описанием в приложениях. Необходимо определить начальное и расчетное напряжения сдвига. Данные величины определяются с наибольшей точностью экспериментальным путем. Поэтому для определения относительного касательного напряжения сдвига воспользуемся выражением, полученным при экспериментальных исследованиях.
Начальное напряжение сдвига В данном случае начальное напряжение сдвига, как и коэффициент вязкости, зависит от объемной концентрации твердых частиц.
Для дальнейшего расчета необходимо задаться либо диаметром трубопровода, либо скоростью потока, либо числом Рейнольдса. Скорость течения потока регламентирована нормативными документами, так что в данном случае примем скорость, как и в предыдущей части расчета, 3 м/с. Диаметр трубопровода определен исходя из скорости течения и расхода шахтной воды с учетом количества одновременно работающих трубопроводов и насосов.
Для определения числа Рейнольдса воспользуемся выражением Вязкость h' a и плотность h определены ранее для различных концентраций механических примесей в шахтной воде и приведены в таблице 4.5.
Для определения коэффициента гидравлического сопротивления, как и ламинарного.
шахтной воды. При расчетных скоростях, диаметрах и расходах шахтной воды число Рейнольдса изменяется при различных концентрациях твердых частиц изменяется в пределах 200000 - 1100000, поэтому мы ввели поправку на пластичность шахтной воды и отклонение действительного режима потока от ламинарного. Эта поправка в зависимости от области трения по эмпирической формуле. Для переходной области (рассчитывается по формуле (4.21), приведенной в разделе 4.2.2).
Для развитого турбулентного режима течения поправка будет зависеть от числа Рейнольдса.
В турбулентной зоне Re 200000 1100000 трения поправку можно рассчитать также по эмпирической формуле Результаты расчетов начальных напряжений сдвига, относительных касательных напряжений, чисел Рейнольдса, а также коэффициентов гидравлических сопротивлений с учетом реологии жидкости в зависимости от концентрации твердых частиц для данного расчетного случая приведены в таблице 4.6.
На графике, рисунок 4.6, показаны значения расчетных гидравлических сопротивлений по формулам Ф.А. Шевелева с учетом вязкости и без учета, Таблица 4.6 - Результаты расчетных величин в зависимости от концентрации Значения соответствуют гидравлическим сопротивлениям, вычисленным по разработанной методике с учетом содержания в шахтной воде механических примесей.
Рисунок 4.6 - Расчетные значения гидравлических сопротивлений при различных концентрациях твердых частиц Анализ кривых показывает, что в основном превышает значения гидравлических сопротивлений, рассчитанных по формулам Ф.А. Шевелева.
Это связано с тем, что учитывает дополнительные сопротивления течению потока, связанные с реологическими свойствами шахтной воды, такими как относительное напряжение сдвига, содержание твердых частиц. При небольших концентрациях твердых частиц (менее 5%) кривая проходит ниже расчётных кривых по формулам Ф.А. Шевелева, учитывающих шероховатость труб бывших в эксплуатации, но выше расчетной кривой для новых стальных труб. Таким образом, разность ординат кривых для характеризует влияние реологических свойств шахтной воды по отношению к чистой воде, не содержащей твердые частицы.
Если не учитывать начальную разницу при нулевой концентрации механических примесей между значениями и для новых труб, зависящую от шероховатости стенок трубы (на графике не показано), то разность между этими величинами в процентном соотношении будет возрастать от 5% для концентрации 0,04 и до 14,8% для концентрации 0,2.
Из анализа кривых на рисунке 4.6 можно сделать вывод, что учет лишь значений вязкости и плотности не позволяет точно оценить величину гидравлических сопротивлений. Необходимо учитывать также и реологические свойства жидкости, по формуле При построении рабочих характеристик насоса и трубопровода для работы системы шахтного водоотлива на шахтной воде с концентрацией механических примесей до 20% можно оценить насколько смещается рабочая точка при расчете гидравлических сопротивлений по рассматриваемым методикам.
Характеристика трубопровода построена по выражению Рассматриваем только гидравлические сопротивления по длине трубопровода, без учета местных сопротивлений.
В результате, при расчете гидравлических сопротивлений с учетом реологических свойств шахтной воды (рисунок 4.7) рабочая точка соответствует напору H = 714 м и расходу Q = 860 м3/ч.
Если же, не учитывать реологические свойства шахтной воды, то координаты рабочей точки будут: H = 709 м и Q = 870 м3/ч.
Полученные рабочие характеристики показывают, что традиционные расчетные методики не учитывают необходимый дополнительный напор на перекачивание шахтной воды с учетом наличия в ней механических примесей и с учетом её реологии. Разность между величинами напорных характеристик трубопроводов в рабочих точках без учета геодезической высоты составляет 11,3 %. При концентрации твердых частиц 0,03-0,05 разность между значениями рабочих точек незначительна и составляет не более 2%. Для работы насосного оборудования в наиболее оптимальном режиме необходимо предусматривать очистку шахтной воды до 3-5 % содержания механических примесей.
Рисунок 4.7 - Рабочие характеристики насоса и трубопровода для шахтной воды с концентрацией механических примесей 20%. Нн – характеристика насоса, Нтр – характеристика трубопровода с учетом реологических свойств, Нтр - без учета реологических свойств Рассмотрим показатель удельной энергоемкости Удельная энергоемкость пропорциональна гидравлическим сопротивлениям и плотности шахтной воды. Зависимость энергоемкости от концентрации механических примесей будет иметь следующий вид рисунок 4.8.
График показывает, что при снижении концентрации механических примесей в шахтной воде с 10% до 4% энергоемкость работы насосного оборудования систем шахтного водоотлива для рассматриваемого случая снижается на 18,6%.
Рисунок 4.8 - График удельной энергоемкости шахтного водоотлива Полученные результаты показывают, что разработанная расчетная методика учитывет влияние реологических свойств шахтной воды и наличие механических примесей на коэффициент гидравлических сопротивлений, что в свою очередь определяет положение рабочей точки на гидромеханических характеристиках шахтного насоса. Наибольшее повышение энергоэффективности работы насосного обрудования возможно при очистке шахтной воды до 3-5% содержания механических примесей. Данную степень очискти воможно осуществить при использовании разработанного в данной работе гидромеханизированного комплекса с пластинчатым осветлителемсгустителем, рисунок 4.3.
Для рассматриваемого расчетного случая при нормальном расходе шахтной воды 2000 м3/ч необходимы следующие параметры пластинчатого осветлителя-сгустителя, приведенные в таблице 4.7. Расчет произведен по методике, приведенной во второй главе.
Таблица 4.7 – Расчетные параметры осветлителя-сгустителя Производительность сгустителя по сгущенной смеси, м3/ч Q Производительность по осветленной шахтной воде, м3/ч Qсл Производительность по твердому материалу в нижнем продукте, Производительность по твердому материалу в сливном продукте, Таким образом при очистке шахтной воды до концентрации механических примесей 4% с использованием разработанного гидромеханизированного комплекса энергоэффективность можно повысить на 18,6%. Полученные геометрические параметры гидромеханизированного комплекса не позволяют его разместить в насосной камере главного водоотлива, поэтому наиболее рационально разбить полученный объем на участковые системы. Использование данных комплексов на десяти участках позволит наиболее эффективно сэкономить простанство в горной выработке, очистка непосредственно на участке позволит очистить шахтную воду на этапе её наибольшего загрязнения, без зашламления водосборников и приемных насосных колодцев. Рабочая точка системы сместится в зону с меньшим напором при большей подаче.
1. Наличие механических примесей в шахтной воде влияет на значения гидравлических сопротивлений в трубопроводах. Влияние обусловлено в основном реологическими свойствами перекачиваемой среды. Существующие расчетные методики позволяют учитывать плотность и в некоторых случаях вязкость среды, как это показано в выражениях Ф.А.
Шевелева, что не позволяет с достатчной точностью определить величину потерь напора в системах шахтного водоотлива. Учет реологических свойств шахтной воды дает возможность с большей точностью определить необходимые рабочие характеристики работы насосного оборудования и всей системы в общем.
2. Предлагаемый гидромеханизированный комплекс с осветлителемсгустителем позволяет наиболее эффективно разделять потоки твердой и жидкой составляющей шахтной воды, за счет наибольшей площади осаждения – параллельных наклонных пластин. Таким образом не происходит зашламления водосборников и трубопроводов, повышается эффектинвность работы системы, снижается наргузка на насосное оборудование.
3. Наибольшее загрязнение шахтных вод происходит на участковых выработках. Гидромеханизированные комплексы необходимо устанавливать непосредственно на участках, в местах ведения горных работ, где в шахтные воды попадает основная масса загрязняющих веществ.
4. Удельная энергоемкость систем шахтного водоотлива линейно зависит от коэффициента водообильности и потерь напора. Потери напора завияст от концентрации механических примесей в шахтной воде. При очистке шахтной воды до 4% содержания механических примесей энергоемкость системы снижается на 18,6%. Необходимо предусматривать очистку шахтных вод непосредственно на участке до концентрации 4%, что позволит максимально повысить энергетическую эффективность систем шахтного водоотлива.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты выполненной диссертационной работы можно свести к следующим основным положениям:1. Анализ состояния проблемы снижения энергопотребления шахтными водоотливными установками показал, что существует значительный резерв экономии электроэнергии за счет предварительной очистки шахтной воды от механических примесей непосредственно на добычных участках и горизонтах. В существующих технологиях очистка шахтной воды от механических примесей методом отстаивания производится в водосборниках систем главного водоотлива, а основным источником загрязненной шахтной воды являются участковые системы водоотлива.
2. Существующие и применяемые методы расчета систем шахтного водоотлива в основном не учитывают присутствия в шахтной воде механических частиц. В связи с этим, шахтные насосы работают на повышенных напорах. Различные мероприятия по оптимизации работы шахтного водоотлива не приводят к существенному улучшению напорных характеристик и эксплуатационной надежности шахтных водоотливных систем. Основным источником загрязненной шахтной воды являются участковые водоотливные установки, в работе которых не предусмотрены технологические операции по очистке шахтной воды.
3. Теоретически и экспериментально установлено, что общий запас энергии потока шахтной воды, реализуемый шахтными насосными установками в системах водоотлива, включает две составляющие – энергию, расходуемую на транспортирование чистой жидкости и энергию, затрачиваемую на взвешивание твердых частиц, что отражается на увеличении общего напора шахтных насосов, потребляемой мощности и снижает общий КПД системы. Уменьшение концентрации твердых частиц в шахтной воде обеспечивает снижение общего запаса энергии и потребного напора, и, соответственно, приводит к снижению удельной энергоемкости процесса перекачки шахтной волы и повышению общей энергетической эффективности систем шахтного водоотлива.
4. В работе доказано, что для выделения твердых частиц из потока шахтной воды наиболее рациональным является применение разработанного в работе гидромеханизированного комплекса для осветления шахтной воды от механических примесей, устанавливаемого в участковых системах водоотлива. Максимальный эффект осветления до концентрации твердого не более 5% обеспечивается увеличенной эффективной площадью осаждения твердой фазы, образованной наклонными пластинами.
5. Было установлено и доказано, что шахтная вода с взвешенными твердыми частицами с массовой концентрацией от 5 до 15% есть реологическая жидкость, с выраженными вязкопластичными свойствами, течение которой по трубопроводам систем шахтного водоотлива описывается реологическим уравнением Шведова-Бингама, параметры которого являются функциями концентрации твердой фазы. Удельные потери напора при течении шахтной воды определяются уравнением Дарси-Вейсбаха, а коэффициент гидравлических сопротивлений зависит от числа Рейнольдса потока и относительного напряжения сдвига.
6. Результаты диссертационной работы предназначены для использования в проектных организациях (Гипрошахт, Гипроруда и др.), а также на действующих угольных шахтах и рудниках (шахты ОАО «Воркутауголь», рудник «Северный глубокий» Кольской горно-металлургической компании) при проектировании и реконструкции систем шахтного водоотлива.
7. Разработанный способ повышения энергоэффективности, применяемого в системах шахтного водоотлива насосного оборудования, путем разделения фаз шахтной воды в гравитационных сгустителях осветлителях тонкослойного типа, и основные зависимости энергоемкости процесса перекачки шахтной воды от концентрации твердой фазы и реологических характеристик потока, рекомендуются для внесения в нормативную документацию регламентирующую технологию шахтного водоотлива на угольных шахтах и рудниках.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абрамов А.П., Бизенков В.Н. Стационарные машины. Расчет водоотливных установок горнодобывающих предприятий: Учеб. пособие. ГУ КузГТУ.- Кемерово, 2003. - 143 с.2. Агроскин И.И. Гидравлика. Госэнергоиздат. М.-Л. 1954. – 484 c.
3. Александров В.И., Горелкин И.М. Гидравлический расчет трубопровода системы шахтного водоотлива с учетом потерь напора на транспортирование твердых частиц. / Горное оборудование и электромеханика. № 7, 2013. С. 44–47.
4. Александров В.И. Изменение концентрации гидросмеси в сечении трубопроводов систем гидротранспорта. Записки горного института. Том 2 (142), Санкт-Петербург, 1995. С. 83-86.
5. Александров В.И. Методика расчета и результаты опытнопромышленной эксплуатации пластинчатого сгустителя. В кн.: Прикладные исследования гидротранспортирования продуктов обогащения минерального сырья. Междувед. сб. науч. тр.Механобр. Л., с. 88-91.
6. Антонов Э.И. Совершенствование шахтных водосборников Шахтное строительство №5, 1986. С. 24-29.
7. Асатур К.Г., Маховиков Б.С. Гидромеханика. / Санкт-Петербург, СПГГИ(ТУ), 2000. - 260 с.
8. Батаногов А.Я, Мазуренко В.В. Влияние износа насосов в процессе эксплуатации на эффективность параллельной работы - М.: Недра, Горная электромеханика, Вып. 3,1974. - 79 с.
9. Великанов М.А. Движение грунтов. Гостоптехиздат, М-Л, 1947. – 251 с.
10. Виноградов Б.В. Повышение долговечности насосов шахтного водоотлива // Уголь Украины. 1999. № 5. - С. 35-36.
11. Вовк Н.Е. Оборотное водоснабжение и подготовка хвостов к складированию. М.: Недра, 1977. - 148 с.
12. Воловик Е.А. Повышение эффективности работы головных водоотливных установок за счет откачивания насосами не осветленной воды:
Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1989. – 132 с.
13. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. - М.: Недра, 1987. – 269 c.
14. Горелкин И. М. Полимерные трубы в шахтном водоотливе. / Горное оборудование и электромеханика. № 8, 2012. С. 19 – 21.
15. Гориславец В.М., Дунец А.К. Исследование реологических свойств концентрированных суспензий при наличии пристенного эффекта.
Инженерно-физический журнал, т. 29, № 2, 1975. С. 35 – 38.
16. Горная энциклопедия / Гл. ред. Е.А. Козловский; Ред. кол.: М.И.
Агошков, Н.К. Байбаков, А.С. Болдырев и др. – М.: Сов. Энциклопедия. 1984.
560 с.
17. Гришко А.П. Стационарные машины. – Том 2. Рудничные водоотливные, вентиляторные и пневматические установки: Учебник для вузов. – М.: Издательство «Горная книга», 2007. – 586 с.
18. Долганов А.В. Анализ электропотребления водоотливных установок подземных рудников медно-колчеданных месторождений Южного Урала // Горное оборудование и электромеханика. - 2011. – № 2. – С. 39-41.
19. Долганов А.В. Влияние плотности шахтной воды на расход электроэнергии насосами главного водоотлива // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. науч. тр. – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГГУ», 2009. – С. 43-45.
20. Долганов А.В. Современное состояние рудничного водоотлива при отработке медно-колчеданных месторождений Южного Урала // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2009. – № 2. – С. 12Долганов А.В., Великанов В.С., Савельев В.И. Экспериментальные исследования абразивного износа центробежных насосов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. – С. 195-203.
22. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и рассыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом.
ПБ 03-553-03. – Москва. НПО ОБТ. 2003.
23. Ерохин С.Ф. Исследование параметров трубопроводного транспорта пластифицированных водоугольных суспензий.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва.
1980. – 21 с.
24. Заварзина А.М., Никифоров А.Ф. Очистка шахтных и карьерных вод: проблемы и методы. / Чистая вода России. XI Международный научнопрактический симпозиум и выставка. Екатеринбург, 18-20 мая, 2011. С. 240Заика В.Т., Разводов В.Г. Комплексная оценка и повышение энергоэффективности работы шахтных водоотливных установок // Горная электромеханика и автоматика: Науч.-техн. сб. – 2000. – Выпуск 64. С. 17-26.
26. Зарипов А.Х. Оценка энергетической эффективности работы водоотливных установок и систем подачи сжатого воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 2010. № 4. С. 74-77.
27. Зарипов А.Х. Повышение эффективности рудничных стационарных установок: Автореф. дис. канд. техн. наук - Екатеринбург, 2011. – 19 с.
28. Заря А.Н. Рабочая характеристика центробежного насоса на гидросмеси // Разработка месторождений полезных ископаемых. 1973. Вып. 32. С. 100-105.
29.
Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод.
СНиП 2.06.14-85 - ГПИ Фундаментпроект Минмонтажспецстроя СССР. 1985.
30. Звягин В.С. и др. Влияние схем разводки нагнетательных трубопроводов на эффективность и надежность работы главных водоотливных установок в условиях обводненных шахт // Известия вузов. Горный журнал, № 7, 1982. - С. 81-84.
31. Камерштейн А.Г., Рождественский В.В., Ручимский М.Н. Расчет трубопроводов на прочность. - М.: Гостоптехиздат, 1963, 424 с.
32. Карасик B.M., Асауленко И.А., Витошкин Ю.К. Интенсификация гидротранспорта продуктов и отходов обогащения горно-обогатительных комбинатов. – К.: Наукова Думка, 1976. – 156 с.
33. Карелин В. Я. Изнашивание лопастных насосов - М.: Машиностроение, 1983. - 167 с.
34. Косарев Н Я., Молодцов В. В. и др. Пути энергосбережения на водоотливных установках шахт ОАО "Севуралбокситруда" // Известия Уральской гос. горно-геол. академии, Сер.: Горная электромеханика. Вып.
16, 2003. - С. 41-43.
35. Косарев Н.П., Носырев М.Б., Зарипов А.Х., Карякин А.Л. Automatically Controlled System of Pump Stations Complex of City Water Supply (Автоматизированная система управления комплексом насосных станций городского водоснабжения). Proceedings of 7th International Carpathian Control Conference ICCC’2006. Ostrava, Czech Republic, 2006.
36. Кремер Е.В., Нагаев Р.Ф., Пряничников Е.В. Гидродинамика тонкослойных сгустителей и принципы их конструирования. Обогащение руд, 1985, № 3. - С. 27-31.
37. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках М.: Энергоиздат, 1991. - С. 134.
38. Литовский Е. И. Потоки энергии и эксергии - М.: Наука, 1998. С. 242.
39. Макаров Ю.С., Неволин Н.В., Фаткулин У.М., Баткин В.С.
Осветление шахтных вод в подземных условиях // Сборник научных трудов «Комплексные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в угольной промышленности» - Пермь, 1986. – 174 с.
40. Мамедов А.Ш. Разработка и обоснование мероприятий по повышению энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива: Автореф.
дис. канд. техн. наук - Екатеринбург, 2004. – 20 с.
41. Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях. – К.: Техника. 1991. - 134с.
42. Матлак Е.С. и др. Охрана окружающей среды в горной промышленности. - М.: Недра, 1987. – 192 с.
43. Матлак Е.С., Явруян А.Ю., Моргунов В.М., Беляева Е.Л. О нетрадиционном подходе к решению проблемы снижения загрязненности шахтных вод взвешенными веществами на основе концепции устойчивого эколого-экономического развития // Известия Донецкого горного института, 2003 - №2. – С. 23-28.
44. Методика определения числа насосов, диаметра и количества трубопроводов, выбора коммутационной схемы шахтных водоотливных установок – Донецк: ВНИИ ГМ им. М.М.Федорова, 1987. – 45 с.
45. Механо-математическое исследование процесса сгущения минеральных пульп с целью его интенсификации. - Отчет о научноисследовательской работе. Л.: институт Механобр, 1983. – 68 с.
46. Монгайт И.Л., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод. - М.: Недра, 1978. - 173с.
47. Нанто С., Сюто Н. Теоретический анализ процесса осаждения в отстойниках с наклонными пластинами. - Перевод яп. языка. - М.: Всесоюзная книжная палата, 1971 - Суйдо Кекей дзасса, 1968, № 1409, 13.
48. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий металлургии с подземным способом разработки. ВНТП 13-2- – Санкт-Петербург. АО Гипроруда. 1993.
49. Носырев Б. А. Эволюция рудничного водоотлива // Известия Вузов. Горный журнал, 1995. № 5. - С.162-170.
50. Олизаренко В.В., Долганов А.В. Влияние горно-геологических и технологических факторов на эффективность работы шахтного водоотлива // Материалы 66-й научно-технической конференции: сб. докл.- Магнитогорск:
ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. –Т.1.- С. 169-172.
51. Олизаренко В.В., Долганов А.В., Великанов В.С. Рудничный водоотлив при отработке Учалинского месторождения // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. науч. тр. – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГГУ», 2008. – С. 54-58.
52. Пак B.C., Гейер В.Г. Рудничные вентиляторные и водоотливные установки. -М.: Углетехиздат, 1955. – 427 с.
53. Покровская В.Н. Пути повышения эффективности гидротранспорта. - М.: Недра, 1972. -167 с.
54. Попов В. М., Лебедев П. Ф. Санин Д. Е. Приближенный метод аналитического расчета рабочих режимов водоотливных установок с высоконапорными центробежными насосами - М.: Недра, Горная электромеханика, Вып. 3, 1974. С. 180 -185.
55. Попов В.М. Автоматизация рудничного водоотлива - Гос. научно-техн. изд. лит. по горному делу. - М.: Недра 1960. 360 с.
56. Попов В.М. Водоотливные установки: Справочное пособие. – М:
Недра, 1990. – 254 с.
57. Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1983. – 304 с.
58. Попов В.М. Шахтные насосы (Теория. Расчет и эксплуатация):
Справочное пособ. - М.: Недра, 1993. – 224 с.
59. Попов В.М., Антогикин А. Г. Промышленные исследования новых средств контроля производительности шахтных водоотливных установок // Изв. вузов. Горный журнал, № 3,1986. С. 31-34.
60. Правила безопасности в угольных шахтах. ПБ 05-618-03. – Госгортехнадзор России. НТЦ Промышленная безопасность. 2004.
61. Промышленные испытания пластинчатого сгустителя в схеме обезвоживания хвостов текущей переработки. Отчет по НИР. ЛГИ, Л., 1983.
62. Реология. Теория и приложения. - Под редакцией Ф. Эйриха. Перевод с английского под общей редакцией Ю.Н. Работного и П.А. Ребиндера.
Изд.”Иностранная литература”, Москва, 1962.
63. Руководящий технический материал по снижению затрат электроэнергии при эксплуатации действующих водоотливных установок на шахтах угольной промышленности. РТМ 07.02.005 – 85 – Донецк: ВНИИ ГМ им. М.М. Федорова, 1985. – 90 с.
64. Сенкус В.В. Разработка и обоснование технологических схем и параметров механической очистки шахтных вод в системе водоотлива: Автореф. дис. канд. техн. наук - Кемерово, 2001. – 20 с.
65. Силин Н.А., Коберник С.Г. Режим работы крупных землесосных снарядов и трубопроводов // Киев, Наук. Думка. 1962. - 216 с.
66. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод: Каталог. – Пермь. – ВНИИОСуголь, 1986. – 69 с.
67. Тимохин Ю.В., Адам О.В., Антонов Э.И., Кошкальда Л.И., Паламарчук Н.В. Надежность высокооборотных насосов. Сборник научных трудов. Горная механика. Выпуск 1, часть 2., Донецк, 1991. C. 81–87.
68. Тимухин С.A., Белов С. В., Мамедов А. Ш. Оценка энергетической эффективности насосных установок горных предприятий // Вестник энергосбережения. 1(10)/2000. С. 26-27.
69. Тимухин С.А., Мамедов А, Ш. Оценка энергетической эффективности шахтных насосных установок по удельной мощности // Неделя горняка. Научный симпозиум. М., 2001. С. 130.
70. Физико-химические основы технологии осветления и обеззараживания шахтных вод: Монография/ (Гребенкин С.С, Костенко В.К., Матлак Е.С. и др.). Под общ. ред. Костенко В.К. – Донецк: «ВИК», 2099. – 438 с.
71. Фофанов Б. Ф, Исследование шахтных водоотливных трубопроводов и разработка мероприятий по повышению эффективности их эксплуатации (на примере Кизеловского бассейна). Автореф. дис. канд. техн. наук.
Свердловск, СГН, 1980. 22 с.
72. Чабан С. Факторы трения при течении реологических смесей по трубопроводам. "Обогащение руд", № 6,1992. С. 25-28.
Черняховский Р.Л. Адаптация режимов работы электромеханических комплексов шахтного водоотлива к графикам энергосистемы в условиях переменных водопритоков: Автореф. дис. канд. техн.
наук - Санкт-Петербург, 2003. – 20 с.
74. Черняховский Р.Л. Особенности водоотливных установок глубоких шахт. Записки Горного института. Т. 150. Часть 2. 2002. – С. 106-108.
75. Черняховский Р.Л. Системный анализ для решения промышленных шахт. Записки Горного института. Т. 150. Часть 2. 2002. - С. 106-108.
76. Шевелев Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. М., Стройиздат, 1973. - 112 с.
77. Шкундин Б.М. Землесосные снаряды. Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. М., «Энергия», 1973. - 272 с.
78. Энергосбережение в угольной промышленности: монография / Под ред. Б.А. Грядущего – Донецк НИИ ГМ им. М.М. Федорова. 2006. - 79. Тимухин С. A., Белов С. В., Мамедов А. Ш. Оценка энергетической эффективности насосных установок горных предприятий // Вестник энергосбережения. 1(10)/2000 г. - С.26-27.
80. Alexandrov V.I. Some Experimental Studies on Waste Copper Ore of High Concentration Slurry Transport. / Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wroclaskiej, Nr. 71, Wroclaw, 1996.
81. Ferguson J., Kemblowski Z. Appliewd fluid rheology. Elsevier applied science. London and New-York. 1991.
82. Graham W., Lama R. Sedimentation in inclined vessels. - Canad. Eng.
1963, 2, p. 31-32.
83. Rubin E., Rahavi E. Enconced settling rates of solid suspension in presence of inclined planes. - Water, AJChE Simposium ser., 1975, v. 71, 151, p 275-285.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
1. Экспериментальное определение реологических характеристик на ротационном вискозиметре Rheotest RN 4. Для определения зависимости f шахтной воды при различных концентрациях твердых частиц использовался ротационный вискозиметр типа Rheotest RN 4.1 (РВ-8). Принцип работы вискозиметра основан на зависимости крутящего момента на валу прибора от сопротивлений вращению внутреннего цилиндра диаметром d вн относительно наружного цилиндра диаметром d н. Для стандартного типоразмера вискозиметра касательное напряжение определялось по зависимости 1,06 P Па (1,06 - постоянная прибора, Р - нагрузка на приводном валу, определяемая по шкале вторичного прибора. Градиент скорости, определяемый как среднее значение по ширине рабочего зазора между наружным и внутренним цилиндрами, рассчиR‰’ n внутреннего цилиндра, Rн = 0,025 м - радиус наружного цилиндра, n - частота вращения приводного вала прибора). Значения градиента скорости определялись по шкале вторичного прибора. Погрешность измерений определялась как отношение измеренного и приложенного крутящих моментов Для экспериментов были подготовлены составы шахтной воды при следующих значениях объемной концентрации твердых частиц: 0,10; 0,15;0,17; 0,20.
Измеренные значения напряжения сдвига для смесей приведены в таблице А.1.
Таблица А.1 - Значения напряжения сдвига в функции градиента скорости деформации для шахтной воды, содержащей твердые Значения градиента скорости, Значения Напряжения сдвига (Па) при объемной концентрации градиента скорости, данным таблицы А.1 приведены на рисунке А. Рисунок А.1 - Зависимость напряжения сдвига от градиента скорости для смесей в диапазоне объемных концентраций Графические зависимости показывают, что исследованные смеси при течении в зазоре вискозиметра при концентрации выше 12 %, проявляют свойства неньютоновских жидкостей и соответствуют линейному уравнению Коэффициент вязкости h в формуле определяется тангенсом угла наклона реологической кривой к оси абсцисс. По данным таблицы А.1 вычислим значения вязкости для исследованных значений концентрации твердых частиц в шахтной воде, (таблица А.2):
Таблица А.2 - Динамический коэффициент вязкости при различной концентрации твердых частиц в объеме шахтной воды (по объемная, доли ед. Эксперимент Расчет На рисунке А.2 приведен график изменения динамического коэффициента вязкости смеси, построенный по данным таблицы А.2. Из графика видно, что вязкость увеличивается с ростом концентрации твердых частиц. Кривая описывается степенной функцией, которую можно аппроксимировать уравнением вида Рисунок А.2 - Зависимость вязкости смеси от концентрации Экспериментальные данные обрабатывались стандартными методами математической статистики. Значения относительной погрешности измерений и расчетов 1,2, среднеквадратичного отклонения (см. таблицу А.2) рассчитывались по известным формулам:
2. Определение реологических характеристик шахтной воды по результатам экспериментов на трубопроводах Результаты замеров потерь напора при исследовании течения смесей по трубопроводам приведены в таблице А.3.
Графические зависимости потерь напора для исследованных смесей, сгруппированные по величине объемной концентрации твердых частиц, приведены на рисункеА.3.
Таблица А. 3 - Экспериментальные данные течения шахтной воды по Диаметр Средняя ско- Потери напора (м) при концентрации (%) Рисунок А.3. Экспериментальные данные потерь напора при течении шахтной воды по экспериментальным трубопроводам Из графиков видно, что кривые имеют линейный участок изменения потерь напора от минимальной скорости потока и криволинейный участок, при средних скоростях больших 1 м/c. В области линейного изменения потерь напора поток движется в ламинарном режиме и может быть описан линейным уравнением Бингама Соотношение между потерями напора icм и напряжениями сдвига по сечению трубопровода можно представить в виде выражения где iсм - потери напора, м вод. ст./м; w - плотность воды, кг/м3.
Градиент скорости сдвига можно записать в виде где v - средняя скорость потока смеси, м/с.
В таблице А.4 приведены значения напряжений сдвига смесей, рассчитанные по экспериментальным данным потерь напора, приведенным в таблице А. 2, а на рисунке А.4 построены графики изменения напряжений сдвига для всего диапазона изменения режима течения смеси.
Рисунок А.4 - Напряжения сдвига в функции градиента скорости Из графиков на рисунке А.4 следует, что в области ламинарного режима экспериментальные точки напряжений сдвига, для смесей с равной концентрацией ложатся на одну прямую, на всех трубопроводах. На рисунке А. выделены участки кривых течения в ламинарной области потока, вид которых аналогичен графическим зависимостям, полученным для таких смесей при исследовании их на вискозиметре, (рисунке П.1 1).
Рисунок А.5 - Реологические характеристики смесей Экспериментальные данные позволяют рассчитать эффективную вязкость смесей, как отношение напряжения сдвига ( ) к градиенту скорости сдвига ( ), при соответствующих значениях начального напряжения сдвига (о). Расчетные значения эффективной вязкости смесей и значения начального напряжения сдвига приведены в таблице А.5, по данным которой на рисунке А. 6 построен график изменения эффективной вязкости как функции концентрации смеси. Экспериментальная кривая вязкости хорошо описывается зависимостью вида где о - вязкость чистой воды, Пас; k - коэффициент, зависящий от свойств твердой фазы смеси.
Таблица А.5 - Эффективная вязкость экспериментальных смесей шахтной воды на заданных концентрациях твердых частиц по данным экспериментов на трубопроводах Рисунок А.6 - График зависимости эффективной вязкости от концентрации твердых частиц (эксперименты на трубопроводах) Экспериментальные данные позволяют определить закономерности изменения начального напряжения сдвига от величины объемной концентрации смеси. Значения начального напряжения сдвига и соответствующие значения концентрации приведены в таблице А.5. Графическая зависимость приведена на рисунке А.7.
Из графика видно, что с увеличением концентрации значение начального напряжения сдвига увеличивается. Изменение начального напряжения сдвига описывается степенным законом где К - коэффициент пропорциональности, соответствующий напряжению сдвига при сv = 0; - показатель степени, зависящий от свойств смеси (гранулометрического состава, плотности твердого материала).
Рисунок А.7 - График изменения начального напряжения сдвига в функции концентрации твердых частиц в объеме шахтной воды Кривая зависимости начального напряжения сдвига от концентрации хорошо описывается уравнением то есть коэффициент К = e 4,89 = 123,56; = 2,57.
В таблице А.6 приведены экспериментальные значения начального напряжения сдвига и расчетные, вычисленные по формуле. Там же приведены рассчитанные относительные погрешности экспериментальных и расчетных значений о и соответствующие значения среднеквадратичного отклонения. Вычисление отклонений производилось по формулам Таблица А.6 - Экспериментальные и расчетные значения начального напряжения сдвига в функции концентрации смеси По данным таблицы А.6 рассчитаем максимальное значение безразмерного напряжения (при максимальной средней скорости потока смеси в ламинарном режиме) и соответствующие значения концентрации смеси в ядре потоcv ния, рассчитанные по теоретической формуле, таблицы А.7.
Таблица А.7 - Значения максимальных безразмерных напряжений ция твердых Как видно из таблицы А. 7 концентрация в ядре потока увеличивается с ростом исходной концентрации смеси. При значении cv = 0,2 ядро потока принимает вид сплошного тела. С увеличением исходной концентрации и концентрации в ядре потока уменьшается значение безразмерного напряжения, так как при этом повышаются начальное напряжение сдвига и напряжение на стенке трубопровода. В таблице А.8 приведены численные значения безразмерного напряжения и соответствующие значения градиента скорости сдвига, рас- считанные по экспериментальным результатам. Графики изменения безразмерного напряжения для различных концентраций в исследованных трубопроводах приведены на рисунке А.8.
Рисунок А.8 - График зависимости безразмерного напряжения от градиента скорости сдвига и концентрации Таблица А.8 - Значения относительных напряжений сдвига для экспериментальных концентраций твердых частиц Градиент скорости, с- Из графика видно, что безразмерное напряжение пропорционально градиенту скорости сдвига и описывается уравнением вида где o 0,82 0,335 cv - начальное относительное напряжение.
Из приведенной формулы следует, что безразмерное напряжение слабо зависит от величины исходной концентрации и в основном определяется градиентом скорости сдвига. Величину градиента скорости можно выразить через отношение скорости к диаметру трубопровода. В этом случае относительное напряжение по формуле (7) можно записать в виде Относительные погрешности значений безразмерного напряжения, рассчитанных по формуле, равны:
Численные значения относительного напряжения сдвига для всего исследованного диапазона средних скоростей потока смеси и средних исходных концентраций твердых частиц приведены в таблице А.9. Относительные погрешности экспериментальных и расчетных значений, а также среднеквадратичных отклонений приведены в таблице А.10.
Базовые параметры для расчета коэффициента гидравлических сопротивлений приведены в таблице П.11.
Градиент скорости сдвига рассчитывался по формуле и данным, приведенным в таблице 9. Концентрация в кольцевой области течения рассчитывалась по формуле Таблица А.9 - Экспериментальные и расчетные значения относительного напряжения сдвига для исследованного диапазона средних скоростей течения и средних концентраций твердых частиц Градиент скорости Экспериментальные значения Расчетные значения Таблица А.10 - Относительные погрешности экспериментальных и расчетных значений безразмерного напряжения Относительные погрешности экспериментальных и расчетных значений (%) Номер и соответствующие среднеквадратичные отклонения опыта Продолжение таблицы А. Относительные погрешности экспериментальных и расчетных значений (%) Номер и соответствующие среднеквадратичные отклонения опыта Номер Вязкость смеси в кольцевой области потока рассчитывалась по формуле Плотность смеси в кольцевой области потока определялась по формуле Рассчитанные значения коэффициента гидравлических сопротивлений для исследованных смесей и диаметров трубопроводов, а также соответствующие значения числа Рейнольдса приведены в таблице А.12. Число Рейv m D h нольдса рассчитывалось по формуле Re. Относительные отклонеh ef ния опытных и расчетных значений удельных потерь напора для всего ряда исследованных трубопроводов и концентраций смеси, а также среднеквадратичные отклонения потерь напора приведены в таблице А.13. Каждая серия экспериментов на одной из четырех значений концентрации смеси содержала n = 15 опытов. Общее число экспериментов N = 60.
Вычисление отклонений 1 расчетных значений потерь напора, относительно опытных результатов и опытных, относительно расчетных 2, и среднеквадратичных отклонений производился по формулам, приведенным выше, при определении отклонений безразмерного напряжения сдвига, результаты приведены в таблице А.13.
Таблица А.11 - Исходные данные для расчета коэффициента № Градиент ско- напряжение, в кольцевой си в кольце- кольцевой области, кгм п.п. рости сдвига, Таблица А.12 - Параметры и коэффициент гидравлических сопротивлений п.п.
Таблица А.13 - Значения стандартных отклонений экспериментальных и расчетных значений потерь напора Потери напора, Относительные от- Потери напора, Относительные п.п.
1-16 0,29 0,231 0,203 0,255 0,0034 0,38 0,302 0,205 0,258 0, 2-17 0,325 0,269 0,172 0,208 0,0031 0,45 0,355 0,211 0,267 0, 6-21 0,15 0,117 0,291 0,282 0,0010 0,205 0,151 0,263 0,357 0, 7-22 0,175 0,124 0,243 0,411 0,0026 0,231 0,182 0,212 0,269 0, 8-23 0,185 0,14 0,261 0,321 0,0020 0,24 0,184 0,233 0,303 0, 9-24 0,195 0,144 0,304 0,354 0,0026 0,255 0,189 0,259 0,349 0, 13- 0,13 0,101 0,222 0,287 0,0008 0,167 0,132 0,233 0,265 0, 14- 0,135 0,105 0,251 0,285 0,0009 0,175 0,137 0,217 0,277 0, 15- 0,155 0,116 0,322 0,336 0,0015 0,22 0,151 0,313 0,456 0, 31- 0,51 0,456 0,105 0,118 0,0029 0,68 0,742 0,0911 0,0835 0, 32- 0,607 0,539 0,112 0,126 0,0046 0,815 0,886 0,0907 0,0835 0, 33- 0,63 0,556 0,117 0,133 0,0054 0,845 0,916 0,084 0,0775 0, 34- 0,665 0,576 0,133 0,154 0,0079 0,885 0,95 0,0734 0,0684 0, 35- 0,77 0,646 0,161 0,192 0,0153 1,03 1,07 0,0388 0,0373 0, 36- 0,265 0,222 0,162 0,193 0,0018 0,36 0,363 0,00833 0,00826 0, Продолжение таблицы А. 37- 0,31 0,266 0,142 0,165 0,0019 0,397 0,432 0,0881 0,081 0, 38- 0,32 0,276 0,137 0,159 0,0019 0,41 0,449 0,0951 0,0868 0, 39- 0,33 0,285 0,136 0,157 0,0020 0,425 0,464 0,0917 0,084 0, 40- 0,37 0,317 0,143 0,167 0,0028 0,47 0,521 0,108 0,0978 0, 41- 0,19 0,16 0,158 0,187 0,0004 0,23 0,255 0,108 0,098 0, 42- 0,215 0,191 0,111 0,125 0,0005 0,27 0,308 0,141 0,123 0, 43- 0,224 0,197 0,12 0,137 0,0007 0,28 0,319 0,139 0,122 0, 45- 0,28 0,227 0,189 0,233 0,0028 0,325 0,372 0,144 0,126 0, Анализ данных таблицы А.13 по точности расчетной формулы для удельных потерь напора показывает, что имеется расхождение экспериментальных и расчетных результатов. Это расхождение имеет наибольшее значение 25 % на концентрации cv = 0, 1 и с дальнейшим ростом концентрации уменьшается. На концентрации cv = 0,2 значения расчетных потерь напора превышают экспериментальные на 9,5 %. Такое изменение погрешности объясняется тем, что в формуле коэффициента гидравлических сопротивлений число Рейнольдса определяется при эффективной вязкости смеси, являющейся осредненной характеристикой вязкопластических свойств, и при этом не учитываются сдвиговые процессы, происходящие в кольцевой области течения с вязкостью и плотностью, соответствующими концентрации в этой области. Концентрация в кольцевой области меньше исходной концентрации, следовательно, и число Рейнольдса, при котором происходит сдвиг слоев смеси, будет отличаться от Re, вычисленным по эффективной вязкости смеси на величину коэффициента пластичности р исследуемой смеси.
Значение коэффициента пластичности можно определить из сравнения экспериментальных и расчетных значений потерь напора как отношение расчетных и опытных потерь напора, (таблица А.13.). На рисунке А.10 приведен график изменения коэффициента пластичности при изменении исходной концентрации смеси.
График на рисунке 10 описывается уравнением p 0,27 exp0,85 cv.
Рисунок А.10 - Графическая зависимость коэффициента пластичности от изменения концентрации исходной смеси В итоге формулу для коэффициента гидравлических сопротивлений можно записать в виде где p - коэффициент пластичности смеси.
Учет коэффициента пластичности приводит к практически полному соответствию экспериментальных и расчетных значений удельных потерь напора. Расхождение составляет не более 1-2 %, а на предельных концентрациях не более долей процентов. Такой результат подтверждает справедливость расчетных формул, полученных на основе анализа экспериментальных данных.
«