Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности
Запропонований метод розрахунку параметрів внутрішньофабричного гідротранспортного комплексу, який забезпечує надійність технології збагачення за обсягом випуску товарних концентратів....
Gespeichert in:
| Datum: | 2004 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2004
|
| Schriftenreihe: | Геотехнічна механіка |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87322 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности / Е.В. Семененко, Н.А. Шмелев, О.В. Сидорина, Н.А. Никифорова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 204-210. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-87322 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-873222015-10-18T03:02:17Z Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности Семененко, Е.В. Шмелев, Н.А. Сидорина, О.В. Никифорова, Н.А. Запропонований метод розрахунку параметрів внутрішньофабричного гідротранспортного комплексу, який забезпечує надійність технології збагачення за обсягом випуску товарних концентратів. The method of calculation of intra-factory hydrotransport complex parameters is offered which ensures the reliability of ore-dressing technology with regard to marketable concentrates’ throughput. 2004 Article Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности / Е.В. Семененко, Н.А. Шмелев, О.В. Сидорина, Н.А. Никифорова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 204-210. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87322 622.7.002.2:622.34 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Запропонований метод розрахунку параметрів внутрішньофабричного гідротранспортного комплексу, який забезпечує надійність технології збагачення за обсягом випуску товарних концентратів. |
| format |
Article |
| author |
Семененко, Е.В. Шмелев, Н.А. Сидорина, О.В. Никифорова, Н.А. |
| spellingShingle |
Семененко, Е.В. Шмелев, Н.А. Сидорина, О.В. Никифорова, Н.А. Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Семененко, Е.В. Шмелев, Н.А. Сидорина, О.В. Никифорова, Н.А. |
| author_sort |
Семененко, Е.В. |
| title |
Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности |
| title_short |
Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности |
| title_full |
Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности |
| title_fullStr |
Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности |
| title_full_unstemmed |
Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности |
| title_sort |
метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2004 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87322 |
| citation_txt |
Метод проектировочного расчета внутрифабричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающий надежность технологии по производительности / Е.В. Семененко, Н.А. Шмелев, О.В. Сидорина, Н.А. Никифорова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 204-210. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT semenenkoev metodproektirovočnogorasčetavnutrifabričnyhgidrotransportnyhkompleksovobespečivaûŝijnadežnostʹtehnologiipoproizvoditelʹnosti AT šmelevna metodproektirovočnogorasčetavnutrifabričnyhgidrotransportnyhkompleksovobespečivaûŝijnadežnostʹtehnologiipoproizvoditelʹnosti AT sidorinaov metodproektirovočnogorasčetavnutrifabričnyhgidrotransportnyhkompleksovobespečivaûŝijnadežnostʹtehnologiipoproizvoditelʹnosti AT nikiforovana metodproektirovočnogorasčetavnutrifabričnyhgidrotransportnyhkompleksovobespečivaûŝijnadežnostʹtehnologiipoproizvoditelʹnosti |
| first_indexed |
2025-07-06T14:54:43Z |
| last_indexed |
2025-07-06T14:54:43Z |
| _version_ |
1836909785640861696 |
| fulltext |
204
УДК 622.7.002.2:622.34
Е.В. Семененко, Н.А. Шмелев,
О.В. Сидорина, Н.А. Никифорова
МЕТОД ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА ВНУТРИФАБРИЧНЫХ
ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ
НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Запропонований метод розрахунку параметрів внутрішньофабричного гідротранспортно-
го комплексу, який забезпечує надійність технології збагачення за обсягом випуску товарних
концентратів.
THE METHOD OF DESIGNING CALCULATION OF INTRA-FACTORY
HYDROTRANSPORT COMPLEXES WHICH ENSURES THE
RELIABILITY OF TECHNOLOGY WITH REGARD TO PRODUCTIVITY
The method of calculation of intra-factory hydrotransport complex parameters is offered which
ensures the reliability of ore-dressing technology with regard to marketable concentrates’ through-
put.
В связи с тем, что в существующих экономических реалиях рентабельность
процесса переработки минерального сырья является главным условием функцио-
нирования обогатительных фабрик, большое значение приобретает проблема
обоснования надежности технологий обогащения полезных ископаемых [1 – 3].
При проектировании обогатительных фабрик важно заранее определить возмож-
ность получения заданного объема товарной продукции требуемого качества в ус-
тановленные сроки, а также оценить необходимые для этого затраты. Поэтому се-
годня уже недостаточно выбрать некоторые параметры гидротранспортных уста-
новок, обеспечивающие работоспособность оборудования, необходимо, чтобы
предложенное решение обеспечивало надежность всей технологии по производи-
тельности и по качеству выпускаемых товарных концентратов [4, 5].
Проблема оценки надежности технологий обогащения требует комплексно-
го решения, поскольку затрагивает основные составляющие обогатительного
производства. Вопросы надежности технологий обогащения рассматривались в
работах [6 – 8]. Однако большая часть авторов исследовала проблемы надежно-
сти работы обогатительного и технологического оборудования и не рассматри-
вала проблему надежности технологии в целом. Известны так же работы, по-
священные надежности внутрифабричных гидротранспортных комплексов [1,
8, 9, 10], в которых рассматриваются вопросы долговечности и работоспособ-
ности насосов и трубопроводов. Анализ известных методов расчета гидро-
транспортных установок для технологий обогащения [1, 2, 8 - 10] показывает,
что традиционно параметры гидротранспортных установок определяются без
учета требований надежности технологий обогащения по показателям качества
и производительности товарных концентратов.
Целью статьи является разработка метода расчета параметров внутрифаб-
ричных гидротранспортных комплексов, обеспечивающих надежность техно-
логий обогащения по объему выпускаемых товарных концентратов.
При проектировании внутрифабричных гидротранспортных комплексов для
205
технологий обогащения минерального сырья всю совокупность обогатительно-
го оборудования целесообразно разделить на группы по технологическим опе-
рациям, одновременно выполняемым однотипными аппаратами. При этом ко-
личество и последовательность таких аппаратов определяются соотношением
их производительностью и технологической нагрузки, а также регламентиро-
ванным уровнем надежности технологии обогащения.
Гидротранспортные установки в технологиях обогащения обеспечивают
функционирование каждой технологической операции, а также их согласование
внутри технологического цикла. Расчет балансов продуктов обогащения и вод-
но-шламовой схемы технологии обогащения для каждой технологической опе-
рации производиться, как минимум, для трех потоков – для исходного продук-
та, концентрата и отходов.
Таким образом, для каждой технологической операции необходимо рассчи-
тывать параметры двух или трех гидротранспортных комплексов, подача и
концентрация гидросмеси для которых определяются характеристиками и ко-
личеством аппаратов. Каждый гидротранспортный комплекс может состоять из
нескольких гидротранспортных установок, включающих зумпф, насос, и тру-
бопроводную магистраль. В ходе проектировочного расчета каждого гидро-
транспортного комплекса необходимо при заданных ограничениях на концен-
трацию и подачу гидросмеси, а также при известной расходно-напорной харак-
теристике насоса определить необходимое число установок и диаметр их тру-
бопроводов, обеспечивающие сверхкритический режим течения гидросмеси с
заданным значением параметра гидротранспортирования.
Если магистраль гидротранспортной установки состоит из вертикального
трубопровода, то расчет параметров и режимов транспортирования произво-
дится, исходя из гидравлической крупности, определяемой по средневзвешен-
ному диаметру транспортируемых частиц, а также средневзвешенного парамет-
ра Архимеда. Для гидротранспортных установок, магистрали которых содержат
горизонтальные участки, в транспортируемом материале выделяют три класса
крупности: тонкие частицы (менее 0.15 мм); мелкие частицы (более 0.15 мм и
менее 2 мм); кусковые частицы (более 2 мм) [1, 2, 9 ,10].
При расчете параметров и режимов работы гидротранспортных установок
рекомендуется принимать значение коэффициента гидравлического сопротив-
ления трения, равное 0.015 и соответствующее квадратичной области, значение
параметра гидротранспортирования ( k ) выбирать из диапазона 5,11,1 ÷=k , а
для вычисления безразмерного эмпирического коэффициента ( 0k ) использовать
формулу [9, 10]
145,0
0 345,2 dk = ; (1)
где ∑=
i
ii Rdd - средневзвешенный диаметр частиц транспортируемого мате-
риала; id - диаметр частиц i-го класса крупности; iR - объемная доля частиц i–
206
го класса в транспортируемом материале.
При проведении расчетов расходно-напорная характеристика насосов в пре-
делах рабочей области аппроксиммируется зависимостью [2]
2AQCH −= ; (2)
22
III
III
QQ
HH
A
−
−
= ; 22
22
III
IIIIII
QQ
QHQH
C
−
+
= ,
где H , Q - напор и подача насоса; AC, - коэффициенты аппроксимации рас-
ходно-напорной характеристики насоса; HI, HII - напор соответственно на верх-
ней и нижней границах рабочей области; QI, QII - подача насоса на верхней и
нижней границах рабочей области.
Начальными данными для расчета являются расходно-напорная характери-
стика насоса; регламентированное значение производительности комплекса по
твердому; регламентированное значение концентрации гидросмеси; регламен-
тированное значение содержания контролируемого компонента в транспорти-
руемом материале; гранулометрический состав транспортируемого материала;
фракционный состав транспортируемого материала; длина трубопровода гид-
ротранспортной установки; разница геодезических отметок конца и начала тру-
бопровода установки; коэффициент обобщенного трения частиц о стенку тру-
бопровода; коэффициент, учитывающий потери напора на местных гидравли-
ческих сопротивлениях.
Расчет производится в четыре этапа.
На первом этапе на основании требований к технологической операции, а
также с учетом сепарационных характеристик используемых аппаратов и их
показателей надежности рассчитывается регламентированная подача установок
гидротранспортного комплекса [11]
( )
∏
∏
=
=−
= N
ij
jj
N
ij
j
H
iii
i
i TnS
Weq
Q
δβ
ϑ
α
ω
][
1
; (3)
j
брн
j
бр
j
брн
j T
TT
.
. −
=δ ;
W
Wck=ω ,
где in - количество гидротранспортных установок, обеспечивающих соответст-
вующий поток технологической операции; ϑi - содержание ценного компонента
в питании i-й технологической операции; βi - содержание ценного компонента в
продукте i-й технологической операции; W - необходимый объем товарного
концентрата; ckW - объем товарного концентрата, имеющийся на складе; j
брT -
207
время работы j-й технологической операции с ухудшением качества концентра-
та; j
брнT . - время работы j-й технологической операции без ухудшения качества
концентрата; ][ HT - допустимое значение необходимой наработки; q - коэф-
фициент запаса технологической операции по производительности; e - коэф-
фициент, учитывающий структуру технологической секции, количество рабо-
тающих и резервных аппаратов, их надежность и вид резерва (табл.1) [3, 6, 7].
Таблица 1 – Формулы для вычисления коэффициента e
Структура технологической секции Формула для расчета
m параллельно включенных аппаратов c веро-
ятностью безотказной работы p ( )[ ]mpm
e
−−
=
11
1
m последовательно включенных аппаратов c
вероятностью безотказной работы p mmp
e 1
=
m параллельных и r резервных аппаратов при
ненагруженном резерве с интенсивностью отка-
зов аппаратов y и с интенсивностью восстанов-
ления аппаратов x.
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
∑
=
+
+
r
k
k
k
r
n
x
ym
x
ym
m
e
1
1
1
1
11
m параллельных и r резервных аппаратов при
нагруженном резервировании с интенсивностью
отказов аппаратов y и с интенсивностью восста-
новления аппаратов x.
( )
( )⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+
+=
∑ ∏
∏
= =
−
+
=
r
k
k
j
k
rr
k
jm
x
y
x
ykmm
m
e
1 1
12
1
1
1
11
На втором этапе по начальным данным рассчитывают коэффициенты ап-
проксимации расходно-напорной характеристики насоса, геодезический уклон
трубопровода, параметры Архимеда, гидравлическую крупность и средневзве-
шенные диаметры для отдельных классов крупности и для всего материала. За-
тем из рекомендованного диапазона значений выбирают величину параметра
гидротранспортирования и рассчитывают значения вспомогательных величин
по формулам
( ) 3
11
113
3
2
2
22
11
112
1
5.71
1
78.2 S
SAr
SArAr
f
gd
w
SS
SAr
SArAr
i +
−
+−
+
−
=Ω ; (4)
( ) ( )
( )
3
11
113
2
222
11
112
11
11
122
1
1
1
387,0
1
1
15,0
S
SAr
SArAr
f
gd
w
k
SS
SAr
SArAr
SAr
SAr
S
ikJ
i
gi
+
−
+
Ω
−
+
−
+
+⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
++Ω= μλ
; (5)
208
0
0
ρ
ρρ −
= i
iAr ; SRS ii = ;
L
Zig
Δ
= ; ∑=
i
ii RArAr ; ∑=
i
iSS ,
где k - параметр гидротранспортирования; 0k - эмпирический безразмерный
коэффициент; gi - геодезический уклон трубопровода; ZΔ - разность геодези-
ческих отметок конца и начала трубопровода; L - длина трубопровода; iρ -
плотность частиц i–го класса; 0ρ - плотность воды; 2w - гидравлическая круп-
ность частиц мелкого класса; g - ускорение свободного падения 2d - средне-
взвешенный диаметр частиц мелкого класса; L - длина трубопровода; λ - ко-
эффициент гидравлических сопротивлений трения; μ - коэффициент, учиты-
вающий потери напора на местных гидравлических сопротивлениях; f - коэф-
фициент обобщенного трения частиц о стенку трубопровода.
На третьем этапе рассчитывают количество насосных установок гидро-
транспортного комплекса и диаметр их напорного трубопровода. Для установок
с горизонтальным трубопроводом используются зависимости
( )
∏
∏
=
=
−
−
= N
ij
jj
N
ij
j
iH
ii
i
i Q
JLC
A
TS
Weq
n
δβ
ϑ
α
ω
][
1
; (6)
4.0
5
4
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
Ω
−
=
i
i kgA
JLCD
π
, (7)
а для установок с вертикальными трубопроводами формулы
( )
( )
( )
∏
∏
=
=−
+−
++
= N
ij
jj
N
ij
j
i
i
H
i
i
g
i
i Q
gDTS
Weq
ArSiC
DAgArS
n
δβ
ϑ
πα
ωπμλ
5
52
][
1
1
18
; (8)
( ) ( )
( )
01
18
121
52
00
0 =+
++
+−
−
−
i
g
i DAgArSArSkk
ArSiC
gArSDk
wS
πμλ
; (9)
где 0w - средневзвешенная гидравлическая крупность частиц транспортируемо-
го материала; iD - внутренний диаметр напорного трубопровода.
Уравнения (6) – (9) являются нелинейными и решаются численно одним из
стандартных методов, например, методом дихотомии.
На третьем этапе осуществляется расчет режима течения во всасывающих
трубопроводах насосных установок. Сначала режим течения рассчитывают при
209
условии, что диаметры всасывающего и напорного трубопроводов магистрали
равны. В этом случае режим течения будет бескавитационным, если выполня-
ется неравенство
003
5
2
5,7
1 >+−− ττττ DDD ; (10)
( )
2
222
11
112
1
1
1
387,0
gd
Lw
Q
SS
SAr
SArAr
i
−
+
−
=τ ; 2
11
11
1
20 1
1
18
iQSAr
SAr
S
g
L
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
+=
π
μλτ ;
3/2
3/4
3
11
113
0
2 10
1 i
R
ka Q
C
NLS
SAr
SArAr
f
g
PP
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
+
−
−
−
= ϕ
ρ
τ ; 2
0
2
3
8
πρ
τ
g
Qi= ,
где aP - атмосферное давление; kP - давление насыщенных паров жидкости; ϕ -
коэффициент запаса [2, 9, 10]; N - частота вращения рабочего колеса насоса;
RC - константа Руднева используемого насоса [2, 9, 10].
Если неравенство (10) не выполняется, то необходимо, изменив значение
параметра гидротранспортирования, определить такой диаметр всасывающего
трубопровода, при котором режим течения будет бескавитационным и сверх-
критическим:
4.0
*
* ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
k
kDD , (11)
где *D - новый диаметр всасывающего трубопровода; *k - новое значение па-
раметра гидротранспортирования для всасывающего трубопровода.
Допустимое значение *k определяют из решения неравенства
0
0
135,7
*
0
2256.2
*
0
34.03
* >+−−
τ
τ
τ
τ
τ
τ
kDkkDkkDk . (12)
По величине диаметра всасывающего трубопровода, вычисленного по фор-
муле (11), при известном значении *k из сортамента выбирается труба с наибо-
лее близким диаметром, не нарушающим условия
[ ]
5.2
0
* ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
≤
D
Dkk ,
где [ ]*k - решение неравенства (12); 0D - диаметр трубы, выбранной из сорта-
мента.
Таким образом, на основании выражений (1) – (12) возможен расчет пара-
метров внутрифабричного гидротранспортного комплекса, обеспечивающих
сверхкритические бескавитационные режимы работы, а также, надежность тех-
210
нологии обогащения по объему выпускаемых товарных концентратов. Предло-
женный метод расчета позволяет также прогнозировать параметры внутрифаб-
ричного гидротранспортного комплекса при изменении технологической схемы
или сырьевой базы месторождения, а также при замене насосов, обогатитель-
ных аппаратов или технологического оборудования.
На основании данного метода путем последовательных расчетов возможно
определение допустимых показателей надежности оборудования или режимов
работы гидротранспортного комплекса, превышение которых приведет к поте-
ре надежности технологии обогащения по производительности товарных кон-
центратов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Совершенствование режимов работы гидротранспортных установок технологий углеобогащения / Е.Л.
Звягильский, Б.А. Блюсс, Е.И. Назимко, Е.В. Семененко. – Севастополь: «Вебер», 2002. – 247 с.
2. Проблемы разработки россыпных месторождений / И.Л. Гуменик, А.М. Сокил, Е.В. Семененко и др. –
Днепропетровск: Січ, 2001. – 224 с.
3. Болошин Н.Н., Гашичев В.И. Надежность работы технологических узлов и оборудования обогатитель-
ных фабрик.-М.:Недра,1974.-137с.
4. ГОСТ 27.204-83. Надежность в технике. Технологические системы. Технические требования к методам
оценки надежности по параметрам производительности.-Введ.впервые;Введ. 01.01.85.-М.:Изд-во стандар-
тов,1984.-38 с.
5. ГОСТ 27.202-83. Надежность в технике. Технологические системы. Методы оценки надежности по па-
раметрам качества изготавливаемой продукции. - Взамен ГОСТ 23641-79, ГОСТ 16467-70, ГОСТ 16.304-74,
ГОСТ 16.305-74,ГОСТ 16.306-74;Введ.01.07.84.-М.:Изд-во стандартов,1984.-52 с.
6. Надежность и эффективность в технике: Справочник. – Т 2: Математические методы в теории надежно-
сти и эффективности / Под. Ред. Б.В. Гнеденко. – М.: Машиностроение, 1987.– 280 с.
7. Гаркушин Ю.К., Смирнов В.В. Надежность и эффнективность оборудования углеобогатительных фаб-
рик. – Днепропетровск: Полиграфист, 1999. – 182 с.
8. Семененко Е.В. Обоснование рациональных режимов работы насосов углеобогатительных фабрик //
Обогащение полезных ископаемых. - Днепропетровск, 2000. Вып. №7(48). - С. 119 - 124.
9. Надежность и долговечность напорных гидротранспортных систем / Л.И. Махарадзе, Т.Ш. Гочиташви-
ли, Д.Г. Сулаберидзе, Л.А. Алехин. – М.: Недра, 1984. – 128 с.
10. Дмитриев Г.П., Махарадзе Л.И., Гочиташвили Т.Ш. Напорные гидротранспортные системы: Справоч-
ное пособие. – М.: Недра, 1991. – 304 с.
11. Семененко Е.В. Шмелев А.Н. Обеспечение надежности технологии обогащения с учетом требуемого
объема товарного концентрата // Научно-технический сборник «Обогащение полезных ископаемых». - Днепро-
петровск, 2003. Вып. №17(58). - С. 11 - 17.
|