Подъемный трубопровод для перекачки размытых песков

16.06.2018
Трубопровод для перекачки размытых песков изготовляют из стальных сварных труб диаметром 25—80 см. Толщина стенок труб при перекачке песков водоструйными насосами 3—4 мм, а землесосами 5—10 мм. Трубы сваривают звеньями длиной по 50—300 м, которые соединяют между собой фланцами с прокладками. Подъемный трубопровод укладывают на деревянных лежках, а при неровной поверхности — на клетках и козлах.

Для того чтобы производительность землесосной установки была высокой и подъем осуществлялся с наименьшими затратами, а также не происходило засорений (запрессовки) труб, необходимо поддерживать определенный режим движения размытых пород путем соответствующего подбора диаметра труб.

При подъеме размытых песков по трубам зерна перемещаются потоком на горизонтальных и слабо наклонных участках так же, как и при самотечном транспорте. На вертикальных участках пескопро-вода перемещение зерен любой крупности происходит во взвешенном состоянии. Мельчайшие зерна поднимаются со скоростью потока, а скорость перемещения гальки резко замедляется и равна разности между скоростью потока и скоростью стесненного падения гальки. Удобнее определять скорость свободного падения зерна, которая несколько больше скорости стесненного падения. Скорость свободного падения гальки размером 10 см составляет 1,4—2 м/сек, поэтому при скорости потока, равной 2,5 м/срк, галька будет подниматься со скоростью в 3—5 раз меньше скорости потока. На горизонтальных участках эта галька перекатывается обычно с большей скоростью.

Взаимозависимость между скоростью потока и скоростями перемещения гальки в пескопроводе определяется по уравнению (121). На горизонтальном участке член с синусом угла равен нулю, и потоку достаточно преодолеть сопротивления движения от трения зерна. Когда пески перекачиваются на подъем, перед синусом угла необходимо принимать положительный знак. При вертикальном подъеме, когда а = 90°, косинус угла равен нулю, а синус единице. В этом случае второй член уравнения выражает скорость свободного падения зерна.

Во избежание засорений диаметр пескопровода принимают в 2,5—3 раза больше поперечника наиболее крупной перемещаемой гальки. Обычно засоряются нижние участки вертикального и наклонного трубопроводов, в которых сосредотачивается крупная галька из-за снижения скорости ее движения. Сосредоточение гальки и увеличение удельного веса гидросмеси пропорционально отношению скорости потока и скорости подъема этих твердых частиц. Наиболее плоские и крупные валуны и галька, имеющие скорость свободного падения больше скорости потока, начинают оседать, и происходит закупорка трубы.

При расчете гидравлического подъема песков следует определять те места пескопровода, которые будут подвержены наибольшей опасности засорения. Для этих мест необходимо определить скорость потока, которая обеспечивала бы подъем наиболее плоской и крупной кусковатой породы, проходящей через землесос, а также установить степень скопления и удельный вес этой гидросмеси. Скорость подъема наиболее трудно перемещаемого валуна должна быть не менее 0,3—0,6 м/сек. Выбор этой скорости можно производить исходя из соблюдения наименьшего допускаемого расстояния между этими валунами по уравнению (122). Наименьшее расстояние может быть принято в 4—6 диаметров валуна при их движении в один ряд, т. е. принимая е = 1.

Большой удельный вес гидросмеси в вертикальных трубах ускоряет их засорение. Желательно, чтобы удельный вес не превышал ус = 1,4 т/м3 или коэффициент объемного сосредоточения (концентрации) твердой части гидросмеси а был менее 0,15—0,20

где у0 — удельный вес воды.

Общее сопротивление движению всего потока размытых пород и скорость перемещения зерен зависят не только от скорости этого потока, крупности и окатанности зерен, но также и от диаметра труб, и от положения трубы относительно горизонта. Поэтому при перекачке размытых пород необходимо различать для горизонтального, а также для вертикального участков пескопровода четыре скорости потока, обеспечивающие различные режимы гидравлического транспорта пород: 1) начало движения зерна; 2) взвешивания зерна — критическая скорость; 3) наименьшего сопротивления движения потока; 4) наивыгоднейшей скорости потока, при которой обеспечивается наибольшая производительность всей подъемной установки, включая и землесос.

В отдельных пособиях вторую и третью скорости понимают как одну — критическую — скорость, что не соответствует действительности для потока с большим интервалом различной крупности зерен, или вторую скорость именуют первой критической, а третью — второй критической.

Наблюдениями установлено, что при движении со скоростями, равными или большими критической, расходуется много электроэнергии, снижается производительность землесосов, а себестоимость транспортирования повышается. Поэтому гидравлический транспорт пород по горизонтальным трубопроводам стремятся осуществлять даже для песчаных пород со скоростью ниже критической, но обеспечивающей малое сопротивление движению потока и наибольшую производительность землесоса. Для этого при перемещении песчано-глинистых пород допускают заиление труб до 10—15% их диаметра.

Сопротивления движению потока для размытых песков определяют в зависимости от сопротивлений потока чистой воды и дополнительного сопротивления iдоп, вызванного наличием в воде твердых зерен, по уравнению

где ic — гидравлический уклон, необходимый для преодоления сопротивления движению потока смеси из размытых пород;

i0 — гидравлический уклон (сопротивление движению) потока чистой воды;

iдоп — дополнительный гидравлический уклон, необходимый для преодоления сопротивлений, обусловленных наличием в потоке твердых пород.

Наблюдения за сопротивлениями при перемещении разжиженных песков на россыпях не проводилось, поскольку расстояния транспортирования обычно невелики. Поэтому при расчетах приходится использовать уравнения, полученные на основании наблюдений в других отраслях промышленности, где породы существенно отличаются.

В общем виде дополнительные сопротивления определяются следующими уравнениями:

где D — диаметр трубы, м.

Уравнение (131а) предложено на основании наблюдений при перемещении песчано-галечных пород. Величина к выражает коэффициент, учитывающий влияние зернового состава и диаметр труб на сопротивления. Для гидросмеси с частицами более 2 мм при трубах диаметром 0,15—0,7 м k = 0,5—0,81. По наблюдениям коэффициент к определяется уравнением

где e — содержание в породе частиц размером менее 2 мм, выраженное в долях единицы; значения коэффициента а и b выбираются в зависимости от диаметра труб: для диаметров труб 350, 410, 500 мм соответственно эти величины равны: а = 0,67; 0,70; 0,85; b = 0,09; 0,04; 0,04.

Уравнение (131б) выражает дополнительные сопротивления при больших скоростях потока, когда мелкозернистые частицы перемещаются во взвешенном состоянии.

Уравнение (131в) выведено на основании наблюдений при перемещении песчанистых пород со средней крупностью зерен 0,2—0,5 мм по трубам диаметром 410—900 мм. Величина о выражает коэффициент объемного сосредоточения. Предложено уравнение, в котором учитывается затрата энергии на движение смеси с твердыми частицами малого размера, а также и дополнительные сопротивления, вызванные обтеканием кусков неокатанной породы.

Наблюдениями за гидравлическим транспортом угля, песка, известняка и песчано-глинистых пород установлено, что изменение крупности зерен оказывает различное влияние на сопротивление движению потока. Так, мельчайшие глинистые частицы, образующие однородную смесь, содействуют сокращению завихрений, отчего сопротивления могут несколько уменьшиться. При перекачке мелкозернистых пород крупностью до 3—5 мм сопротивления возрастают, а при дальнейшем увеличении крупности зерен до 10 мм сопротивления увеличиваются очень мало.

Во время перекачки водных смесей с легкими породами вследствие большей вязкости смеси уменьшаются вихревые потоки, благодаря чему сопротивления движению возрастают пропорционально скорости потока не в квадрате, а в меньшей степени. В таких случаях сопротивления движению могут быть ниже, чем при движении чистой воды.

На вертикальных участках пескопровода сопротивления движению от трения меньше, чем на горизонтальном, поскольку все зерна перемещаются во взвешенном состоянии, соприкосновение их со стенками происходит более редко и между ними сохраняется пленка воды. По предварительным наблюдениям, эти дополнительные потери составляют 60—80% дополнительных потерь на горизонтальных участках. До проведения обстоятельных наблюдений в первом приближении можно принимать дополнительные потери на вертикальных участках при удельном весе размытых песков 1,05—1,10 г/см3 равным 10% сопротивления для чистой воды.

На вертикальных и наклонных участках необходимо учитывать затрату энергии на подъем размытых пород более высокого удельного веса.

Диаметр труб пескопровода, исходя из вышеизложенных положений, рассчитывают на среднюю скорость потока, равную 2,2—3,8 м/сек, причем средние и более высокие скорости применяют для перемещения пород, содержащих крупнокусковатые включения. Для повышения производительности землесосных установок в настоящее время стремятся применять трубы большего диаметра. Так, для землесосов ЗГМ-2м при перекачке песчано-глинистых пород вместо труб диаметром 400—450 мм начали устанавливать трубы диаметром 500 мм. Вследствие этого скорость потока с 4,1—3,3 м/сек была снижена до 2,6 м/сек. При выборе диаметра подъемного пескопровода следует стремиться обеспечить наибольшую производительность землесосной установки. Для этого определяют производительность установки для труб разного диаметра путем построения кривых — характеристики землесоса и внешней характеристики трубопровода. Окончательный диаметр выбирают, сопоставляя отдельные варианты.

Засорение (запрессовка) подъемного пескопровода вызывает значительные простои и расходы, поскольку необходимо обнаружить место засорения, разобрать, очистить и вновь собрать пескопровод. Обычно трубопровод засоряется тогда, когда в пескопровод попадает крупная галька, а скорость потока и напор недостаточны.

Во время разработки россыпи приходится перестанавливать землесос, поэтому длина пескопровода постепенно увеличивается. Удлинять его можно до такого предела, при котором наибольшая величина манометрического напора, развиваемого землесосом, будет достаточна для подъема песков и для преодоления наибольших значений вредных сопротивлений. При малом манометрическом напоре в пескопроводе образуются пробки. Для предупреждения засорений устанавливают на приямке землесосов решетки, которые предотвращают засасывание крупной гальки, а в нижних частях наклонного пескопровода устанавливают быстрооткрывающиеся задвижки для выпуска гидросмеси. Также сокращают длину пескопровода, уменьшают высоту подъема и устраняют крутые повороты. По мере износа колеса землесоса напор снижается, что также может привести к засорению пескопровода.

Перед остановкой землесоса необходимо промыть подъемный пескопровод водой. Для этого прекращают перемещение песков к приямку за некоторое время до остановки и поднимают всасывающую трубу. Подъемный пескопровод промывают также чистой водой от водопровода. В этом случае к пескопроводу присоединяют водопровод с трубой диаметром 100—150 мм, на которой устанавливают задвижку и обратный клапан. На промывку 1 км пескопровода этим способом уходит 15—20 мин.

Для увеличения срока службы труб их переворачивают на 90— 120° во время переноса или зимнего ремонта. Стальные трубы диаметром от 350 до 500 мм изнашиваются на 1 мм при пропуске 170—370 тыс. м3 галечников и 450—1000 тыс. м3 суглинистых пород. При трехразовом повороте трубы и толщине ее стенки 11 мм до полного износа трубы смогут пропустить от 1,2 и до 3 млн. м3 галечника и от 2,7 и до 6,7 млн. м3суглинистых пород.

Во время перемещения размытых песков по трубам зерна полезного ископаемого истираются. Золотники истираются мало, поскольку расстояния перемещения золотоносных песков небольшие. Алмазы также истираются мало даже при транспортировании на 2 км из-за высокой их твердости. Наблюдения за истиранием зерен пирохлора и оптического кварца проводили на вращающемся трубчатом колесе. Для пирохлоровых песков вследствие истирания содержание пирохлора в мельчайших зернах диаметром менее 0,02 мм, которые не могут быть извлечены, при перемещении по трубам на 1 км увеличивалось в среднем на 0,1%, а при перемещении на 3 км — на 2%. Одновременно зерна пирохлора очистились от пленки, пески были полностью размыты и значительная часть сростков разрушилась. Применение гидравлического транспорта для этих песков целесообразно, так как упрощается обогащение, а стоимость его уменьшается.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: