Определение режима работы гидромониторов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СИМПОЗИУМ «СОВРЕМЕННОЕ ГОРНОЕ ДЕЛО: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»

ПОСВЯЩАЕТСЯ ПАМЯТИ АКАДЕМИКА ВЛАДИМИРА ВАСИЛЬЕВИЧА РЖЕВСКОГО

29.01.9« -2.<Ю.И г

В.И.ШЕЛОГАНОВ Московский государственный горный университет

Определение режима работы гидромониторов

Основной особенностью внешних сетей насосно-гидромониторных установок по сравнению с насосными установками, методы расчета со противления которых известны, является наличие в них гидромониторов, производительность и сопротивление которых в свою очередь зависит от напора на его входе, т.е. от режима работы насоса. С учетом этого, уравнение баланса энергии в насосно-гидромониторной установке будет иметь вид

Р2 -Р]

yi

(z™ “ zo) + he+ Kar + 2g* h™ ’ (1)

то есть, сопротивление внешний сети будет определяться зависимостью

V2

Ис=Нг + Ле + Лнаг + 2~ + (2)

где z0, z,, z2, — высота располо-

жения соответственно уровня поверхности воды в водосборнике, центров тяжести входного и нагнетательного патрубков насоса и оси гидромонитора над плоскостью сравнения, м;

Рх и Р2 — давление соответственно на входе в насос и на выходе из него, Па;

У2 — скорость движения жидкости со ответственно на входе в насос и на выходе из него; /гв, Анаг — потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений соответственно во всасывающем и

нагнетательном трубопроводах, м;

Vн — скорость вылета струи из насадки, м/с;

Км — суммарные потери напора на преодоление сопротивлений в гидромониторе,

ИГ - (2га - г0) — геодезическая высота подъема воды.

Одной из основных задач расчета насосно-гидромониторной установки является определение режима работы гидромонитора, чего до последнего времени сделать было невозможно. Однако, это можно сделать, если, по аналогии с напорной характеристикой насоса, ввести понятие «напорная характеристика гидромонитора», которая пред ставляег собой зависимость суммарного расхода удельной энергии в гидромониторе Я™ (м) от расхода жидкости через него Q (м3/с).

Как следует из (2)

+2*>- (3)

В свою очередь суммарные потери напора в гидромониторе Лгм' складываются из потерь напора собственно в гидромониторе А™ (м) и потерь напора в насадке Ан (м). Они, в свою очередь, определяются зависимостями [1]:

V2

^гм ~ ^0 И Ьн ~$н ^ 1 (4)

где к — коэффициент потерь напора

в гидромониторе, а£и — коэффициент гидравлического сопротивления насадки.

сю

С учетом (4) выражение (3) преобразуется к виду

(5)

Выражая Ун через расход воды () и диаметр насадки с?н (м), получим

(6)

где: /?т — обобщенный коэффици-

ент сопротивления гидромонитора

0,0827(1 +£н) (И

(7)

Численный анализ выражения (7) показал, что ее можно преобразовать к виду

к'

п _ *

™ (I*

Ы Н

(8)

где

к' — коэффициент, зависящий от типа гидромонитора.

Величина коэффициента определялась экспериментально в промышленных условиях разреза «Колмогоровский» концерна «Кузбассразрезуголь». Опыты проводились на чистой воде, осветленной на гидроотвале и на частично осветленной в зумпфе гидротранспортной установки воде плотностью до 1060 кг/м3.

В первом случае промышленная насосно-гидромониторная установка с гидромонитором ГМД-250М была оборудована электромагнитным расходомером «Индукция 51" с измерительным устройством ИУ-51 и интегратором С-1М. Давление на входе в гидромонитор измерялось образцовым манометром [2].

Во втором случае исследования производились на специальной опытно-промышленной внутризабойной насосно-гидромо-ниторной установке, включающей два последовательно соединенных землесоса ЗГМ-2М, которые забирали из зумпфа гидротранспортной установки осветленную в

нем воду и подавали ее к гидромонитору ГМД-250М. Измерение расхода производилось электромагнитным расходомером типа «УКС-И» (устройство контроля скорости) , разработанным институтом «ВНИ-ИГидроуголь». Образцовый манометр на входе в гидромонитор подключался через демпфирующее устройство, заполненное чистой водой.

Плотность частично осветленной воды определялось объемно-весовым способом по пробам, отбираемым с помощью специального пробоотборника. Во всех случаях опыты проводились с насадками диа метром 100, 110 и 125 мм.

Экспериментальные данные обрабатывались в координатах #т =/(О2/с1„).

Результаты обработки показали, что при работе гидромонитора на чистой воде коэффициент к' — 0,094, а при работе на частично осветленной воде к' = 0,096.

Разница в значениях коэффициента к!, как видим, составляет 2%, что входит в точность экспериментальных работ. Поэтому можно считать, что и для чистой воды и для частично осветленной с плотностью до 1060 кг/м3, обобщенный коэффициент сопротивления гидромонитора ГМД-250М будет равен

д - °>094

ГМ ,М

п

(9)

С учетом (6) обобщенный коэффициент сопротивления простой неразветвлен-ной внешней сети насосно-гидромониторной установки вы разится зависимостью

0.81

+ Л,

(10)

где

А — коэффициент линейных ги-аравлических сопротивлений трубопровода;

Ь и — полная длина и диаметр трубопровода, м;

— сумма коэффициентов местных сопротивлений.

При разветвленной внешней сети с различными диаметрами магистральных и забойных водоводов и гидромониторами с различными диаметрами насадок обобщенный коэффициент ее сопротивления будет выражаться зависимостью

е п2 т2 (уЩ + уЩУ ' (11)

где ЯСМ,ЯЗВ — коэффициенты сопро-

тивления соответственно магистрального и забойного трубопроводов; п, т — количество соответственно магистральных водоводов и гидромониторов;

Яу, Яг — суммарные коэффициенты сопротивлений каждой группы однотипных гидромониторов.

Наличие зависимостей (6),(10) и (11) позволяет определять режим работы гидромонитора как традиционным графо-ана-литическим способом [3], так и чисто аналитически. В последнем случае математическая модель для определения режима работы гидромонитора будет включать три уравнения:

• уравнение напорной характеристики насосной станции водоснабжения

Я =а0 + щ£) +0&2 ,

«О = іао' а1 = = іаг/2-г * (12)

где а0, а{, а2 — коэффициенты урав-нения напорной характеристики насоса;

і — количество насосов в последовательном соединении; г — количество насосов в параллельном соединении;

• уравнение характеристики внешней сети

нс=н,+11с<?\ (13)

• уравнение напорной характеристики гидромонитора (6).

Определение режимов работы гидромониторов осуществляется в следующей последовательности:

_ -а, - /о? - 4 (а, - Яс)(а0 - Яг) У* 2(а, - Яс)

(14)

7 ' 7

пг т

(16)

гм1 гм гм1 ’ *-гм2 гм гм2 ’

где — суммарная цействитель-

ная подача насосной станции, м3/с;

Я^ — суммарный действительный напор насосной станции^;

Q — действительная подача каждого насоса, м3/с;

Я' . — действительный напор каждого насоса, м.

0гм1,2 ’Кгм1,2 ~ СООТВеТСТВеННО коэффициент сопротивления каждого гидромонитора из группы однотипных;

ЯГм — действительный напор на входе в каждый гидромонитор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Нурох Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. - М. : «Недра», 1485г.

2. Шелоганов В.И., Павленко Г.В. Экспериментальные исследования характеристик гидромонитора ГМД-250. Изв.ВУЗов, Горный журнал, 1995, №1,0.71 -74.

3. Шелоганов В.И., Павленко Г.В. Определение режима работы обо рудования насосно-гидромониторных установок. -В сб. Новые техно логии и технические средства гидромеханизации и подводной добычи. М.:МГТУ. 1994, 0.61-69.

© В.И.Шелоганов