Рациональное местоположение перекачивающих станций многоступенчатых гидротранспортных систем Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

-------------------------------------------- © А.П. Гришко, 2006

УДК 622.23.05

А.П. Гришко

РАЦИОНАЛЬНОЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Семинар № 15

Яапоры, реализуемые центробежными грунтовыми насосами, а также давления на их всасывающей стороне ограничены известными техническими факторами. Поэтому увеличение расстояния доставки горной массы, отмечаемое при гидровскрышных работах на ряде угольных карьеров, приводит к необходимости использования много-ступенчатых гидротранспортных систем с рассредоточением грунтовых насосов по трассе гидротранспортирования. Такое же положение наблюдается и при гидротранспортировании хвостов обогатительных и дробильно-сортировочных фабрик.

Возможны и реализуются две принципиальные схемы много-ступенчатых гидротранспортных систем. При первой из них (с разрывом непрерывности гидротранспортного потока) перекачивающие станции гидротранспортной системы оборудуются промежуточными зумпфами, выполняющими роль демпфирующих емкостей для соответствующего согласования рабочих режимов головной и перекачивающей станций. Вторая схема предполагает жесткое соединение головных и перекачивающих насосов общей системой трубопроводов без разрыва гидротранспортного потока.

Наличие промежуточного зумпфа на перекачивающей станции, на наш взгляд, следует считать безусловно оправданным в тех случаях, когда на перекачивающей станции объединяются или концентрируются гидротранспортные потоки от забой-

ных установок, расположенных на удаленных друг от друга участках горных работ. В этом случае рабочие режимы забойных гидротранспортных установок могут существенно отличаться даже при использовании одного и того типа грунтовых насосов. Кроме того, эти режимы могут по разным причинам изменяться во времени. Промежуточный зумпф на перекачивающей станции в таких случаях выполняет роль усреднителя расхода гидросмеси на магистральном участке гидротранспортной системы, обеспечивая необходимую эффективность ее эксплуатации.

В тех случаях, когда гидротранспортный поток формируется одной стационарной головной насосной станцией, многоступенчатая система с жестким соединением грунтовых насосов является более предпочтительной. Отсутствие промежуточных зумпфов существенно удешевляет гидротранспортную систему. Появляется возможность дистанционного управления перекачивающими станциями и полной их автоматизации. Снимаются проблемы утепления промежуточных зумпфов при эксплуатации гидротранспортной системы в зимний период.

Главным аргументом в пользу гидротранспортных систем с промежуточными зумпфами остается возможность более простого и надежного согласования рабочих режимов головных и перекачивающих станций и обеспечения их устойчивости в процессе эксплуатации. Однако, как показывает имеющийся опыт, вопросы согла-

сования и стабилизации рабочих режимов гидротранспортных систем с жестким соединением грунтовых насосов успешно решаются при правильном выборе местоположения перекачивающих станций и их оборудовании необходимым комплектом предохранительной арматуры. Надлежащий выбор местоположения перекачивающих станций необходим и для гидротранспортных систем с промежуточными зумпфами.

Рациональное местоположение перекачивающей станции в общем случае должно обеспечивать одинаковый расход головного и перекачивающего насосов. В частном случае, когда насосы жестко соединены системой трубопроводов, напор на входе в перекачиваю-щие насосы не должен превышать предельной величины по паспорту и не должен снижаться ниже допустимой вакуумметрической высоты всасывания, определяющей границу кавитационных режимов. Ниже рассматриваются три графических метода определения рационального местоположения перекачивающих станций гидротранспортных систем.

Метод пьезометрических напоров. Расчеты и графические построения выполняются в два последовательных этапа. На первом этапе после предварительного выбора насосов и определения необходимого их количества в последовательном соединении выполняется графический анализ рабочего режима гидротранспортной системы. При этом по известным методикам [1, 2, 3] рассчитываются и строятся суммарная напорная характеристика последовательно соединенных насосов и напорная характеристика общей внешней сети. Затем по точке пересечения указанных напорных характеристик определяют действительные напор Ннс и расход Quс последовательного соединения насосов, а на основе соответствующего обратного построения находят напоры, реализуемые каждым насосом, задействованным в последовательном соединении (Н1, Н2 и т.д.).

Задачей второго этапа является построение линии пьезометрических напоров трассы трубопроводов (см. рис. 1). Для этого с соблюдением принятого линейного масштаба предварительно вычерчивается спрямленный план-профиль

трассы трубопроводов, на котором отмечаются точки перегиба трассы в горизонтальной и вертикальной плоскостях (0, 1, 2, . . . , 7 в примере, показанном на рис. 1), а также указываются расстояния [1 между указанными точками и их геодезические отметки 2^. Далее для каждой точки плана-профиля трассы рассчитываются пьезометрические напоры Нс,, численные значения которых служат ординатами точек линии пьезометрических напоров (показано в верхней части рис. 1).

Пьезометрический напор в отдельно взятых точках трассы тру-бопровода численно равен его сопротивлению на участке от головной насосной станции до указанных точек при расчетном расходе Qн.с последовательного соединения насосов:

н с =( 2, - г0) + к-<г I,,

где 20 — отметка уровня гидросмеси в приемном зумпфе головной насосной станции; м; 2^ — геодезические отметки рассматриваемых точек перегиба (реперов) трассы, м; к, — коэффициент, учитывающий местные потери напора; /г — удельные линейные потери напора в трубопроводе, определяемые в зависимости от физико-механических свойств гидросмеси, ее расхода и диаметра трубопровода [3]; — расстояние по трассе трубо-

проводов от головного насоса ГН до рассматриваемого репера, м.

Требуемый напор для конечной точки трассы трубопроводов, по-види-мому, равен расчетному напору последовательного соединения насосов Ннс. Откладывая по оси ординат величину напора Н1 головного насоса и определяя точку на трассе с равновеликим ему требуемым напором (см. рис. 1), находят необходимое местоположение перекачивающего насоса ПН.

*•1 ^2 *3 I и а5 ^6 *7

п . —О О О-——Д- "—О ■■ О— ■ ■■■— 6

Рис.„ , / 1 Г I / Т / 1 I Т °р°в

—»- — 11 -1— ‘2 ---------- 13 '1 М 1 *5 ‘6 Ч 4

Рис. 1. Определение местоположения перекачивающей станции методом пьезометрических напоров

Если количество насосов в последовательном соединении больше двух (например, три насоса), то после определения местоположения первого перекачивающего насоса по расчетному его напору Нь как это было показано выше, определяют расчетный напор двух первых насосов, который равен их сумме Н\+Н2. Необходимое место-положение третьего насоса будет в той точке трассы трубопроводов, где пьезометрический напор равен Нх+Н2. Аналогично описанному выше производится анализ рабочих режимов и определение местоположения перекачивающих станций для систем с четырьмя и более последовательно соединенными насосами.

Метод избыточных напоров. Как и в описанном выше методе, на первом этапе производится графический анализ рабочего режима с определением расчетных расхода и суммарного напора гидротранспортной системы, а также напоров каждого из насосов в последовательном соединении. Если насосы однотипны, по-видимому, реализуемые ими напоры бу-

дут одинаковыми. При двухступенчатой гидротранспортной системе Н = Н2.

После вычерчивания плана-профиля трассы трубопроводов приступают к построению линии избыточных напоров, под которым понимают разность между суммарным напором насосов, расположенных слева от рассматриваемого репера трассы, и сопротивлением участка трубопровода между головной насосной станцией и репером трассы при расчетном рабочем режиме гидротранспортной системы:

Ни =Хн , - нс/ ,

где Нс,- определяется по формуле, приведенной выше, а избыточный напор в начальной точке трассы равен напору головного насоса.

Построение линии избыточных напоров применительно к двухступенчатой гидротранспортной системе (Н = Н2) представлено на рис. 2. Ее построение начинают от нулевого репера, где Ни0 = Д, постепенно переходя к последующим ре-

перам. Точка пересечения линии избыточных напоров с осью абсцисс (Н = 0) определяет положение перекачивающей насосной станции ПН.

Точки пересечения линии избыточных напоров с линиями допустимого напора на входе в насосные агрегаты Ндоп и допустимой вакуумметрической высоты всасывания Нвд (показано пунктиром на рис. 2) определяют левую и правую границы трассы трубопроводов, где выполняются оговоренные выше условия эксплуатации насосов. Если по каким-то техническим причинам перекачивающая станция не может быть расположена в точке трассы с нулевым избыточным напором, целесообразным является ее смещение в сторону более высоких значений Ндоп, то есть к левой из указанных выше границ.

После определения положения первой перекачивающей насосной станции для соответствующего ей репера трассы ордината Нс,- увеличивается на величину напора перекачивающего насоса и производятся вычисление и построение ординат линии избыточных напоров для последующих реперов до тех пор, пока указанная линия снова не пересечет ось абсцисс. Метод избыточных напоров считается боле предпочтительным при большом числе

перекачивающих станций в гидротранспортной системе.

Метод путевых расходов. Исходными документами для определения местоположения перекачивающей станции при использовании этого метода является описанный выше план-про-филь трассы трубопроводов, а также напорные характеристики головного и перекачивающего насосов.

Идеология метода состоит в следующем (см. рис. 3.). В реперах трассы трубопроводов, обозначенных цифрами, условно располагают перекачивающую станцию и определяют рабочие режимы головного и перекачивающего насосов при их раздельной работе на соответствующие участки трубопровода.

Для головного насоса этим участком является трубопровод между головной станцией и рассматриваемым репером, а для перекачивающего — трубопровод от репера до выпуска в конечном пункте транспортирования гидросмеси. Устойчивость рабочего режима и отсутствие кавитации будут обеспечены, если расход головного насоса не меньше расхода перекачивающего насоса. Оптимальному варианту, по-видимому, соответствует равенство указанных расходов жидкости.

Рис. 3. Определение местоположения перекачивающих станций методом путевых расходов

Если для каждого пикета определить возможный расход жидкости головного и перекачивающего насосов, нанести их на чертеже плана-профиля трассы трубопроводов в виде ординат с соблюдением соответствующего масштаба, то после соединения полученных точек отрезками прямых линий будем иметь так называемые линии расчетных путевых расходов головной и перекачивающей насосных станций. Точка пересечения указанных линий соответствует равенству расходов головного и перекачивающего насосов, а следовательно, и искомому оптимальному местоположению перекачивающей насосной станции (см. рис. 3, а).

Путевые расходы головного и перекачивающего насосов для каждого пикета определяются по точкам пересечения их индивидуальных напорных характеристик Нга—Q и Нпн—Q с напорными характеристиками соответствующих участков трассы трубопровода Нсгі и Нспі (см. рис. 3, б и в). Последние рассчитываются с использованием известных методик [3].

При определении путевых расходов следует полагать головной насос работающим на трубопровод, полностью заполненный гидросмесью с максимальной концентрацией твердой составляющей, а перекачивающий насос — работающим на трубопровод, заполненный водой. В этом

случае удается предотвратить возможное рассогласование рабочих режимов головного и перекачивающего насосов с опас-

1. Гришко А. П. Стационарные установки карьеров. — М.: Недра, 1982.

2. Толстых В.И., Гришко А.П. Графоаналитические методы определения местоположения перекачивающих станций. М.: «Промыш-

ностью кавитации в последнем при переходных процессах пуска гидротранспортной системы.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ленность строительных материалов Москвы», № 8, 1985.

3. Шелоганов В.И., Кононенко Е.А. Насосные установки гидромехани-зации. М.: МГГУ, 1999.

— Коротко об авторах

Гришко А.П. — кандидат технических наук, профессор, кафедра «Горная механика и транспорт» Московский государственный горный университет.

------------------------------------------------- © В.П Дьяченко, 2006

УДК 622.014.3:502.76

В.П. Дьяченко

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ЗАГРУЗКИ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ В ЛЕНТЕ КОНВЕЙЕРА СТРУКТУРНЫМ МЕТОДОМ

Семинар № 15

~П работе [1] нами предложена структурная динамическая модель ленточного конвейера как распределенной в пространстве системы. Использование понятий структурной теории распределенных систем, в частности типовых звеньев с распределенными передаточными функциями [2], позволяет учесть динамические эффекты, присущие только распределенным системам, при переходе к эквивалентной сосредоточенной системе. Ниже показано, как предложенный подход позволяет корректно составить уравнение продольных

колебаний рабочей ветви ленточного конвейера и выявить причину автоколебаний в системе «привод - лента», наблюдаемых на мощных ленточных конвейерах.

Примем за начало координат точку набегания ленты на приводной барабан, а ось X направим вдоль рабочей ветви конвейера. Считая силы сопротивления движению ленты и инерции движущихся частей роликоопор распределенными, уравнение движения ленты запишем в виде: