Файл: Анализ технических решений повышения производительности землесосов.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.12.2023

Просмотров: 67

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
= 1,16 т/м3, при дальнейшем повышении плотности произойдёт срыв характеристики насоса из-за кавитации.
При ρсм = 1,16 т/м3 производительность по грунту:
Qгр = 0,93×Qсмсмв – 1),
Qгр = 0,93×6530×(1,2/1 – 1) = 971,6 м3/ч.
Для повышения производительности рекомендуется использовать бустерный насос, с напором равным:
Нб = Нвспом – Нвакдоп, при Q = 6530 м3
Нб = 6,5 – 5,4 = 1,1 м (см. характеристики насоса).
В данном случае в качестве бустерного насоса мы будем использовать эжектор.
2. Расчёт грунтового эжектора.

2.1. Расчёт коэффициента инжекции.
Коэффициент инжекции представляет собой сумму двух частных коэффициентов инжекции по твёрдому телу и жидкости:
И = Ит + Ив,

Где,

Ит – коэффициент инжекции по твёрдому телу

Ив – коэффициент инжекции по жидкости
Ит = σтр,

Где,

σт – расход инжектируемого твёрдого тела, т/ч

σр – расход рабочей жидкости через сопло, т/ч
Ив = σивр,

Где,

σив – расход инжектируемой жидкости, т/ч
Расход рабочей жидкости:

σр = Qр × ρр,

Где,

Qр – подача насоса рабочей жидкости, м3

ρр – плотность рабочей воды, т/м3
В качестве насоса служащего для подачи рабочей жидкости мы берём двухсторонний насос марки Д 1600 – 90 (14 НДС).
Технические характеристики


Диаметр рабочего колеса: 460 мм.

Подача: 1000 м3/ч.

Напор: 26 м.

Частота вращения: 960 об/мин.

Мощность насоса: 148 кВт.

Оптимальный КПД: 87 %

Допускаемый кавитационный запас: 5 м

Давление на входе в насос: 0,3МПа

σр = 1000 × 1 = 1000 т/ч.
Расход инжектируемого твёрдого тела.
σт = Qгр × ρгр,

Где,

Qгр – расчётная производительность землесоса по грунту
, м3/ч.

ρгр – плотность грунта в естественном сложении

ρгр = 2,1 т/м3

σт = 971,6 × 2,1 = 2040,36 т/ч
Расход инжектируемой жидкости.
σив = Qсмвых × ρсмвых – Qр × ρр – Qгр × ρгр,

Где,

Qсмвых – расчётная подача по смеси, м3

ρсмвых – расчётная плотность смеси, т/м3

ρсмвых = 1,16 т/м3
σив = 6530 × 1,16 – 1000 × 1 – 971,6 × 2,1 = 3534,4 т/ч
Подача по смеси на входе в грунтоприёмник.
Qсмвх = Qсмвых – Qр = 6530 – 2000 = 4530 м3
Плотность смеси на входе в грунтоприёмник.
ρсмвх = (Qгр/0,93×Qсмвх +1)× ρв = (941,6/0,93×4530+1)×1 = 1,23 т/м3
ρсмвхсмвых
Ит = 2040,36/2000 = 1,02
Ив = 3534,4/2000 = 1,77
И = 1,02 + 1,77 = 2,79

Qсмвх = 6530 м3/ч Qсмвых = 4530 м3
ρсмвых = 1,16 т/м3 ρсмвх = 1,23 т/м3
Qр = 2000 м3
ρр = 1 т/м3

2.2. Расчёт удельного объёма инжектируемой среды.

Uн = Uн.в × Uв/ (Uв + Uт) + Uт × Uт/ (Uв + Uт)
Где,

Uн.в – удельный объём инжектируемой среды (жидкости) м3/кг

Uт удельный объём инжектируемого твёрдого тела м3/кг
Uт = 1/ ρр = 0,005 м3/кг
Uн.в = 1/ ρв = 10-3 м3/кг
Удельный объём смешанной среды (гидросмеси) на выходе из аппарата:
Uс = Uс.в × (1 + Uв)/ (1 + Uв + Uт) + Uт × Uт/ (Uв + Uт)

Где,

Uс.в – Удельный объём жидкости на выходе из аппарата, м3/кг
В данном случае удельный объём рабочей, инжектируемой и смешанной жидкости равны, то есть.
Uр = Uс.в = Uн.в = 10-3 м3/кг
Uн = 1×(10-3 × 1,77/2,79 + 0,0005 × 1,02/2,79) = 0,000815 м3/кг
Uс = 10-3×(1+1,77)/(1+2,79) + 0,0005×1,02/1+2,79 = 0,0008 м3/кг

2.3. Уравнение характеристики струйного аппарата для гидротранспорта.


ΔРс = Ч12×fp1/f3×{2Ч2 + (2Ч2 – 1/Ч42)×fp1/f3× n ×Ит2×(1 + α)× ×(Uн.в/Uр × α + Uт/Uр) – (2 – И32)× fp1/f3×[1 + Ит(1 + α)]×[ Uсв/U

р× ×(1 + α × Ит) + Uт/Uр× Ит]}

Где,

f3 – площадь выходного сечения камеры смешения, м2

fp1 – площадь выходного сечения рабочего сопла, м2

Ч1 = 0,95 коэффициент скорости сопла

Ч2 = 0,875 коэффициент скорости камеры смешения

Ч3 = 0,81 коэффициент скорости диффузора

Ч4 = 0,83 коэффициент скорости входного участка камеры смешения
α = Uв/Uт = 1,77/1,02 = 1,73
n = f3/fp1/(f3/fp1 – 1) = 16,67/15,67 = 1,06
Оптимальное отношение f3/fp1 определяется по уравнению
f3/fp1 = (в + √в2 – 4×α×с)/2×α
в = – {И3 + (2 – И32)×[1 + И1(1 + α)]×[Uсв/Uр(1 + α×И1) + Uв/Uр× ×Ит] – (2×И2 – 1/Ч4 )×( α×Uпв/Uр + Uт/Uр)×(1 + α)×Ит2} = {0,875 + (2 – 0,812)[1 +1.02(1 + 1,73)]×[10-3/10-3((1 + 1,73)×1,02) + + 0,0005×1,02]–[2×0.875 – 1/0,832](1,73 + 0,0005/0,001)( 1 + 1,73)× ×1,022} = – 10,665
с = (2 – И32) [1 + И1(1 + α)] [Uсв/Uр(1 + α×И1) + Uт/Uр] = = (2 – 0,812)[1 +1,02(1 + 1,73)][(( 1 + 1,73)×1,02) + 0,5×1,02] = 11,56

f3/fp1 = (10,665 + √10,6652 – 4×0,875×11,56)/2×0,875 =10,98
Рс – перепад давлений создаваемый струйным насосом
ΔРс = Рс – Рн

Где,

ΔРс – давление смешанного потока на выходе из диффузора

Рн – давление инжектируемого потока перед струйным аппаратом

Рн = 0
ΔРр – перепад давлений рабочего потока
ΔРр = Рр – Рн
Где,

Рр – давление рабочего потока перед струйным аппаратом
Определение давления рабочего потока перед струйным аппаратом.
Потери напора в трубопроводе перед струйным аппаратом:
H = 0,0827×Q2/d4×(λ×L/d + ΣИ3),

Где,

Q – подача насоса, м3

d – диаметр трубопровода, м

λ – коэффициент сопротивления трения.

L – длина трубопровода

L = 16 м.
Суммарный коэффициент местных сопротивлений.
Значения коэффициента сопротивления трения λ могут быть определены по формуле Альтшуля применимой для всех областей турбулентного режима (Re > 2300)
λ = 0,1(1,46×Δ/Dт + 100/Re)0,25,

Где,

Δ – значение эквивалентной шероховатости

Δ = 0,1 мм

Re = 1,27×0,27/Dт×ν = 1,27×0,27/0,7×0,114×10-3 = 429699
λ = 0,1(1,46×0,0001/0,7 + 100/429699)0,25 = 0,014
H = 0,0827×0,282/0,74×(0,014×16/0,7 + 2) = 0,063 м
Нр = Нн + Н,

Где,

Нн – напор насоса, м

Н – потери напора в трубопроводе, м
Нр = 26 – 0,063 = 25,94 м
Рр = ρgНр = 1000×9,81×25,94 = 254471,4
ΔРр = 254471,4 – 0 = 254471,4
Определяем перепад давлений создаваемый струйным насосом.
После определения (f3/fp1) и ΔРс характеристики струйного аппарата находим Рс.
Рс = 254471,4×0,952×(10,1)-1×((2×0,875 + (2×0,875 – 1/0,832)× ×10,1)-1×1,06×1,022×(1 + 1,73)×(10-3/10-3×1,73 + 0,0005/10-3) – (2 – 0,812)×(10,1)-1×(1 + 1,021×(1 + 1,73))×(10-3/10-3×(1 + 1,73)×1,02+ + 0,0005/10-3×1,02)) = 11960,2
ΔРс = Рс = 11960,2
После нахождения давления смешанного потока на выходе из диффузора Рс , мы находим напор бустерного насоса.
Рс = ρgНр
Нр = Рс/ρg = 11960,2/1000×9,81 = 1,22 м.

2.4. Расчёт геометрических размеров струйного насоса.
Площадь выходного сечения рабочего сопла, м2
fp1 = σ11√Vр/2ΔРр = 555,6/0,95√10-3/2×254471,4 = 0,03 м2
По площади fp1 определяем диаметр рабочего сопла, м2
fp1 = πd2/4
d = √4×fp1/π = √4×0,03/3,14 = 0,195 м
Из отношения d3 = f3/fp1 определяем d3
f3 = 10,1×fp1 = 10,1×0,03 = 0,3 м2
d3 = √4×f3/π = √4×0,3/3,14 = 0,62 м
Длина камеры смешения
Lк = 3d3 = 3×0,62 = 1,85 м
Длина диффузора при учёте раскрытия

Lg = 6,5(dгр – d3) = 6,5(0,7 – 0,62) = 0,52 м


3. Рамоподъемное устройство.
Нагрузки воспринимаемые рамоподъёмным устройством:

Масса всасывающего наконечника (щелевидного) g = 5 т

Масса сосуновой рамы с трубами гидроразрыхлителя g1 = 7 т

Масса всасывающей трубы g2 = 1,5 т L = 9 м D = 0.7 м

Масса пульпы в трубе всасывающего грунтопровода погруженном в воду
g3 = V(ρсм – ρв),

где,

V – объём трубы диаметром D = 700 мм и диной L = 9 м

ρсм = 1,2 т/м3 плотность гидросмеси

ρв = 1,0 т/м3 плотность воды
V = πD2/4×L = 3,14×0,72/4×9 = 3,5 м3
g3 = 3,5(1,2 – 1) = 0,7 т
Масса пульпы в наконечнике погруженном в воду, принимая его объём V = 4 м3 составляет
g4 = 4(1,2 – 1) = 0,8 т
Масса грунтового эжектора g5 = 4 т
Для выявления максимального натяжения рамоподъёмного полиспаста рассмотрим три случая положения сосуновой рамы:
1. Рама погруженная на максимальную глубину 8 м

2. Рама погруженная на промежуточную глубину 4 м

3. Рама в походном положении.

1-й случай
Натяжения полиспаста, с учётом потери веса в воде определяется из уравнения моментов относительно точки подвеса рамы.
(0,87g1 + 0,87g5 + g4) L + 0,87g1L1 + (0,87g2 + g3) L2 – TnL3 = 0
Откуда:
Tn = ((0,87g1 + 0,87g5 + g4) L + 0,87g1L1 + (0,87g2 + g3) L2)/L3
Tn = ((0,87×5+0,87×4 +0,8)×7+0,87×7×3,2+(0,87×1,5+0,7)×3)/5,4 = = 15,9 т.с.
2-й случай

Натяжения полиспаста,
Tn = ((0,87g + 0,87g5 + g4) L4 + 0,87g1L5 + (0,87g2 + g3) L6)/L7
Tn = ((0,87×5+0,87×4 +0,8)×9,7+0,87×7×4,6+(0,87×1,5+0,7)×3,7)/6 = 19,9 т.с.
3-й случай

Натяжения полиспаста,
Tn = ((g + g5) L8 + g1L9 + g2L10)/L11
Tn = ((5 + 4)×10,5 + 7×5+1,53,8)/6,2 = 21,8 т.с.




Схема рамоподъёмного устройства
4. Расчёт мощности электростанции.
Установленная мощность: Ру = 148 кВт

Необходимая мощность: Рн = 148 кВт

Коэффициент загрузки КПД: η = 1,0

Cos y = 0,87

Cos y = 0,87
Единичная потребляемая мощность.
Ред