Спосіб підйому багатокомпонентної суміші з великих глибин і насосна установка для його реалізації

1 Спосіб підйому багатокомпонентної суміші з великих глибин насосною установкою, що включає запуск установки, відкачку води в складі водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжний ступінь насоса, відділення повітря від суміші в проміжному перерізі нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос установки, який відрізняється тим, що попередньо задають швидкість транспортування твердої складової пульпоповітряної суміші, а потім у сталому режимі роботи установки на во Винахід відноситься до гірської промисловості і призначений для транспортування пульпи з великих глибин і може бути використаний при проектуванні пдротранспортних систем загального призначення Відомий спосіб газлифтного транспортування рідких середовищ, що включає стиск газу, подачу газу під тиском у піднімальну трубу, відділення газу від рідкого середовища до виходу його з піднімальної труби і подачу його знову на стиск (авт св СРСР №1288370, F04F1/00, 1984 р) Недоліком відомого способу є вельми вузький діапазон можливих висот підйому шахтної води, а також наявність значних тисків у нижньому перетині піднімальної труби Відомий пристрій для газліфтного транспортування рідких середовищ, що містить відцентровий насос, з'єднаний всмоктувальним патрубком, постаченим манометром, із приймальним резервуаром, нагнітальним трубопроводом, постаченим манометром і керованою засувкою, зі зливальним резервуаром (А И Петухов и др Горная механика М , «Недра», 1965 г 400с) Недоліком відомого пристрою є досить низька доповітряній суміші з заданою швидкістю подають тверду складову пульпи у нагнітальний трубопровід і транспортують багатокомпонентну суміш при підтримці заданої величини швидкості 2 Насосна установка для перекачування пульпи, що містить дві робочі камери, нижні частини яких сполучені між собою, а з відцентровим насосом системою трубопроводів, ПІДВОДНІ і нагнітальні трубопроводи, що сполучають ВІДПОВІДНО джерело суміші, що перекачується, і споживач з робочими камерами, яка відрізняється тим, що додатково містить живильник, акумулятор пневматичної енергії, багатосекційний відцентровий насос для створення водоповітряної суміші, що виконує роль робочого агента, сполучений з нагнітальним трубопроводом через завантажувальні камери, односекційний відцентровий насос, сполучений з шнековим живильником за допомогою мережі трубопроводів з керованими засувками надійність використовуваної запірної арматури Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб підйому багатокомпонентної суміші з великих глибин, що включає відкачку води в складі водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в насос, відділення повітря від суміші в проміжному перетині нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос (деклар патент України №29097 A, F04F1/20, 2000 р ) Недоліком відомого способу є вельми вузький діапазон можливих висот підйому шахтної води, наявність значних тисків у нижньому перетині нагнітального трубопроводу, а також неможливість транспортування багатокомпонентних сумішей із твердою фазою Найбільш близьким технічним рішенням є пристрій для перекачування високов'язкої багатокомпонентної суміші, що містить дві робочі камери, нижні частини яких повідомлені між собою, а з відцентровим насосом системою трубопроводів, підводящі і нагнітальні трубопроводи, що повідомляють, ВІДПОВІДНО, джерело суміші, що перекачується, і споживач з робочими камерами (авт св СРСР №1250733 А1, F04F1 /40,1986 г) (О Недоліком відомого пристрою є досить малі висоти підйому багатокомпонентних сумішей, а також неможливість транспортування багатокомпонентних сумішей із твердою фазою В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу підйому багатокомпонентної суміші з великих глибин, у якому шляхом вибору інших технологічних параметрів забезпечується можливість регулювання тиску в нижньому перетині нагнітального трубопроводу з урахуванням особливостей транспортування багатокомпонентних сумішей, і за рахунок цього, можливість безпечного ведення робіт і розширення діапазону висот транспортування сумішей із твердою фазою Поставлена задача віршується тим, що у відомому способі підйому багатокомпонентної суміші з великих глибин насосною установкою, що включає запуск установки, відкачку води в складі водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжну ступінь насоса, відділення повітря від суміші в проміжному перетині нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос установки, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, попередньо задають швидкість транспортування твердого в складі пульпоповітряної суміші, а потім у сталому режимі роботи установки на водоповітряній суміші з заданою швидкістю подають тверде в складі пульпи в нагнітальний трубопровід і транспортують багатокомпонентну суміш при підтримці заданої величини швидкості В основу винаходу поставлена також задача удосконалення пристрою для перекачування високов'язкої багатокомпонентної суміші, у якому шляхом вибору інших конструктивних параметрів забезпечується можливість використання установки для транспортування багатокомпонентної суміші з твердою фазою, і за рахунок цього, розширення діапазону можливих висот підйому пульпи при використанні стандартної низьконапірної арматури Поставлена задача вирішується також тим, що відома насосна установка для перекачування пульпи, що містить дві робочі камери, нижні частини яких повідомлені між собою, а з відцентровим насосом системою трубопроводів, ПІДВОДЯЩІ і нагнітальні трубопроводи, що повідомляють, ВІДПОВІДНО, джерело суміші, що перекачується, і споживач з робочими камерами, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, додатково містить живильник, акумулятор пневматичної енергії, багатосекційний відцентровий насос для створення водоповітряної суміші, що виконує роль робочого агента, повідомлений з нагнітальним трубопроводом через завантажувальні камери, односекційний відцентровий насос, повідомлений зі шнековим живильником за допомогою мережі трубопроводів з керованими засувками На фігурі схематично зображена установка для реалізації способу, що заявляється Насосна установка містить багатоступінчастий насос 1, проміжна ступінь якого з'єднана трубопроводом 9, що містить керовану засувку 8, з верхньою частиною акумулятора 4 3 однієї сторони акумулятор 4 з'єднаний трубопроводом 2, що містить манометр 13 та датчик швидкості 36, через керовані засувки 3 і 28 з виходом насоса 1, з іншої сторони трубопроводом 6 через керовану засувку 61294 5 зі зливальним резервуаром 7, і з третьої сторони трубопроводом 11 через зворотний клапан 10 з компресором 12 На виході насоса 1 до трубопроводу 2 приєднана система подачі пульпи Система подачі пульпи побудована на базі шнекового живильника ПШ-6, розробленого Гіпровуглемашем Одноступінчатий відцентровий насос 32 вхідним трубопроводом 33 повідомлений із приймальною ємністю 14 Вихід насоса 32 через керовану засувку 15 з'єднується з входом шнекового живильника 16 Вихід живильника 16 пульповодом 17 через керовані засувки 18 і 19 з'єднаний з верхніми сторонами завантажувальних баків 34 і 35 3 однієї сторони баки 34 і 35 трубопроводами 29 і ЗО через керовані засувки 26 і 27 з'єднані з трубопроводом 2, з іншої сторони вони з'єднані трубопроводом 31 через засувки 20 і 21 з трубопроводом 9 3 нижньої сторони баки 34 і 35 трубопроводами 24 і 25 через керовані засувки 22 і 23 з'єднані з трубопроводом 2 Між парами трубопроводів 24, 25 і 29, ЗО у трубопроводі 2 установлена керована засувка ЗО Спосіб реалізується в таким чином Задають величину тиску на виході насоса 1 і швидкість транспортування твердого в складі пульпоповітряної суміші Перед запуском установки насоси 1 і 32 заповнюють водою Керовані засувки 3, 5, 8, 15, 20, 21, 22, 23, 26, 27 і 19 цілком закриті Засувка 28 цілком відкрита Від компресора 12 стиснене повітря (газ) подають по трубопроводу 11 в акумулятор 4, при цьому зворотний клапан 10 не пропускає повітря назад до компресора 12 Запускають насос 1, відкривають засувку 3, і по трубопроводу 2 подають воду в акумулятор 4 В акумуляторі 4 вода відтискує стиснене повітря, що там знаходиться, від вхідного перетину трубопроводу 6 Відкривають засувку 5, і по трубопроводу 6 воду подають у зливальний резервуар 7 Відкривають засувку 8 і стиснене повітря по трубопроводу 9 від акумулятора 4 подають у проміжну ступінь насоса 1, де воно змішується з рідиною, що там знаходиться, у результаті чого утворюється водоповітряна суміш По трубопроводу 2 водоповітряну суміш подають в акумулятор 4, де газ, що міститься в суміші, відокремлюють від рідини і локалізують у верхній частині акумулятора 4 3 акумулятора 4 стиснене повітря знову подають у проміжну ступінь насоса 1 3 акумулятора 4 рідину по трубопроводу 6 подають у зливальний резервуар 7 У процесі підйому води регулюють величину тиску в нижньому перетині нагнітального трубопроводу 2 шляхом виміру тиску водоповітряної суміші на виході з насоса 1 манометром 13 Та у випадку перевищення поточного значення тиску щодо заданого, збільшують подачу стиснутого повітря в насос до досягнення заданого значення тиску Регулюванням засувок 5 і 8 домагаються сталості рівня рідини в акумуляторі 4 Після цього залитий раніше насос 32 запускають і відкривають засувку 15 Далі в завантажувальний бункер шнекового живильника 16 подають тверду фазу, що транспортується У результаті змішування потоку води і твердої фази на виході живильника 16 одержують пульпу По трубопроводу 17 пульпу через відкриту засувку 18 подають у завантажувальний бак 35 При цьому відкривають засувку 20, і наявне у баці 61294 повітря (водоповітряну суміш) витісняють пульпою в проміжну ступінь насоса 1 по трубопроводу 31 Після заповнення бака 35 пульпою відкривають керовані засувки 26, 22, 19, 21 і одночасно закривають засувки 28, 18, 20 У наступний момент часу при заданому значенні тиску водоповітряну суміш з виходу насоса 1 по трубопроводу 25 подають у бак 35 і, попередньо змішавши пульпу з водоповітряною сумішшю, починають витісняти отриману пульпоповітряну суміш з даного бака в трубопровід 2 із заданою швидкістю У цей же час за допомогою живильника 16 по трубопроводу 17 через відкриту засувку 19 пульпу подають у бак 34 Повітря (водоповітряну суміш), що знаходиться в баці 34, по трубопроводу 31 через засувку 21 витісняють у проміжну ступінь насоса 1 Час заповнення бака 34 пульпою і час змішування і витиснення пульпоповітряної суміші з бака 35 повинні бути однаковими Це необхідно для забезпечення безперервності потоку пульпи Після ТОГО, ЯК бак 34 буде цілком заповнений пульпою, а пульпоповітряна суміш з бака 35 буде цілком витиснута, здійснюють переключення засувок засувки 19, 21, 22, 26 закривають, а засувки 18, 20, 23, 27 відкривають Таким чином, знову утворену пульпоповітряну суміш починають витісняти з бака 34 по трубопроводу 29, а в бак 35 починають завантажуватися пульпу по трубопроводу 17, тобто процес завантаження -роз вантаження баків 34 і 35 повторюється циклічно Після витіснення з будь-якого бака пульпоповітряну суміш подають у трубопровід 2 Далі її піднімають в акумулятор 4 В акумуляторі 4 повітря відокремлюють від суміші і по трубопроводу 9 подають на стиск у насос 1 3 акумулятора 4 по трубопроводу 6 пульпу подають у зливальний резервуар 7 У процесі підйому пульпи контролюють величину швидкості транспортування пульпи датчиком швидкості 36 і величину тиску в нижньому перетині нагнітального трубопроводу 2 манометром 13 Далі при перевищенні даного значення збільшують подачу стиснутого повітря в насос до досягнення заданих значень швидкості і тиску Регулюванням засувок 5 і 8 домагаються сталості рівня рідини в акумуляторі 4 Розглянемо приклад можливого здійснення способу, що заявляється ВИХІДНІ дані для проектування шахтного гідротранспорту мають значення Нг=900м - глибина шахти, Оп=100м3/год - продуктивність по пульпі, рт=1800кг/м - густина твердого, що транспортується установкою, S=0 05 - об'ємна концентрація твердого, Оповат-618м3/год - об'ємні витрати повітря при атмосферному тиску Для заданих вихідних даних за спеціальною літературою вибираємо відцентровий багатосекційний насос ЦНС-300-700 1000 Для системи пульпозагрузки вибираємо шнековий живильник 3 ПШ-6, продуктивність якого складає 100м /год, а максимальний напір 800м вод ст , і односекційний відцентровий насос ЦНС-105-98 із продуктивністю 3 105м /год і максимальним напором 98м вод ст Якби транспортування пульпи здійснювалося тільки шнековим живильником, то висота підйому складала б не більш 800м у силу технічних характеристик живильника Запропонований спосіб дозволить підвищити висоту підйому пульпи, тому що, ВІДПОВІДНО до прийнятої схеми транспортування, напір живильника може бути обраний мінімальним, необхідним лише для заповнення робочих камер, а необхідна висота підйому забезпечується високонапірним насосом Визначимо тиск у нижньому перетині трубопроводу Для цього трифазний потік, що транспортується, (тверде+рідина+повітря) умовно замінимо двухфазным (пульпа+повітря) Визначимо густину пульпи рп = prS + (1 - S)-pp = 1800-0 05 + (1 0 05)-1000=1040 (кг/м3), (1) де р - густина, індексом позначені п - пульпа, р - рідина, пов - повітря, т - тверде, ат - атмосферне, с - суміш Одержимо формулу для визначення густини пульпоповітряної суміші рс = (ГПп + ГПпов)/(С2п + Опов) = (pn-Qn + Рпов -Опов )/(Qn + Опов ), (2) Рпов = рт • R • Т - р і в н я н н я с т а н у газу, (3) Оповат • Рат = Опов • Р - ЗЭКОН БоЙЛЯ-МарЮТЭ, (4) де m - масові витрати, кг/с, Q - об'ємні витрати, м3/с, Р - тиск повітря в проміжному перетині трубопроводу, Па Формула (2) з обліком (3) і (4) прийме вигляд Рс = (pn-Qn + Оповат-Рат / R-T)/(Q n + Оповат-Рат / Р), Підставимо чисельні значення рс= (1040-100 + 618-1-105/288-293)/(100 618-1-105/20-105) = 800 (кг/м3), + 5 ДЄ Р ПРИЙНЯТО РІВНИМ Р с р = 2 0 - 1 0 П а , а Оповат = 618м3/ч Ступінь зниження тиску (без обліку втрат напору) визначиться зменшенням густини пульпоповітряної суміші на ДІЛЯНЦІ від насоса до акумулятора і складе АР = Рп - Рс = pn-g-h - pc-g-h - (рп - pc)-g-h = (1040 - 800) -9 81-600 = 14 1264-Ю5 (Па), де h = 600м - висота підйому пульпоповітряної суміші Таким чином, застосування винаходу, що заявляється, дозволить одержати економічно вигідну безступінчасту схему підйому пульпи з великих глибин, використовуючи при цьому надійну низьконапірну арматуру, розширити можливий діапазон висот підйому пульпи 61294 29 34 ФІГ. Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119