Шахтна зумпфова двоступінчаста гідроелеваторна установка

Шахтна зумпфова двоступінчаста гідроелеваторна установка, що включає основний, високонапірний, струминний апарат, що містить всмоктуючий патрубок, камеру змішання і насадок, який підключений до трубопроводу робочої води, і пе 3 38361 фів від твердого за допомогою багатоступінчастого струминного апарату, принципова схема якого запропонована вперше в /1/. Однако і схемі /2/ властиві істотні недоліки: - на відміну від схеми /1/, в схемі /2/ виключений передвключений низьконапірний струминний апарат, що істотно ускладнює, практично виключає, можливість забезпечення необхідної всмоктуючої здатності установки і вслід цього призводить до різкого зниження її подачі і експлуатаційного ККД. На додаток до відміченого, процес забезпечення необхідної подачі установки додатково ускладнюється ще і у зв'язку з тим, що витрата всмоктуваної першим апаратом води повинна бути збільшена на величину витрати води зливаємої через сепаратор, що саме по собі різко знижує загальну ефективність роботи установки як засобу призначеного перш за все для відкачування зумпфового водопритоку: - складність узгодження робочих параметрів апаратів між собою, що обумовило введення в схему /2/ значної кількості засувок (поз. 11, 13, 15 і 19 в /2/). Але, як випливає з /2/, етап наладки роботи установки з їх допомогою вимагає близько чотирьох місяців, що свідчить про різке ускладнення самого процесу наладки, що не відповідає сучасним вимогам виробництва. Крім того, прикриття вказаних засувок при значення напору передвключеного струминного апарату може бути досягнутий тільки при проектуванні його виходячи з умови забезпечення максимального його гідравлічного ККД. А це обумовлює рівність, або примірну рівність, між собою відношень діаметрів камер змішення і насадків обох апаратів. У результаті, в схемі /3/ має місце знижений і, головне, достатньо вузький діапазон напору, забезпечуваний передвключеним апаратом. Внаслідок цього, при глибині зумпфів, яка перевищує, орієнтовно, 60...80 м ефективність використовування схеми /3/ знижується через неможливість створення необхідного підпору на вході основного струминного апарату, що істотно звужує область застосування схеми /3/; - ускладненість конструкції установки, пов'язана з установкою регулювальної засувки на трубопроводі робочої води передвключеного апарату. Прикриття її для цілей регулювання витрати циркуляційного потоку води через насадок апарату призводить до зниження економічності, гідравлічного ККД, установки; - висока вірогідність засмічення насадка передвключеного апарату крупними твердими частинками, унаслідок відбору робочого потоку від пульпопроводу установки. Мета винаходу - усунення відмічених недоліків, підвищення і розширення діапазону забезпечуваного установкою напору, розширення області її застосування, підвищення гідравлічного ККД, надійності і безпеки роботи, спрощення конструкції установки. Ця мета досягається тим, що у відомій схемі шахтної зумпфової двоступінчастої гідроелеваторної установки, що включає основний, високонапірний, струминний апарат, вміщуючий всмоктуючий патрубок, камеру змішення і насадок, який підключений до трубопроводу робочої води, і передвк 4 лючений струминний апарат, пониженого напору, вміщуючий камеру змішення, насадок, напірний патрубок, який підключений до всмоктуючого патрубка основного струминного апарату, насадок передвключеного струминного апарату підключений до трубопроводу регулюванні обумовлює додаткові втрати енергії і зниження ККД установки; - загальна конструктивна складність установки, обумовлена значною кількістю регулювальних засувок і сепараторів пульпи (поз. 18 в /2/). Відома, вибрана як прототип, шахтна зумпфова двоступінчаста гідроелеваторна установка /3/, що включає основний, високонапірний, струминний апарат, вміщуючий всмоктуючий патрубок, камеру змішення і насадок, який підключений до трубопроводу робочої води, і передвключений струминний апарат пониженого напору, вміщуючий камеру змішення, насадок, напірний патрубок, який підключений до всмоктуючого патрубка основного струминного апарату. При цьому насадок передвключеного струминного апарату підключений до напірного трубопроводу, що містить регулювальну засувку і підключений, у свою чергу, до пульпопроводу основного струминного апарату, що, власне, і обумовлює різко знижений напір передвключеного струминного апарату в порівнянні з основним струминним апаратом. Фактично установка /3/, также як і /2/, розвиває схему /1/, с тієї ли ше різницею, щовідбір робочої води в насадок передвключеного апарату пониженного напору ведеться безпосередньо від пульпопроводу основного апарату (а не від сепаратора пульпи, як в /1/) і напірний трубопровід передвключеного апарату містить регулювальну засувку. Зіставлення схеми /3/ з схемою /2/ показує, що в першій з них усунений головний недолік схеми /1/. Стосується це підвищення всмоктуючої здатності установки, забезпечуваного завдяки різко пониженому напору передвключеного апарату (з регулюванням витрати робочого потоку через його насадок), що забезпечує важливу для експлуатації якість - задовільну роботу установки з позитивною висотою всмоктування. Проте схемі /3/ також властиві вельми істотні недоліки: - знижена загальна напірность установки, унаслідок пониженого напору передвключеного апарату, що не перевищує 20...25 % величини напору основного апарату. Більш того, вказаний діапазон відносного робочої води основного струминного апарату, при цьому співвідношення діаметрів камер змішення і насадків передвключеного і основного струминних апаратів відповідає умові n1/n2=1,25...2,5, де n1=dk1 / dc1 ; n2=dk2 / dc2; dk1 і dk2 діаметри камер змішення передвключеного і основного струминних апаратів; dс1, і dc2 - діаметри насадків передвключеного і основного струминних апаратів. Суть передбачуваного винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1, представлена схема шахтної зумпфової двоступінчастої гідроелеваторної установки, на фіг. 2 і фіг. 3 дані схеми основного 1 і передвключеного 7 струминних апаратів з позначенням діаметрів їх камер змішення і насадків: dk1, dс1, dk2, dc2. 5 38361 Установка включає основний, високонапірний, струминний апарат 1, вміщуючий всмоктуючий 2 і напірний 3 патрубки, камеру змішення 4 і насадок 5, який підключений до трубопроводу 6 робочої води, і передвключений струминний апарат 7 пониженого напору, вміщуючий камеру змішення 8 і насадок 9, напірний патрубок 10, який підключений до всмоктуючого патрубка 2 основного струминного апарату 1. Насадок 9 передвключеного струминного апарату 7 підключений, за допомогою трубопроводу 11, до тр убопроводу 6 робочої води основного струминного апарату 1, а напірний патрубок 3 основного струминного апарата 1 - до пульпопроводу 12. Установка розміщена в зумпфі 13 і забезпечена засувками 14 і 15, встановленими відповідно на трубопроводі 6 робочої води і на пульпопроводі 12. Передвключений струминний апарат 7 забезпечений всмоктуючим трубопроводом 16. В якості джерела робочої води прийнятий насос 17, до якого підключений трубопровід 6 робочої води. При цьому співвідношення діаметрів камер змішення 8 і 4 і, відповідно, насадків 9 і 5 передвключеного 7 і основного 1 струминних апаратів відповідає умові n1/n2=1,25...2,5, де n1=dk1 / dc1, n2=dk2 / dc2 , dk1 і dk2 - діаметри камер змішення 8 і 4 передвключеного 7 і основного 1 струминних апаратів; dc1 і dc2 - діаметри насадків 9 і 5 передвключеного 7 і основного 1 струминних апаратів. В процесі відкачки води рівень її в з умпфі змінюється від верхнього (ВР) до нижнього (HP) рівня. Установка працює таким чином. При накопиченні відповідного об'єму води і твердої маси вугілля і породи в придонній області зумпфа 13 (як правило, при досягненні дзеркалом води проектного верхнього її рівня - ВР, фіг. 1) включається насос 17 і відкривається засувка 14, завдяки чому робочий потік води від насоса 17 поступає в трубопровід 6 робочої води і далі, одночасно, в насадки 5 і 9 основного 1 і передвключеного 7 струминних апаратів. Оскільки засувка 15 при цьому закрита, потік робочої води прямує через всмоктуючий трубопровід 16 назовні, в зумпф 13, із взмученням маси твердого, що раніше осіла, потоком води. Після цього відкривається засувка 15 і взмучена гідросуміш (пульпа) всмоктується за допомогою передвключеного струминного апарату 7 (за допомогою всмоктуючого тр убопроводу 16) і подається далі від його напірного патрубка 10 до всмоктуючого патрубка 2 основного струминного апарату 1, яким гідросуміш нагнітається по пульпопроводу 12 до місця її накопичення ,наприклад, в спеціальний підземний шламонакопичувач, або у водозбірник водовідливної установки. Напрямки руху потоків води показані стрілками на фіг. 1, 2 і 3. Після зниження рівня води в зумпфі 13 до відмітки нижнього її рівня (HP, фіг. 1) засувки 14 і 15 послідовно закриваються, і насос 6 вимикається до наступного введення установки в роботу. Протягом всього процесу роботи установки на вході основного струминного апарату 1 підтримується необхідна, підвищена, величина підпору, яка забезпечується за рахунок напору передвключеного струминного апарату 7. Одночасно, виконання останнього із співвідношенням n1/n2=1,25...2,5 в пропонованій схемі, практично при будь-якому 6 напору робочої води, обумовлює таке збільшення відношення n1 передвключеного струминного апарату 7, в зрівнянні з величиною n 2, яке забезпечує необхідну всмоктуючу його здатність (вакуумметрічну висоту всмоктування) при позитивній висоті всмоктування і практично при будь-яких, необхідних, конкретних значеннях витрати всмоктуваної гідросуміші, або води. В зв'язку з цим необхідно відзначити наступне. В результаті досліджень, виконаних авторами заявки, встановлено, що необхідні характеристики всмоктуючої здатності струминних апаратів, в даному случаї передвключених, можливо забезпечити не тільки шляхом різкого зниження їх напору, забезпечуваного (як в /1, 3/) за рахунок різкого зменшення напору робочої води, а і шляхом визначеного збільшення ( в межах встановленого співвідношення n1/n2=1,25...2,5) значення відношення n1 в порівнянні з n2. При цьому пропоноване рішення, також як і /3/, характеризується пониженим, в порівнянні з основним апаратом 1, напором, створюваним передвключеним апаратом 7. Проте, одночасно, діапазон вказаного напору в даному випадку стає все ж таки істотно ширше, в порівнянні з /3/, і складає 20...70 % напору основного апарату 1, на відміну від /3/, в якому напір передвключеного апарату не перевищує 20...25 % напору основного апарату 1. А це, у свою чергу, визначає істотне збільшення у пропонованому рішенні середньої величини і діапазону напору, який може бути забезпечений установкою , при збереженні всмоктуючої здатності передвключенного апарату 7, при роботі його с позитивною висотою всмоктування. Підвищення напірності установки дає можливість, при однаковій глибині зумпфа, використовувати насос 17 з меншим в 1,3... 1,4 рази напором, в порівнянні з /3/, що підвищує загальну надійність і безпеку роботи установки і експлуатації зумпфа. В цілому ж, істотно розширяються діапазон створюваних двоступінчастою установкою напорів (розмірних і відносних) і можливості ефективнішого і безпечнішого використовування її для цілей відкачування і очищення від осадку твердого зумпфів різної глибини, від 50...70 м практично до глибини не менше 150...170 м. (Це повністю покриває потреби вугільної промисловості в устаткуванні такого призначення). Далі, виключається засмічення насадка 9 передвключеного струминного апарату 1, що, безумовно, також підвищує надійність його роботи. Відпадає необхідність в регулювальній засувці, із спрощенням конструкції установки (оскільки виключається необхідність в регулюванні витрати циркуляційного потоку), і підвищується гідравлічний її ККД. Таким чином, передбачуваний винахід забезпечує: підвищення і розширення діапазону створюваного двоступінчастою гідроелеваторною установкою напору, розширення області її застосування, при одночасному підвищенні гідравлічного ККД, надійності і безпеки роботи, спрощенні конструкції установки. Вказані переваги передбачуваного винаходу забезпечуються за рахунок того, що насадок 9 7 38361 передвключеного струминного апарату 7 пониженого напору, підключений до трубопроводу 6 робочої води основного, високонапірного, струминного апарату 1, при одночасному забезпеченні вказанного раніш співвідношення діаметрів камер змішення (8 та 4) і насадків (9 та 5) передвключеного 7 і основного 1 струминних апаратів, яке відповідає умові n1/n2=1,25...2,5. У практичному плані необхідно відзначити наступне. При проектуванні установки конкретний вибір відношення n2 здійснюється в найбільш економічній області: n2=1,8...3, з урахуванням фактичних експлуатаційних особливостей: глибини зумпфа; типу і параметрів насосів водовідливу, від яких в більшості випадків ведеться відбір робочого потоку; значення зумпфового водоприпливу, максимальної крупності твердих частинок і т.д. При виборі співвідношення n1/n2 слід ура ховувати, що підвищення його знижує відносний напір передвключенного апарату 7, а зниження - підвищує. При розрахунку геометричних параметрів струминних апаратів 7 і 1 використовуються відомі рекомендації, зокрема рекомендації робіт /4, 5/. На закінчення необхідно відзначити, що пропонована двоступінчаста гідроелеваторна установка придатна і найбільш ефективна для відкачування і очищення зумпфів глибиною від 70 до 150...170 м, що практично повністю покриває потреби вугільної промисловості в засобах такого призначення. Але, завдяки високій загальній ефективності схеми, порівняльній простоті виготовлення апаратів такі установки у багатьох випадках можуть ефективно застосовуватися і при меншій глибині зумпфів. З др угої сторони, пропонована установка може бути ефективно використана і для 8 відкачки припливів води із стволів ряду закритих шахт з глибини, орієнтовно, до 200 м. В цьому випадку забезпечується різке підвищення надійності процесу відкачки води і зниження витрат на обслуговування, в зрівнянні с традиційними схемами, заснованими на використанні не завжди надійних заглибних насосних агрегатів. Виготовлення і монтаж установки може здійснюватися як спеціалізованими організаціями, так і силами енергомеханічних служб шахт. Джерела інформації 1. Авторське свідоцтво СРСР №992833, кл. F04D 13/12, 1983р. 2. Им Н.А. Разработка и эксплуатация гидроэлеваторной системы на очистке зумпфов шахты №65 Джезкаганского горно-металлургического комбината им. К. Сатпаева. //Тематич. Сб. КПИ: Разработка, внедрение и эксплуатация струйных аппаратов в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.- Караганда, 1987. С.17-19. 3. Авторське свідоцтво СРСР №1145174, кл. F04 F 5/54, 1985р. 4. Антонов Э.И. Анализ характеристик водоструйных аппаратов применительно к условиям работы на шахтном водоотливе //Горная механика: Сб. научн. тр . НИИГМ им. М.М. Федорова. Вып.1. - Донецк, 1991. - С.115-125. 5. Ан тонов Э.И., Грядущий К.В. Исследование влияния подпора на технологические характеристики водоструйных аппаратов //Проблеми експлуатації обладнання шахтни х стаціонарних установок: Сб. научн. тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. Вып. 1.- Донецк, 2006. - С.201-21. 9 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 38361 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601