Удельная энергоемкость процессов копания грунтов и материалов ковшом технологической машины Текст научной статьи по специальности «Машиностроение». Удельная энергоемкостьЭнергоемкость+удельная — с русского на латышскийСм. также в других словарях:
translate.academic.ru Удельная производственная энергоемкость изделия - это... Что такое Удельная производственная энергоемкость изделия? Удельная производственная энергоемкость изделия19 Удельная производственная энергоемкость изделия Удельный показатель технологичности изделия (по энергоемкости), характеризующий нормируемый расход энергоресурсов, необходимый для изготовления, ремонта и утилизации изделия, т.е. включающий полезные затраты, возвратные и безвозвратные потери энергии. Относится к показателям энергосбережения Примечание - Данный показатель характеризует энергоемкость изделия Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.
Смотреть что такое "Удельная производственная энергоемкость изделия" в других словарях:
normative_reference_dictionary.academic.ru Удельная энергоемкость - разрушение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Удельная энергоемкость - разрушениеCтраница 1 Удельная энергоемкость разрушения при одновременном вдавливании инденторов ( в среднем по данным 20 опытов) при оптимальном расстоянии между точками вдавливания примерно в 2 раза ниже, чем при последовательном вдавливании. [1] На рис. 3, б отражено также изменение удельной энергоемкости разрушения в зависимости от ширины резца. Независимо от принятой высоты срезаемого слоя с увеличением ширины резца удельная энергоемкость разрушения уменьшается, приближаясь к постоянной величине. [2] При Lum объем лупки вьткола получался наибольший при меньшей удельной энергоемкости разрушения. [3] Совмещение на одном графике ( номограмме) линий равных удельных энергоемкостей разрушения и удельных энергий удара позволяют оценивать эффективность разрушения пород различными машинами ударно-вращатслыюго действия и выбирать наиболее оптимальные для конкретных условий параметры таких машин. [4] На рис. 22 представлены результаты третьей серии из 104 опытов по определению удельной энергоемкости разрушения при динамическом вдавливании цилиндрического индентора диаметром 1 95 мм в образец мрамора цилиндрической формы диаметром 95 мм и высотой 65 5 мм. [6] ЛГуд - мощность на вращение долота, приходящаяся на единицу площади забоя скважины; Ауд - удельная энергоемкость разрушения горной породы. [7] При бурении с п 46 об / тин повышение мощности на долоте вызывает наиболее резкое снижение удельной энергоемкости разрушения. [9] Наконец, имеется одна возможность использования кривых Р ( г) для классификации горных пород по удельной энергоемкости разрушения. В самом деле, площадь под кривой представляет собой работу разрушения. Задаваясь стандартной величиной внедрения зубца и определяя каждый раз соответствующий объем разрушенной породы, можно составить классификационную шкалу по признаку удельной энергоемкости. [10] С увеличением удельной энергии удара от 1 - 2 до 3 - 4 кгс-м / см лезвия наблюдается резкое снижение удельной энергоемкости разрушения. При дальнейшем увеличении удельной энергии удара удельная энергоемкость разрушения повышается незначительно и ее можно считать постоянной. [12] Второй скачок качественно и количественно, отличается от первого: лунка выкола намного больше и имеет другую форму ( рис. 26 0), больше глубина лунок, при первом скачке hji 0 2d, при втором - / гл ( 0 4 - 0 7) d; удельная энергоемкость разрушения кратно ниже; сопротивление породы внедрению цилиндрического индентора выше. На графике ( см. рис. 25) виден большой перегиб, деформации в несколько раз превышают деформацию при первом скачке. При первом скачке порода разрушается на мелкие куски. [13] При статическом вдавливании цилиндрического штампа в хрупкие и пластично-хрупкие породы также закономерно наблюдаются скачки разрушения, получено до трех скачков. Удельная энергоемкость разрушения падает от скачка к скачку. [14] Страницы: 1 2 www.ngpedia.ru Удельная энергоемкость гидравлического транспортирования продуктов переработки минерального сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика»Горное дело Mining УДК 622.794.502 УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В.И.АЛЕКСАНДРОВ, д-р техн. наук, профессор, alexvict@spmi. ги Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия ИРЖИ СОБОТА, профессор, [email protected] Университет природопользования, Вроцлав, Польша Проблема снижения энергопотребления при гидравлическом транспорте продуктов переработки минерального сырья является одной из самых важных в горной промышленности. Увеличение концентрации твердой фазы в перекачиваемом потоке гидросмеси приводит с одной стороны к уменьшению объемной производительности гидротранспортной системы, а с другой к увеличению потерь давления и необходимого напора для преодоления гидравлических сопротивлений. Проблема минимизации удельного расхода энергии при гидравлическом транспорте продуктов обогащения особенно актуальна в настоящее время, когда в горной промышленности наметилась тенденция гидравлического транспортирования гидросмесей высоких концентраций и паст. В статье показано, что удельная энергоемкость в определяющей степени зависит от производительности системы гидротранспорта по твердому материалу и эта зависимость имеет экстремальный характер. При малых концентрациях твердых частиц для обеспечения необходимой производительности необходимо перекачивать значительные объемы оборотной воды, что приводит к большим затратам электроэнергии. С увеличением концентрации происходит снижение объемного расхода пульпы и удельной энергоемкости процесса. Процесс снижения энергоемкости протекает до некоторого критического значения концентрации, при достижении которой с дальнейшим увеличением концентрации энергоемкость процесса увеличивается. Ключевые слова: пульпа, твердые частицы, концентрация, удельная энергоемкость, грунтовый насос. Анализ теоретических зависимостей потерь напора при гидравлическом транспорте сыпучих материалов, например, хвостов обогащения минерального сырья в горной промышленности, показывает, что с увеличением концентрации их величина возрастает. Увеличение концентрации всегда приводит к увеличению производительности по твердому материалу, что само по себе весьма положительно. Вместе с тем рост удельных потерь напора, а следовательно и потребной мощности, может снизить эффект от увеличения производительности в связи с ростом потребной энергии. При этом увеличение концентрации твердого материала приводит к уменьшению расхода гидросмеси. В связи с этим, величина мощности (энергии), определяемая произведением потребного давления и расхода, будет уменьшаться при росте концентрации до некоторого предельного значения, при достижении которого должен происходить рост мощности. Нахождение максимума концентрации твердого материала в потоке гидросмеси, которому будет соответствовать минимум потребной мощности, является важной научно-технической задачей, решение которой будет способствовать увеличению эффективности рабочего процесса и оборудования гидротранспортного комплекса. Удельная энергоемкость определяется [1, 5] мощностью, расходуемой при транспортировании 1 т твердого материала на расстояние 1 км, и может быть рассчитана по формуле N т е = —т, С1) ЧтвЬ где N - мощность, затрачиваемая на транспортирование гидросмеси, кВт; qтв - производительность системы по твердому материалу, т/ч; Ь - длина трубопровода (расстояние транспортирования), км. Мощность, затрачиваемая на транспортирование гидросмеси, определяется параметрами перекачиваемого потока гидросмеси и численно равна произведению объемного секундного расхода Qсм гидросмеси и давления, достаточного для преодоления гидравлических сопротивлений р, т.е. N _ Р _ &м Рсм §Н (2) " 1000 " 1000 ' где р = рс^И - рабочее давление, Па; рсм - плотность транспортируемой гидросмеси, кг/м3; Н - потребный напор (удельная энергия) системы гидротранспорта, м, равный произведению удельных потерь /см напора на длину Ь трассы трубопровода. Подставив соответствующее выражение для мощности, получим формулу (2) в следующем виде: * _ д Рсмё^смЬ . 1000 _ д Рсм£?см _ (3) см 1000 3,^твЬ СМ 3,6бСмРтв^тв 3,6РтвСтв Формула (3) показывает, что энергоемкость гидротранспортной системы зависит от величины концентрации твердых частиц в объеме транспортируемой гидросмеси. Формулу (3) можно представить в виде выражения е — АВ, (4) где А = g/3,6ртв - постоянный множитель, зависящий от плотности транспортируемых твердых частиц; В = Рсм/см/ств - параметр, величина которого определяется концентрацией твердых частиц в объеме перекачиваемой гидросмеси, назовем его приведенной плотностью. Комплекс В (приведенная плотность), имеющий размерность плотности, можно рассматривать, как критерий энергоемкости процесса гидравлического транспорта. Основной величиной, определяющей параметр В, является /см - потери напора, значение которых зависит от концентрации твердых частиц ств. Приведенная плотность В зависит от соотношения величины расхода гидросмеси, определяемого концентрацией твердого материала, и значения необходимого (потребного) давления. Потребное давление является возрастающей функцией концентрации, а функция расхода - убывающей. Следовательно, кривые зависимости давления и расхода имеют единственное общее значение концентрации, которое в этом случае можно считать критическим значением ствкр. Для каждого вида гидросмеси, характеризующейся определенным гранулометрическим составом, необходимой производительностью по твердому материалу, имеется вполне определенная критическая концентрация. При концентрациях, меньших критической, потребная мощность гидротранспортной системы уменьшается с ростом концентрации. После достижения значения концентрации, равной критической, потребная мощность с дальнейшим ростом концентрации увеличивается. На рис. 1 приведены графические зависимости изменения расхода гидросмеси и потерь напора от величины концентрации, которые показывают, что обе кривые имеют общую характерную точку, соответствующую некоторому общему значению концентрации твердого материала. Наличие критического значения концентрации твердого материала в объеме гидросмеси определяет минимальное значение приведенной плотности (параметра В). Кривые Q(cтB) и 4м(ств) имеют общее решение, соответствующее критическому значению концентрации и минимальному значению приведенной плотности В как критерия энергоемкости, что подтверждается графиком зависимости энергоемкости от концентрации твердой фазы (рис.2). Произведение расхода на потери давления определяет мощность процесса транспортирования, которая также будет иметь минимальное значение при достижении критической концентрации (рис.3). Полученные теоретические зависимости по энергетическим затратам при течении гидросмесей по трубопроводам показывают, что всегда имеется некоторое предельное значение концентрации твердых частиц в объеме гидросмеси, при котором расходуемая мощность и удельная энергоемкость принимают наименьшие значения для заданных механических характеристик твердого материала. К таким характеристикам относятся гранулометрический состав твердых частиц, их крупность и плотность. Покажем это на конкретном расчетном примере. Транспортируется 368 т/ч хвостов обогащения железной руды (Качканарский ГОК «Ванадий»). Плотность твердых хвостов 3450 кг/м3. Длина гидротранспортного трубопровода 2 км. Необходимо определить концентрацию гидросмеси, соответствующую наименьшей энергоемкости процесса гидравлического транспорта. Выразим расчетные параметры как функции концентрации. Объемный расход пульпы д - 3 0,7 ■ 0,56 ■ « о х о й Л 0,42 ■ « ^ 0,28 ■ ю О 0,14 ■0,09 ■0,072 ^ й л сд "0,054 § к л и 0,036 ° 0,05 0,07 0,09 Концентрация 0,11 0,018 Рис. 1. Графические зависимости расхода (1) и потерь напора (2) от концентрации твердой фазы 0,95 п 0,94 - 0,93 0,92 £ 0,91 0 0,056 0,084 0,112 Концентрация 0,14 Рис.2. График изменения приведенной плотности от концентрации твердой фазы в объеме гидросмеси 785 780 - ^ 775 ■ 770 - 765 760 т-1-1 0,088 0,104 0,12 0,04 0,056 0,072 Концентрация Рис.3. Зависимость мощности гидротранспорта от концентрации твердой фазы в потоке гидросмеси 368 3600р твсоб 3600 • 3,450с, об 0,0296 об 2 Диаметр трубопровода ( D = 0,51 • V Соб Р т ^0,37 ( = 0,51 368 0,37 3600 • 3,45соб17 у 0,139 с 0,433 об Средняя скорость потока гидросмеси для принятого диаметра трубопровода V™ = 4<2 4 • 0,0296 ( „0,433 V Критическая скорость %D2 0,17 Соб Л об 0,139 1,95 об Vкр = 7,8Соб VD = 7,8с 0,17 об 0,139 , -047 = 4,04соб 0,026 об Соотношение критической и средней скорости потока гидросмеси в трубопроводе а = кр ср 4 04с 0,026с 0'134 Соб 1,95 = 2,07с 0,16 об Отметим в качестве пояснения, что если коэффициент а > 1, то на его величину необходимо умножить расчетное значение дополнительных потерь напора Д1в, расходуемых на транспортирование твердой фазы. В связи с этим, в расчетах желательно, чтобы средняя скорость потока пульпы несколько превышала критическую скорость. Если это условие не соблюдается, то трубопровод будет работать с неподвижным слоем осадка (слой заиления). Потери напора на транспортирование оборотной воды по формуле Дарси - Вейсбаха L = А- 2 gD = А Число Рейнольдса 1,952 c00f3 2gc00f8 • 0,139 v D Re = -ср— = 1,394А,с, об где V - кинематический коэффициент вязкости оборотной воды, м2/с. Если Re < 700000, то течение происходит в турбулентной зоне трения и коэффициент ( X2 А = 0,31 lg(Re-1) ; если Re > 700000, то А = 1,74 + 2lg 1 k_ D 2 течение происходит в квадратич- ной зоне трения и коэффициент А не зависит от числа Рейнольдса, а определяется только шероховатостью стенок трубы. Практика показывает, что для больших диаметров трубопроводов и действующих критических скоростей режим течения всегда квадратичный с постоянным значением коэффициента гидравлических сопротивлений А « 0,014. Дополнительные потери напора Дв = 0,61с0б . Потери напора на транспортирование пульпы i = iв + А/'в = 1,394АСо0^165 + 0,61Соб = 0,0195Со0б165 + 0,61^. Расчетная формула для дополнительных потерь напора принята по результатам экспериментальных исследований гидравлического транспорта хвостов обогащения железной руды на Качканарском ГОК «Ванадий» [6]. q V 1,24 " 1,18 - 1,12 8 1,06 - о и л и К т т "Г "Г 0,06 0,12 0,18 Концентрация 0,24 0,3 800 792 £ 784 О 0 1 776 768 760 0,04 0,09 0,14 Концентрация Рис.4. Графики зависимости удельной энергоемкости (а) и мощности (б) при гидротранспорте хвостов обогащения железной руды 0,19 б а етт = 1,05 сопт 0,11 1 0 Получим результаты расчета параметров гидротранспорта хвостов обогащения железной руды Качканарского ГОКа «Ванадий»: Концентрация 0,05 0,11 0,13 0,15 0,2 0,25 0,3 Расход, м3/с 0,592 0,269 0,228 0,197 0,148 0,118 0,099 Диаметр, м 0,508 0,361 0,336 0,316 0,28 0,253 0,234 Средняя скорость, м/с 2,91 2,62 2,56 2,51 2,42 2,35 2,29 Критическая скорость, м/с 2,4 2,46 2,46 2,47 2,49 2,51 2,52 Коэффициент а 0,825 0,94 0,96 0,982 1,03 1,06 1,1 Потери напора по воде м 0,012 0,013 0,014 0,017 0,01 0,015 0,016 Потери напора по твердому Д'в, м 0,030 0,067 0,087 0,089 0,12 0,152 0,183 Потери напора в трубопроводе i, м 0,042 0,08 0,093 0,106 0,137 0,167 0,199 Необходимый напор, м 84,8 161 186 211 274 336 398 Плотность смеси рсм, кг/м3 1122 1269 1318 1367 1490 1612 1735 Мощность, кВт 787 771 777 795 846 898 943 Энергоемкость, кВт-ч/(т-км) 1,07 1,048 1,056 1,08 1,15 1,22 1,28 Из расчетных данных видно, что с увеличением концентрации твердого материала в объеме гидросмеси увеличиваются потери напора. Потребная мощность и удельная энергоемкость в диапазоне концентраций от 0,11 до 0,13 принимают наименьшие значения. Графики зависимости удельной энергоемкости и мощности, построенные по расчетным данным, приведены на рис.4. Полученные теоретические зависимости о потреблении электроэнергии в потоке суспензии на трубопроводах показывают, что всегда есть некоторые ограничения значения концентрации твердых частиц в объеме, при которой энергоемкость и удельный расход электроэнергии принимают наименьшее значение для набора механических характеристик твердого материала. К таким характеристикам относятся распределение твердых частиц по крупности и плотность твердых частиц. Для определения зависимости удельного расхода электроэнергии от плотности твердого материала были выполнены расчеты, результаты которых приведены в таблице. Расчетные данные показывают, что наибольшее значение потребляемой энергии соответствует меньшему значению концентрации твердых частиц. Увеличение концентрации приводит к снижению потребления энергии до некоторого минимального значения. Дальнейшее увеличение концентрации приводит к увеличению энергопотребления. Можно отметить также, что с увеличением плотности твердых частиц энергоемкость процесса уменьшается. Результаты расчета представлены на графиках зависимости расхода энергии от концентрации гидросмеси при изменении плотности твердых частиц от 4000 до 2400 кг/м3 (рис.5). Мощность и удельная энергоемкость гидротранспортной системы при изменении плотности и концентрации твердого материала Параметры Производительность по твердому материалу ^4тв = 368 т/ч Плотность твердого ртв = 4000 кг/м3 Соб 0,05 0,11 0,13 0,15 0,2 0,25 0,3 N кВт 400,24 319,99 308,96 298,98 291,38 287,37 286,5 е, кВт-ч/(тч) 0,534 0,435 0,42 0,406 0,396 0,39 0,389 Соб 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 N кВт 284,54 291,87 295,85 299,47 301,35 304,63 311,27 е, кВтч /(т-ч) 0,387 0,396 0,402 0,407 0,409 0,414 0,423 Плотность твердого ртв = 3450 кг/м3 Соб 0,05 0,11 0,13 0,15 0,2 0,25 0,3 N кВт 442,34 347,31 333,75 326,7 309,04 298,56 295,47 е, кВт-ч/(тч) 0,601 0,472 0,453 0,443 0,420 0,405 0,401 Соб 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 N кВт 295,11 298,56 299,59 301,95 304,5 307,91 311,03 е, кВт-ч/(тч) 0,4 0,405 0,407 0,41 0,414 0,418 0,422 Плотность твердого ртв = 2900 кг/м3 Соб 0,05 0,11 0,13 0,15 0,2 0,25 0,3 N кВт 501,3 386 368 354 333 320,6 314 е, кВт-ч/(тч) 0,681 0,524 0,5 0,481 0,452 0,435 0,427 Соб 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 N кВт 308 308,2 307,4 306 308 311,4 311 е, кВт-ч/(тч) 0,418 0,419 0,417,7 0,415 0,418 0,423 0,423 Плотность твердого ртв = 2900 кг/м3 Соб 0,05 0,11 0,13 0,15 0,2 0,25 0,3 N кВт 528,1 399,4 387 372,3 347,8 331,7 322,1 е, кВт-ч/(тч) 0,717 0,543 0,526 0,506 0,472 0,451 0,438 Соб 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 N кВт 316 312,5 312,3 309,6 310 313,2 320 е, кВт-ч/(тч) 0,429 0,424 0,424 0,421 0,421 0,425 0,435 Плотность твердого ртв = 2400 кг/м3 Соб 0,05 0,11 0,13 0,15 0,2 0,25 0,3 N кВт 581,2 434,4 415,1 393,5 365 347,3 336,2 е, кВт-ч/(тч) 0,791 0,59 0,564 0,535 0,496 0,472 0,457 Соб 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 N кВт 327,4 322,5 318,2 317,9 315,5 317,1 320 е, кВт-ч/(тч) 0,445 0,438 0,432 0,432 0,429 0,431 0,435 На графиках (рис.5) видно, что удельная энергоемкость уменьшается с увеличением плотности твердых частиц. При проектировании систем гидротранспорта должна быть решена задача о величине концентрации твердого материала в объеме транспортируемой гидросмеси, от которой зависит мощность грунтовых насосов. Как правило, на практике этот выбор зависит от опыта инженера-проектировщика. Расчеты, выполненные в настоящей работе, показывают, что потребление энергии является сложной функцией, определяемой механическими характеристиками твердой фазы суспензии потока. Величина энергии при гидравлическом транспорте, также как удельная энергоемкость на невысоких концентрациях гидросмеси, достигает наибольших значений и стремится к минимуму с увеличением объемного содержания твердого материала. После достижения минимума мощности и удельной энергоемкости с дальнейшим увеличением концентрации значения этих параметров увеличиваются. Минимальное значение мощности и удельного расхода электроэнергии определяют наиболее эффективный режимы работы системы гидротранспорта и применяемого грунтового насоса с наибольшим значением КПД. 0,6 ^ 0,54 ■ С§ 0,48 ■ й 5 0,42 ■ о 0,36 . $ 0,3 V ♦ ♦ —I-1-1-1-1 0,11 0,22 0,33 0,44 0,55 Концентрация 0,6 -| 0,54 - н 0,48 - £ о § 0,42 - о Ь 0,36 - т 0,3 Ч ...... —I-1-1-1-1 0,13 0,26 0,39 0,52 0,65 Концентрация 0,7 - 0,57 - § ♦ § 0,62 - 0,66 - н н 0,54 - ♦ 0,57 - £ £ о § 0,46 - о 13 0,48 - (и о 0,38 - о 0,39 - ё т 0,3 1 1 1 —1-1 ^ 0,3 0,14 0,28 0,42 0,56 0,7 Концентрация ч —г- 0,2 "Г 0,4 Концентрация -г- 0,6 0,8 0,8 -| Н 0,7 - ^ Н Я 0,6 - й 13 0,5 - § 13 Ь 0,4 - т 0,3 ч —I-1-1-1-1 0,16 0,32 0,48 0,64 0,8 Рис.5. Зависимость удельной энергоемкости от концентрации гидросмеси для различной плотности твердых частиц: а - 4000; б - 3450; в - 2900; г - 2700; д - 2400 кг/м3 Концентрация По результатам выполненного теоретического исследования можно сделать следующие общие выводы: 1. Энергетические характеристики гидравлического транспорта для гидросмесей различных видов определяются концентрацией твердой фазы в потоке гидросмеси и плотностью твердых частиц. 2. Удельная энергоемкость гидравлического транспорта является сложной функцией основных параметров гидросмеси и имеет экстремум, соответствующий минимальному потреблению энергии и оптимальной концентрации твердой фазы в потоке гидросмеси. 3. С увеличением плотности твердой фазы энергопотребление гидротранспортной системы уменьшается. б а 0 0 в г 0 0 д 0 ЛИТЕРАТУРА 1. Александров В.И. Энергоемкость гидравлического транспортирования крупнодисперсных и мелкодисперсных гидросмесей / В.И.Александров, П.Р.Махараткин, С.Ю.Авксентьев // Горное оборудование и электромеханика. 2012. № 6. С.39-44. 2. Babcock H.A. Heterogeneous flow of heterogeneous solids. Advances in solid liquid flow in pipes and its application. Pergamon Press New York, 1970, p. 125-148. 3. Kamal El-Nahhas, Nageh Gad El-Hak, Magdy Abou Rayan and Imam El-Sawaf. Effect of particle size distribution on the hydraulic transport of settling slurries. Thirteenth International Water Technology Conference. Hurghada, Egypt, 2009, p.198-210. 4. Lahiri S.K., Ghanta K.C. Minimize power consumption in slurry transport. National Institute of Technology. Dur-gapur. West Bengal. India, 2008, p. 152. 5. Gillies R.G., Hill K.B., McKibben M.J, Shook C.A. Solids transport by laminar Newtonian flows. Powder Technology. Vol.104. 1999, p.269-277. 6. Thomas D.G. Transport characteristics of suspensions: Part VI - Minimum transport velocity for large particle size suspensions in round horizontal pipes. AIChE J. Vol.8. 1998, p.373-378. REFERENCE 1. Aleksandrov V.I., Makharatkin P.N., Avksentiev S.Y. Energoemkost' gidravlicheskogo transportirovaniya krupnodis-persnykh i melkodispers-nykh gidrosmesei (Specific power consumption of hydraulic transportation of mixtures with coarse and fine solid particles). Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 2012. N 7, p.72-79. 2. Babcock H.A. Heterogeneous flow of heterogeneous solids. Advances in solid liquid flow in pipes and its application. Pergamon Press New York, 1970, p. 125-148. 3. Kamal El-Nahhas, Nageh Gad El-Hak, Magdy Abou Rayan and Imam El-Sawaf. Effect of particle size distribution on the hydraulic transport of settling slurries. Thirteenth International Water Technology Conference. Hurghada, Egypt, 2009, p.198-210. 4. Lahiri S.K., Ghanta K.C. Minimize power consumption in slurry transport. National Institute of Technology. Dur-gapur. West Bengal. India, 2008, p. 152. 5. Gillies R.G., Hill K.B., McKibben M.J, Shook C.A. Solids transport by laminar Newtonian flows. Powder Technology. Vol.104. 1999, p.269-277. 6. Thomas D.G. Transport characteristics of suspensions: Part VI - Minimum transport velocity for large particle size suspensions in round horizontal pipes. AIChE J. Vol.8. 1998, p.373-378. POWER CONSUMPTION OF HYDRAULIC TRANSPORT OF PRODUCTS OF MINERAL PROCESSING V.I.ALEKSANDROV, Dr. of Engineering Sciences, Professor, [email protected] National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia JERZY SOBOTA, Professor, [email protected] University of Environmental and Life Sciences, Wroclaw, Poland The problem of decreasing power consumption by hydraulic transport systems remains to be the most important among other problems in the mining industry. The increase of solid material concentration in the volume of transported pulp leads to reduction of general pulp flow rate on the one hand and to increase of pressure losses and, accordingly, of a necessary head for overcoming hydraulic resistance on the other hand. The problem of minimizing power consumption in slurry transport is of particular relevance now when there is a tendency for hydraulic transport of highly-concentrated pulps and pastes to be widely used in the mining industry. The article shows that the energy intensity to a certain extent depends on the performance of hydraulic transport of solid materials, and this dependence is of extreme nature. At low concentrations of solid particles large volumes of recycled water have to be pumped to provide the necessary performance, which leads to consumption of large amounts of electricity. The increase of concentration results in the decrease in the volumetric flow rate of the pulp and, accordingly, specific power consumption of the process. The process of reducing energy consumption takes place up to a certain critical value of the concentration above which a further increase in the concentration raises power consumption. Key words: slurry, solid particles, concentration, specific power consumption, slurry pump. cyberleninka.ru Удельная энергоемкость процессов копания грунтов и материалов ковшом технологической машины Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ уДК 6218795394 и. В. БОЯРКИНА Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ПРОЦЕССОВ КОПАНИЯ ГРУНТОВ И МАТЕРИАЛОВ КОВШОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Установлена связь физических параметров удельного сопротивления копанию с удельной энергоемкостью процесса копания ковшом материалов и грунтов. Представлены таблицы удельного сопротивления грунта копанию и резанию, которые являются обобщением статистических результатов многочисленных исследований. Уточнены диапазоны изменения удельного сопротивления копанию грунтов ковшами в соответствии с числом ударов динамического плотномера, получены средние значения удельных сопротивлений копанию для разных категорий прочности, грунтов. Выполненные исследования позволили установить связь удельного сопротивления копанию материалов с удельной энергоемкостью процесса. На энергоемкость процесса копания грунта влияют категория грунта, толщина стружки, коэффициент разрыхления и другие параметры. Ключевые слова: удельное сопротивление, прочность, удельная энергоемкость. Ковшовые машины решают проблему создания механизированных рабочих мест в строительстве и промышленности, обеспечивают повышение производительности труда при выполнении трудоемких технологических операций. Исследование процесса копания грунтов и материалов необходимо для совершенствования ковшовых рабочих органов, снижения энергозатрат при разработке и черпании материалов. Заполнение ковша за минимальное время с коэффициентом заполнения Кз = 1 являются условиями, обеспечивающими максимальную производительность машины. Заполнение ковша с большими энергозатратами приводит к снижению эффективности рабочего процесса. Копание грунтов является более общим понятием по сравнению с резанием грунтов. В работе [1] Н. Г. Домбровский предложил касательную силу сопротивления копанию ковшом определять по формуле Р , = Р + РТ + Рп, о 1 р Т П' (Н), (1) где Рр — сопротивление грунта резанию; РТ — сила трения ковша о грунт забоя; РП — сила сопротивления перемещению призмы волочения. Н. Г. Домбровский предложил общий способ определения касательной силы сопротивления Р на ковше по формуле [1—3] о го P = K (4 A . (2) где КДа) — удельное с опроти вле ние копанию, приведенное к площади сечения срезаемой стружки, Н/м2; Ас — площадь сечения срезаемой стружки, м2. Удельное сопротивление копанию К 1(а) учитывает все силы сопротивления, возникающие при копании, и определяется эксперимеитаа,но по формуле *l(cy) = Pol/4, Н/м2. (3) Удельное сопротивлениа рееанию К(а) определяется по формуле [4 — 6 ] к(р)е рр/ес, Н/м2, Вырсжение (3) зозволяет устсновить связь силы сопротивланля коеанвю с эооргетиаескими зорак-теристиками п]еоцзсса копания [5, 6]. Пусть в некоторый момент вр вмени ^ со про тив/е зее копанию равно Ре1 л ие (р) • Ас. а а маво е 15 реея М величине! Ро1, Ас остаются постоянными, а кови совершает элементарное перемещениеД3 3к время Дí лроизошло элементарное изменепие энергии копания АЭк=Рое-АР = К3а) -Лс(Р )-АР = = 80е(к) • АИ Для определеиио энлргии иопанея еа еонечное время копания 1к запишем определенный интеграл где Эк — энергия, затраченная на процесс копания; УГ — объем вырезанного грунта. В формулах (3), (6) параметр КДа) имеет разные размерности, соответственно Н/м2 и Дж/м3. Значение удельного сопротивления копанию по формуле (6) является средним значением этого параметра для всего цикла заполнения ковша. Значение К1(а) можно использовать для силовых расчетов при определении энергии, затраченной на процесс копания. В работе [4] энергия копания материала ковшом определяется через мощность двигателя, затраченную на процесс копания ковшом в наклонном забое с учетом времени копания, коэффициента полезного действия, коэффициента буксования движителя и других факторов. В технической литературе накоплены результаты по значениям удельных сопротивлений копанию, которые можно использовать для расчета сопротивлений копанию и для определения энергии процесса копания [1, 3, 4]. В табл. 1 приведены значения удельных сопротивлений для разных видов грунтов по данным Н. Г. Домбровского, опубликованным в работе Д. П. Волкова [3], приведены значения числа ударов динамического плотномера для разных видов грунтов и средние значения удельных сопротивлений КДо) для разных видов грунтов. В табл. 1 значения К(а) и К1(а) представлены в виде диапазонов для разных видов грунта. Э2 = J*i(cy) • Ä)S = Ki(а) J Ac (S)dS, (4) где 5 — перемещение зежрщеИ кролке Аовша по траектории копания. В вырсжении (4) под знаки и кнтеграла присутствует объем вырезанно ео грунта, поэтому е ормулу для энергии копание мэжиа крелсыевииа к виде С = Ki (а) • Vr (5) где Уг — объем грунта, вырез анного ковшом. Формулы (4) а (5) раамчиые ка леханичеэкому и физическому смыслу. Поэтому для практиче с ких целей коэффициент К1(а) в формуле (5) определяют для конкретны е видов грунтов и е азных видов машин как среднее значение за цикл копания по формуле 0 0 Ki (а) = 3J Vr, Дж/м3, (6) Рис. 1. Ковш экскаватора обратная лопата в крайних положениях: 1 — начало копания; 2 — конечное положение Таблица 1 Удельные сопротивления грунтов резанию K(o) и копанию K1(n) для экскаватора «обратная лопата» Категория грунта Вид грунта Удельное сопротивление резанию К(а), кПа Удельное сопротивление копанию Kt(a), кПа Число ударов Суд динамического плотномера Среднее значение удельных сопротивлений копанию Kt(a) , кПа I Песок, супесь 11-45 11-65 1-4 38 II Суглинок без включений 56-90 81-130 5-8 105,5 III Суглинок плотный, глина средняя 102-180 146-260 9-16 203 Таблица 2 Результаты расчета касательных сопротивлений Р на ковше и энергии копания Э при максимальной срезаемой стружке h Категория грунта I II III Среднее значение удельного сопротивления (энергоемкость) К1(а)ср (кН/м2; кДж/м3) К1(Э)ср 38 105,5 203 Коэффициент разрыхления Кр 1,08 1,21 1,27 Угол установки ковша Р , град. 52,5 50,32 49,42 Максимальная толщина стружки, йтах, м 0,602 0,556 0,538 Площадь стружки в положении ковша посередине траектории копания, Ас, м2 0,678 0,626 0,607 Объем вырезанного грунта в положении зуба посередине траектории копания Уг м3 0,5785 0,5165 0,470 Сопротивление копанию при максимальной стружке Р кН 25,76 66,04 123,22 Энергия копания при максимальной стружке Э, кДж 21,98 54,49 95,41 Удельное сопротивление копанию возрастает в течение времени копания для каждого вида грунта и максимально в конце копания. На рис. 1 показ ан процесс вырезания цилиндрического сегмента грунта на горизонтальной площадке ковшом эзскаватора «обратная лопата». Рассмотрим папмер использования табл. 1 для определения с ил зопротивления и энергии копания. Ковш экскавотора имеет вместимость = 1,0 м3; радиус поворота зуба кавша = ОА0 = 1,54 м; ширину ковша Ъг =1,126 м; коэффициент наполнения ковша Кн=1; коэффициент образования объема призмы волочения = 1,25[5, 3]. Угол установки ковша при копании определяется по формуле с использованием заданных параметров по формуле [7, 8] В--ргв^Сеол В- „ 180 КЯ2Л дии; =0 (7) Касательная с ила Р . на ковше име ет максималь- о1 ное значение в положерии ОА1 посазедаое тзкекто-рии при макьимзльной токщвне выраоаамой стружки й . тах В табл. 2 прив тделы средние зночения удельных сопротивлений копанию К1(а) катоеорой грунтов, результаты рмсчттол. Угол Р установки мотшл при копании по формуле (7) заоимит от коэффицизнка раорыхления Кр (см. табл. 2). Максимальная толщина стрижки и пл-щадо, сечения стлужки опредьляются по формулам а Я - Я2еозЛ : ре м Ьз*А- (8) Объем вы резанного грунтз в алотном т-ле лри максимальиой лтмвжкв ровенплловине объема цилиндрического сегменса ь г а 0,ь| л е8л - лев л еол | |Я>к (9) возрастает, а энергия копания пропорциональна силам сопротивления. На энергоемкость процесса копания грунта влияют категория грунта, толщина стружки, коэффициент разрыхления и другие параметры. Выводы. Уточнены понятия и установлена связь удельного сопротивления копанию и удельной энергоемкости копания материалов ковшом. Получены средние значения удельного сопротивления копанию, рассмотрен реальный процесс расчета энергоемкости технологического процесса машины. Библиографический список 1. Домбровский Н. Г. Экскаваторы. М.: Машиностроение, 1969. 236 с. 2. Ветров Ю. А. Резание грунтов землеройными машинами. М.: Машиностроение, 1971. 360 с. 3. Волков Д. П., Крикун В. Я., Тотолин П. Е. [и др.]. Машины для земляных работ / под ред. Д. П. Волкова. М.: Машиностроение, 1992. 448 с. О Бояркина И. В. Технологическая механика одноковшовых фронтальных погрузчиков: моногр. Омск: СибАДИ, 2011. 336 с. 5. Воронов Ю. Е., Зыков П. А. Обоснование и определение ечрек О е5О технического уровня карьерных одноковшовых л кскаваторов // Вестник КузГТУ. 2011. № 2. С 67 — 70. 6. Бояркина И. В. Механика взаимодействия рабочего оборудования строительных машин с разрабатываемой средой // Вестник СибАДИ. 2007. Вып. 6. Машины, технологии и процесс ы в строительстве: тр. Междунар. конгресса. 6 — 7 декабря 2007 г. Омск: СибАДИ, 2007. С. 181-187. 7. Тарасов В. Н., Бояркина И. В. Удельное сопротивление копанию грунтов и материалов ковшовыми машинами // Строительные и дорожные машины. 2016. № 3. С. 20-23. 8. Тарасов В. Н., Бояркина И. В. Способ определения удельного сопротивления копанию грунтов и материалов ковшовыми машинами методом физического моделирования // Строительные и дорожные машины. 2016. № 4. С. 22-26. Выполненные исследования позволили установить, что сопротивление копанию для грунтов I — III категорий ковшом вместимостью =1,0 м3 БОЯРКИНА Ирина Владимировна, доктор технических наук, профессор кафедры «Механика». Адрес для переписки: [email protected] Статья поступила в редакцию 02.02.2017 г. © И. В. Бояркина Е X О го cyberleninka.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
