скорости потоков и интенсивность изнашивания

Скорости потоков и интенсивность изнашивания трубопроводов в
системах гидравлического транспорта
Чернецкая Н.Б.; Маркунтович Ф.Д.; Варакута Е.А.
В ряде технологических производств одним из наиболее эффективных является
гидравлический транспорт. Гидравлические транспортные системы широко
используются для доставки и в процессах обогащения горной массы руд и твердых
энергоносителей; для удаления отходов их обогащения; а также отходов сжигания
топлива в котлах ТЭЦ, ТЭС; при намыве полотна дорог, дамб, стройплощадок и др.
объектов строительства. Во многих случаях при помощи ГТС транспортируются
высокоабразивные грузы, ускоряющие износ оборудования, уменьшая его ресурс.
Отказы, вызванные гидроабразивным износом оборудования, нарушают
стабильность работы предприятий, приводят к излишним простоям и потерям
транспортируемого продукта, увеличивают эксплуатационные расходы. На
углеобогатительных фабриках 50% потерь времени от общего времени отказов ГТС
составляют отказы из-за неисправности арматуры и трубопроводов [1], и на
устранение одного отказа затрачивается до 9 чел-час [2]. Несовершенство методик
прогнозирования
ресурса
рабочих
органов
запорной,
регулирующей,
предохранительной арматуры и трубопроводов затрудняет внедрение дистанционных
и автоматизированных систем управления гидротранспортными операциями, которое
способствовало бы значительному (до 15-20%) снижению непроизводительных
простоев ГТС [3].
Скорость потока гидросмеси является важнейшим фактором, влияющим на износ
оборудования ГТС. Во время перестановок запорных и регулирующих органов эта
скорость возрастает на порядок, что приводит к интенсивному изнашиванию, как
арматуры, так и трубопроводов. Существует несколько способов определения
скоростей потока в трубопроводе. В статье рассматривается наиболее простой и
удобный аналитический метод вычисления этих скоростей в зависимости от
гидравлического сопротивления запорной арматуры.
В процессе перестановок в установленной на трубопроводах регулирующей,
запорной, защитной и другой арматуре поперечные сечения каналов в них
изменяются от нуля до номинальных значений. При этом изменяется гидравлическое
сопротивление такой арматуры.
Известно, что величина скорости потока в трубопроводе, а следовательно, и в
арматуре, значительно влияет на интенсивность изнашивания омываемых
поверхностей. Так, например, интенсивность изнашивания I связана со скоростью
частицы, в среднем близкой к скорости потока  , степенной зависимостью [4, Т1],
[5]
I  k m ,
(1)

где
I - потеря массы материала поверхности, соответствующая 1 кг абразива
(частиц гидросмеси), попавшего на поверхность;
k - коэффициент, зависящий от свойств абразива, изнашиваемого материала и
угла атаки частицы;
m - безмерный показатель степени, зависящий от свойств изнашиваемого
материала.
Для сталей, износостойких наплавок и чугунов при скоростях потока до 100 м/с и
углах атаки  a  0  900 значения
«Вісник СумДУ», №12(58), 2003
92
m находятся в пределах от 2 до 3 для
пластичных металлических материалов, для базальта m =3, для резины m =2,7-5,1,
для эмалей m =4,5, для пластмасс m =2,5-4,2
[4, Т1].
При
последовательном
расположении
переменного
гидравлического
сопротивления, которое может быть выполнено в виде запорной регулирующей,
арматуры или других подобных устройств, скорость потока в каналах трубопровода
и входного патрубка устройства i при i -м положении затвора можно описать
зависимостью (м/с)
i   i  Q y 3600Fy .

Здесь

Q y ,  i , Fy
производительность
-
(м3/ч),
коэффициент
(2)
расхода
трубопровода, площадь поперечного сечения входного патрубка переменного
сопротивления (м2).
Индексы i и y обозначают соответственно промежуточное (при перестановках)
и полностью открытое положение затвора переменного гидравлического
сопротивления.
При последовательном регулировании зависимость расхода жидкости от
перемещения затвора в рабочих условиях в теории регулирования описывается
расходной характеристикой  [4, Т2]:

n 1
n   2
,
(3)
где
n  H c H i - отношение потерь напора в трубопроводной системе к
потерям напора в переменном гидравлическом сопротивлении;
 - относительная пропускная способность переменного сопротивления:

y
K vi
,

K vy
i
(4)
K vi 
где
5,04 F y
i
,
K vy 
5,04 F y
y
;
K vi , K vy - текущая и условная пропускные способности;
 - коэффициенты гидравлического сопротивления.
Если учесть, что плотность гидросмеси равна , кг м 3 и потери напора ГТС
H ci равны сумме потерь на трение H ТР i и общих потерь напора в местных
сопротивлениях
 H
Mi
, м.в.ст.:
H ci  H ТР i 


H M i   ci i2 2   ТР i 
потери в переменном гидравлическом сопротивлении
2
H i  1   i  i ,
2
 ТР 
M

n
 ci ,
1 i
1 i

M i
 2
2
i
,

(5)
«Вісник СумДУ», №12(58), 2003
93
то совместное решение (2), (3), (4), (5) дает зависимость скорости потока от
положения затвора переменного гидравлического сопротивления в трубопроводе
диаметром D y :
 ci 
Qy
900 D y2
 ci   i  1 y
 ci  y   i  1 i
.
(6)
 многих элементов
Коэффициенты гидравлических сопротивлений
трубопроводов и аппаратов достаточно широко исследованы и представлены в
научно-технической литературе [4, Т 1, 2], а номинальная производительность Q y и
условный диаметр прохода D y обычно задаются при проектировании ГТС. Поэтому
использование предлагаемого метода определения текущих скоростей потока не
представит затруднений даже на этапе проектирования ГТС.
ВЫВОД
Использование зависимости (6) позволяет вместо известных графоаналитических
перейти к чисто аналитическому методу определения скоростей как на каждой фазе
перестановки затворов, так и при стационарной работе трубопроводов с
переменными гидравлическими сопротивлениями. Это дает возможность для
разработки методик по ускоренному определению ресурса, а также по выбору
регулирующих и запорных органов для конкретных ГТС.
SUMMARY
In the article the analytical way of definition of flow velocity of slurry in pipe lines GTS is adduced depending
on hydraulic resistance adjusting, stop, protective and other hydraulic armature
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Болошин Н.Н., Гличев В.Н. Надежность работы технологических узлов и оборудования
углеобогатительных фабрик.–М.: Недра, 1974.–135 с.
Минаев В.М. Эксплуатационная надежность технологического оборудования углеобогатительных
фабрик.–М.: Недра, 1971.–136 с.
Бедняк Г.Н., Ульшин В.А., Павлюк Н.Б., Бирюк В.В. Состояние и основное направление развития
АСУ ТП и средств автоматизации углеобогатительных фабрик//Механизация и автоматизация
производстваю. – 1979. - №12.–С. 29-31.
Брагін Б.Ф., Коломієць О.С., Маркунтович Ф.Д. та ін. Трубопровідний гідротранспорт твердих
матеріалів: У 2 томах/За ред. Б.Ф. Брагіна. –К:ІСДО, 1993. - Т1. – 400с.; Т2. - 327с.; Рос. мовою.
Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. –М: Машиностроение, 1976. -271с.
«Вісник СумДУ», №12(58), 2003
94