Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

Диссертационная работа:

Чигрин, Максим Иванович. Теоретическое и экспериментальное исследование энергосберегающего способа гидронамыва песка : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.13 / Чигрин Максим Иванович; [Место защиты: Ом. гос. техн. ун-т].- Омск, 2010.- 135 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/254

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Ведущее место в добыче полезных ископаемых принадлежит открытым способам разработки, как наиболее экономичным и безопасным. Одним из направлений повышения эффективности открытых разработок месторождений является применение технологий с использованием средств гидромеханизации. Гидромеханизированным способом разрабатываются вскрышные породы на угольных карьерах, на карьерах химического сырья и строительных горных пород, добываются эти породы, торф, золотоносные и алмазные пески, осуществляется сооружение котлованов, углубление рек и водоемов, возводятся дамбы и плотины, строительные площадки и дорожные насыпи. Гидромеханизация способствует снижению стоимости строительства объектов, сокращению трудовых затрат и внедрению природоохранных и ресурсосберегающих технологий.

Гидравлический способ разработки месторождений в России начал применяться в середине 19-го века в Забайкалье, а затем в Западной Сибири, Красноярском крае и др. В дальнейшем этот метод использовали при гидронамыве земляного полотна во время строительства Днепрогэса (1929-1931 гг.), при строительстве канала им. Москвы (1934-1937 гг.), Верхневолжских гидроузлов (1936-1941 гг.) и др. После Великой Отечественной войны гидромеханизация получила бурное развитие. Так, например, до 70-ти процентов общего объема земляных работ при строительстве Волго-Донского судоходного канала и ГЭС на Волге и Днепре было проведено средствами гидромеханизации. С 1985 г. предприятия «Трансгидромеханизация» и «Уренгойтрансгидромеханизация» приступила к выполнению намывных работ в Западной Сибири на Ямбурском газоконденсатном месторождении. В настоящее время эта технология является основной при строительстве оснований дорожного полотна в Западной Сибири. Основные преимущества гидротранспорта: сокращение ввода карьера в эксплуатацию, транспортирование массы из карьера практически под любым углом (сокращение транспортных коммуникаций по сравнению с железнодорожным в 16 раз, автомобильным – в 6 раз, конвейерным – в 3 раза), возможность монтажа трубопровода на неровной поверхности, сравнительно малый объем капитальных затрат, создание условий для поточной технологии, автоматизации и дистанционного управления, создание благоприятных условий труда и снижение производственного травматизма, устранение пылеобразования, относительно благоприятные санитарно-гигиенические условия работы на объекте.

В настоящее время при добыче и транспортировке песка от источника (донные слои водоемов) на карту намыва (карьер, насыпь и т.д.) песок смешивается с водой и насосом по трубопроводу подается к месту назначения. При этом на привод насоса затрачивается энергия как на перемещение собственно песка, так и на перемещение несущей его воды, причем количественное соотношение воды и песка, а также скорость перемещения их смеси (пульпы) выбирается таким образом, чтобы песок не осаждался на нижней части трубопровода (пульпопровода) и не образовывал в его поперечном сечении сплошные пробки. Большой вклад в развитие технологии гидронамыва внесли такие отечественные ученые, как Ржевский В.В., Нурок Г.А., Юфин А.П., Ялтанец И.М., Лешков В.Г., Огородников С.П., Журин В.Д., Хныкин В.Б., Емельянов В.И., Огурцов А.И., , Шкундин Б.М. и др.

В то же время использование технологии гидронамыва имеет негативные последствия как экономического, так и экологического характера, особенно в условиях севера Западной Сибири, в водоемах которых донные пески содержат большое количество илистых фракций и пылеватых частиц. Это обстоятельство приводит к тому, что, во-первых: на карту намыва подается песчаная смесь низкого качества, что приводит к снижению параметров используемого в строительстве песка (основание дорожной насыпи, кустовые площадки и др.), во-вторых: растекающаяся смесь образует протяженные «пляжные откосы», значительная часть которых недоступна для последующего использования песка, и, в-третьих: стекающая с карты намыва вода заболачивает окружающую местность.

Традиционный способ борьбы с этими негативными явлениями заключается в применении сгустителей пульпы, которые устанавливаются на подающем конце пульпопровода. В сгустителях производится отделение излишков воды от песка, после чего песок подается на карту намыва, а вода направляется в исходный или неподалеку расположенный водоем.

Этот способ имеет определенные недостатки, затрудняющие его реальное использование, и заключающиеся в следующем. Во-первых: эффективные сгустители достаточно громоздки, а для отсыпки осушенного песка их нужно постоянно перемещать. Во-вторых: для транспортировки освободившейся воды необходима прокладка дополнительного трубопровода, и дополнительные затраты энергии.

Таким образом, разработка и внедрение новой схемы гидронамыва песка, позволяющей сократить энергозатраты на транспортировку песка, улучшить его качество за счет сокращения илистых и пылеватых частиц и сохранить экологию окружающей среды, является важной и актуальной задачей.

Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование новой энергосберегающей технологии гидронамыва песка.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ наиболее перспективных способов гидронамыва песка, позволяющих:

уменьшить энергозатраты на гидронамыв песка;

обеспечить подачу на карту намыва песка повышенной крупности и улучшить экологическую обстановку.

2. Разработана математическая модель движения частицы песка в пульпопроводе.

3. Разработана методика расчета основных объемных и массовых потоков пульпы при реализации нового способа гидронамыва песка.

4. Проведен комплекс лабораторных и промышленных экспериментальных исследований с целью подтверждения адекватности разработанной математической модели и методики гидравлического расчета.

5. На основе разработанных математической модели и методики гидравлического расчета выполнен параметрический анализ влияния основных режимных и конструктивных параметров на эффективность работы нового способа гидронамыва песка.

Методы исследования. В работе использованы методы математического анализа, математического моделирования, гидромеханики, гидравлики, формальной логики, численного анализа и экспериментального исследования.

Научная новизна. В общей постановке заключается во впервые полученных результатах исследования нового способа гидронамыва песка, обеспечивающего снижение энергетических и материальных затрат на перемещение песчаной пульпы и сохранение экологии окружающей среды.

В том числе:

1. На основе анализа действующих сил разработана математическая модель движения твердой частицы песка в пульпопроводе в двухмерной нестационарной постановке.

2. Используя уравнения сохранения энергии, объема и массы для пульпы разработана методика гидравлического расчета объемных и массовых потоков пульпы, а также давлений и скоростей в контрольных точках при реализации нового способа гидронамыва песка.

3. На основе комплекса лабораторных и промышленных экспериментальных исследований проведено подтверждение адектватности разработанной математической модели движения частицы песка в пульпопроводе и методики гидравлического расчета нового способа гидронамыва песка.

4. Используя разработанные теоретические модели, проведен параметрический анализ влияния основных режимных и конструктивных параметров на эффективность работы нового способа гидронамыва песка.

Практическая ценность:

В целом состоит в том, что дано теоретическое и экспериментальное обоснование целесообразности применения нового способа гидронамыва песка, в том числе с использованием комбинированного гравитационно-инерционного сгустителя, установленного на начальном участке пульпопровода.

В том числе:

1. Проведен комплекс лабораторных и промышленных экспериментальных исследований, позволяющий доказать эффективность использования нового способа гидронамыва песка:

экспериментально доказано улучшение гранулометрического состава песка подаваемого на карту намыва;

теоретически рассчитано и экспериментально подтверждено снижение энергозатрат на гидронамыв песка до 10-15 %.

2. Разработана методика гидравлического расчета нового способа гидронамыва песка, получившая экспериментальное подтверждение и позволяющая проводить внедрение новой схемы гидронамыва песка на различных участках местности и земснарядах различной производительности.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Результаты анализа известных технических решений способов и конструкций систем гидронамыва, направленных на повышение концентрации песка в пульпе.

  2. Математическая модель движения твердой частицы песка в пульпопроводе в двухмерной нестационарной постановке.

  3. Методика гидравлического расчета нового способа гидронамыва песка с определением объемных и массовых потоков пульпы, а также давлений в контрольных точках гидравлической схемы.

  4. Комплекс лабораторных и промышленных экспериментальных исследований с целью получения новых знаний и подтверждения адекватности разработанных математических моделей.

  5. Результаты параметрического анализа, проведенного на основе численного эксперимента.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на регулярных научных семинарах кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ (2005-2010 гг.), на МНТК «Транспортные и транспортно-технологические системы» (Тюмень, ТГНУ, 2010), МНТК «Окружающая природная среда, экологическое образование и воспитание» (Пенза, ПГУАиС, 2010), школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, УГАТУ, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях перечня ВАК.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из оглавления, введения, четырех глав, общих выводов, приложения и списка литературы, содержащего 66 наименований использованных первоисточников. Общий объем работы – 135 страниц, основной текст изложен на 125 страницах, содержит 80 рисунков. В приложении представлены фотографии участка пульпопровода во время натурных полномасштабных испытаний разработанного способа гидронамыва.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net