Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 12
1,1. Краткая характеристика циклично-поточной тех нологии добычи в рудных карьерах 12
1.2... Состояние воздушной среды на участках циклично- поточной технологии 17
1.3. Краткая характеристика отдельных элементов климата в районах расположения участков ЦПТ... 23
1.,4., Обзор методов расчета объемов воздуха, удаля емого от очагов пылевыделения 29
1.5. Состояние вопроса изучения аэродинамики укрытий и анализ конструкций аспирационных укрытий 33
I.6.. Вопросы исследования аэродинамики промышленных объектов 37
1.7. Цель и задачи исследования 40
2. Исследование влияния ветра на работу аспирации, разработка методик проведения эксперимента 42
2.1. Исследование влияния ветра на работу неаспири-руемых укрытий 42
2.2. Исследование влияния ветра на работу аспирационных систем 52
2.3. Планирование, эксперимента при исследовании аэродинамики укрытий на физической модели 57
2..4., Методика лабораторных экспериментов 66
2..5. Выводы 71
3. Исследование аэродинамики укрытии 72
3.1. Определение коэффициентов ветрового давления для укрытий мест загрузки материала на конвейер.. 72
3.2. Определение, коэффициента ветрового давления для укрытий мест выгрузки материала с конвейера 79
3.3. Изучение влияния изменения формы укрытия на его обтекаемость 85
3.4. Исследование влияния изменения формы укрытия на
его внутреннюю аэродинамику 89
3.5. Выводы 97
4. Изыскание оптимальных. путей использования энергии ветра 98
4.1. Изыскание форм насадков, рассеивающих энергию ветра и исследование их аэродинамики 98
4.2., Изыскание, форм насадков, повышающих, давление и исследование их. аэродинамики 109
4.3. Выводы 114
5. Разработка средств снижения пылевыделенш на конвей ерных перегрузочных узлах карьеров 116
5.1. Разработка конструкций укрытий мест загрузки конвейеров, испытывающих ветровую нагрузку 116:
5.2. Разработка конструкции ветровых насадков для укрытий мест выгрузки конвейеров 124
5.3. Исследование аэродинамики противоветровых укрытий 126
5.4. Общие положения расчета аспирации при воздействии ветра 129
5.5. Промышленные испытания: эффективности противовет-ровых-укрытий конвейерного перегрузочного узла... 132
5.6. Выводы 144
6. Заключение 147
Литература 149
- Состояние воздушной среды на участках циклично- поточной технологии
- Исследование влияния ветра на работу аспирационных систем
- Определение, коэффициента ветрового давления для укрытий мест выгрузки материала с конвейера
- Изыскание, форм насадков, повышающих, давление и исследование их. аэродинамики
Состояние воздушной среды на участках циклично- поточной технологии
Исследованиями Ю.Т.Котова / 40 / установлено, что удельный вес пылевыдедения участков ЦПТ составляет около 27$ от общего пы-левыделения в карьерах. Интенсивность пылевыделения самоходно-дро-бильных агрегатов составляет порядка 8000 мг/с, конвейерных перегрузочных узлов - 480-1100 мг/с, конвейерной ленты - 100 мг/с. Но так как количество узлов перегрузки горной массы на участке ЦПТ колеблется от 2 до 4-6, то удельный вес пылевыделения от упомянутых узлов достигает 42% общего; выделения участка.
Анализируя состояние атмосферы в рабочих зонах персонала, обслуживающего оборудование рассмотренных выше линий ЩГГ, следует отметить, что концентрация пыли превышает предельно-допустимую. 2g Примечание: укрытие отсутствует.
Это объясняется недостатком мероприятий по борьбе с пылью, к которым следует отнести: отсутствие систем гидрообеспыливания и увлажнения горной массы; отсутствием укрытий очагов пыления; недостаточной производительностью местных отсосов.
Учитывая, что применение гидрообеспыливания на участках ЦПТ затруднено, а порой и невозможно /мобильность оборудования, дефицит воды, наличие отрицательных температур/, единственным способом борьбы с пылью при эксплуатации конвейерного транспорта является аспирация.
Но т.к. даже применение аспирации /см. табл.1.4/ не обеспечивает эффективную локализацию и удаление пыли, то возникает необходимость проанализировать методы ее расчета и установить» причину снижения ее эффективности.
Интенсивность поступления пыли от узлов перегрузки горной массы на участках ЦПТ, а следовательно и чистота производственной и окружающей среды в немаловажной степени зависят от метеорологических условий в карьере. Так, например, интенсивные ветровые потоки способствуют выдуванию пыли из аспирационных укрытий и взвихривания ее с рабочих площадок уступов, откосов уступов, автодорог и т.п. Осадки, наоборот, способствуют уменьшению выделения пыли из технологического оборудования за счет увлажнения горной массы. Температурный фактор, в свою очередь, ограничивает применение гидрообеспыливания, что приводит к снижению эффективности целого комплекса мероприятий по борьбе с пылью.
Таким образом, для характеристики климатических условий, ока зывающих влияние на образование пыли, ее распространение и способы борьбы с ней, достаточно следующих метеорологических параметров: скорости ветра, температуры воздуха, количества осадков.В табл.1.6 приведены климатические параметры для районов расположения карьеров с участками ЦПТ.
Анализ климатических условий в районах, где размещаются ГОКи с участками ЦПТ, показывает, что средняя скорость ветра в холодный период года колеблется от 4,4 м/с /Качканарский ГОК/ до 6,2 м/с
Криворожские ГОКи/, а в теплый - от 3,2 м/с до 4,3 м/с. В холодный период года во всех районах устанавливается отрицательная температура -9С для Кривбасса и -22С для Качканарского ГОКа, что исключает применение гидрообеспыливания в зимний период. Количество осадков для большинства ГОКов также сравнительно невелико и колеблется от 373 мм /Кустанайская обл./ до 637 мм /Белгородская обл., Стойленский ГОК/.
Так как наибольшее количество ГОКов размещены в г. Кривом Роге, поэтому кратко охарактеризуем климатические условия в этом районе.
Город Кривой Рог находится в степной области Приднепровской возвышенности. Окружающая местность - равнинная степь, с небольшими возвышенностями и понижениями к долинам рек Ингулец и Саксагань, а также к Карачуновскому водохранилищу.
По данным метеорологической станции г.Кривого Рога в районе города в среднем за год преобладают ветры северного и северо-восточного направлений. Повторяемость направлений ветра и штилей приведены в табл. 1.7. В холодный период года преобладают ветры северо-восточного и восточного направлений, а в теплый - северного й северо-западного направлений. Средняя годовая скорость ветра равна 5,0 м/с /см. табл. 1.7/.
Исследование влияния ветра на работу аспирационных систем
Анализируя результаты расчетов, проведенные по формулам /2.38/, /2.42/, /2.35/ для конкретных значений к«,ц j t2,u; Ьд-, кэ , необходимо отметить следующее. Для больших значений эжекционного давления / кэ = 2,0, рис. 2.6,а/ с увеличением разности ветрового давления между проемами нижнего, укрытия уменьшается истечение воздуха через наветренную неплотность нижнего укрытия и увеличивается объемный расход воздуха через заветренную неплотность. Одновременно с этим уменьшается поступление воздуха через желоб. Интенсив -ность изменения расходов обуславливается значением ветрового давления у проема верхнего укрытия / ki,u /. Для малых значений эжекционного давления /к = 0,5, рис. 2.6,6/ характер течения пылевоздушных потоков остается прежним, однако интенсивность их изменения возрастает с увеличением разности ветрового давления.
Исследуем условие, при котором расход воздуха через перегрузочный желоб будет минимальным, т.е. стремиться к нулю. Если приравнять правые части уравнений /2.17/ -І- /2.20/, то с учетом зависимостей /2.22/ и /2.23/ находится взаимосвязь между коэффициентами ветрового давления и эжекционным давлением
Таким образом, для устранения под действием ветра пылевого потока в укрытиях, вызванного струей сыпучего материала, возле проемов нижнего укрытия должно быть равное ветровое давление /кі,н = кг,н/, а в области проема верхнего укрытия меньшее на величину, равную эжекционному давлению. Эта закономерность справедлива и для каскада укрытий с двумя проемами. На графике, приведенном на рис. 2.7, показан требуемый характер изменения разности коэффициентов ветрового давления между проемами нижнего и верхнего укрытия в зависимости от скорости ветра и эжекционного давления. Результаты расчетов показывают, что при неизменном эжекционном давлении с уменьшением скорости ветра должна увеличиваться разность между коэффициентами ветрового давления проемов нижнего и верхнего укрытий. Но так как конструктивные особенности укрытий не позволяют этого сделать, то ветер на работу укрытий оказывает отрицательное воздействие. Проанализируем влияние ветра на работу одноветвевой аспирационной системы, которая обеспечивает отсос пыли от места загрузки конвейера горной массой из герметичного бункера.
Объем воздуха, поступающего в укрытие под действием местного отсоса можно определить двумя путями: из уравнения воздушного баланса /І.І/; из характеристики аспирационной сети, выражающей зависимость потерь давления от расхода воздуха.
В сетях: водоснабжения и теплоснабжения, в шахтных вентиляционных сетях / 65 / характеристика сети имеет гидростатическую составляющую. Она может быть в сетях вентиляции при. подаче воздуха в герметизированные помещения / 73 /, при воздействии на вентиляционную сеть динамического напора ветра. Так как динамический напор ветра на отверстие в аспирационной сети можно определить через коэффициент ветрового давления и скорость ветра, то в этом случае уравнение характеристики сети имеет вид рс = -0.5 kftSlo + KQa /2.44/ где К - коэффициент сопротивления, зависящий от вида сети, кг/м .
Для определения расхода, воздуха через аспирационную систему необходимо найти общее решение двух уравнений: уравнения характеристики сети / 63 / и уравнения характеристики нагнетателя. Это уравнение определяет зависимость давления,, создаваемого вентилятором, от расхода воздуха и имеет вид p-f(Qa). /2 45/
Опишем кривую, характеризующую работу вентилятора в области наибольшего его коэффициента полезного действия, в виде квадратичной зависимости от расхода воздуха
Определение, коэффициента ветрового давления для укрытий мест выгрузки материала с конвейера
Для укрытия СИОТ мест загрузки конвейеров, имеющих ширину, равную ширине ленты, распределение давлений на торцовой стенке, прикрывающей вход ленты в укрытие, происходит по законам, идентичным для укрытий мест загрузки конвейеров /см. 3.1/.
Укрытия, рекомендуемые / 52 /, более герметичны и поэтому больше подходят к эксплуатации на открытом воздухе. Но так как их размеры и конструкция отличны от укрытий СИОТ, то для них были проведены дополнительные исследования.
На основании табл. 2.2 и матрицы планирования эксперимента были изготовлены четыре модели размером ВІ Hi L . Относи -80 тельные размеры моделей занесены в табл. 3.3.
Как было выше указано, основные неплотности укрытий расположены над грузовой ветвью конвейера, т.е. остальные места сопряжений можно тщательно герметизировать, поэтому нами исследовалось распределение давлений на верхнюю часть торцовой стенки укрытия, имеющей высоту л . Схема расположения исследуемых точек в торцовой стенке показана на рис. 3.3.
Вначале исследовался суммарный коэффициент ветрового давления на всю стенку в зависимости от направления ветра. Значение коэффициента для каждой модели занесены в табл. 3.4.
На основании экспериментов установлено, что линейные размеры укрытий на величину коэффициента ветрового давления для стенки, прикрывающей вход ленты конвейера в укрытие, влияют в очень малой степени. Так, например, максимальная относительная погрешность о коэффициента к для всех направлений ветра к укрытию, за исключением А= - -г - ; ск % не превышает 5%. Это объясняется тем, что относительные размеры укрытия мест выгрузки конвейеров как и размеры укрытий мест загрузки конвейеров изменяются в сравнительно малом диапазоне. Так, например, относительная высота укрытия над лентой конвейера изменяется в интервале 0,186 0,333; относительная ширина укрытия - в интервале 0,33 0,57. Поэтому в дальнейшем зависимость коэффициента ветрового давления для торцовой стенки укрытий мест выгрузки конвейеров от линейных размеров не учитывалась.
Суммарный коэффициент ветрового давления для торцовой стенки, расположенной над грузовой ветвью ленты конвейера, не позволяет зафиксировать максимальное и минимальное давление создаваемое ветром, поэтому в дальнейшем было исследовано распределение давлений на моделях укрытий мест выгрузки конвейеров в точках, указанных на рис. 3.4.
Результаты экспериментов занесены в табл. 2 приложения I и для точек Ь6 /l = 0,I8 иллюстрированы графиком, приведенном на рис. 3.4.
В табл. 2 и на графике 3.4 обозначено: где h - расстояние точки от ленты конвейера; 6 - расстояние точки от одного из вертикальных ребер укрытия; Н - высота укрытия над лентой конвейера.
На графике 3.4 изменение положительного коэффициента описывает сплошная линия, отрицательного - пунктирная линия. Изменение коэффициента ветрового давления по ширине торцовой стенки укрытия при ск = 0 описывает кривая 0; при diJIZ - кривая I, при к = - - кривая 2 и т.п.
При набегании ветра на торцовую стенку под прямым углом / к = 0/ коэффициент ветрового давления наибольшее значение / к - 0,77/ принимает на середине торцовой стенки и уменьшается к краям торцовой стенки приблизительно по квадратичной зависимости /см. рис. 3.7, кривая О/. С увеличением угла направления
Ж. ветра от 0 до критическая точка разделения потока на высоте /г = 0,18 смещается к ребру, разделяющему поток, и в этих местах коэффициент ветрового давления принимает максимальное значение и уменьшается для каждого фиксированного значения с увеличением расстояния от ребра.
Изыскание, форм насадков, повышающих, давление и исследование их. аэродинамики
Аспирационные системы второй группы / 63 /, кроме локализации и удаления вредных примесей от работающего оборудования, осуществляют также и технологическую функцию, заключающуюся в очистке готового продукта от мелкодисперсной фракции материала или в улавливании ценного продукта, образовавшегося в результате получения основного вида продукции. В связи с этим вопрос повышения эффективности аспирационных систем этой группы приобретают значительную важность, так как вместе с загрязнением окружающей среды может происходить потеря ценного сырья.
Очистка продукции от нежелательных или ценных примесей осуществляется путем пропускания воздуха, увлекаемого аспираци-онной системой, через слой перерабатываемого материала. Аспира-ционный патрубок этих систем выполняет несколько функций: инициирует прохождение наружного воздуха через материал, а затем улавливает образованную пыль; создает отрицательное давление в укрытии для предотвращения выбивания пыли.
Создание избыточных давлений в области нахождения неплотностей, через которые происходит забор наружного воздуха в укрытие, позволит уменьшить общее сопротивление аспирационной сети, а значит и снизить эксплуатационные затраты на аспирацию.
Очистка перерабатываемого материала от мелкодисперсной фракции посредством воздуха, происходит в большинстве случаев в укрытиях мест загрузки конвейера, в которых отсутствует торцовая стенка, прикрывающая вход грузовой ветви ленты конвейера в укрытие, а в подошве желоба выполнены щели или отверстия /71 А
Изыскание оптимальных конструкций насадков, повышающих давление на подошве желоба, проводилось путем аэродинамических испытаний моделей насадков, полученных объединением конструкций насадков первой и второй группы /см. параграф 4.1/, то есть имеющих вертикальные воздухозаборники и впускные окна в боковых стенках. Общий вид насадков, повышающих давление, показан на рис. 4.1, а их размеры приведены в табл. 4.3. Обозначение величин табл. 4.3. идентичны обозначениям табл. 4.1.
Все насадки по своим конструктивным размерам не превышают высоту укрытия, а воздухозаборники представляют собой вертикальные щели вдоль боковой стенки укрытий. ков объясняется тем, что обычно сверху укрытия располагается аспирационная воронка или желоб, которые при направлении ветра под углом d = 71 будут создавать аэродинамическую тень в зоне расположения вертикального воздухозаборника. Все впускные окна и воздухозаборники, кроме щели в торцовой стенке насадка, снабжались клапанами, позволяющими проходить наружному воздуху во внутрь насадка и препятствующими выходу воздуха из насадка. Места соединения насадков с аспирационными укрытиями и лентой конвейера не герметизировались.
Результаты предварительных испытаний зависимости коэффициента ветрового давления для торцовой стенки укрытия от направления ветра и конструкции насадка приведены в табл. 4.4. В столбце "О" табл. 4.4 для сравнения приведен коэффициент ветрового давления для торцовой стенки укрытия при отсутствии насадка. Угол А отсчитывался от продольной оси укрытия к вектору скорости невозмущенного потока воздуха, причем при значении угла ск = 0 ветер набегал на торцовую стенку насадка.
Экспериментальные исследования позволили установить, что в большинстве случаев насадки №№ 7 10 способствуют установлению избыточного давления на торцовой стенке укрытия /на подошве желоба/. Так, например, насадок № 7 создает отрицательное давление лишь в интервале изменения направления ветра % d\ - Щ ; 4 насадки №№8,10 создают отрицательное давление при направлениях ветра под углом Ж z. А z. 2А ; насадок № 9 создает отрица-тельное давление лишь при направлении ветра под углом d e -g ,
Величины избыточных давлений, устанавливаемых на торцовой стенке укрытия зависят от площади впускных окон и воздухозаборников, располагаемых на наветренной стороне насадка. Так при направлении ветра под углом о( = 0 наибольшее избыточное давление на подошве желоба создает насадок № 7, имеющий наибольшую по площади щель в торцовой стенке, предназначенную для входа /выхода/ ленты конвейера в укрытие. Эта же закономерность прослеживается и для других направлений ветра.
Отрицательное давление на подошве желоба устанавливается в большинстве случаев при направлении ветра под утлом d-Щ-к укрытию, когда воздушный поток движется вдоль торцовой стенки насадка. В области нахождения щели в торцовой стенке укрытия создается значительное разрежение /см. табл. 3.2 параграфа 3.1/. Так как щели в торцовых стенках насадков не снабжены клапанами, которые препятствуют выходу воздуха из насадка, то часть воздуха увлекается ветром из укрытия, а остальная часть находится в "растянутом" состоянии.
Предварительные испытания насадков, предназначенных для повышения давления на подошве желоба /торцовой стенке укрытия/ за счет использования кинетической энергии ветра показали, что цель достигнута.
В дальнейшем были проведены испытания насадка В 9 для выяснения характера зависимости коэффициента ветрового давления от направления ветра и места замера давления на подошве желоба.
Результаты испытаний насадка № 9 занесены в табл. 5 приложения І. В табл. 5 принятые обозначения подобны обозначениям величин табл. I приложения I. Расположение точек на торцовой стенке /подошве желоба/ показано на рис. 3.1.
