книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

ния (гидравлический уклон / п) (потери по длине) определяются но одной из формул, приведенных ниже.

В связи с указанным основная задача гидравлического расчета пульпопроводов состоит в определении критической скорости движения пульпы, соответствующей условиям задания на проек­ тирование хвостового хозяйства.

Для определения критических скоростей движения пульпы предложено большое количество формул. Наиболее приемлемые формулы приведены в табл. 8.

С к о р о с т а д в и ж е н и я , м/ с

Рис. 31. Расчетные кривые потерь напора при гидротранспорте грунтов различных групп по трубопроводу D = 800 мм, L — 1560 м

С. И. Горюнов [24] предлагает определять гидравлические сопротивления (гидравлический уклон /„) при напорном гидро­ транспорте несвязных грунтов по формуле

/„ - ( * « , + Я,) 4 - - ^ - .

где — коэффициент трения при движении воды; Xs — добавоч­ ный коэффициент трения в связи с транспортом водой твердых частиц; D — диаметр пульпопровода; v — скорость движения пульпы; g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Результаты опытов по изучению гидротранспорта несвязных грунтов показывают, что значение Xs уменьшается при увеличении скоростей движения пульпы.

В целях определения значений Xs С. И. Горюнов предлагает, границы расчетных групп, приведенные в табл. 9.

Во всех случаях гидротранспорта имеет место общий вид графика I — f (и ) (рис. 31). Гидравлические сопротивления при

61

П р и м о ч.а и и <i. rfjn—30% крупностью мспынр даппой, d9o—Р0% кр\-пностыо

меньше данной.

движении пульны, выраженные высотой водяного столба, всегда больше гидравлических сопротивлений при движении воды. Однако кривая сопротивлений имеет U-образный вид. Минимум сопротивлений имеет место при какой-то определенной скорости, которую подобно предыдущему также можно назвать критической скоростью. Задача заключается в том, чтобы запроектировать пульпопровод такого диаметра, который обеспечивал бы работу системы при заданных условиях на режиме наименьших гидравли­ ческих сопротивлении.

скоростей, на которые расчет производить не рекомендуется (левые части таблиц), так как эти скорости соответствуют режиму почти мгновенного заиления пульпопровода.

Расчет по С. И. Горюнову ведется в следующем порядке: по кривой гранулометрического состава хвостов определяется номер группы грунта (табл. 9). Этот номер группы определяет таблицу, которой необходимо пользоваться для определения значения As; далее задается ряд значений диаметра пульпопровода и опре­ деляются для каждого из диаметров значения / П и, наконец, выбирается диаметр, который дает наименьшее значение гидравли­ ческого уклона.

Существенным недостатком предложенной С. И. Горюновым формулы является то, что в ней отсутствует важнейший показатель гидротранспорта — критическая скорость движения пульпы.

В 1972 г. ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева опубликована Инструк­ ция по гидравлическому расчету систем напорного гидротранс­ порта грунтов. Хотя этой инструкцией регламентируются расчеты систем напорного транспорта сыпучих материалов, имеющих средневзвешенную геометрическую крупность 0,25—70 мм (§ 1.2

64

Т а б л и ц а 12

по ней расчеты существующих и благополучно работающих систем гидротранспорта хвостов и сравнить результаты расчетов с экс­ плуатационными параметрами.

Инструкцией регламентируется гидравлический расчет напор­ ных пульповодов, исходя из понятия критической скорости, под

66

которой здесь подразумевается такая средняя по сечепию скорость, при которой имеет место выпадение частиц твердого на дно трубо­ провода. Предлагается формула для определения критической скорости:

vKp —8,3 уПТ

где укр — критическая средняя по сечению скорость, м/с; D — диаметр пульповода, м; С0 — действительная объемная конси­ стенция пульпы:

Со

Уп — Ув Ут — Ув

где у„ — плотность пульны; уп — плотность воды; ут — плотность твердого; фср — коэффициент — функция гидравлической крупнос­

где ф, — средняя величина для i-й стандартной фракции; Pt — содержание г-й фракции по массе (определяется по графику гра­ нулометрического состава транспортируемого материала). В ин­ струкции приводится таблица значений ф для девяти градаций геометрической крупности материалов, имеющих плотность ут =

—2,60 -г- 2,70: для 0,05 — 0,10 мм, 0,10—0,25 мм и т. д.

Винструкции приводится иомограмма для определения крити­ ческой скорости.

Гидравлический уклон, характеризующий удельные потери по длине пульповода, регламентируется определять по формуле

/„ = / , + А /,

где /„ — гидравлический уклон при движении пульпы; / в — гидравлический уклон при движении воды со скоростью, равной критической; А / — дополнительный гидравлический уклон, характеризующий затраты энергии на транспорт водным потоком твердых частиц, при заданной консистенции пульпы. Для опре­ деления / в приводятся соответствующие графики для новых сталь­ ных и корродированных труб. Местные потери напора регламен­ тируется определять по Вейсбаху. Значения коэффициентов ме­ стных потерь рекомендуется определять по приведенным в ин­ струкции таблицам.

За последнее десятилетие много поработали в области гидро­ транспорта сыпучих материалов и, в частности, хвостов горнообогатительных комбинатов сотрудники Института гидромеха­ ники АН УССР [116]. Обобщение данных своих лабораторных и натурных экспериментов В. И. Войтенко и С. Г. Коберник опу­ бликовали в брошюре «Методика расчета гидротранспортных установок для транспорта и намыва хвостов железорудных

ГОКов» [120].

Не останавливаясь на установленных В. И. ВойтенкоиС. Г. Коберником в большинстве интересных закономерностях движения пульпы разной консистенции и гранулометрического состава твердого, которые следует учитывать при проектировании систем гидротранспорта сыпучих материалов, приведем только основные рекомендации по гидравлическому расчету пульповодов, содер­ жащиеся в указанном труде, эти рекомендации приведены в табл. 8. Сотрудники ИГМ АН УССР [117] и Г. Л. Попова [119] предлагают рассчитывать взвесепесущие потоки по формулам, также приведенным в табл. 8. Формулы ИГМ АН УССР получены в результате обобщения их авторами результатов описанных выше экспериментальных исследований [117].

Формулы Г. Л. Поповой (ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева) [119] получены также в результате обобщения проведенных ею экспери­ ментальных исследований. Формула Г. Т. Сазонова (Механобр) получена в результате обобщения данных практики.

Утверждения отдельных авторов, что предложенные ими зави­ симости теоретически обоснованы или полуэмпирически, не под­ тверждаются состоянием теории гидравлического транспорта.

Приведенные в табл. 8 формулы для критических скоростей являются эмпирическими и аппроксимируют данные опытов. Поскольку, однако, опыты проводились с пульпами определенных характеристик (определенные диапазопы крупностей твердой со­ ставляющей, плотности консистенции), при отсутствии строгих правил моделирования движения пульны (нет теории гидравли­ ческого транспорта, на основе которой могли бы быть установлены строгие правила моделирования), постольку созданные общие формулы являются экстраполяцией экспериментальных данных на натурные потоки. Эта экстраполяция может быть признана удачной, если она более или менее правильно отражает закономер­ ности явлений гидравлического транспорта.

Из приведенных в табл. 8 формул видно, что в общем случае критическая скорость является функцией следующих величин;

укР~ / (dxp, У, Р, D, А).

Чем больше геометрическая крупность твердых частиц, тем больше критическая скорость движения пульпы и, следовательно, тем больше гидравлические сопротивления.

Критическая скорость движения пульпы пропорциональна гидравлической крупности твердых частиц. В соответствии с вы­ ражениями для гидравлической крупности (см. глава III, раздел 1) критическая скорость движения пульпы будет [21]:

вдиапазоне геометрической крупности твердой составляющей пульпы d 0,15 мм прямо пропорциональна квадрату геометри­ ческой крупности твердых частиц;

вдиапазоне геометрической крупности твердой составляющей пульпы 0,15 мм <[ d < 1,5 мм прямо пропорциональна первой сте­ пени геометрической крупности твердых частиц;

68

в диапазоне геометрической крупности твердой составляющей пульпы < /> 1,5 мм прямо пропорциональна корню квадратному из геометрической крупности твердых частиц.

Критическая скорость тем больше, чем больше плотность твер­ дых частиц. Приведенные выше зависимости для критической ско­ рости для диапазонов геометрической крупности частиц твердой составляющей пульпы относятся к случаю транспортирования твердых частиц плотностью ут = 2,70 г/см3.

При транспортировании пульпы с плотностью частиц, отличной от 2,7 г/см3, зависимости критической скорости от диапазонов геометрической крупности частиц твердой составляющей должны измениться. Приближенно, однако, можно считать, что в диапа­ зоне геометрической крупности твердой составляющей dcv <' < 1,5 мм критическая скорость движения пульпы прямо проиор-

Большинство флотационных обогатительных фабрик выдают хвосты первого диапазона геометрических крупностей (по П.Д. Ев­ докимову и по С. И. Горюнову). В этих условиях небольшое изме­ нение крупности помола в сторону увеличения приводит к значи­ тельному ухудшению условий гидротранспорта, что подтвер­ ждается практикой эксплуатации существующих систем гидро­ транспорта хвостов 25].

Чем выше консистенция пульпы Р, тем больше критическая скорость. Однако чувствительность систем гидротранспорта к из­ менению консистенции отлична от чувствительности их к измене­ нию геометрической крупности, а именно: изменение консистенции при транспорте твердых частиц d < 0,15 мм незначительно влияет на величину транспортирующей скорости потоков. Чувствитель­ ность к консистенции больше при транспортировании твердых частиц d > 0,15 мм и значительно возрастает при транспортирова­

имеет фактор повышепия вязкости пульпы при насыщении ее мельчайшими, особенно глинистыми, частицами. Этот фактор способствует снижению критических скоростей, так как создает лучшие условия для взвешивания твердых частиц и умепыпает гидравлические сопротивления при движении пульны (известно, что добавки в пульпу глинистых частиц улучшают условия гидро­ транспорта). Это доказано гидравлическими исследованиями ИГМ АН УССР (см. рис. 30).

Оиыты показывают, что чем больше диаметр хвостопровода, тем при прочих равных условиях выше должна быть критическая скорость. Это естественно, так как при большом диаметре хвосто­ провода, чтобы получить соответственную эпюру распределения

69

твердой составляющей по консистенции и по крупности, необходим подъем твердых частиц на большую высоту. Фактор увеличения критической скорости с увеличением диаметра пульпопровода необходимо связывать с расходом пульпы. Следовательно, можно сказать, что с увеличением расхода пульпы растет и критическая скорость. Однако увеличение критической скорости при увеличе­ нии расхода пульпы не означает увеличения гидравлических сопротивлений. Наоборот, с увеличением расхода пульпы той же консистенции, плотности и геометрической крупности твердой составляющей гидравлические сопротивления уменьшаются. Это объясняется тем, что в формуле Дарси

при увеличении расхода пульпы член v2/2g растет медленнее, чем уменьшается произведение XMD. Уменьшение X обусловливается увеличением числа Рейнольдса [26].

Вопрос о влиянии на критическую скорость движения пульпы абсолютной шероховатости стенок пульпопровода А пока пол­ ностью не решен. С увеличением шероховатости степок пульпо­ провода А, естественно, при тех же скоростях движения пульпы растут и гидравлические сопротивления. Однако при увеличе­ нии А должна расти и интенсивность турбулентного перемешива­ ния, что способствует лучшему взвешиванию твердых частиц, что, в свою очередь, вызывает уменьшение критической скорости.

Можно считать установленным практикой, что уменьшение шероховатости стенок хвостопроводов ведет к улучшению условий гидротранспорта хвостов, т. е. уменьшение гидравлических со­ противлений. Долгое время безнапорный бетонный коллектор хвостового хозяйства Балхашской обогатительной фабрики экс­ плуатировался при повышенной шероховатости стенок (вслед­ ствие плохого изготовления коллектора и отсутствия железнения). В этих условиях коллектор работал с перебоями [25] при повышен­ ной против проекта крупности твердой составляющей пульпы. После ремонта коллектора с железнением его стенок работа кол­ лектора значительно улучшилась. Экспериментальные данные последнего времени доказывают значительное уменьшение гидра­ влических сопротивлений за счет «шлифовки» стальных пульпо­ водов и уменьшение критических скоростей и гидравлических сопротивлений при высоких насыщениях хвостовых пульп.

Проверку предложенных формул (степень удачной аппроксима­ ции и экстраполяции экспериментальных данных, выраженной в различных формулах) и установление границ применимости каждой из формул следует производить путем сравнения данных расчета с эксплуатационными характеристиками существующих систем гидротранспорта. Если оказывается, что по определенной формуле для существующей системы гидротранспорта получается гидравлический уклон значительно больший или меньший, чем гидравлический уклон, при котором гидротранспорт работает

70