автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка методов и средств повышения эффективности аэросмесевых пневмотранспортных комплексов железорудных горных предприятий

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

РГБ ОД

^ _ р ^а пРавах РУкописи

ШЕВЯКИН Виталий Николаевич

УДК 622.686-622.6-85/043/

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЭРОСМЕСЕВЫХ ПНЕВМОТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1994

Диссертационная работа выполнена в Курском политехническом институте.

Научный консультант докт. техн. наук, проф. КАРТАВЫЙ Н. Г.

Официальные оппоненты:

член-корр. АЕН РФ, докт. техн. наук, проф. АЛЕКСЕЕВ В. В.,

■ _ член-корр. БИТА,

докт. техн. наук, проф. КИСЛОВ И. В.,

докт. техн. наук, проф. ОСТРОВСКИЙ Г. М. Ведущее предприятие — АООТ «Михайловский ГОК».

Защита диссертации состоится « 1994 г

в ./.V час. на заседании специализированного совет; Дг053.12.04 при Московском государственном горном универ ситете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке унн верситета.

(С /уй

Автореферат разослан « . -7 . » . . г . . . . 1994 .

Ученый секретарь специализированного совета

проф. ДЬЯКОВ В. А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы вытекает из необходимости совершенствования технологии выпуска продукции и технологического перевооружения горных предприятий при строгом выполнении экологических требований. Современные горные предприятия имеют трубопроводный транспорт сыпучих рудных и нерудных материалов, являющихся насыпными грузами внутрифабричного транспорта. Трубопроводный транспорт сыпучих грузов по применяемым энергоносителям делится па гидротранспорт и пневмотранспорт; последний имеет разновидности — контейнерный, капсульный, штучный и аэро-смесегый. Аэросмесевый пневмотранспорт получил широкое распространение на горных предприятиях многих стран, так при закладке пустот шахт этот вид транспорта используется в СНГ —35%, США и Швеции —20%, Австралии — 30%, Японии — 47%, Финляндии — 85%- За последние 20 лет на ГОКах железорудных месторождений в технологическом процессе производства железорудных окатышей обязательно используются крупные пневмотранспортные комплексы с аэро-смесевыми пневмотранспортнымн системами для внутрифабричного транспортирования нерудных добавок к железорудному концентрату.

К сыпучим грузам, транспортируемым на горных предприятиях аэросмесевым пневмотранспортом, относятся:

порошковые — известняк, бентонит, бентоглины, фосфаты, цементы;

кристаллические в смеси с пылевидными — бокснтные руды, калийная н другие соли, апатитовый и другие концентраты;

гранулированная аммиачная селитра;

кусковые в смеси с кристаллическими и пылевидными — породы угольных, бокситовых и других шахт.

Осложняющими процесс транспортирования являются такие свойства частиц этих грузов, как широкий диапазон влажности, температуры, гранулометрического состава, аб-разивности, скоростей витания.

Вредными для здоровья человека и окружающей среды являются такие свойства частиц этих грузов, как токсичность, радиоактивность, способность вызывать тяжелые пеизлечи-

мые профессиональные заболевания, такие как силикоз, саркома, рак легких и другие, загрязнять и отравлять аэрозолями почву и водоемы на больших территориях. Поэтому одной из важнейших экологических задач горных предприятий является обеспечение надежной защиты окружающей среды от распыления частиц сыпучих грузов в атмосфере.

Решение этой задачи возможно только с помощью герметичных аэросмесевых пневмотранспортных комплексов (АПТК), поэтому, несмотря на высокую энергоемкость н сложность, этим комплексам проектировщики отдают предпочтение перед конвейерными и другими комплексами на современных горных предприятиях во всех высокоразвитых странах.

Важность экологической. безопасности технологического транспорта пылящих сыпучих грузов на крупных современных горных предприятиях отодвигает задачи снижения энергоемкости процесса транспортирования и повышения эксплуатационной эффективности на второе место.

АПТК имеют потенциальную возможность обеспечить экологическую безопасность технологического транспорта большого перечня пылящих сыпучих грузов за счет таких преимуществ, как герметичность, возможность полной автоматизации управления процессами, совмещение термоаэрокласси-фикации с транспортированием, совмещение операций транспортирования и образования самотвердеющих смесей для закладки пустот шахт и т. д.

Однако использование АПТК в проектах горных предприятий при игнорировании осложняющих особенностей свойств частиц сыпучих грузов горных предприятий и необходимости согласования (синхронизации) параметров одновременно происходящих процессов приводит к обратным результатам— экологическая опасность возрастает лрп увеличении энергоемкости транспортирования.

Необходимость в АПТК возникла на современных горных предприятиях при осуществлении перехода на высокоэффективные методы разработки месторождений полезных ископаемых при ужесточающихся требованиях экологической безопасности ведения горных работ. АПТК являются новым типом современных горных машин, без которых невозможнс экологически безопасное ведение горных работа

АПТК состоит из крупной турбокомпрессорной станции группы пневмотранспортных систем (ПТС), вентиляционно-утилизационнон системы (ВУС), воздухопроводной сети, ас пирационной системы и автоматизированных систем коптро ля п управления режимами работы агрегатов и систем.

АПТК должен иметь специальное оборудование и сред ства автоматизации управления синхронизацией процессов которые обеспечат экологическую безопасность транспорт!!

ровання пылящих- сыпучих грузов производительностью до 1500 т/ч и дальностью до 5000 м.

Однако при проектировании АПТК для ГОКов и шахт из-за отсутствия научных данных производится объединение отдельных разнотипных пневмотранспортных установок, типовой компрессорной станции, обычного вентиляционного оборудования.

Технология производства железорудных окатышей и другие факторы на ГОКах обусловливают колебание производительности пневмотранспортных систем ПТК в широких пределах от нуля до максимального при постоянном максимальном расходе энергоносителей в вакуумной, нагнетательной, вентиляционной и электрических системах, что приводит к значительному увеличению удельной энергоемкости транспортирования и осложнению выполнения экологических требований по выбросам загрязненного воздуха в атмосферу, предъявляемых к горным предприятиям.

Вышеизложенное показывает, что научное обоснование методов и средств ' повышения эффективности процессов в крупных пневмотранспортных аэросмесевых комплексах, позволяющее повысить эксплуатационную эффективность и экологическую безопасность внутрифабричного транспорта ГОКоп, является актуальной научно-технической проблемой, 4 имеющей важный экономический эффект и социальное значение.

Цель работы — разработка методов и новых технических решений для аэросмесевого пневмотранспортного комплекса, позволяющих повысить экологическую безопасность и экономическую эффективность технологического транспорта пылящих сыпучих грузов на железорудных горных предприятиях.

Идея работы заключается в согласовании (синхронизации) параметров процессов образования и движения аэросмеси, отделения- и движения горячего отработанного энергоносителя на основе использования, закономерностей гидроаэроди-памики, механики аэрозолей, механики сыпучих сред при движении потоков через круглые сечения трубопроводов пневмотранспортных, веитиляционно-утилизацнонных и воздухопроводных систем, обеспечивающих повышение эффективности процессов в аэросмесевом пневмотрапспортном комплексе.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Определение согласованных параметров потоков в вентиляционной и пневмотранспортной системах, выбор соответствующих сечений каналов переходных модулей между этими системами осуществлены на основе математической модели движения потока горячего отработавшего энергоносителя через переходные модули, учитывающей обнаруженное физико-техническое явление при деаэрировании пневмотранспор-

/

тированного груза. Деаэрирование сыпучего груза с высокой температурой сопровождается процессом образования угла естественного откоса насыпи, существенно отличающимся 01 процесса его образования при обычной разгрузке сыпучей: груза из транспортных средств.

2. Математическая модель образования аэроомеси и ее движения в предложенном переходном модуле начальногс участка вертикального транспортного грузопровода нагнета тельной ПТС учитывает температуру, влажность и грануло метрический состав частиц сыпучего груза, обеспечивает оп ределение согласованных (синхронизированных) параметрог движения потоков энергоносителя и образования аэросмес1 в каналах переходного модуля.

3. Математическая модель 3-мерного векторного пол; осевых скоростей энергоносителя под влиянием тангенциаль ных потоков в цилиндрических координатах через каналы I сыпучем грузе рассматриваемого проходного сечения цилин дра аэрокамеры позволила с учетом обнаруженного фнзиче ского эффекта увеличения миделевого сечения частиц сыпу чего груза получить зависимости для определения согласо ванных (синхронизированных) параметров образования транспортирования аэросмеси высокой концентрации и кон структивных параметров ПТС.

4. Методы согласования параметров движения аэросмес: в вакуумном и напорном грузопроводах с учетом выявление го физико-технического явления адсорбирования, напрессо вывания и спекания агрегатов частиц сыпучих грузов в раз деляющих вакуумную и напорную части ПТС механизма? обеспечивают близкие оптимальным величины концентраци аэросмеси, потерь давления, долговечности на истирание гру зопроводов, исключают адгезионное зарастание их проходны сечений.

5. Методы согласования колебаний расхода энергоносит« ля и производительности в ПТС, повышения качества энер гоносителя синхронно образованию аэросмеси в питателя ПТС с учетом физического явления движения микроаэрозс лей сыпучих грузов по пристенному микрорельефному ело! трубопроводов из грузопроводов с аэросмесыо в воздухопрс водящую сеть в обратном направлении относительно осное пого потока энергоносителя дают возможность вести очистк энергоносителя от конденсата и микроаэрозолей сыпучег груза одновременно, сократить энергоемкость транспортире вания и .массу загрязненного воздуха, выбрасываемого в а' мосферу.

Научная новизна результатов исследований заключается I

уточнении механизма процесса образования угла естес венного откоса при деаэрировании сыпучего груза и научно обосновании двух новых синхронизирующих устройств С КО!

структнвными параметрами, зависимыми от параметров процесса движения горячего энергоносителя из бункеров ПТС через переходные модули вентиляционной системы;

совершенствовании математической модели процесса образования аэросмесн высокой концентрации в предложенном высокоэффективном переходном модуле аэрокамеры для определения зависимостей конструктивных параметров модуля от параметров этого процесса;

обнаружении физико-технического эффекта увеличения миделевого сечения частиц сыпучего груза в предложенном переходном модуле н разработке .математической модели пространственных векторных полей осевых скоростей энергоносителя при воздействии тангенциальных потоков с целью получения зависимостей .между конструктивными параметрами предложенной тангенциальной аэрокамеры и параметрами процесса образования аэросмеси;

обнаружении физико-технического явления адсорбирования -частиц сыпучих грузов с компрессионными свойствами поверхностями деталей механизмов, напрессовывания на эти поверхности частиц и спекания их между собой и с поверхно-:тямн деталей, разделяющих вакуумную и нагнетательную ости механизмов в вакуумно-нагнетательных системах, и разработке схемы конструкции, исключающей заклинивание этих механизмов, а также получении зависимостей потерь давления энергоносителя, величин адгезии сечений и истира-1ия поверхностей грузопроводов вакуумно-нагнетательных :истем от различных факторов;

установлении физико-технического явления движения ми-<роаэрозолей в направлении, обратном движению энергоно-:ителя из грузопроводов в воздухопроводящую сеть, разра-Зотке метода и конструкции, исключающих вредное воздей-:твие этого явления;

разработке принципиальных схем новых технических ре-нений и средств согласования изменения производительности ; изменением расхода энергоносителя в ПТС. . Обоснованность и достоверность научных положений, методов, выводов и рекомендаций подтверждаются:

принятыми предпосылками, базирующимися на современ-1ых фундаментальных положениях и законах теплообмена азовых смесей, теплофизическими характеристиками частиц :ыпучих грузов и .удовлетворительной сходимостью резуль-атов аналитических исследований с данными эксплуатации [невмотранспортных систем пневмокомплексов горных пред-фнятий. В воздухопроводных, аспирационных и ВУС АПТК [ля изучения процессов применен комплексный подход, вклю-ающий феноменологический и статико-феноменологический 1етоды исследований с использованием ЭВМ. Адекватность 1атематических моделей и физических процессов подтверж-

дена экспериментальными исследованиями, обработка которых выполнялась в основном методами теории подобия и корреляционными методами с допустимой погрешностью результатов, не превышающей 10—15%,;

результатами опытно-промышленной эксплуатации АСУ синхронизацией процессов в АПТК ГОКа;

результатами многолетней промышленной эксплуатации новых специальных агрегатов и средств синхронизации режимов работы пневмотранспортных систем АПТК ГОКов.

Научное значение работы состоит в научном обосновании, разработке методов и средств синхронизации процессов в АПТК горных предприятий, что является дальнейшим развитием теории аэросмесевого пневмотранспорта горячих влажных пылящих сыпучих грузов, исключающего распыливание частиц'В атмосфере, (представляющих значительную экологическую опасность для окружающей среды.

Практическое значение работы состоит в разработке для горных предприятий:

новых технических решений для синхронизации процессов в группах пневмотранспортных, вентиляционно-утилизацион-ных и воздухопроводных систем АПТК фабрики окомкования ГОКа железорудного месторождения;

методики расчета АПТК фабрики окомкования ГОКа железорудного месторождения;

пакетов программ ЭВМ для расчета новых устройств, синхронизирующих процессы в АПТК;

устройств для интенсификации процесса транспортирования мелкозернистых материалов (А. с. № 695918, СССР) при синхронизации горизонтальных осевых скоростей частиц сыпучего груза и воздуха;

винтового пневматического питателя для транспортирования сыпучих материалов (А. с. № 783156, СССР) для синхронного ^повышения качества энергоносителя процессу образования аэросмеси в АПТК;

пневматического винтового насоса (А. с. № 901205, СССР) для синхронизации колебаний количества твердой фазы адекватно колебаниям истечения газообразного энергоносителя — сжатого воздуха в 'пневмотранспортных системах АПТК;

пневматической установки для транспортирования сыпучих материалов (A.c. № T6ß'5791, СССР) для синхронизации колебаний истечения газообразного энергоносителя — сжатого воздуха адекватно колебаниям количества твердой фазы в пневмотранспортных системах АПТК;

самоуплотняющегося шлюзового питателя (А. с. № 586053, СССР) для синхронизации процесса удаления влажного сыпучего груза из циклонов 'процессу разделения твердой и газообразной фаз в термоаэроклассификаторах, пневмотранспортных, вентиляционно-утилизационных и аспирационных системах АПТК; 6

пневматического нтнекового питателя пневмотраиопортной установки (А. с. № 829523, СССР) для синхронизации величин вертикальных осевых скоростей энергоносителя и частиц сыпучего груза в аэрокамере вертикальной пневмотранспорт-иой системы, АПТК;

пневматического винтового питателя сыпучих материалов (А. с. № 831692, СССР) для 'синхронизации процессов образования аэросмеси в иневмотранспортных системах АПТК.

Реализация результатов работы. Выводы и рекомендации работы внедрены на ГОКах железорудных месторождений КМА, приняты к использованию научно-исследовательскими, проектными и учебными институтами.

Методика расчета АПТК фабрик окомковання ГОКов железорудных месторождений используется проектными институтами «Уралэнергочермет» и «Центрогипроруда» при проектировании АПТК горных предприятий. НИИСТРОЙДОР-МАШ, «Гипроцемент», НИИКМА и другие организации используют результаты исследований в своих работах.

Системы синхронизации, пакеты программ ЭВМ, «овые средства синхронизации по авторским свидетельствам на изобретения, перечисленные выше, внедрены, прошли опытно-промышленные испытания и находятся в эксплуатации на Михайловском ГОКе железорудного месторождения КМА, приняты к использованию на Лебединском ГОКе железорудного месторождения КМА и «а Криворожском ГОКе железорудного месторождения.

'Методики расчета, рекомендации, изобретения приняты к внедрению Красногорским объединением «Промоборудова-нне».

■Результаты исследований, изложенные в диссертации, используются в учебных 'пособиях автора, курсовом и дипломном проектировании, при проведении практических и лабораторных работ КГТУ.

Экономический эффект от внедрения разработанных методов и средств синхронизации 'процессов в АПТК фабрики окомковапия Михайловского ГОКа железорудного месторождения КМА в основном необходимо рассчитывать по показателям экологической безопасности транспортирования пылящих сыпучих грузов. Однако инфляция и отсутствие законодательной базы оценок экологической безопасности не позволяют в полной мере рассчитать экономический эффект, поэтому 'при разработке методики расчета экономической эффективности 'Внедренных мероприятий приняты эксплуатационные показатели экономии сыпучего груза от распыливания и сокращения энергоемкости транспортирования. Вред от распыленной тонны токсичного сыпучего груза в атмосфере для окружающей средьг во много раз 'превышает стоимость тонны этого груза, поэтому этот показатель в расчете экономической

эффективности внедрения новых разработок дает очень заниженные результаты, «о, 'несмотря на это, только Михайловский ТОК -получил экономию энергии и сыпучих грузов на сумму около 2,3 млн. руб. в ценах 1989 г.

Связь темы диссертации с государственными программами и планами работы института была обусловлена развитием горных 'предприятий КМА.

•Автор 'Принимал участие 'в качестве исполнителя тем НИР в решении проблемы создания экспериментального АПТК фабрики оком-кования Михайловского ГОКа совместно с учеными Московското гор'ного института докт. техн. наук, проф. Андреевым А. В., докт. техн. наук, проф. Ушаковым В. Н., канд. техн. -наук Белозерощым А. С. и др.

|В соавторстве с Андреевым А. В. и Белозеровым А. С. разработан пневматический винтовой насос (А. С. № 901205, СССР), для синхронизации колебаний количества твердой фазы в аэросмеси адекватно колебаниям количества сжатого воздуха в пневмотранспортных системах АПТК горного предприятия.

В качестве научного руководителя НИР и ОКР, ¡выполняемых в 'Курском политехническом институте, члена головного совета >по координации НИР для горных -предприятий КМА ■при Воронежском государственном .университете автор принимал уча-стие в решении 'проблем повышения эффективности и качества использования недр -КМА в -соответствии с целевой комплексной научно-технической программой, утвержденной постановлением ГКНТ и Госплана СССР «Программа КМА».

Диссертационная работа является -составной частью -вышеуказанных исследований.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались и были одобрены:

на ежегодных отчетных заседаниях -головного -совета по координации НИР для горных предприятий 'КМА -при Воронежском государственном университете с 1976 по '1-992 гг.; ежегодных отчетных заседаниях научных советов Железно-горского и Губкинского филиалов НИИКМА с 1975 по 1990 гг.; ежегодных 'внутривузовских «аучных конференциях в Курском -политехническом институте -с 1975 'по 1994 гг.,; -всесоюзных научных конференциях и -семинарах то -пневмотранспорту сыпучих грузов в Москве, С.-¡Петербурге, Севастополе ежегодно с 1975 по 1991 гг.; научных семинарах по 'пневмотранспорту с международным участием -в ЛДНТП. С.-Петербург 1989 и 1991 гг.; на II Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы развития и совершенствования подъемно-транспортной техники» в 1990 г.; Международных 'научно-технических конференциях в Болгарии в 1982 г. и -в Венгрии в 1985 г.; заседании кафедры горной механики и транспорта МГГУ в 1994 г.; семинаре МГГУ «Состояние и перспективы

развития горной техники и технологии природоохранительных работ» в 1994 г.; заседании комиссии Академии естественных наук РФ б Москве в 1994 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 научных работ, получено семь авторских свидетельств на изобретения, подготовлено двадцать восемь отчетов по научно-исследовательской работе, зарегистрированных во ВЦНТИ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 294 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков, 27 таб. лиц, список литературы из 317 наименований и 'приложения

Автор выражает глубокую . .признательность проф. Н Г. Картавому за консультации, внимание н поддержку при подготовке и завершении диссертации,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Значительный вклад а'решение проблем пневмотранспорта внесли работы ученых: Слэка, Оуэна, Грегори, Фукса, Ранка, Хилша, Коанда, П. М. Алабужева, В. В. Алексеева,

A. В, Андреева, Е, И. Азбель, Н. М. Баранникова, А. И. Боро-хойнча, А. Н. Вельшофа, И. А. Гастерштадта, А. П. Германа,

B. Н. Гетопанова, Г. П. Герасименко, А. В. Докукина, В. А. Дьякова, А. М. Дзязио, В. И. Дегтярева, Ф. Г. Зуева, Р. Л. Зепкова, А. С. Ильичева, М. Л. Калинушкина, Н. Г. Картавого, Л. И. Кантовича, Н. В. Кнслова, В. И. Киселева, Г. Ф. Костюк, В. В. Красникова, А. А. Кулешова, Н. Г. Логвинова, Е. И.' Морозова, А. Д. Морозова, Г. В. Миненко,

A. Я. Малис, В. Н. Мурзина, Л. Л. ¿Моисеева, Б. А. Носырева, Г. М. Островского, А. Н. Потураева, Н. Н. Петрова, А. И. Рыбина, И. М. Разумова, В. И. Рыбьева, А. Е,- Смолдырева,

B. С. Серякова, В. А. Успенского, В. И. Ушакова, П. П. Фролова, М. М. Федорова, Р. Н. Хаджнкоза, Ю. А. Цейтлина, Г. Т. Ямковского и других ученых, трудами которых были созданы предпосылки ¡научного обоснования и реализации систем н средств синхронизации процессов 'в аэросмесевых пневмотранспортпых комплексах железорудных горных предприятий.

Проблемы разработки методов и средств повышения эффективности пневмотранспорта на горных предприятиях решались учеными ИГД СОРАН, ИГГМ АН Украины, НИИКМА, КПИ, ЛГГУ, МГГУ, ВГУ, ДГИ и др.

В первой главе диссертационной работы рассматриваются основные проблемы современных аэросмесевых пневмотранспортпых комплексов горных 'предприятий. В технологиях современного горного производства, особенно горных предприятий железорудных месторожденй, пневмотранспортные комплексы порошковых грузов представляют собой новый тип

высокоавтоматизированных горных машин и комплексов: В обозримой перспективе их количество будет увеличиваться. Из мировой практики известно, что для обеспечения экологической безопасности при закладке пустот шахт и на фабриках окомкования железорудного концентрата эксплуатируются крупные аэросмесевые пневмотра-нспортные комплексы. Однако применение этого 'Прогрессивного вида транспорта не обеспечивает необходимого уровня экологической безопасности от загрязнения атмосферного воздуха в цехах и за их пределами, т. е. выбрасывается загрязненный воздух трубами вентиляционно-утилизационных систем 'на значительную высоту, что приводит к загрязнению, отравлению, а иногда и к радиоактивному заражению воздуха, почвы и воды.

Для решения проблем аэросмесевых пневмокомплексов недостаточно создания дорогостоящей лабораторной базы и хорошо 'поставленных научно-исследователыоких работ в условиях лаборатории. Практика экспериментальных исследований показала, что проблемы крупных аэросмесевых комплексов могут быть решены только на крупном 'пневмотранспорта о'м комплексе в условиях предприятия с многообразием факторов реальной эксплуатации. Оснащение крупных пнев-моком'плексо'в научно-исследовательской аппаратурой представляет значительную сложность, так -как требует затрат на создание условий, исключающих 'воздействие на аппаратуру вибрации, сильных электромагнитных -полей и других 'вредных факторов, сопутствующих технологиям современных крупных производств.

Исключение выбросов воздуха, загрязненного частицами транспортируемого груза, в открытую атмосферу достигается двумя путями. ПервыГгпуть — это использование целого комплекса новых пневмотранспортных вентиляционно-утилизационных, аспирационных систем и устройств для очистки отработанного в 'нневмокомплексе воздуха в огромных количествах 'и выброса- его в атмосферу, что связано со значительным расходом электроэнергии и конструкционных материалов. Второй путь предполагает использование отработанного .воздуха по заданной кольцевой схеме без вьгброса в атмосферу.. Этот путь более экономичен, однако требует разработки специализированного нового турбокомпрессорного оборудования- и достаточно надежной системы контроля -герметичности АПТК.

Оба пути требуют значительных научно-исследовательских и проектных работ ученых 'комирессорщиков, пневмотрапс-.портпиков, аспирационникс/в и других специалистов. Для падежного обеспечения экологической безопасности АПТК горных -предприятий фирмы должны изготавливать пневмотранс-пор'тные агрегаты, аппаратуру, компрессорное и аспирацион-ное оборудование по единому проекту с научно обоснованным

техническим заданием. В настоящее время многие исследователи, конструкторы и проектировщики отождествляют задачи отдельных иневмотранспортных мелких установок с задачами крупных-АПТК, что является 'первопричиной ошибок при изготовлении предприятиями и фирмами унифицированных агрегатов для отдельных иневмотранспортных систем и крупных горных АПТК. Такое положение затрудняет горным предприятиям-заказчикам 'при эксплуатации АПТК обеспечение экологических норм безопасности и необходимых экономических показателей на внутрифабричном транспорте. В АПТК горных 'предприятий пневмотранспортные, вентиляци-онно-утилизационные, аспирацнонные системы работают в более сложных условиях, чем отдельные установки и системы, что значительно снижает их экологическую безопас-. ность, 'надежность, долговечность и экономичность, а соответственно и АПТК в целом.

Исходя из вышеизложенного, была поставлена цель диссертационной работы —научное обоснование и разработка методов и средств повышения эффективности аэрссмесевого пневмотраиспортного комплекса, позволяющего повысить экологическую безопасность н экономическую эффективность технологического транспорта сыпучих грузов на железорудных горных предприятиях.'

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Обобщение и анализ имеющихся в литературе результатов теоретических исследований по проблеме современных АПТК горных железорудных предприятий.

2. Научное обоснование технических, решений, обеспечивающих синхронизацию процессов образования аэросмеси, движения ее по грузопроводам, разделения аэросмеси на сыпучий груз и отработанный энергоноситель с последующей его очисткой и выбросом в атмосферу.

3. Научное обоснование процесса движения микроаэрозолей, обратного основному потоку по подводящим воздухопроводам пз грузопроводов ПТС, и разработка метода нормализации параметров энергоносителя непосредственно в 'питателях ПТС.

4. Разработка новых методов и средств повышения эффективности АПТК 'С учетом обнаруженных физико-технических явлений, эффектов и результатов экспериментальных исследований.

5. Определение экологической безопасности и экономической эффективности от внедренных результатов исследований, новых методов и средств повышения эффективности АПТК железорудных горных предприятий.

Во второй главе 'проведен анализ исследований по аэро-смесевому пневмотраспорту целого ряда авторов, выполнено

их теоретическое обобщение и дано научное обоснование методов и средств повышения эффективности аэросмесевых пневмотранспортных комплексов железорудных торных предприятий.

Научно обоснованы следующие технические решения:

|1. Согласование .параметров взаимосвязанных 'процессов в вентиляционно-утилизационных и пневмотранспортных системах 'при синхронизации режимов -работы агрегатов повышает эффективность работы этих систем. Доказано, что процесс движения отработанного горячего энергоносителя (сжатого воздуха — газа) после отделения от сыпучего груза из бункеров пневмотранспортных систем через переходной модуль (рис. 1) в утилизационно-вентиляционнуго систему является определяющим степень его загрязненности перед 'выбросом в атмосферу и может быть описан с учетом изменения давления и температуры по длине 'переходного модуля следующими математическими выражениями:

Л

1

к-1

. А'ЛЛ'-П /

~Л = Т0 1 4

К~ 1

1С

~К+ 1

тп

V

-КлК-\) 21 ,(1)

К— 1 К+ 1

(2)

I/

I';

кр

где ц — число Маха ц< 1;

и„ — приведенная скорость потока отработанного

энергоносителя; К — показатель адиабаты; Р0; Р1 — давление в начальном и конечном сечениях, Па; Т0\ Т\ — температура газа в начальном и конечном сечениях, К.

Скорость потока загрязненного энергоносителя в минимальном сечении переходного модуля определяется по формуле:

2 --

К

к- 7

1 -

р^ук-Тук Рг

М С.

(3)

Полученная формула (3) скорости для согласованных параметров процессов истечения энергоносителя через переход-нон модуль из бункера и поступления энергоносителя из ПТС в бункер позволила определить конструктивные параметры переходного модуля и устройств для синхронизации начала и окончания вентиляции -нескольких секций бункеров, а также

3.1. Схема к фнзико-тохническоцу явлошт формирования естественного угла откоса насштл в бункере при деаэрировании сыпучего груза: I - переходной модуль; 2 - бункер; 3 - слои насыпи с радиусами; 4 - слои насыпи плоские; 5 - микролавины

окончания загрузки и вентиляции одного бункера с началом загрузки и вентиляции другого для горячих сыпучих грузов.

■Площадь произвольного сечения переходного модуля с достаточной точностью определяется по формуле:

где —массовый расход горячего отработанного энергоносителя, кг/с;

Я — удельная газовая постоянная для отработанного энергоносителя, Дж/'(кг-К).

Расчет ряда произвольных сечений переходного модуля 'позволяет построить симметричные кривые, образующие суживающееся сопло, которое в отличие от существующих конструкций переходных модулей обеспечивает близкие к оптимальным параметры истечения горячего отработанного энергоносителя из бункера (см. рис. 1) в трубопровод ВУС с минимальным уносом частиц сыпучего груза в атмосферу.

2. Процесс образования аэросмеси в вертикальных ПТС является важнейшим для пневмотранспортирования сыпучих грузов -при высоких концентрациях твердой фазы. На основе условий неразрывности потока была разработана математическая модель образования и движения аэросмеси высокой концентрации в предложенном (рис. 2, а) и обычном ¡(рис. 2,6) вертикальных модулях-нагнетательных' ПТС для определения конструктивных параметров вертикальной аэрокамеры:

/ =

, м', (4)

Р.

¿В 0 +

(5)

о2 (1 - II) р V То*Р'В0* (1+2 -Ц-1 tg а' +-1--

+ -Ч-./ут.'ту/»*.» +

, 7-, -'*<■■

2

— йр—-

/т,С?( 1

/ _ / \ 2

ф'ОоБ2 ( 1 + 2 I 1ёа

/У(1—Д) 1

Н^То^в Ти

Ш.

О ) (6)

где Д До — диаметры наименьшего и наибольшего сечений в модуле аэрокамеры, м; С?0) С? — объемная расходная'плотность сжиженного сы-.пучего груза, аэросмеси в начале и конце модуля, кг/(■см2); /к, / — длина модуля и конической его частй, м;

а — усредненный угол естественного откоса сыпучего груза в модуле, рад.; В0, В — влажность сыпучего груза в начале и конце модуля;

ц — коэффициент массовой концентрации аэросмеси.

После решения этой системы дифференциальных уравнений, автором предложены зависимости, позволяющие определять основные параметры вертикальных пневмотранспортных систем с высокой концентрацией аэросмеси.

Площадь произвольного сечения оригинальной вертикальной аэрокамеры:

, гпВ , ,

Л = -Г-/. м\ (7)

о»

где /—'Площадь номинального сечения грузопровода, м2; ш — коэффициент равномерности аэросмеси; В, В о — влажность груза в сечении грузопровода и аэрокамеры:

В =-^-, (8)

' ® I

Ио —у + т«

где vo> Yu — плотность груза в начале и конце аэрокамеры, кг/м3;

р— концентрация аэросмеси, кг/кг; Т0, Т — температура в начале и конце трубопровода, К. Давление по длине горизонтального грузопровода с высокой концентрацией аэросмеси для ПТС АПТК производительностью до 150 т/ч:

/32 = Pji + Я, bh. ?sVi

Л, vsy v.D

V-Ki, (9)

где Я; Р\—давление в произвольном и начальном сечениях, Па;

¿2— диаметр грузопровода, м; "в! —рабочая скорость воздуха и скорость витания, м/с;

Iпр — приведенная длина транспортирования, м;

р„ —-плотность воздуха, кг/м3;

V — кинематическая вязкость воздуха, м2/с; — коэффициент, зависящий от :вида сыпучего груза. Анализ решения системы дифференциальных уравнений показывает 'преимущества синхронизации процессов при образовании, движении и разделении аэросмеси с высокой концентрацией частиц сыпучего груза. Это позволило разработать техническое решение, которое обусловливает реальность высокого уровня экологической безопасности при необходимой эксплуатационной эффективности вертикальных ПТС.

3. Образование аэросмесей из частиц сьгпучего груза и сжатого воздуха с помощью вихревого воздушного потока позволяет создавать аэросмеси высоких концентраций с помощью простых конструкций при длительном непрерывном транспортировании с постоянными параметрами. Для определения пара'метров вихревого 'процесса в трубе, 'Необходимых для расчета конструкций вихревых смесительных камер питателей пневмотранспортных систем АПТК, разработана новая математическая модель на основе полей векторов рабочих скоростей -сжатого воздуха, параллельных оси трубопровода, зависящих от тангенциальных потоков воздуха, введенных в этом же сечении.

С целью получения зависимости между транспортирующей скоростью энергоносителя и диаметром оригинальной аэрокамеры с тангенциальными потоками для двух трехмерных векторных 'полей осевых скоростей (рис. 3) была рассмотрена система интегральных уравнений:

п>

Q1= JfJ dx dy dz = J J

bt--l-ipi-d)

1 Я/ 1

odddr, (Ю) 15

Я х2{у, х)йхйу + Я г^х, у)йхйу.

У1. дгу ху

где

Яг' Яг*

У" : {

+

А'

(г-г0 Г

/?!2 Я,2 Сг

О -- 1

(П)

(12)

У:

г = Ь1 —

Яг2

' = 0; =

(13)

яи Ог — объем параболоида и эллипсоида, м3; — радиус цилиндра аэрокамеры, м;

Ь1 — координат вектора транспортирующей скорости.

Получена зависимость, отражающая объем векторного поля скоростей в 3-мерном пространстве в цилиндрической системе координат, которая позволяет определить необходимые конструктивные параметры вихревой аэрокамеры для последующей разработки методики расчета.

Для определения величины радиуса аэрокамеры получена формула:

я.

ЛУг-УР* (Уг~У3Г

V3

^ , о (У3-

1 л 2 - - ' Н- 3,

К, - Из \ I7, - I7,

(14)

Для инженерных расчетов радиуса аэрокамеры предложена упрощенная формула:

¿(Уг—У*)

2 [(Уг- У,)-2Г(Уг-Уг)(У,-У1)

(15)

где —расчетная рабочая осевая скорость энергоносителя в типовой аэрокамере, м/с;

У2 — скорость потока энергоносителя по оси вихревой аэрокамеры, м/с;

Уз — осевая скорость энергоносителя вблизи внутренней поверхности вихревой аэрокамеры, м/с.

Ло величине радиуса цилиндрической части модуля тангенциальной аэрокамеры были определены все остальные ее конструктивные параметры.

2

2

■о гангенциалысага потоками: СЬ~ два одномерные проекции трехмерных полой скоростей, совмещенные на общих осях.*? ;

Ь - трехмерное вакторноо поле скоростей потоков энергоносителя _____

сыпучий груз В>2 *

Рис.4. Схема адсорбирования, напрессовывания п опекания частиц о компрессионными свойствами деталями механизма .:

1,2 - частицы, агрегаты частиц с компрессионными 1 свойствами; 3 - слой напрессованных частиц; 4 - опек-шийся слой частиц о корпусом; 5 - вращащаяоя деталь (ротор, шнек); 6 - деталь о отверстием для продувки; 7 - корпус механизма

Один из основных расчетных параметров — скорость витания частиц одновременно горячих и влажных грузов с вихревым эффектом — автор предлагает определять по формуле:

I/, = !< -Г-г-1- Л/ , м/с, (16)

Т,В2 V 7„

где с1ч — диаметр частиц материала, м;

Т'г. Т\ — температура сыпучего' груза и воздуха, К;

В2, В1 — влажность сыпучего груза и воздуха; К — экспериментальный коэффициент; Ум — плотность сыпучего груза, кг/м3; у,, —плотность воздуха, кг/м3.

Таким образом, эффект вихревого потока воздуха использован для интенсификации процесса пневмотранспортирова-ння и разработки нового технического решения по аэрокамере питателей для горизонтальных и сложных пространственных схем грузопроводов ПТС.

4. Процессы вакуумно-нагнетательного пневмотранспорта, создаваемые агрегатами вакуумной и нагнетательной частей в рамках одной системы АПТК, должны быть точно синхронизированы. Синхронная оптимизация параметров одновременно 'происходящих процессов в вакуумной и нагнетательной частях при транспортировании влажных сыпучих пылящих грузов оказалась возможной только после разработки нами нового разделяющего механизма для этих систем с учетом физико-технического явления (рис. 4) абсорбирования, напрессовывания и спекания агрегатов частиц сыпучих грузов па поверхностях деталей этого механизма.

Предложены формулы для определения основных расчетных величин вакуумно-нагнетательных ПТС с синхронизированными процессами.

Мощность привода вакуумной воздуходувной машины (во-дскольцевой насос, газодувка), обеспечивающая эффективный вакуум в вакуумной сети ПТС с синхронизацией процессов, определяем по формуле:

' О V 2 ( — 4- V»

Уш 9 " В п * =---^ кВт' (17)

где — расчетный объемный расход воздуха, м3/с;

V» — плотность воздуха, кг/м3;

V,, — транспортирующая скорость воздуха, м/с; £ — ускорение силы тяжести, м/с2;

X — опытный коэффициент сопротивления прямой трубы; / — длина прямого участка трубы, м; — диаметр грузопровода, м;

2

17

е — коэффициент местного сопротивления; г] „ — КПД вакуумного насоса'^ г)п — КПД привода;

К — коэффициент для вида сыпучего груза.

Скорость протекающего потока энергоносителя из трубопровода под давлением в вакумную систему оказывает существенное влияние на энергоемкость процесса транспортирования сыпучего груза и определяется по формуле:

1/вп =-*---, м/с, (18)

ИД* - ¿V) - (Дц-А,)]Тм

где — расход воздуха на .перетечку, м3/с;

Ог —диаметр гильзы шнека, м;

Ол —диаметр вала шнека, м;

Дц —диаметр шнека, м;

Ь — ширина витка шнека, м;

7„ — плотность воздуха, кг/м3;

7„—'плотность транспортируемого груза, кг/м3;

Т0, Т — температура воздуха и груза, К.

Для типовых шлюзовых питателей эта формула применима с незначительным изменением конструктивных величин.

Процессы истирания стенок грузопроводов и адгезионного зарастания отдельных сечений грузопроводов ПТС и особенно 'вакуумно-нагнетательных систем с тангенциальными аэрокамерами являются определяющими долговечность и надежность эксплуатации грузопроводов. По результатам экспериментальных работ автором получены усредненные графические зависимости (рис. 5) величин адгезии (А, мк/ч).и истирания (И , мк/ч) грузопроводов от величии влажности сыпучего груза ■(£„) и энергоносителя (£в), его температуры, характеристики шероховатости стенки трузопровода и скорости ^ (ит) тангенциального потока. Эти зависимости дают возможность выбрать параметры пневмотранспортирования, уменьшающие адгезию и истирание грузопроводов.

Синхронизация процесса истечения сыпучего груза из бункеров, силосов, камер и других емкостей с процессами образования аэросмеси и ее транспортирования обеспечивает экологическую безопасность АПТК и достаточно низкую себестоимость транспортирования. Рациональные параметры процесса истечения горячих влажных сыпучих грузов, синхронного процессу образования аэросмеси заданной концентрации, и другие важные параметры для синхронизации процессов могут быть определены! по эмпирическим зависимостям.

По результатам экспериментальных работ при выполнении НИОК'Р автором'получены эмпирические зависимости иа-

раметров предложеных конструкции от 'параметров процессов пневмотранспортирования:

ВУЫ^

/„,.„ = ■-_ СОьУШ'у--- а (20)

' 0,35/С / 2 <>(Л--п

"■V

К— 1 \/С+1 А>м. (21)

С* V I

= 1Иср (У'/АУ Ч- И2'АУ + ...+ Уп'Кп')с1,тзхп 5та, ' + /С/ + ... + ЛГ,/) ср

(22)

10005^?

где 0\, Эц. и — диаметры шлюза, сводообразования, цилиндра устройства очистки воздуха, истечения -груза из бункера, м; /лип — площадь сечения аэрокамеры на стыке с

грузопроводом, м2; У5т — скорость витания частиц при тангенциальных потоках, м/с;

М — мощность, требуемая на сводоразрушепие, Вт;

а,, с(2, Р1, /72 — углы и силы (см. рис. 4), рад, Н;

—шероховатость'внутренней поверхности, м;

V], У2 — скорости воздуха и частиц в цилиндре очистки воздуха, м/с;

V/ — ]/„', Vср —скорости витания фракций частиц, м/с;

п — число фракций частиц'в эксперименте; ^э ср . о'э — средние и максимальные эквивалентные диаметры кристаллических частиц, м; ¿>ср ,5гга.: —площадь сечения обтекаемых воздухом частиц, м2;

С, Кь Д'г — размерные коэффициенты пропорциональности;

й — массовый расход аэросмеси, кг/с;

гр — угол конуса бункера, рад.

Эти формулы использованы при разработке методик расчета механизмов, разделяющих вакуумную и нагнетательные части вакуумно-нагнетательных пневмотранепортных систем, переходных модулей между ПТС и ВУС и устройства повышения качества энергоносителя, а также механизмов для раз-пушения сводов 'влажных сыпучих грузов в бункерах АПТК.

2*

19

5. Процессы образования й скопления пульпообразного конденсата из жидкости и частиц микроаэрозолей сыпучего • груза в воздухоподводящих трубопроводах и устройствах осушки воздуха потребовали разработки'специального устройства для одновременной нормализации -параметров сжатого воздуха с образованием аэросмеси в одном а-гретате.

Научно обосновано физико-техническое явление движения микроаэрозолей из частиц транспортируемых пылящих сыпучих грузов в обратном направлении относительно основного потока сжатого воздуха -в воздухопроводах в микрошероховатом слое поверхности трубы за счет эффекта завихрения на микропрепятствиях и образования обратного вектора скорости микроаэрозоли по микроручьям '(рис. 6). Анализ результатов исследований Слека, Оэна, Грегори, Фукса позволил сделать предпосылки о сути этого физико-технического явления, а анализ результатов исследований Ранка, Хилша, Коан-да — сделать предпосылки использования явления, описанного Генрп Коандом, прилипания струп газа к близлежащей поверхности, известного в литературе под названием эффекта Коанда, для уменьшения обратного движения мнкроаэрозо лей. Доказано, что при создании условий, когда вектор скорости струи воздуха с микроаэрозолыо водного конденсата направлен с использованием эффекта Коанда под отрицательным углом к вектору скорости микроаэрозоли из частиц сыпучего груза (при этом модуль первого вектора по величине превышает модуль второго вектора, а результирующий вектор имеет обратную направленность) аэрозоли смешиваются, смачиваются, агрегатируются в пульпообразные микрочастицы и за счет эффекта Ранка — Хилша сепарируются. Таким образом появляется теоретическая возможность разработать повое устройство для 'получения сжатого воздуха, очищенного от частиц водного конденсата и сыпучего груза, и самое главное — прекратить вредное движение частиц сыпучего груза в воздухопроводную сеть и компрессорную станцию.

В третьей главе содержатся результаты разработки новых мстотов и автоматических средств управления синхронной оптимизацией параметров процессов в АПТК. Разработана автоматизированная система управления для "синхронизации процессов в вентиляционных и пневмотранспортпых системах.

Разработано автоматическое механическое устройстве (А. с. № 1625791, СССР) для синхронной оптимизации процессов пневмотранспортирования,■ обеспечивающее автоматическую синхронную регулировку 'расхода сжатого воздуха адекватно колебаниям производительности шнека или шлюза питателя за счет обусловленных колебаний потерь давление в начале грузопровода, воспринимаемых специальной дна фрагмои.

Рис.5. Экспериментальные зависимости адгезии (А мк/ч )

п истирания .(Ит мк/ч ) трубопровода от влаяности(б„1Й{,') температур» й скорости аэросмеы/)фвойств внутренне»! поверхности грузопровода ЙЕ- Г I - влажность, частиц сыпучего груза; 2 - влажнооть энергоносителя; 3 - температура энергоносителя;

4 - характеристика'материала стенки грузопровода;

5 - скорость тангенциального потока

Предложено новое электромеханическое устройство — Синхронизатор процессов в пневмотранспортных и вентнляциоп-но-утилизационных системах АПТК, который воспринимает колебания вакуума и давления и превращает их в электрические сигналы, используемые для синхронной оптимизации про цессов в вентиляционной системе в зависимости от параметров процессов пневмотранспортных систем. Этот синхронизатор обеспечивает надежной вентиляцией конкретные бункеры, загружаемые пневмотранспортными системами, и отключает незагружаемые бункеры, что позволяет сократить количество запыленного воздуха, направляемого на аспирацию, чем обусловливается достаточный уровень очистки его перед выбросом в атмосферу без загрязнения окружающей среды.

Вихревая смесительная камера (А. с. № 6959Г8, СССР) разработана для синхронной интенсификации параметров процесса транспортирования за счет вихревого эффекта, позволяющего сократить разгонный участок твердой фазы в горизонтальных грузопроводах пневмотранспортных систем, а в вертикальных грузопроводах — энергоемкость процесса в связи с изменением парусных свойств частиц. Вихревые смесительные камеры могут быть использованы в комплексе с любыми типами питателей нагнетательных пневмотранспортных систем, а также в качестве всасывающего сопла вакуумной ппевмотранспортной системы. Получены эмпирические зависимости для определения диаметра, длины цилиндра и диаметра форсунок тангенциальной аэрокамеры:

£)0 = £) Рв ^1 ^ С ■ ° бм V, рм

(24)

1цТа = %^-2(Ц,-Я); (25)

/ КР ра

А^цта^кр

-7Г7— • (26)

Уф с ¿та

Разработан новый синхронизатор процессов (А. с. № 829523, СССР) для вертикальных пневмотранспортных систем АПТК, который позволяет сократить расход сжатого воздуха более чем в два раза при транспортировании тяжелых кристаллических, кусковых и порошкообразных сыпучих грузов за счет сокращения пространства для образования аэросмеси и переноса начального участка грузопровода непосредственно в зону смешивания энергоносителя с твердой фазой.

(Питатель (А. с. № 586053, СССР) разработан для влажных горячих сыпучих грузов, транспортируемых от термоаэро-

классификаторов горных предприятий, которые ранее не транспортировались пневмотранспортом в связи с заклиниванием ¡вращающихся частей в корпусах питателей от напрессовываемых на их поверхности частиц транспортируемых грузов. Для удаления напрессованного слоя применен самозатачивающийся режущий элемент, который срезает часть напрессованного слоя, а оставшаяся часть напрессованного слоя уплотняет зазор от износа трущихся деталей. Режущий самозатачивающийся элемент применяется как в шлюзовых, так и в шнековых питателях.

Винтовой 'пневматический питатель (А. с. № 831692, СССР) и пневматический винтовой насос (А. с. № 901205, СССР) разработаны для синхронной оптимизации процессов образования аэросмеси в нагнетательных ппевмотранспортных системах с высокой производительностью и со значительными расстояниями, где необходимо большое гидравлическое сопротивление обратному прорыву 'воздуха под давлением из аэрокамеры в приемную камеру при транспортировании порошкообразных известяпка, бентонита, бентоглины и других пылевидных грузов.

'Устройство (А. с. № 783156, СССР) для синхронной осушки сжатого воздуха процессу образования аэросмеси разработано для отделения водного и масляного конденсатов, а также для предотвращения обратного движения микроаэрозолн сыпучего груза в обратном направлении в виде агрегата с производительностью, необходимой для эффективной работы питателя пневмотранспортной -системы. Этот агрегат может работать в комплексе с 'пневмовинтовыми, шлюзовыми, поршневыми, камерными и другими питателями нагнетательных ппевмотранспортных систем АПТК горных и других предприятий. Это устройство без продолжения НИО.КР не обеспечивает качество воздуха для тонких технологий, но вполне соответствует требованиям 'ппевмотранспортных систем.

Каждое из перечисленных устройств имеет свою методику расчета конструктивных параметров и соответствующую программу для ЭВМ. В целом для аэросмесевого пневмо-транспортного комплекса торного предприятия имеется пакет программ ЭВМ для расчета геометрических и других параметров по техническому заданию. Этот 'пакет ¡программ позволяет выполнить расчеты, конструирование и проектирование агрегатов для совершенствования уже существующих аэросмесе-вых ппевмотранспортных комплексов горных предприятий, а также их серийного выпуска 'предприятиями-изготовителями пневмотранепортного оборудования для использования в новых проектах АПТК горных предприятий.

В чертвертой главе изложены анализ, ¡новизна и правовая защита ¡предложенных автором новых технических решений и их экономические характеристики. Анализ новизны и эффек-

тивности 'предложенных технических решений, внедренных на горных предприятиях, показывает их высокий уровень по международной классификации изобретений и промышленных образцов. Внедренная автоматизированная система аэросмесевого 'пневмотранспортного комплекса фабрики окомковапия Михайловского горнообогатителыюго комбината железорудного месторождения КМА позволила 'повысить экономическую безопасность и снизить удельную энергоемкость впутри-фабричпого транспорта порошкообразных одновременно горячих и 'влажных сыпучих -грузов, таких, как известняк, бентонит, цемент и бентоглипа.

Эксплуатационная оценка разработанных методов и средств повышения эффективности аэросмесевого пневмотранспортного комплекса выполнена по разработанной автором методике, базирующейся на положениях отраслевой методики расчета и методики профессора Ушакова В. И.

Экономический эффект определялся по экономико-математической модели приведенных затрат на аэросмесевый пневмотранспорт сыпучих грузов па горных предприятиях с косвенным учетом экологических показателей.

С учетом многолетней эксплуатации внедренных агрегатов и механизмов в АПТК Михайловского ГОКа в 1977—1994 гг. вновь полученный экономический эффект составил 2,3 млн. руб., а повторный экономический эффект — 5,7 млн. руб. в ценах 1989 г.

Оборудование, выпускаемое С.-Петербургским заводом «Строймаш» с использованием результатов исследований, эксплуатируют ГОКи всех железорудных месторождений СНГ, но с учетом инфляции выполнить расчет полной экономической эффективности не представляется возможным.

Результаты исследований, изложенные в работе, будут использоваться в будущем для разработки новых технических решений, изобретений и методов повышения экологической безопасности и улучшения эксплуатационных показателей внутрифабричного технолотнческого транспорта пылящих сыпучих грузов на горных предприятиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации выполнены научное обоснование методов и средств и разработка новых технических решений для повышения эффективности аэросмесевых пневмотранспортных комплексов, позволяющих повысить экологическую безопасность и эксплуатационную эффективность аэросмесевого транспорта пылящих сыпучих грузов на железорудных -горных предприятиях.

Основные научные выводы и практические результаты выполненных исследований:

1. Существующие аэросмесевые-иневмотранспортные комплексы железорудных предприятий при 'работе имеют низкую эксплуатационную эффективность, значительно .превышают экологические нормативы по выбросам загрязненного воздуха в атмосферу.

2. Установлены причины и закономерности возникновения условий несогласованности процессов в пневмотранспортных, вентиляционно-.утилизационных, воздухопроводных и аспира-ционных системах крупных АПТК, обусловливающих нарушения экологических нормативов при низкой эксплуатационной эффективности внутрифабричного транспорта ¡пылящих сыпучих грузов торных железорудных ¡предприятий.

3. Повышение эксплуатационной эффективности и эколо гической безопасности АПТК может быть достигнуто путем согласования (синхронизацией) параметров процессов образования, транспортирования и разделения аэросмесей, движения горячего отработанного энергоносителя ¡по утилизационным системам и увязки этих параметров с конструктивными параметрами аэрокамер, переходных модулей, шлюзовых и винтовых механизмов, устройств для очистки энергоносителя и переключателей потоков аэрос'меси ПТС и ВУС; может быть осуществлено по предложенным зависимостям конструктивных параметров от параметров ¡процессов, полученных на основе математических моделей движения горячего энергоносителя в -переходном модуле из ПТС ¡в ВУС, образования аэросмеси высокой концентрации в ¡вертикальном модуле и образования аэросмеси с -помощью эффекта увеличения миделевого сечения частиц сыпучего груза, а также по эмпирическим зависимостям, полученным при экспериментальных исследованиях и опытно-конструкторских работах.

4. При деаэрировании перемещаемого сыпучего груза угол естественного откоса формируется в результате характерной последовательности движения микролавин, сдвига слоев и существенно отличается от его формирования при образовании естественной насытти.

■5. Введение тангенциальных потоков изменяет характер векторных полей осевых скоростей в аэрокамерах, приводит к выявленному в работе эффекту увеличения миделевого сечения частиц сыпучего груза и позволяет уменьшить разгонный участок движения сыпучего груза при образовании аэросмеси, -повысить ее концентрацию, что обеспечивает снижение удельных энергозатрат на транспортирование и массы за-пыленного отработанного энергоносителя.

6. При 'работе механизмов, разделяющих 'вакуумную и нагнетательную части систем, происходит адсорбирование частиц на поверхностях деталей этих ¡механизмов, напрессовывание частиц па поверхности и их спекание с этими поверхностями, что приводит к заклиниванию движущихся узлов и деталей

механизмов к их аварии. Для исключения заклинивания и предупреждения аварии могут быть использованы предложенные конструктивные технические решения.

7. При транспортировании сыпучего груза по грузопрово-ду имеет место обратное основному 'потоку движение микроаэрозолей, в частности, из грузопровода в воздухоподводящие воздухопроводы, что -приводит к засорению средств осушки сжатого воздуха, порче адсорбентов и аварии средств осушки энергоносителя. Предложенные технические решения по очистке энергоносителя от конденсата и аэрозолен ослабляют вредное воздействие этого явления, исключают аварийные ситуации в средствах осушки энергоносителя.

8. Снижение удельных энергозатрат на траспортнрование сыпучих грузов и запыленности атмосферы может быть осуществлено путем согласования изменений производительности ПТС с изменениями расхода энергоносителя, что достигается использованием предложенных регуляторов расхода сыпучего груза и расхода энергоносителя.

9. Экологические нормативы ПДК в г/с, устанавливаемые в зависимости от состояния окружающей среды региональными экологическими службами на каждый сыпучий груз для аэросмесевых ппевмотранспор'тных комплексов, могут быть выполнены только -при наличии в них средств синхронизации параметров процессов образования, движения и разделения аэросмеси. Без этих средств АПТК. допускают нарушение нормативов от 2,5 до 7,6 ПДК, а лаже частичное внедрение этих средств на Михайловском ГОКе КМА обеспечивает 0,7—0,9 ПДК выбрасываемого в атмосферу отработанного энергоносителя.

10. Снижение ПДК выбрасываемого в атмосферу энергоносителя сопровождается сокращением потерь транспортируемых грузов. Так, для Михайловского ГОКа КМА сокращение потерь бентонита составляет около 1,5 тыс. т/год, известняка— 14,5 тыс. т/год. Экономия сжатого воздуха составляет около 62,75-10° м3/год, электроэнергии — 17,85-106 кВт/ч г, год, в том числе в приводе 5,15-105 кВт/ч в год. Эти показатели могут быть увеличены при полном внедрении результатов исследований не только па железорудных, по и па других горных предприятиях.

11. Фактический суммарный полученный экономический эффект от внедрения научно обоснованных технических решений, разработанных проектов, конструкций, изобретений и организационных мероприятий, 'подтвержденный актами предприятий, составляет в ценах 1989 г. около 2,3 млн. руб.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

!. Шевякин В. Н. Экспериментальные исследования по определению коэффициентов аэродинамического сопротивления пылевидных минера-лов//Трубопроводнын транспорт и перспективы его применения в Кур-скоп области. — Курск: КПИ, '1972. — 4 С.

2. Шевякин В. Н., Майоров Ю. С., Битюков В. А. Исследование закономерностей движения аэросмесей сыпучих минералов для создания пневматических разгрузчиков ж.-д. вагонов производительностью 40—50 т/ч//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1974. — ЛЬ Б423835. — 199 С.

3. Шевякин В. Н., Классе» Э. И., Майоров 10. С., Путинцсва И. Н. Исследование и совершенствование пневмотранспорта сыпучих грузов в технологическом процессе окомковання железорудного концентрата//Б. у. «Депонпров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1974. — ЛЬ Б689896. — 115 С.

4. А. с. ЛЬ 586053 СССР М КЛ. В 65 53/46. Самоуплотняющийся шлюзовой пнтатель/Шсвякпн В. Н., Братский А. >М., Шалунов М. М. — Опубл. в Б И ЛЬ 9 от 07.09.77.

5. Шевякин В. Н., Майоров 10. С., Классен Э. И., Норовский А. А. Исследование и совершенствование вакуумного -пневмотранспорта сыпучих грузов в технологическом процессе окомковання железорудного кон-центрата//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ.— 1977,— ЛЬ Б664583. — Г53 с.

6. Шевякин В. П., Майоров Ю. С., Класссн Э. И., Норовский А. А. Исследование оптимальных режимов работы вакуумных заборных устройств при пневмотранспортировании сыпучих грузов с широким, диапазоном влажности и гранулометрического состава//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ, — 1978.— ЛЬ Б692502, —97 с.

7. Шевякин В. Н. Синхронная осушка сжатого воздуха в пневмо-транспортных системах горных предприятий .КМА//Повышсние эффективности и качества работ при освоении Недр КМА. — Воронеж: ВГУ, 1978.— 2 с.

8. Шевякин В. Н., Майоров 10. С., Класссн Э. И., Норовский А. А.

Исследование и совершенствование нагнетательного пневмотранспорта всех сыпучих грузов в технологическом процессе окомковання железорудного копцентрата//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ.— 1978.— № Б669928. — 109 с.

9. А. с. ЛЬ 695918 СССР, М. Кл. В 65 53/04. Устройство для интенсификации процесса транспортирования мелкозернистых грузов/Шевя-кин В. П. —Опубл. в БИ ЛЬ 7 ог 13.07.79.

10. Шевякин В. И. Исследование технологического транспорта сыпучих грузов фабрики -окомковання МГОКа//Повышение эффективности и качества использования недр КМА. — Воронеж: ВГУ, 1979. — 4 с.

М. Л. с. ЛЬ 783156 СССР, М. Кл. В 65 53/48. Винтовой пневматический питатель для транспортирования сыпучих мате-риалов/Шевякин В. Н„ Белозоров А. С., Майоров 10. С., Класссн Э. И., Черных А. И., Трухни Г. М„ — Опубл. в БИ ЛЬ 8 от 01.08.80.

12. Шевякин В. Н., Белозеров А. С. Определение минимальных эксплуатационных потерь давления в системе пневмотранспорта горного пред-прнятня//Повышение эффективности 'разработки и использования недр КМА. — Воронеж: ВГУ, 1980. — 7 с.

13. Шевякин В. Н„ Майоров Ю. С., Вратскнй А. М., Путинцева И. Н., Классен. Э. И. Исследование н совершенствование пневмотранспорта горячих сыпучих грузов в технологическом процессе окомковання железорудного концснтрата//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ.—1980 — ЛЬ Б887357. — 1,10 с.

!14. Шевякин В. Н. Синхронизация процессов в пневмотранспортных и сопряженных вентиляционных системах горных предприятий/Демюлогия и техника разработки железорудных месторождений КМ'А. — Воронеж: ВГУ, 1981, — 114—117 с.

15. А. с. № 831692 СССР, М. Кл. В 65 53/08. Пневматический винтовой питатель сыпучих материалов/Шевякин В. Н., Белозеров А. С., Майоров Ю. С., Похвистнев В. А., Коппель М. А., Шапунов М. ,М„ Трухни Г. М. — Опубл. в БИ № 1 от 21.01.81.

>16. А. с. № 829523 СССР, М. Кл. В 65 53/48. Пневматический шнеко-вый питатель пневмотранспортной усгановки/Шевякин В. Н., Белозеров А. С., Майоров Ю. С., Похвистнев В. В., Шапунов М. М / Ко'п-исль М. А., Черных А. И. — Опубл. в БИ № 1 от 14.01.81.

<17. Шевякин В. Н., Похвистнев В. В. Интенсификация процессов транспортирования бентонита и известняка в вертикальных трубопроводах пневмотранспортных систем со сложной пространственной схемой//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1981, —№ Б974128. — 71 с.

¡18. Шевякин В. Н. Аэросмесевый пневмотранспорт бентонита, известняка, сульфата натрия и солей минералов на горных прсдприятиях//Ма-шины и системы для механизации и автоматизации подъсмио-трлнспорт-нхх процессов. Тез. докл. национальной научн.-техн. конф. — Болгария, Пловдив, 1982, — 49 с.

19. А. с. № 901205 СССР, М. Кл. В 65 53/48. Пневматический винтовой насос/Шевякип В. Н., Андреев А. В., Белозеров А. С., Похвистнев В. В., Черных А. И., Трухин Г. М., Перепелицын А. И., Трифонов В. С., Го-лу'Нов С. С., Колесник П. Н.—Опубл. в БИ № ю от 01.10.81.

20. Шевякин В. Н., Путинцев В. Д., Путинцева И. Н., Братский Л. Л\. Исследование гибких винтовых 'механизмов при разрушении сводов в бункерах пневмотранспортных систем горных «редприятшУ/Б. у. «Депониров. рукописи» — М.: ВЦНТИ. — 1982. — № 'Б2&1847. — 152 с.

¡21. Шевякин В. Н., Носов Е. Е. Автоматизация усовершенствованных питателей пневмотранспортных систем бонтонита и известняка на фабрике окомкования МГОКа//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.:ВЦНТИ.—

1982. — № 028270437.12. — 105 с.

22. Шевякин В. Н., Белозеров Л. С. Исследование способов повышения качества сжатого воздуха непосредственно в системах пнсвмотранс-порта//Технологня и техника разработки железорудных место-рождений К'.\1А. — Воронеж: ВГУ, 1982. — 7 с.

23. Шевякин В. Н. Пневмотранспортпрованпе влажных сыпучих гру-зов//Механизацня н автоматизация перемещения и складирования сыпучих м жидких материалов. Тез. докл. научн.-техн. конф. — Ленинград,

1983, —4 с.

24. Шевякин В. Н. Пневмотранспорт сыпучих грузов повышенной влажности пневмотранспортными системами со сложной .пространственной схемой грузопроводов//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ.—

1983. — № 02830079270. — 133 с. ____

25. Шевякин В. Н., Путинцева И. И., Братский А. М. Разработка конструкций и исследование шнека с режущим элементом на спирали и стабилизирующего производительность автомата для НПВ1 !0-2//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1983. — № 02830049863. — 147 с.

26 Шевякин В. Н., Белозеров А. С., Путинцева И. И.. Братский А. М. Разработка конструкций и исследование сводоразрушитслей для конусов бункеров и агрегатов ИП-150М//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ, — 1984. — № 02840689154,— 154 с.

27. Шевякин В. Н. Пневмотранспорт сыпучих грузов пакуумпо-нагпе-татсльными устаиовкамн//Б. у. «Депоинр. рукописи». — М.: ВЦНТИ,—

1984. — № 02840059566. — 42 с.

28. Шевякин В. Н. Теоретическое исследование по пневмотранспортн-рованшо сыпучих влажных грузов нагнетательными пневмотранспортнымн установкамп//Б. у. «Депониров. рукописп». — М.: ВЦНТИ. — 1985.— № 02850065732,— 107 с.

29. Шевякин В. Н„ Белозеров А. С., Овсянников В. Н. Разработка и исследование двухрежимного автоматического устройства УСК для насоса НПВ-110-2 и автоматического устройства для агрегата УПКСВ-50// Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1'985. — № 02860093126. —

175 с.

30. Шевякин В. Н. Пневмотранспорт на горных предприятиях// III -Международная конференция по -пневмотранспорту. Тез. докл. научн.-техн. конф. — Венгрия, Будапешт, Печь — Технический университет, 1985.— 49—51 с.

31. Шевякин В. Н„ Белозеров А. С., Путинцева И. Н., Братский А. М.

Исследования, разработка и внедрение автоматической пнсвмотранспорт-ной системы «насос — бункер»//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1986. — № 02860098958. — 140 с.

32. Шевякин В. Н. Исследование синхронизированных процессов в аэросмесевых п-невмотранспортных комплексах горных предприяпш//Ос-новные направления совершенствования оборудования транспортных пнев-мокомплсксов в условиях интенсификации производства. Тез. докл. научн.-техн. конф. — Севастополь, 1987. — с. 23—25.

33. Шевякин В. Н„ Братский А. М., Майоров Ю. С. Обоснование и разработка перспективных средств всасывающих и нагнетательных систем пиевмокомплексов//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ.— 1987.— № 02870052804, — 51 с.

34. Шевякин В. Н. Методы и средства управления синхронизацией процессов пневмотранспорта на горных предприятиях//Интенсификация подъемно-транспортных и строительных процессов.' Тез. докл. национальной научн.-тсхн. конф. — Болгария, Казанлык, 1988.—55—57 с.

35. Шевякин В. Н., Лютаревич К. В., Лотыш Е. И. Исследования по пневмотранспорту высокотемпературных грузов горных предприятий//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1988. — № 02880051022. — 16 с.

30. Шевякин В. Н., Братский А. М. Исследование взаимосвязанных процессов пневмотранспортных и вентиляционных систем горных предприятий К-МА//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1988. — N2 0288042127.— 63 с.

37. Шевякин В. Н., Братский А. М., Майоров Ю. С., Путинцева И. Н., Норовский А. А. Исследование технологических возможностей комплекса многоадресных пневмотранспортных систем со всасывающими системами вентиляции при транспортировании в автоматическом режиме//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ. — 1988. — № 02880058673. — 75 с.

-38. Шевякин В. Н. -Пневмовинтовые насосы для горных предприятий// Состояние, проблемы м перспективы создания оборудования разгрузочно-транспортных автоматизированных пневмоко-мплексов для сыпучих грузов. Тез. докл. научн.-тсхн. конф. — Севастополь, 1988. — с. 33—34.

39. Шевякин В. Н. Автоматизация пневмотранспортных систем горных предприятий КМА//Состояние, проблемы и перспективы создания оборудования разгрузочно-транспортиых автоматизированных пневмокомплексов для сыпучих грузов. Тез. докл. научи.-техн. конф. — Севастополь, 1988.— с. 25—26.

40. Шевякин В. Н. Теоретические предпосылки синхронизации процессов пневмотранспортирования аэроомесей высокой концентрацин//Меха-низация и автоматизация перемещения и складирования сыпучих и жидких материалов. Тез. докл. научн.-техн. конф.Ленинград, 1989.-е. 79—84.

41. Шевякин В. Н. Проблема исследований и разработка новых агрегатов крупных аэросмесевых комплексов горных предприятий//Проблемы пневмотранспорта. Тез. докл. респ. научн.-техн. конф. — Севастополь, 1989.-е. 29—31.

42. Шевякин В. Н., Братский А. М. Модернизация пневматических транспортных комплексов горных предприятий КМА//Б. у. «Депониров. рукописи». — М.: ВЦНТИ, — 1989. — № 02890024311. —26 с.

43. Шевякин В. Н. Решение проблем крупных аэросмесевых комплексов фабрик окомкования горнообогатительных предприятий//!!' Между-