Разработка комплекса оборудования для восстановления свойств несущей среды гидротранспорта

Высокие темпы роста горнодобывающей промышленности требуют интенсивного развития горного машиностроения. Дальнейшее повышение производительности труда в горном машиностроении будет обес" печено только при широкой механизации технологических процессов, в том числе и вспомогательных, связанных с гццротранспортирова-нием отходов металлообработки, перемещением концентратов обогащения, гидросмыва различных просыпей и т. д.

Во всех перечисленшх операциях несущей средой является техническая вода или специально приготовленная жидкость. В процессе гидротранспорта данные жидкости интенсивно загрязняются мелкими частицами, посторонними предметами, маслами, атмосфер-, ной пылью и всевозможными микроорганизмами. Повышение эффективности процесса гвдротранспортирования сыпучих материалов возможно при организации качественной и надежной очистки и восстановления свойств жидкости.

Задача механизации и автоматизации вспомогательных процессов является важной для народного хозяйства. В материалах ХХУТ съезда КПСС на это обращалось особое внимание, так как внедрение эффективного оборудования для указанных целей в механических цехах, ГОКах, угольных и горнорудных шахтах позволяет поднять техническую вооруженность труда, всемерно внедрять комплексную механизацию и автоматизацию производственных процессов, создать малоотходные и безотходные технологии, а также процессы, исключающие загрязнение окружающей среды /.1,2./. Поэтому теоретические и экспериментальные исследования, создание и разработка оборудования для восстановления свойств рабочих жидкостей является акту" альной и важной проблемой.

Актуальность работы обусловлена тем, что на заводах крупного машиностроения, в том числе и на заводах горного машиностроения, значительно расширяется механизация уборки отходов металлообработки (стружки и шламов) с помощью систем гидротранспорта, несущей средой которого являются смазочно-охлаждающие жидкости СС01). В системах гидротранспорта несущая жидкость является основ* ным тяговым органом и влияет на эффективность транспортирования так же, как лента и цепь в механических конвейерах, как и любой тяговый рабочий орган в транспортной машине. Поэтому поддержание жадкости в рабочем состоянии является экономически важной задачей.

Для горного производства наиболее приемлемы гидросмеси, которые перемещаются с высокими концентрациями и при внезапных остановках не расслаиваются в потоке на две фазы. Присутствующие в гидросмеси очаги плесени, микроорганизмы, посторонние масла являются коагуляторами транспортируемых твердых частиц. В результате коагуляции возрастает скорость осаждения твердых частиц и гидросмесь теряет свою стабильность. В отечественной и зарубежной литературе опубликованы работы по очистке и восстановлению свойств рабочих жидкостей. Однако, отдельные сообщения носят описательный характер. Ряд рекомендаций для проектирования оборудования не имеют достаточных теоретических и экспериментальных обоснований и подчас противоречат друг другу. Так, отделение свободных масел рекомендуется производить в баках емкостью 50. о О.

60 м с подогревом до 70.80 С. После 4.5 часового отстоя большая часть масел всплывает на поверхность жидкости и через плавающие маслосборники отводится в специальную емкость. Такой процесс, помимо низкой производительности и большой энергоемкости, способствует интенсивному биологическому поражению жидкости, так как постепенный нагрев и медленное охлаждение создают идеальные условия для развития микроорганизмов. Для увеличения биологической стойкости жидкости рекомендуют применять химические присадки (антибактерициды). Такие вещества являются дорогими и дефицитными и вызывают в водной среде ряд нежелательных эффектов. Поэтому создание оборудования и комплексных систем для восстановления первоначальных свойств жидкостей при гвдротранспортировании сыпучих материалов требует решения ряда задач;

— теоретически исследовать процессы, происходящие в жвдкос^ тях, эксплуатируемых в централизованных оборотных системах при безнапорном гвдротранспортировании сыпучих материалов, в том числе стружки и шламов в процессе металлообработки;

— создать новые виды эффективного оборудования для очистки и восстановления свойств жидкостей ;

— экспериментальна исследовать работу оборудования, определить его параметры и создать методики расчета;

— разработать рекомендации для компоновки комплексных систем, обеспечивающих восстановление свойств жидкостей.

Решению указанных задач и посвящена данная диссертационная работа.

Проведенный технико-экономический анализ показал, что для очистки и восстановления свойств несущей среды после эксплуатации ее в системе гидротранспорта используется малоэффективное оборудование и его проектирование в большинстве случаев ведется без достаточных теоретических и экспериментальных обоснований.

В теоретической части установлено, что наиболее ответственной операцией восстановления свойств жидкости является предотвращение ее биологического разложения. Предложено применять для биологического обеззараживания термическую обработку.

Исследован процесс, нагрева жидкости и ее охлаждения в отдельных агрегатах термической установки и выведены математические зависимости для определения их параметров.

Экспериментальные исследования на промышленной установке, обеспечивающей термическую обработку, позволили установить экономически целесообразные параметры оборудования и режимы работы отдельных агрегатов. На основании этих исследований разработаны методики расчета конструктивных элементов и технологических режимов работы установки.

Исследовано совокупное действие гравитационного, центробежного и дополнительного электромагнитного полей в процессе гидроциклонной очистки жидкостей. В результате определен допустимый температурный режим в процессе эксплуатации отдельных элементов электромагнитной системы. Предложены новые схемы очистки жидкостей с использованием явления фильтрации. Разработаны новые способы фильтрации с непрерывной регенерацией фильтрующей поверхности. Исследован процесс непрерывного отделения посторонних масел от жидкостей и предложена новая конструкция маслоотделителя. Экспериментально исследован процесс обеднения водных сма-зочно-охлаждающих жидкостей в процессе гидротранспортирования стружки и шламов и разработаны рекомендации по его ликвидации.

Разработанное оборудование и методики его расчета позволили создать высокоэффективные комплексные системы восстановления свойств несущей среды при гидротранспортировании, предложить рекомендации для их компоновки.

На защиту выносятся:

1. Новые комплексные системы восстановления свойств жидкостей и взаимосвязь отдельных операций этого процесса.

2. Метод термической обработки для предотвращения биологического разложения технической и оборотной воды и устройство для его реализации.

3. Теория и математические модели процессов в отдельных агрегатах установки для термической обработки.

4. Новые конструкции оборудования для очистки жидкостей от твердых частиц и отделения посторонних масел,.

5. Методики расчета параметров указанного оборудования.

6. Рекомендации для ликвидации обеднения жидкостей.

Основные результаты исследований и разработок, выполненных автором в Днепродзержинском индустриальном институте, на Заволжском моторном и Новокаховском электромашиностроительном заводах, в биологической лаборатории ДПО «Азот», Коммунарском горно-металлургическом и Львовском политехническом институтах в 1978.82 годах изложены в работах, на которые делаются ссылки в соответствующих местах диссертации, защищены двумя авторскими свидетельствами на изобретение, доложены на пяти всесоюзных и республиканских конференциях и семинарах, на ряде ученых советов институтов и техсоветов заводов.

Большая часть теоретических и экспериментальных исследований, а также конструктивные разработки автора внедрены на отечественных заводах. Общий экономический эффект от внедрения, подтвержденный актами, составляет 106,7 тысяч рублей. Научное направление, принятое в данной диссертации, признано важнейшим по стране и включено Государственным комитетом СССР по науке и технике отдельным заданием в проблему 0.03.02 на XI пятилетку.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, объемом 115 страниц машинописного текста, 32 иллюстраций, 12 таблиц, заключения, списка литературы и приложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В отечественном горном машиностроении и на горнорудных предприятиях все большее распространение получают системы безнапорного и напорного гидротранспорта сыпучих материалов. Повышение эффективности эксплуатации гидротранспорта будет возможно только в том случае, если организована надежная система восстановления первоначальных параметров технологических жидкостей, используемых в качестве несущей среды,.

1, Технико-экономический анализ показал, что в настоящее время отсутствует комплексный подход к решению проблемы полного восстановления свойств жвдкостей.

2. Теоретические и экспериментальные исследования позволили предложить и разработать комплексную систему восстановления параметров жидкостей при гидротранспортировании сыпучих материалов, включающую следующие операции: сбор жвдкости после гидротранспортирования, очистку от механических примесей, отделение посторонних масел, предотвращение биологического разложения, ликвидацию обеднения, и восстановление первоначального объема.

3. Длительное контактирование жвдкости с желобами гидротранспорта приводит к попаданию в нее большого количества цеховой грязи, всевозможных микроорганизмов, вызывающих биологическое разложение жвдкости. Предотвращение биологического разложения жвдкостей эффективно проводить в специальном устройстве непрерывного действия., в котором происходит нагревание жидкости дотемпературы значительно выше жизненно необходимой для существования микроорганизмов (t = 120 + 5°С) и выдерживание в течение определенного времени при этой температуре (Г = 30.90 с).

Полученная зависимость для определения температуры стенки нагревателя позволила установить математическую модель для определения их количества в нагревательной камере термоустановки. Разработанные математические модели для определения параметров агрегатов установки термической обработки явились основой создания метода их расчета с помощью номограммы.

4. В процессе транспортирования происходит дополнительное измельчение твердых частиц, что увеличивает количество мелкодисперсных трудноотделимых частиц. Для очистки жидкостей от твердых частиц наиболее перспективными и экономически целесообразными являются гидроциклонные установки. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили создать усовершенствованную систему гидроциклонной очистки — магнитный гидроциклон? получить математическую зависимость для определения допустимого температурного перепада в корпусе электромагнита и создать методику расчета. Для обеспечения более высокой степени очистки созданы на уровне изобретений новые схемы фильтровальных установок, обеспечивающих многократное использование фильтровальной ткани или дешевых пористых материалов.

5. Присутствие посторонних масел в системе гидротранспорта интенсифицирует процесс развития микроорганизмов и приводит к преждевременному загниванию жидкости. Отделение посторонних масел от жидкости в централизованных оборотных системах лучше всего осуществлять на устройствах непрерывного действия, которые должны иметь значительное соотношение высоты к поперечному сечению, согласно разработанной методики расчета.

6. Специально приготовленные жидкости (COI) в процессе эксплуатации истощаются практически по всем составляющим компонентам. При гидротранспортировании отходов металлорежущих станков значительное количество компонентов жидкости уносится поверхностью транспортируемых твердых частиц. Количество оставшегося компонента может быть определено по математическим формулам, полученным в результате статистической обработки результатов исследований.

7. Используя принятые перспективные направления развития техники в данной области, а также анализируя современный уровень механизации и автоматизации, автором разработаны эффективные конструкции устройств для обеспечения операций процесса регенерации жидкости. Новизна данных разработок подтверждается двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

8. Теоретические и экспериментальные исследования, а также математическая обработка результатов исследований позволили создать научно обоснованные методики расчета параметров этого оборудования, разработать рекомендации для компоновки систем регенерации. жидкостей, являющихся транспортирующим агентом при перемещении сыпучих материалов,.

9. Результаты исследований имеют практическую ценность, так как методики расчета разработанного оборудования и рекомендации для его эксплуатации могут использоваться при проектировании новых систем восстановления свойств жидкостей в системе гидротранспорта сыпучих материалов.

10. Разработанное оборудование и комплексные системы частично внедрены, но большая их часть находится в стадии внедрения на ряде предприятий, обеспечивая высокую эффективность. Экономический эффект от внедрения разработок автора, подтвержденный актами, составляет около 106,7 тыс. руб.