Способ моделирования процесса гидротранспортирования твердых материалов

 

Изобретение относится к гидравлическому транспортированию, в частности кспособам моделирования гидравлического транспортирования твердых материалов без помощи насосов и может быть использовано для прогнозирования изменения характеристик твердых частиц и гидросмесей в процессе гидротранспортирования, а также износа различных материалов для труб. Способ заключается в том, что тороидальный трубопровод заполняют полностью гидросмесью и вращают в горизонтальной плоскости с циклически изменяющейся угловой скоростью, обеспечивающей равенство расчетных усредненных по сечению и времени модуля скорости гидросмеси относительно тороидального трубопровода и моделируемой скорости.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 65 G 53

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЙЬ =м ар + Ат $1п (й3 р t); х 1/2 (2йпах

©сР = д

zt ÷

AY джсР 1 + 2

2 дсо р Я (2) (3) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763828/11 (22) 04.12.89 (46) 15,11.92, Бюл. М 42 (71) Научно-производственное объединение Тидротрубопровод" (72) А. Ю. Макаревич, Ю. Ф. Власов, IO. Г. Свитлый и Н. Н. Казимирова (56) Прикладные исследования гидротранспортирования продуктов обогащения минерального сырья. — Сборник научных трактатов. Л.: Механобр, 1987, с. 79. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к гидравлическому транспортированию, в частности к

Изобретение относится к гидравлическому транспортированию, в частности к способам моделирования гидравлического транспортирования твердых материалов без помощи насосов, Оно может быть использовано для прогнозирования изменения характеристик твердых частиц и гидросмесей в процессе гидротранспортирования, а также износа различных материалов для труб.

Цель изобретения — повышение качества моделирования процесса.

Способ заключается в следующем. Тороидальный трубопровод заполняют гидросмесью полностью и вращают в горизонтальной плоскости с циклически изменяющейся угловой скоростью, обеспечивающей равенство расчетных усредненных по сечению и времени модуля скорости гидросмеси относительно тороидального трубопровода и моделируемой скорости. Для

„„5U„„1775342 А1 способам моделирования гидравлического транспортирования твердых материалов без помощи насосов и может быть использовано для прогнозирования изменения характеристик твердых частиц и гидросмесей в процессе гидротранспортирования, а также износа различных материалов для труб.

Способ заключается в том, что тороидальный трубопровод заполняют полностью гидросмесью и вращают в горизонтальной плоскости с циклически изменяющейся угловой скоростью, обеспечивающей равенство расчетных усредненных по сечению и времени модуля скорости гидросмеси относительноо тороидального трубопровода и моделируемой скорости. обеспечения этого равенства, в частности угловую скорость тороидального трубопровода (в ) устанавливают по зависимости где ж р, Ат — среднее значение и амплитуда угловой скорости тора; с — время;

Ч вЂ” осредненная по сечению и времени моделируемая скорость гидросмеси; д — допустимое относительное отклонение (во времени ) от средней скорости гидросмеси;

r, R — радиусы трубопровода и тора (по оси);

1775342

Итак

Ага=Аг 1 1 -са р — плотность гидросмеси;

rM„— максимальное (за цикл) касательное напряжение трения гидросмеси о стенки тора.

Осуществление способа заключается в сочетании полного заполнения тороидального трубопровода с его вращением в горизонтальной плоскости с циклически изменяющейся скоростью, обеспечивающей с учетом свойств гидросмеси (ч, (Max, т»х) равенство расчетных усредненных по сечению,и времени модуля скорости гидросмеси относительно тора (Vz«) и модулируемой скорости (V).

Скорость гидротранспортирования во всех случаях лвляетсл величиной расчетной, усредненной как по сечению (из-за наличия определенных профилей потока), так и по времени. Относительные отклонения во времени от средней скорости д до 0,12 — 0,15 характерны для моделируемых трубопроводных систем с поршневыми и центробежными насосами для гидросмесей, Поэтому соответствующие отклонения во времени средней по сечению скорости гидросмеси в кольцевом стенде не снижают достоверность модели гидротранспортированил.

Через определенное время после пуска осредненные скорости тороидального трубопровода и гидросмеси благодаря трению выравниваютсл. (о вследствие текучести и и ерции гидрос меси амплитуда ее с ко рости (Az) значительно ниже амплитуды скорости тора(А2= рАт, где p<0,5), Вращаясь с циклически изменяющейсл скоростью, тороидальный трубопровод ускоряет движение гидросмеси. если его скорость выше, чем скорость гидросмеси, Соответственно, происходит и замедление гидросмеси.

Угловое ускорение гидросмеси в каждый момент времени определяется по формуле; гЯВ г АР И г R 2г (, ° 3 р,,2 .Rs p R г где S=4zPR r — площадь внутренней поверхности тора;

/р2 .,2R(82(3„2)=p 2 „2R3

4 момент инерции гидросмеси. Чем выше в данный момент разность осредненных по сечению скоростей тора и гидросмеси, тем больше градиент относительной скорости (Vz>) и касательные напряжения тренил, а следовательно, и ускорение (замедление) гидросмеси. При выравнивании (до О) осредненных угловых скоростей тора и гидросмеси величины хи са снижаются до О, а угловая скорость гидросмеси экстремаль5 на.

В результате экстремумы угловых скоростей тора и гидросмеси не совпадают во времени, а изменение угловой скорости движения тороидального трубопровода от10 носительно гидросмеси вт аналогично по характеру изменению функции вт — вср (при смещении по времени экстремумов скорости Nrz.

График отражает характер изменения

15 угловых скоростей(эа время периода Т), если угловую скорость тороидального трубопровода установили по зависимости (1) Ж =rd ср + Ат 8(п (сОср с)

В этом случае, исходя иэ вышеприведенного, угловая скорость гидросмеси (ez) изменяется по синусоиде с амплитудой р А, а смещение синусоид по времени рав25 но агс cos р/Wp, так как соответствующие отрезки времени (см. чертеж) равны аЬ=cd--ef=

arcstnm.

Зс гг агсагагс агссаасс с(е=Ьс=,;„—

35 сО2 =c0 cp + p Ат sill (асср t - агс соэ сг>) (5) Путем преобразования выражение угловой скорости тороидального трубопровода относительно гидросмеси будет равно

40 сс а гС гас аг(in(4l tj-ÿа а(гсггс сгс

«COS q))= Aт (sin(uсpt)- Ц 5т П (6 С 1 СО 5 Х

«(а« ссо5Я1 Q со5(Юсф вгл(агс со5 ц ) =

-аг(а с(гссф(1-IP)1L сса(ссг Ц Щ1=

=A, Г (а а(гас 1((1-cp caslu,>t) yj=

50 т сР (-я sin(я 4+сп сsinlp): (() Приведенный вывод подтверждает, что относительная скорость имеет вид синусои55 ды (как и вт) со смещением во времени экстремумов на arc s(n р/вср и уменьшенной амплитудой скорости тора

1775342 — Ат 1 — ф =—

2 «ч т

R " (8) 30

1

Tmax ypg Imax г (12) 45 ет:

Приравняв осредненный модуль скорости (сот - (щ) к моделируемой, получим где 2/л- коэффициент осреднения синусоидальной величины.

Иэ предыдущего равенства следует

П родифферен цировав функцию угловой скорости гидросмеси, получим ее угловое ускорение

Йф = — = p Ат Шср соз (c0rpt«бйР

- arccosy (9) Приравняв два выражения углового ускорения гидросмеси, получим ф Ат иср соэ (capt - агс соэ т/) )

sa т

2 f

pR r (1 О)

Р Ат Жср = — "; (1 1) где @ ax соответствует наибольшей величиЖ не Чмах - т ч и определяется по известной зависимости где I ax- гидравлический уклон трубопровода на гидросмеси, определяемый с поперечным множителем po/р где po — плотность воды.

Заменив рАт на дсо р, получим

"-(— "") " Из равенства выражений для Ат следуА,= =, (13)

- I. — - .".) "

Иэ выражений 13 и 14 следует

Ат да р 1+ йч

Ь 2д соср R

10

При других циклических функциях угловой скорости тороидального трубопровода величины амплитуды и средней скорости могут быть определены с помощью аналогичных или приближенных методов.

Способ моделирования процесса гидротранспортирования твердых материалов осуществляют следующим образом.

В тороидальный трубопровод (кольцевой стенд) устанавливают вставки контроля износа и заполняют его полностью гидросмесью. Затем герметично закрывают верхний люк и вращают тороидальный трубопровод в горизонтальной плоскости с циклически изменяющейся скоростью вращения, например, по формуле (1).

Для вычисления параметров вращения тора по формулам (2) и (3) в каждом конк-. ретном случае предварительно уточняют моделируемую осредненную скорость гидротранспортирования (V), максималь=Л ную скорость (V ax= -2 V и допустимое относительное отклонение (во времени) от скорости V. рассчитывают или по экспериментальным данным.определяют соответственныеы е ил отн ость гидросмеси (p) гидравлический уклон (iMax) и максимальное касательное напряжение трения (см. (12)).

Необходимый закон изменения скорости получают, например, путем подачи на вход системы регулирования комплектного тиристорного электропривода постоянного тока КТЗУ гармонического сигнала определенной частоты и амплитуды от эадатчика гармонического сигнала. При этом для обеспечения изменения скорости в рекомендуемых пределах 0,1-0,9 заданного номинала необходимо выдержать

A « 0,8о,р дЬР 0,8.

Далее вычисляют промежутки времени, соответствующие заданным расстояниям транспортирования гидросмеси t= L/v. По истечению этих и ром ежутков тороидальн ы и трубопровод останавливают, открывают верхний люк, отбирают пробы гидросмеси, дополняют тороидальный трубопровод гидросмесью или водой, закрывают люк и вновь приводят ео вращение по определенной зависимости. После окончания процесса моделирования гидротранспортирования тороидальный трубопровод останавливают, открывают верхний люк, отбирают пробы гидросмеси, тороидальный трубопровод опорожняют через нижний люк, снимают вставки контроля износа и определяют изменение характеристик гидросмеси, ее компонентов и вставок.

1775342

Ат= дмср 1+

Ит =Ю cp + AT $1п (C0cp 1)

Составитель С. Татаркулов

Техред М.Моргентал Корректор М. Керецман

Редактор А. Соколова

Заказ 4015. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ моделирования процесса гидротранспортирования твердых материалов, заключающийся в том, что в тороидальный трубопровод подают гидросмесь, осуществ- 5 ляют герметизацию трубопровода и вращают его, после чего вращение прекращают и разгерметизируют трубопровод. а затем определяют изменение характеристик гидро- . смеси, о тл и ч а ю шийсятем, что, с целью 10 повышения качества моделирования процесса, тороидальный трубопровод полностью заполняют гидросмесью, а вращение осуществляют в горизонтальной плоскости с циклически изменяющейся угловой скоро- 15 стью, определяемой соотношением где в р — среднее значение угловой скорости тороидального трубопровода;

Ат — амплитуда угловой скорости тороидального трубопровода;

t — время вращения;

V — осредненная по сечению и времени моделируемая скорость гидросмеси; д — допустимое относительное отклонение по времени от средней скорости гидросмеси;

r — радиус внутреннего сечения трубопровода;

R — радиус внешнего сечения трубопровода; р — плотность гидросмеси; т т « — максимальное за цикл касательное напряжение трения гидросмеси о стенки тороидального трубопровода,