Амангельдиев С.С., с.н.с., к.т.н., Тельгараева Г.Е., н.с.

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства

Республика Казахстан, г.Тараз

ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПУЛЬПЫ

ПРИ ОЧИСТКЕ ШАХТНОГО КОЛОДЦА

Водозаборные шахтные колодцы в ходе эксплуатации кроме техобслуживания, также подвергаются комплекса ремонтно-восстановительных работ.

Одним из наиболее трудоемких работ в составе данного комплекса работ является очистка колодцев от песчаных отложений, доля которого составляет до 30% от общего объема ремонтных мероприятий.

В настоящее время шахтные колодцы от песчаных отложений очищаются с помощью серийно выпускаемых машин типа ОШК-30 или модернизованных ОШК-30 А, базирующихся на автомобилях марки ЗИЛ-131 и ГАЗ-66. Основным рабочим органом ОШК-30 А для извлечения песчаных отложений является вибрация.

Опыт их эксплуатации показал, что из-за цикличности выноса грунта из колодца сменная производительность очистителя не превышает одного колодца в смену, смещение обсадных колец колодца при вибрации, сложность ведения очистных работ.

Учитывая указанные недостатки рабочего органа ОШК-30 вибрационного действия, рационализаторы АО «Булак» заменили его на погружной насос, снабженный абразивостойким рабочим колесом полуоткрытого исполнения.

Как показывает опыт работы в АО «Булак» опытные образцы ОШК-30 с погружным насосом на базе ГАЗ-66 показали неплохие результаты.

Однако при очистке шахтного колодца с помощью погружного грунтового насоса требуется постоянное сохранение уровня воды в колодце, т.е он должен находиться под затоплением. Это вынуждает работников периодически останавливать насос до набора необходимого статистического уровня воды в колодце. На такие остановки затрачивается по 50-70 мин, что отражается на сменной выработки установки.

Учитывая такие недостатки в КазНИИВХ разработан и испытан гидроциклон-сгуститель для обеспечения оборотного водоснабжения при очистке шахтного колодца погружным насосом.

Гидроциклон 1 выполнен цилиндроконическим и состоит из входного 2 и сливного 3 патрубков, пескового отверстия 4, задвижек 5 для регулиро-вания расхода подаваемой массы (рисунок 1). Гидроциклон на автомашине устанавливался с помощью металлических кронштейнов 6.

Опытный образец гидроциклона, изготовленный в мехмастерской КазНИИВХ, имел следующие конструктивные размеры: диаметр гидроциклона - 240 мм, диаметры входного и сливного патрубков - 50 мм, диаметр пескового отверстия 25 мм, общая высота - 540 мм, а цилиндри-ческой части - 160 мм. Угол конусности равнялся 30°.

Рисунок 1 – Гидроциклон для разделения пульпы

при очистке шахтного колодца

При испытании установки давление на входе и сливе гидроциклона измерялись образцовыми манометрами. Расход жидкости и пульпы по разгрузочным отверстиям устанавливались объемным способом, а весовой расход грунта путем взвешивания сухого, имеющегося в пульпе за расчетное время.

Плотность осветленной воды и сгущенной массы () определяется по формуле:

(1)

где - отношение веса грунта в пульпе к весу воды в ней, выраженное в %;

-плотность твердых частиц грунта, т/м³;

Степень очистки устанавливался как отношение практической достигнутой разности содержания песка в поступающей () и очищенной пульпе к содержанию песка в поступающей пульпе из колодца в % ,т.е.

(2)

Этот показатель определяет качественную характеристику гидроциклонной очистки пульпы и тем самым эффективность оборотного водоснабжения пульпоподъемной установки при восстановлении водозаборного колодца.

Из уравнения (2) видно, что с ростом содержания песка в пульпе, поступающей на очистку, эффективность удаления песка повышается.

Технически это было достигнуто путем размыва донных песчаных отложений в колодце гидравлической струей из конического насадка. При этом объемная консистенция всасываемой пульпы достигла 50…60%, а транспортируемый на поверхность – 15-20%.

Гранулометрический состав твердой фракции пульпы (песка), всасываемой погружным насосом из колодца и подаваемой в гидроциклон приведен в таблице 1.

Как видно из таблицы, песчаные отложения в основном состоят из фракции размерами 0,2-0,25 мм (47,25 %) и 0,25-0,5 мм (29,0 %). Фракции с размерами более 1,0 мм незначительны (всего 3,0-5,0 %) и они хорошо улавливаются гидроциклоном. Через сливной патрубок проходят только фракции с размерами менее 0,05 мм. Изменение давлении на входе и расхода жидкости практически не влияет на общую закономерность распределения грансостава песка по фракциям.

Напорно-расходная характеристика гидроциклонного устройства, приведенная в таблице 2 была получена при изменении давлении, на входе от 20 до 100 кПа. При этом потери давлении, относительно сливного патрубка составляли 22,0 - 25,0 %.

Установлено, что с повышением давлении на входе Рвх увеличиваются расходы жидкости по сливу от 2,25 л/с до 5,15 л/с, а расходы пульпы через песковое отверстие от 0,32 л/с до 0,9 л/с.

С помощью задвижки на входе гидроциклона был отрегулирован диаметр питающего патрубка в пределах 20…50 мм. Данные по рабочему расходу получены при dвх=40 мм. Некоторое увеличение питающего патрубка при условии Рвх=const приводит к незначительному повышению расхода жидкости. Однако повышение сопровождается со снижением качества очистки на 15…20 %.

Таблица 1 - Гранулометрический состав твердой фракции пульпы, проходящей через разгрузочные отверстия гидроциклона

Давление на входе, кПа	Элементы гидро-циклона	Расход жид-кости, л/с	Гранулометрический состав твердой фракции пульпы
			более 1,0	1,0-0,5	0,5-0,25	0,25-0,2	0,2-0,1	0,1-0,07	0,07-0,05	менее 0,05
30	питающий патрубок	3,34
	слив	2,84	-	-	-	-	-	-	-	4,5
	песковое отверстие	0,50
70,0	питающий патрубок	5,30
	слив	4,50	-	-	-	-	-	-	-
	песковое отверстие	0,80

Таблица 2 - Данные испытания гидроциклона, установленного на очистителе колодца ОШК-30А с погружным насосом

Давление на входе гидроцик-лона Рвх, кПа	Давление на сливе гидро-циклона, Рсл, кПа	Расход жидкости и пульпы, л\с			Весовой расход грунта, кг/с		Плотность жидкости и пульпы, т/м^3		Степень очистки, в %
		на входе	по сливу	по песко-вому отверстию	по сливу	по песко-вому отверстию	осветленной воды	сгущенной пульпы
20	15,6	2,57	2,25	0,32	0,029	0,280	1,020	1,520	81
30	23,5	3,34	2,84	0,50	0,058	0,460	1,009	1,680	82
40	31,0	4,11	3,47	0,64	0,040	0,590	1,025	1,720	84
50	39,5	4,66	4,00	0,66	0,150	0,600	1,031	1,745	86
60	46,2	5,12	4,35	0,77	0,250	0,730	1,035	1,780	87
70	54,6	5,30	4,50	0,80	0,260	0,750	1,040	1,800	87
80	62,0	5,61	4,76	0,85	0,280	0,760	1,034	1,843	86
100	78,0	6,05	5,15	0,90	0,300	0,770	1,050	1,840	84

При рациональном режиме работы гидроциклона для очистки пульпы из шахтных колодцев диаметр входного патрубка dвх рекомендуется выбрать в пределах:

где - диаметр гидроциклона, мм.

Изменение диаметра пескового отверстия практически не влияет на общий расход очищенной жидкости, но вызывает изменения качественных показателей работы гидроциклона [6].

При полевых испытаниях, путем изменения диаметра от 10 до 25 мм, достигнуто сгущение грунтовой массы с весовым расходом грунта 0,73-0,77 кг/с и плотностью до 1,843 т/м³.

Уменьшение диаметра пескового отверстия до нижнего предела ( =10мм) значительно повышает плотность сгущенной массы, однако это приводит к закупированию разгрузочного отверстия.

В установленном режиме плотность осветленной воды равнялась 1,009-1,050 т/м³, а степень очистки – 81-87%.

Основные показатели по расходу (производительности) в зависимости от давления на входе показывает, что максимальная степень очистки (87%) был достигнут при Р_вх=60-70 кПа.

Как известно из технической литературы и практики, в принципе можно достигнуть степени очистки воды с использованием гидроциклонов, равным 97-98%. Однако, в данном случае такая высокая степень очистки не требуется, что обеспечивает упрощение конструкции гидроциклонного устройства и его обслуживания.

В целом полевые опыты, проведенные на объектах Свердловского и Таласского районов Жамбылской области АО «Булак» совместно со специалистами и ремонтниками данной организации показали, что совершенствование ОШК-30А повышает сменную производительность на 30-50% в сравнении с вибрационным методом очистки. При этом абсолютные значения производительности установки по грунту колеблется в пределах 1,2-2,77 м³/ч. Создания замкнутого цикла водоснабжения обеспечивает экологическую чистоту производства очистных работ.

Литература:

1 . Жангарин А.И., Касымбеков Ж.К. Опыт применения гидроциклон-ных установок в народном хозяйстве. – Алматы., КазНИИНТИ, 1985. -51 с.