РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ГИДРОСМЕСЕЙ С ПОВЕРХНОСТЯМИ
ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
2.1. Влияние свойств гидросмеси на характер процессов в зоне контактного
взаимодействия с поверхностью
В зависимости от вида и способа образования перекачиваемого продукта гидросмеси
значительно отличаются физико-механическими свойствами, как твердых частиц, так
и несущей среды. В качестве несущей жидкости в основном используется вода, а в
водоугольных суспензиях для повышения теплопроводной способности в нее
добавляют различные спирты (например, метанол), нефть и нефтепродукты (мазут,
дизельное топливо и т.д.) [24].
2.1.1. Классификация абразивной способности гидросмеси по размерам частиц.
Определяющим признаком классификации гидросмесей по воздействию потока на
частицу в настоящее время считается размер твердых частиц. В общем случае
основные свойства гидросмеси остаются неизменными при соблюдении определенного
интервала их геометрических размеров. По этому признаку можно разделить на
следующие виды: коллоидные, структурные (гидрозоли), тонкодисперсные,
мелкодисперсные, крупнодисперсные [138, 252].
В технологических процессах и гидротранспортных системах горнодобывающей,
геологоразведочной, металлургической, энергетической и других отраслях
промышленности преимущественно распространены полидисперсные гидросмеси.
Гидросмеси, содержащие одну из фракций встречаются реже. Особо перспективными
являются водоугольные суспензии (структурные гидросмеси), являющиеся
экологически чистым альтернативным мазуту и газу видом топлива.
При обтекании потоком твердые частицы, относящиеся к каждому из указанного вида
гидросмесей, испытывают определенный характер гидродинамического воздействия. В
суспензиях это воздействие подчиняется закону Стокса (преимущественное влияние
вязкости), в остальных гидросмесях, наряду с вязкостью, действует явление
турбулентности, которое преобладает в крупнодисперсных системах.
Установлено, что частицы при существующих в ГТС скоростях потоков
приблизительно равномерно распределены по всему сечению потока с преобладающей
концентрацией крупных частиц к нижней стенке канала на прямых горизонтальных
участках и к дальним от центра радиуса закругления стенкам поворотов [44, 58,
154, 247, 252].
Плоские крупные частицы, при малых скоростях, стремятся двигаться волочением, а
круглые (окатанные) частицы – перекатыванием по дну потока с большой скоростью,
перескакивая через крупные, поскольку сопротивление качению меньше
сопротивления скольжению. Установлено, что более крупные по размеру твердые
частицы у дна потока опережают мелкие такой же формы, так как центр их миделева
сечения находится на векторе большей скорости. Самые мелкие частицы,
соизмеримые с толщиной придонного слоя, могут оседать в нем и оставаться
неподвижными, а более крупные частицы – скользить или катиться по этому слою
[44].
При высокой инерционности твердых частиц (большой крупности) многочисленными
экспериментами доказано, что для схематизации процесса изнашивания правомочно
допустить (с точностью от 2 до 14,2 %), что в слое, прилегающем к поверхности
износа, твердые частицы движутся так же, как при отсутствии слоя заиления
[200]. Приближенный наибольший размер частиц , действие веса которых
нейтрализуется лишь силами, возникающими при их обтекании с пульсационной
составляющей скорости потока, предлагается определить по формуле [141]
где и –плотности соответственно несущей среды и твердых частиц;
и –соответственно средняя и критическая скорости гидросмеси.
Частицы с размерами меньшими практически на любом режиме транспортирования
гидросмеси перемещаются со скоростью жидкости.
В зависимости от возможного характера воздействия на процесс изнашивания,
гидросмеси предлагается условно разделить на следующие категории:
суспензии, размер частиц которых ( мм) соизмерим с размерами шероховатостей
поверхностей. Их взаимодействие с поверхностью можно охарактеризовать
гидроэрозионным процессом в присутствии жидкости, имеющей плотность
гидросмеси;
тонкодисперсные и мелкодисперсные гидросмеси с размерами частиц от 0,050
(0,074) до 2 (3) мм, взаимодействие которых с поверхностями оборудования
характеризуется одновременным протеканием гидроабразивного и гидроэрозионного
процессов, распределенных пропорционально соотношению твердого компонента и
несущей среды;
крупнодисперсные гидросмеси с размерами кусков, превышающих и перемещающихся по
нижней стенке прямолинейного горизонтального или наклонного канала в месте его
поворота скольжением или перекатыванием [237]. Также как и мелкодисперсные
гидросмеси характеризуются гидроабразивным и гидроэрозионным воздействием.
Частицы некоторых мелкодисперсных и практически всех крупнодисперсных
гидросмесей могут взаимодействовать с поверхностью не одним, а сразу
несколькими выступами по нескольким контактным площадкам.
При проведении анализа влияния размеров твердых частиц (кусков) на характер и
интенсивность изнашивания для их математического описания наиболее
употребляемой характеристикой крупности твердого материала, состоящего из смеси
узких классов, является понятие средневзвешенной крупности или
средневзвешенного диаметра
где –выход частиц, %;
–среднеарифметическая крупность i – класса.
2.1.2. Влияние формы частиц (кусков) на абразивную способность гидросмеси.
Характер взаимодействия переносимой потоком твердой частицы со стенками
оборудования во многом определяется ее формой. В зависимости от способа
образования и получения насыпного груза его частицы могут
- Киев+380960830922