Nghiên cứu chế độ làm việc của bơm ly tâm dưới ảnh hưởng của hạt rắn trong dòng hỗn hợp hai pha rắn lỏng tại nhà máy tuyển than hòn gai

VŨ NGỌC TRÀ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM LY TÂM DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG TẠI NHÀ MÁY TUYỂN THAN HÒN GAI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nộ

VŨ NGỌC TRÀ

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM LY TÂM DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG TẠI NHÀ MÁY TUYỂN THAN HÒN GAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011

VŨ NGỌC TRÀ

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM LY TÂM

DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG TẠI NHÀ MÁY TUYỂN THAN HÒN GAI

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị mỏ - dầu khí

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn cao học này là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi Các tài liệu, số liệu được nêu trong luận văn là trung thực Các luận điểm và các kết quả nghiên cứu chưa từng được ai công bố trong bất

cứ công trình nào khác

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục Lục 2

Các kí hiệu dùng trong thuyết minh đề tài 4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 5

Mở Đầu 7

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM LY TÂM TRONG NHÀ MÁY TUYỂN THAN 10

1.1 Nhiệm vụ của máy bơm ly tâm trong các dây chuyền công nghệ tuyển 10

1.2 Các máy bơm ly tâm trong nhà máy tuyển than Hòn Gai 15

1.3 Hiện trạng của các máy bơm ly tâm trong dây chuyền sản xuất tại nhà máy tuyển than Hòn Gai 22

1.4 Những giải pháp kỹ thuật đã được nhà máy sử dụng và kết quả 25

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 30

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BƠM LY TÂM DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG 31

2.1 Những thông số đặc trưng của dòng mang hạt rắn 31

2.2 Đường đặc tính của bơm ly tâm khi bơm nước sạch và khi bơm hỗn hợp rắn-lỏng 32

2.3 Đường đặc tính của mạng ống dẫn khi bơm nước sạch và khi bơm dòng hỗn hợp rắn-lỏng 34

2.4 Điểm xác định chế độ làm việc của bơm và ảnh hưởng của hạt rắn trong dòng hỗn hợp đến chế độ làm việc của bơm 38

2.4.1 Điểm xác định chế độ làm việc của bơm 38

2.4.2 Ảnh hưởng của hạt rắn đến sự dịch chuyển điểm làm việc của bơm 44

CHƯƠNG 3 :ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP ĐẾN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BƠM LY TÂM TẠI NHÀ MÁY TUYỂN THAN HÒN GAI 50

3.1 Tính chất và các thông số cơ bản của dòng hỗn hợp rắn lỏng ở một số dây chuyền chính của nhà máy mà tại đó máy bơm làm việc 50

3.2 Tính toán xác định điểm làm việc của một số máy bơm tại hai trạm bơm chính 520 và 522 Công ty tuyển than Hòn Gai 55

3.3 Đánh giá về ảnh hưởng của các thông số hạt rắn trong dòng hỗn hợp đến chế độ làm việc của bơm tại hai trạm bơm chính 520 và 522 64

3.4 Phương pháp lựa chọn máy bơm phù hợp cho dây chuyền tuyển của nhà máy và nâng cao hiệu quả sử dụng của bơm 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

MỞ ĐẦU 1- Tính cấp thiết của đề tài

Các máy bơm ly tâm được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp mỏ, ngoài nhiệm vụ bơm thoát nước ở các mỏ lộ thiên và hầm lò, máy bơm ly tâm còn được sử dụng rất nhiều trong các nhà máy tuyển than, tuyển quặng để bơm cấp dung dịch huyền phù và bơm cấp liệu trong các khâu của dây chuyền công nghệ tuyển Khi bơm cấp liệu hoặc bơm huyền phù, dòng chảy qua máy bơm là dòng hỗn hợp của chất lỏng và chất rắn Dòng hỗn hợp đi qua máy bơm và qua hệ thống ống dẫn sẽ có cơ chế khác hẳn so với dòng nước sạch về quỹ đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng và hạt rắn, về sự biến đổi và truyền năng lượng Thực chất là khi đó có sự tăng sức cản và tăng tổn thất năng lượng, dẫn đến việc hạ thấp đường đặc tính máy bơm, tăng cao đường đặc tính mạng ống dẫn khi máy bơm làm việc với dòng hỗn hợp Hậu quả là làm dịch chuyển điểm làm việc của máy bơm về phía có lưu lượng nhỏ hơn, cột áp nhỏ hơn và hiệu suất sẽ thấp hơn so với khi bơm nước sạch Ngoài ra do ma sát và va đập của dòng mang hạt rắn vào các phần tử của máy bơm mà làm giảm tuổi thọ của máy bơm do bị mòn hỏng mau chóng Trong thực tế ở các nhà máy tuyển, chưa có những cơ sở lý thuyết và thực nghiệm

về việc tính toán và lựa chọn máy bơm phù hợp với các điều kiện cụ thể trong dây chuyền công nghệ tuyển nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy bơm

Xuất phát từ những lý do nêu trên nên đề tài “Nghiên cứu chế độ làm việc của bơm ly tâm dưới ảnh hưởng của hạt rắn trong dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng tại nhà máy tuyển than Hòn Gai” được đặt ra và là một yêu cầu hết sức cần

thiết

2- Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu của các tác giả

về tổn thất năng lượng của dòng hỗn hợp rắn-lỏng qua máy bơm và hệ thống

ống dẫn để lý giải và tính toán sự dịch chuyển điểm làm việc của máy bơm dưới ảnh hưởng các yếu tố khác nhau của hạt rắn

Ứng dụng lý thuyết tính toán cho một vài trạm bơm cụ thể của nhà máy tuyển than Hòn Gai Từ đó đưa ra một số biện pháp về sự lựa chọn máy bơm,

về việc nâng cao độ bền mòn, về lắp đặt và vận hành máy nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của các máy bơm trong nhà máy tuyển than Hòn Gai nói riêng và các nhà máy tuyển nói chung

3- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các máy bơm ly tâm đang được

sử dụng để bơm dung dịch huyền phù và bơm cấp liệu ở một số nhà máy tuyển than vùng Quảng Ninh nói chung và nhà máy tuyển than Hòn Gai nói riêng

4- Nội dung nghiên cứu

Phân tích hiện trạng làm việc của các máy bơm ly tâm trong một số nhà máy tuyển than vùng Quảng Ninh nói chung và nhà máy tuyển than Hòn Gai nói riêng

Lý giải về sự dịch chuyển điểm làm việc của máy bơm, về sự giảm lưu lượng, giảm cột áp và giảm hiệu suất của máy bơm khi bơm dòng hỗn hợp rắn-lỏng so với khi bơm nước sạch

Tính toán xác định đường đặc tính bơm và mạng ống dẫn của một vài trạm bơm tại nhà máy tuyển than Hòn Gai khi bơm hạt rắn, ảnh hưởng của các thông số hạt rắn đến các đường đặc tính đó Từ đó đưa ra một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của bơm

5- Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát thực tế, kết hợp phân tích lý thuyết với phương pháp tính toán

cụ thể để lý giải sự dịch chuyển điểm làm việc của bơm dưới ảnh hưởng của

hạt rắn trong dòng hỗn hợp Đưa ra phương hướng tính toán lựa chọn máy bơm phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy bơm trong nhà máy tuyển than.

6- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học của luận văn là phân tích được các yếu tố của dòng mang hạt rắn làm giảm lưu lượng, giảm cột áp và giảm hiệu suất của máy bơm khi bơm huyền phù hoặc bơm cấp liệu trong mà máy tuyển Từ đó đưa

ra phương pháp tính chuyển đổi và lựa chọn máy bơm phù bợp trong công nghệ tuyển

Tính toán cụ thể cho một vài trạm bơm trong nhà máy tuyển than Hòn Gai để đánh giá được ảnh hưởng của hạt rắn đến chế độ làm việc của má bơm khi bơm dòng hỗn hợp Trên cơ sở đó đưa ra biện pháp về lựa chọn bơm, lắp đặt và vận hành bơm nằm nâng ca hiệu quả làm việc của máy bơm Điều đó

có giá trị thực tiễn trong sản xuất

7- Kết cấu của luận văn

Luận văn gồm các phần sau:

- Lời cam đoan

- Mục lục

- Mở đầu

- Các kí hiệu dùng trong thuyết minh đề tài

- Chương 1: Tổng qua về máy bơm ly tâm trong nhà máy tuyển than

- Chương 2: Nghiên cứu chế độ làm việc của bơm ly tâm dưới ảnh hưởng của hạt rắn trong dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng

- Chương 3: Ảnh hưởng của hạt rắn trong dòng hỗn hợp đến chế độ làm việc của bơm ly tâm tại nhà máy tuyển than Hòn Gai

- Kết luận và kiến nghị

- Các tài liệu tham khảo

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1-1 Sơ đồ công nghệ phân xưởng tuyển than II thuộc Công ty tuyển

1-2 Sơ đồ công nghệ tuyển than ở Nhà máy tuyển than Hòn Gai 16

1-6 Hình ảnh mòn hỏng BCT Bơm DENVER-ORION HM-200 23 1-7 Hình ảnh mòn hỏng BCT Bơm DENVER-ORION HM-250 23 1-8 Hình ảnh mòn hỏng BCT Bơm DENVER-ORION HR-200 23 1-9 Hiện trạng một trạm bơm đang làm việc tại nhà máy 24

1-10 Máy bơm DENVER-ORION HR-200 tại trạm bơm 522 25

1-12 Máy bơm DENVER-ORION HM-200 tại trạm bơm 520 26

1-13 Góc nhìn tổng quan của một tổ vận hành rửa 26

2-1 Điểm làm việc của bơm khi làm việc với nước sạch 39

2-2 Sự thay đổi của các đường đặc tính bơm và ống dẫn khi bơm

3-3 Đường đặc tính bơm DENVER-ORION HM-200 khi làm việc

với nước sạch và khi làm việc với hỗn hợp 61

3-4 Đường đặc tính bơm DENVER-ORION HR-200 khi làm việc

với nước sạch và khi làm việc với hỗn hợp 62

3-5 Đường đặc tính bơm DENVER-ORION HM-250 khi làm việc

với nước sạch và khi làm việc với hỗn hợp 63

3-6 Độ giảm tương đối áp suất của các bơm HM-200; HR-200 và

HM-250 phụ thuộc và nồng độ vận tải c T

65

3-7 Độ giảm tương đối áp suất của các bơm HM-200; HR-200 và

HM-250 phụ thuộc vào đường kính hạt rắn d S

67

3-8 Độ giảm tương đối áp suất của các bơm HM-200; HR-200 và

HM-250 phụ thuộc vào khối lượng riêng hạt rắn ρ S

69 3-9 Kết cấu một máy bơm có bánh công tác và vỏ máy bọc cao su 75

CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG THUYẾT MINH ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BƠM LY TÂM DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG

2.1 Những thông số đặc trưng của dòng mang hạt rắn

Các loại vật liêu trong dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng bơm tuyển than gồm các thành phần hạt rắn phức tạp như : Fe3O4, than, đá, cát sỏi Các thành phần hạt trên có hình dạng, kích thước và khối lượng riêng khác nhau, khi bơm tuyển tạo nên dòng chảy hai pha rắn-lỏng trong máy bơm Để thuận tiện trong nghiên cứu và tính toán, ta kí hiệu và đưa ra các thông số đặc trưng của dòng mang hạt rắn như sau:

cT (%) : Nồng độ vận tải theo lưu lượng

dS : Kích thước hạt rắn, mm

dtb : Kích thước trung bình hạt rắn, mm

ρS : Khối lượng riêng của hạt rắn, kg/m3

ρM : Khối lượng riêng của hỗn hợp, kg/m3

- Đặc tính cơ học của các hạt rắn, bao gồm:

+ Kích thước hạt dS và hình dáng hạt (độ sắc cạnh của hạt) : kích cỡ hạt rắn có ảnh hưởng rất lớn đề quỹ đạo chuyển động và tác động mài mòn của nó lên các chi tiết của máy bơm, ảnh hưởng rất lớn đến vị trí mài mòn của bánh công tác;

+ Khối lượng riêng của hạt rắn S

- Nồng độ hạt cT (%): Nồng độ hạt rắn là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến năng suất vận tải bằng sức nước, đến hiệu quả làm việc của máy bơm và tuổi thọ của bơm Cũng như việc xác định khối lượng riêng của hỗn hợp, nồng

độ hạt rắn phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau của thành phần hạt rắn Khi tính

toán lựa chọn máy bơm phải dựa trên các thông số đặc trưng của dòng hỗn hợp cần bơm để đạt được hiệu quả làm việc của bơm và tăng tuổi thọ cho bơm

Tại hai trạm bơm tuyển chính 520 và 522 máy tuyển than Hòn Gai các thành phần đặc trưng của dòng hỗn hợp rắn lỏng khi đưa vào tuyển như sau:

+ cT = 25÷40%

+ ρS = 1650 kg/m3; + ρM = 1250 kg/m3; + dS = 0÷15 mm

2.2 Đường đặc tính của bơm ly tâm khi bơm nước sạch và khi bơm hỗn hợp rắn-lỏng

- Phơng trình đặc tính của máy bơm ly tâm khi bơm nớc sạch:

Từ các thông số kỹ thuật của bơm tại chế độ định mức :

0

n 0

- Xác định đờng đặc tính máy bơm khi bơm hỗn hợp hai pha rắn-lỏng :

Khi bơm làm việc để bơm hỗn hợp rắn lỏng (bùn, than, quặng, cát sỏi…) thì các thông số làm việc của máy bơm nh lu lợng, cột áp, hiệu suất đều bị giảm đi, nghĩa là đờng đặc tính của bơm sẽ bị dịch chuyển xuống phía dới Khi

đó cột áp của bơm bị giảm một lợng so với khi bơm nớc sạch Hệ số giảm cột

áp  đợc tính theo một số tác giả sau:

- Theo tác giả Vocadlo [14]:

0 : là khối lợng riêng của nớc , (0 = 1000), kg/m3; Cột áp của máy bơm khi bơm hỗn hợp hai pha rắn lỏng [1]:

Trên cơ sở các phơng trình (2-4), (2-5), (2-6), (2-7) khi xác định đợc hệ

số giảm áp  ta tính toán theo phơng trình (2-9) và xác định đợc đờng đặc tính bơm khi làm việc với dòng hỗn hợp rắn lỏng

2.3 Đường đặc tớnh của mạng ống dẫn khi bơm nước sạch và khi bơm dũng hỗn hợp rắn-lỏng

0,0195 D

- i : Tổng giá trị tổn thất cục bộ có ở hệ thống mạng dẫn ;

- Đờng đặc tính mạng ống dẫn khi bơm hỗn hợp rắn-lỏng :

Khi bơm làm việc để bơm hỗn hợp rắn lỏng (bùn than, quặng, cát sỏi…) thì sức cản trong mạng ống dẫn sẽ tăng lên, do đó đờng đặc tính mạng dẫn khi bơm hỗn hợp rắn lỏng sẽ dịch chuyển lên phía trên so với đờng đặc tính mạng dẫn khi bơm nớc sạch

* Ta có thể tính đặc tính mạng ống dẫn khi bơm dòng hỗn hợp rắn-lỏng theo một số tác giả :

+ Theo tác giả Brauer-Kriegel-Smoldurev [2]:

Với : L = Lv + Lh Chiều dài thực đờng ống dẫn;

Lh : Chiều dài đoạn ống nằm ngang;

Lv : Chiều dài đoạn ống thẳng đứng;

d c

d 1+0,028 d T

Sg

dd

ρ + KAM.

2 M

f : hệ số ma sát với thành ống, f = 0,25 ;

S 0 0

M : khối lợng riêng của hỗn hợp, kg/m3

2.4 Điểm xác định chế độ làm việc của bơm và ảnh hưởng của hạt rắn trong dòng hỗn hợp đến chế độ làm việc của bơm

2.4.1 Điểm xác định chế độ làm việc của bơm

-Điểm làm việc của bơm khi bơm nước sạch:

Để nhận được các thông số làm việc của bơm từ điểm làm việc của bơm (giao điểm giữa đường đặc tính máy bơm và đường đặc tính mạng ống dẫn) ta cân bằng hai phương trình đặc tính bơm và đặc tính mạng ống dẫn YPF = YAF Sau khi cân bằng hai phương trình đặc tính của bơm và của mạng dẫn và biến đổi ta nhận được lưu lượng ở điểm làm việc theo biểu thức sau [2]:

Qlv =

1 2

0 hh

n 0

n

Y -Y

Y -YL

0 hh

n 0

n

g(H -H )

g(H -H )L

Hlv =

2 lv n 0

n 0

QH

Hình 2-1 Điểm làm việc của bơm khi làm việc với nước sạch

Điểm làm việc M(Qlv,Hlv) trên hình 2-1 là điểm làm việc của bơm khi làm việc với nước sạch

-Điểm xác định chế độ làm việc của bơm khi bơm dòng hỗn hợp:

Theo [5], điểm làm việc của một máy bơm ly tâm xác định bởi giao điểm của đường đặc tính máy bơm với đường đặc tính ống dẫn Điều đó cũng đúng cho trường hợp bơm dòng hỗn hợp rắn lỏng, khi đó cả hai đường đặc tính của bơm và của ống dẫn đều bị thay đổi

Trên hình 2-2, Khi máy bơm làm việc trong hệ thống ống nằm ngang, không có chiều cao hình học, cT = 0 đường đặc tính mạng dẫn ứng với trường hợp bơm nước sạch, đó sẽ là đường cong Parabol Khi bơm dòng hỗn hợp có chứa hạt thì những đường đặc tính mạng dẫn sẽ nằm ở vị trí cao dần theo sự tăng lên của nồng độ vận tải cTA và tạo điểm cực tiểu trên chúng Nguyên nhân

là vì bên cạnh sự tăng lên của sức cản trong ống và tăng trọng lực, còn có tác dụng do sự trượt của hạt rắn, nghĩa là ảnh hưởng của độ chênh lệch tốc độ giữa pha rắn và pha lỏng Ta đã biết sự thay đổi của đường đặc tính bơm xẩy ra khi

ta thay đổi số vòng quay của máy, bây giờ trên hình 2-2 ta thấy sự thay đổi của đường đặc tính lại là do sự thay đổi của nồng độ vận tải cTB

p

0

S S S S

0 1 2 3

0 0,1 0,2 0,3

0,3 0,2 0,1

ta có thể tưởng tượng như các đường đặc tính máy bơm khi thay đổi số vòng quay của máy

Trong trường hợp ổn định, khi nồng độ vận tải trong bơm cTB và trong đường ống cTA là như nhau thì các đường đặc tính sẽ cắt nhau tại các điểm làm việc S0, S1, S2, S3 Chỉ khi nào nồng độ còn tiếp tục tăng lên và máy bơm không làm việc được nữa thì sẽ không có điểm làm việc S4 tiếp theo Khi đó hai đường đặc tính không cắt nhau Trong trường hợp không ổn định, ở đó nồng độ vận tải cTB và cTA không như nhau thì nhưng điểm làm việc có thể xuất hiện nhanh rồi lại bị thay đổi

Nếu cho một hệ thống vận tải thủy lực với hệ ống nằm ngang, mà ở đó điểm làm việc S4 kể trên vẫn tồn tại, ở các giá trị lưu lượng mang dấu dương

và đủ lớn thì các đường đặc tính ống dẫn pA tương tự như hình 2-2 Nhưng khi lưu lượng càng nhỏ, nghĩa là các tốc độ dòng chảy trong ống dẫn càng nhỏ thì các hạt rắn sẽ bị lắng dần xuống đáy ống dẫn và do đó càng làm giảm tiết diện ngang của phần ống còn lại Bởi vậy tốc độ của dòng chảy ở phần tiết diện còn lại này sẽ tăng lên và do đó độ chênh lệch áp suất p giữa đầu và cuối ống dẫn khi vượt qua tốc độ cực tiểu sẽ lại tăng lên Khi mà tất cả chất rắn bị lắng lại ở dưới ống, lưu lượng tiếp tục giảm, đến lúc Q = 0 thì giá trị p cũng bằng 0, vì nếu như không có sự chuyển động trong ống dẫn thì cũng không còn tổn thất

áp suất nữa Nhưng nếu bây giờ chất lỏng có quán tính chảy theo hướng ngược trở lại thì độ chênh áp suất p lại tăng theo giá trị âm Khi lưu lượng tăng lên, chất lỏng sẽ dần dần mang theo chất rắn đang lắng đọng và biểu đồ sẽ được vẽ tiếp ở vùng các giá trị âm Thông thường khi lưu lượng giảm xuống dưới lưu lượng tới hạn thì hạt rắn lắng đọng và sức cản tăng vô cùng, ta không thể xác định được đặc tính mạng dẫn nữa

Ở một hệ thống vận tải thủy lực với hệ ống thẳng đứng, tất cả các đường đặc tính mạng dẫn pA(Q) sẽ dịch chuyển lên phía trên khi nồng độ vận tải cTA

tăng Nguyên nhân là do khối lượng riêng trung bình của dòng hỗn hợp tăng lên và tiếp đó là do tốc độ dòng chẩy giảm thấp, các hạt rắn sẽ có thể lắng

ngược xuống do độ trượt của nó Các đường đặc tính mạng ống dẫn cũng có một điểm cực tiểu khi vận tải thẳng đứng, điều đó được biểu thị bởi các giới hạn làm việc Với những lưu lượng Q nằm dưới giới hạn làm việc và đặc biệt

là khi Q = 0 thì các hạt rắn sẽ tạo một áp suất cản lớn do tốc độ lắng của nó, đến nỗi đường đặc tính mạng ống dẫn pA chỉ một độ chênh áp dương rất lớn (hình 2-3) Trong khi nồng độ vận tải trong ống dẫn cTA và đường đặc tính của

nó thay đổi chậm, đến khi một hạt đi qua toàn bộ ống dẫn thì nồng độ trong bơm cTB lại thay đổi rất nhanh Điều đó sẽ có thể tạo nên những điểm cắt tạm thời Trong khi máy bơm tiếp tục quay với số vòng quay và hướng quay không đổi, nếu ta thay đổi đột ngột hướng dòng chảy trong ống dẫn thì máy bơm sẽ không đủ áp suất nữa để tạo năng lương cho dòng chảy

c

c

TB TA

0,1 0 0,2

0 0,1 0,2

A B

Hình 2-3 Các đường đặc tính của bơm và ống dẫn khi hệ thống vận tải thẳng đứng

Khi bơm dòng nước sạch thì tình trạng này có thể tồn tại được mặc dù

nó có tạo xoáy rất mạnh ở mép ra của cánh dẫn bánh công tác, nghĩa là nước có

thể chảy ngược theo hướng kính đi vào bơm Nhưng khi bơm hỗn hợp thì các hạt rắn có thể đọng lại ở bề mặt đường kính ngoài bánh công tác Chỉ trong vài giây bánh công tác của bơm có thể bị tắc nghẽn bởi các hạt rắn đóng kín ở phía ngoài, nếu bơm tiếp tục làm việc trong tình trạng này thì các bánh công tác của

nó sẽ bị mài mòn rất nhanh Nếu dừng máy, bánh công tác sẽ bị bao phủ bởi các hạt rắn, dù có thay đổi hướng quay đi nữa thì tác dụng ly tâm cũng không giải phóng được nó, điều đó có thể dẫn đến việc phải tháo bơm để lấy hạt rắn

ra khỏi máy Như vậy tốt nhất nên hết sức tránh tình trạng làm việc này Nếu ta biết trước được nồng độ vận tải nào là lớn nhất có thể bơm được thì ta có thể tính toán được độ giảm áp suất lớn nhất “a” khi đường đặc tính bơm pB(Q) ở giới hạn làm việc và điểm làm việc an toàn S được xác định

Khi sử dụng máy bơm để bơm dòng hỗn hợp có chứa chất rắn thì áp suất yêu cầu trong mạng ống dẫn tăng lên nhưng áp suất của máy bơm tao ra lại bị giảm đi khi nồng độ vận tải cT tăng Điều đó dẫn đến sự dịch chuyển các điểm làm việc của bơm về phía có lưu lượng và cột áp nhỏ, hiệu suất thập Đến một giá trị nào đó của nồng độ vận tải cT, máy bơm sẽ không làm việc được, ta có các giá trị tới hạn của tốc độ dòng chảy Khi đó ống dẫn và cửa ra của BCT máy bơm sẽ dần dần bị tắc nghẽn Trong quá trình điều chỉnh và vận hành máy bơm cần bảo đảm cho lưu lượng của bơm đủ lớn để các điểm làm việc của bơm nằm phía ngoài giới hạn an toàn

Ta xác định biểu thức tính toán lưu lượng làm việc khi bơm hỗn hợp hai pha rắn lỏng theo một số tác giả [2]:

+ Theo tác giả Brauer-Kriegel-Smoldurev :

b3 – b1 - 2

lvr

8 3 lvr

aL

2.4.2 Ảnh hưởng của hạt rắn đến sự dịch chuyển điểm làm việc của bơm

Để minh họa cho lý thuyết về sự dịch chuyển điểm làm việc trên, theo [4] hình vẽ 2-4 ghi lại các kết quả thí nghiệm trên máy bơm ly tâm loại KRSK 100-250 (3 cánh dẫn) với sự thay đổi các đặc tính hạt rắn ở các nồng độ cT

P

P sẽ bị giảm nhanh Các điểm làm việc của bơm bị dịch chuyển về phía có lưu lượng nhỏ Khi hạt khá lớn với nồng độ

cT đủ lớn sẽ phát sinh hiện tượng lắng đọng hạt trong bơm và đường ống dẫn đến việc máy bơm không làm việc được bình thường (hình 2-4)

Để đánh giá đến độ giảm áp suất, các tác giả đã đưa ra công thức thực nghiệm cho hệ số giảm áp suất tương đối:

0

ψ - ψ

trong đó : 0 là hệ số áp suất của máy bơm khi bơm nước sạch;

r là hệ số áp suất của máy bơm khi bơm dòng hỗn hợp

 





K

Các hình 2-5 đến hình 2-7 đã chỉ rõ sự phụ thuộc của độ giảm tương đối

áp suất  vào nồng độ hạt rắn, đường kính hạt rắn và khối lượng riêng hạt rắn Kết quả tính theo các tác giả cho những giá trị khác nhau do những điều kiện

thí nghiệm khác nhau Từ các khảo sát thực nghiệm này cho ta thấy khi nồng

độ hạt rắn tăng lên, đường kính hạt rắn lớn lên và khối lượng hạt rắn tăng lên đều khiến cho hệ số giảm áp suất  tăng nghĩa là làm cho áp suất của bơm giảm nhiều hơn

Hình 2-7 Độ giảm tương đối của áp suất phụ thuộc vào

khối lượng riêng của hạt rắn ρ S

Tuy nhiên ảnh hưởng của đường kính hạt từ một giá trị tương đối lớn (dS>8mm) thì sự tăng lên  rất chậm, nghĩa là đường kính hạt lớn sẽ ảnh hưởng chậm đến độ giảm áp suất của bơm

Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên nhận thấy rõ sự thay đổi các thông số chuyển động của hạt rắn trong bánh công tác bơm ly tâm và các nhân

tố ảnh hưởng đến các thành phần tốc độ hạt Khi máy bơm được sử dụng để bơm dòng hỗn hợp thì các đường đặc tính của máy sẽ dịch chuyển về vùng có

áp suất, lưu lượng và hiệu suất nhỏ hơn Các yếu tố chính ảnh hưởng tới sự dịch chuyển đường đặc tính máy là nồng độ vận tải, đường kính hạt rắn và khối lượng riêng của hạt rắn

Do đường đặc tính máy bơm dịch chuyển xuống phía dưới còn đường đặc tính mạng dẫn dịch chuyển lên trên và có điểm cực tiểu Ứng với điểm cực tiểu của đường đặc tính mạng dẫn (hình 2-2) ta có lưu lượng tới hạn Qth và vận tốc

tới hạn cth Với giá trị lưu lượng Qth này các hạt chất rắn bắt đầu rời khỏi đáy ống và dịch chuyển trong trạng thái lơ lửng không lắng đọng trở lại Nhánh bên trái điểm cực tiểu trên đường đặc tính mạng dẫn tương ứng với những lưu lượng nhỏ hơn giá trị tới hạn, lúc này các hạt rắn bắt đầu lắng đọng trở lại Lưu lượng càng nhỏ các hạt rắn bị lắng đọng càng nhiều, sự lắng đọng này làm tăng sức cản và làm giảm tiết diện ống dẫn từ đó bắt đầu gây ra dòng chảy không ổn định Như vậy nếu có giao điểm của đặc tính bơm với nhánh trái của đặc tính mạng dẫn thì đó không phải là điểm làm việc của bơm trong hệ thống Nhánh bên phải điểm cực tiểu trên đường đặc tính mạng dẫn tương ứng với lưu lượng lớn hơn giá trị tới hạn Do đó giao điểm đặc tính bơm với nhánh phải của đặc tính mạng dẫn cho ta điểm làm việc của bơm trong hệ thống

Lưu lượng tới hạn tính theo các biểu thức [2]:

+Theo tác giả Brauer-Kriegel-Smoldurev:

λ +aD

6

0,5.aL

λ +aD

0,1835.aL

đã xác định một giao điểm đặc tính bơm và mạng dẫn thì điểm đó có thể thỏa mãn giới hạn an toàn nếu điểm cắt không phải là điểm cực tiểu trên đặc tính mạng dẫn Điểm cựu tiểu trên mạng dẫn lại chính là giá trị tới hạn đã xác định

Do vậy ở đây chỉ đề cập tới sự làm việc an toàn của hệ thống so với điểm tới hạn Theo một số tác giả thì điểm làm việc mà lưu lượng QM lớn hơn từ (1,1÷1,2)Qth là hệ thống làm việc không lắng đọng Với quan điểm an toan cho lắng đọng thì lưu lượng hay vận tốc càng lớn càng tốt Song nếu lưu lượng lớn quá cũng sẽ gây mòn và hỏng nhanh mạng ống dẫn

Từ những vấn đề trên đây đặt ra cho ta một điều lưu ý hết sức quan trọng khi tính toán lựa chọn máy bơm có các thông số kỹ thuật phù hợp và khi vận hành máy bơm phải bảo đảm an toàn về lắng đọng hạt rắn

số thiết bị làm việc phục vụ tốt cho sản xuất của nhà máy

Tại hai trạm bơm chính 520 và 522, các máy bơm ly tâm làm nhiệm vụ bơm dòng hỗn hợp gồm huyền phù Manhêtít (Fe3O4) và than đã được phân loại sơ bộ từ bể 19 (bể hút) để bơm lên hệ thống Cyclones làm nhiệm vụ tuyển Các sản phẩm sau khi tuyển gồm than và đá, đều được tách ra hai đường riêng biệt Sau đó được phân loại qua các sàng rung, trên sàng được bố trí hệ thống vòi phun nước để rửa thu hồi lại phần huyền phù bám dính theo các sản phẩm đó Than cục và đá trung gian đã qua rửa, theo hệ thống băng tải đưa về bun –ke chứa Phần dung dịch huyền phù bị tràn theo than và đá được hứng lại ở phễu sau của sàng phân loại theo đường ống dẫn đưa về bể chứa Manhêtít Như vậy quá trình tuyển, rửa than theo quy trình công nghệ được các hệ thống máy bơm của các trạm bơm cấp một cách tuần hoàn, liên tục và khép kín Lượng hao hụt huyền phù do rò rỉ được dẫn tập trung ở các rãnh chứa được bơm nước rửa chảy về hố bơm của hệ thống trạm bơm nước rửa và