A NEHÉZIPARI MŰSZAKI EGYETEM
KÖZLEMÉNYEI
I. sorozat
BÁNYÁSZAT 31. KÖTET
1 - 2 . FÜZET
MISKOLC, 1982.
A NEHÉZIPARI MŰSZAKI EGYETEM
KÖZLEMÉNYEI
I. sorozat BÁNYÁSZAT 31. KÖTET
1 - 2. FÜZET
MISKOLC, 1982.
HU ISSN 0324-6620
SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG: ZAMBÓ JÁNOS felelős szerkesztő BOCSÁNCZY JÁNOS, CSÓKÁS JÁNOS, SZILAS A. PÁL, TARJÁN IVÁN
Kiadja a Nehézipari Műszaki Egyetem A kiadásért felelős: Dr. Kozák Imre rektorhelyettes NME Sokszorosító Üzeme Nyomdaszám: K S Z - 8 2 - 3400 -NME Miskolc-Egyetemváros, 1982. Engedély száma: MTTH-III.-3183/1976. Sajtó alá rendezte: Dr. Farkas József egyetemi tanár Technikai szerkesztők: Kovácsné Kismarton Gabriella, Németh Zoltánná Megjelent az NME Közleményei Szerkesztőségének gondozásában Kézirat szedése: 1982. aug. 15-1982. okt. 30-ig. Sokszorosítóba leadva: 1982. nov. 9. Példányszám: 300 Készült IBM-72 composer szedéssel, rotaprint lemezről az MSZ 5 6 0 1 - 5 9 és MSZ 5 6 0 2 - 5 5 szabványok szerint 13 B/5 ív terjedelemben A sokszorosításért felelős: Tóth Ottó mb. üzemvezető
ELŐSZÓ A Nehézipari Műszaki Egyetem és a Technische Hochschule Otto von Guericke Magdeburg 1980-ban emlékezett meg 20 éves szoros és eredményes együttműködéséről. A barátsági és együttműködési szerződés keretében 1970. év óta egyre erősödő és tartal masabbá váló kapcsolatok alakultak ki, ezen belül a magdeburgi főiskola Apparate- und Anlagenbau szekciója és a miskolci Ásványelőkészítési Tanszék között hidraulikus szállí tás, hidromechanizáció témakörben. A hidromechanizáció összefüggő technológiai rendszert jelent, amely a szilárd szem csés anyagok csővezetékben történő, úgynevezett hidraulikus szállítását, mint fő techno lógiai eljárást, valamint a szállítás előtti eljárásokat és a kiáramló keverékkel végzett műve leteket tartalmazza. A hidraulikus szállítás és hidromechanizáció egyre jelentősebb helyet kap a legkülönbözőbb iparágakban és a mezőgazdaságban. Elterjedését a jövőben még in kább elősegíti a környezetvédelemmel való szoros kapcsolata. A két fenti intézet a hidromechanizáció kutatása és fejlesztése terén a szocialista or szágokban elért eredmények és tapasztalatok kicserélésére és e technológia elterjesztésére közösen kezdeményezte a hidromechanizációval foglalkozó kollokvium-sorozat megindí tását. 1979-ben Miskolcon, 1981-ben Rostockban voltak ilyen kollokviumok; 1983-ban ismét Miskolcon kerül megrendezésre. A hidromechanizációban rejlő előnyök annak nagyobb mértékű alkalmazását indo kolnák. Erre kívánja felhívni a figyelmet ez a füzet is és a hasznos együttműködést hiva tottak demonstrálni a tanulmányok. Miskolc, 1982. január Prof. Dr.-Ing. H.-J. KECKE MAGDEBURG
Dr. TARJÁN IVÁN egyetemi tanár MISKOLC
3
MNE Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 31(1982) kötet, 1-2. füzet, 67-85.
A LAMINÁRIS-TURBULENS ÁTMENETI SEBESSÉG, A LERAKODÁSI HATÁRSEBESSÉG ÉS AZ ÜZEMI SEBESSÉG MEGHATÁROZÁSA A HIDRAULIKUS SZÁLLÍTÁSNÁL, VÍZSZINTES CSŐVEZETÉKBEN TARJÁN I.-DEBRECZENI E. összefoglalás A hidraulikus szállításnál három jellegzetes sebesség elméleti és kísérleti meghatározása szüksé ges. A lerakodási sebesség - amelynél a cső alján az álló ágy kialakulása éppen megkezdődik - az üzembiztos szállításnál megvalósítható legkisebb sebességet adja. Homogén szuszpenzió-áramlásnál ez általában a lamináris-turbulens átmeneti sebesség. Heterogén szuszpenzió-áramlásnál meghatározása ál talában kísérlettel lehetséges. Az üzemi sebesség megválasztása csupán a keverékszállító berendezés és a csővezetékben megvalósuló áramlás egységes szemléletével lehetséges; értéke a szállítandó anyag tulaj donságain és a csőátmérőn kívül a szivattyú jelleggörbéjétől, az adagoló berendezéstől, a csővezeték hosszától és geometriai vonalvezetésétől is függ. Az üzemi sebesség a dolgozatban közölt stabilitási vizsgálattal határozható meg. A legkisebb összköltséget adó sebesség, az ún. gazdaságos sebesség akkor választható, ha az a szivattyú jelleggörbéje alapján stabilitási vizsgálattal meghatározott üzemi sebesség nél nagyobb érték. Jelölések ct
szállítási térfogati koncentráció
d
szemcseátmérő
D
csőátmérő
Ap
nyomásveszteség
v
sebesség
DR. DEBRECZENI ELEMÉR egy. docens a műsz. tud. kandidátusa
DR. TARJÁN IVÁN tanszékvezető egy. tanár a műsz. tud. kandidátusa
Ásványelőkészítési Tanszék 3515 Miskolc-Egyetemváros A kézirat beérkezett: 1982. március 25.
67
p
Ps
Pf T
TW
To
n Me
K m dv/dr X / He P\ rn ms
a szuszpenzió surusege a szilárd szemek sűrűsége a folyadék sűrűsége nyírási vagy csúsztató feszültség nyírási feszültség a csőfalnál induló nyírási feszültség vagy folyási határfeszültség a szuszpenzió dinamikai viszkozitása effektív viszkozitás konzisztencia tényező folyási index nyírási sebesség csősúrlódási tényező Fanning-tényező Hedström-szám Plaszticitási szám, vagy folyási szám a szuszpenzió tömegárama a szilárd anyag tömegárama
Bevezetés A hidraulikus szállítás tervezésének és megvalósításának egyik legfontosabb kérdése az üzembiztos szállítást lehetővé tevő keveréksebesség meghatározása. Ennek a sebesség nek a megválasztásakor a lerakódás jelenségének vizsgálata segítségével az ún. lerakodási határsebességnek a meghatározásából indulunk ki.
turbulens
ig*p lamináris
áfmeneti sebesség lgvT Igv 1. ábra
68
1. Homogén szuszpenzió-áramlás A keverékáramlás akkor homogén, ha a vízszintes cső felső alkotójától lefelé 0,08 D távolságban (ctB) és a csőtengelyben (ctA) mért térfogati koncentráció hányadosa [1]: c
tB
— >0,8. CtA
A legtöbb ide tartozó keverék nem-newtoni jellegű. Az 1. ábra a Ap—v összefüggést mutatja homogén szuszpenzió-áramlás esetén. Nagy sebességeknél az áramlás turbulens. A sebesség csökkentésekor elérjük a turbulens-lamináris átmeneti sebességet, ennél kisebb sebességeknél pedig az áramlás lamináris, a Ap-v görbe laposabb lesz. A nyomásveszteség mindkét tartományra meghatározható. Az átmeneti sebesség ismerete nélkül azonban nem tudjuk, hogy melyik tartományban vagyunk és milyen összefüggést kell használni a nyomásveszteség meghatározására. A hidraulikus szállítást többnyire a turbulens tarto mányben üzemeltetik, mert lamináris áramláskor a szállítandó anyagok jelentős részénél a szemek — ha hosszabb idő alatt is — a csőben lerakódnak. Ez instacionárius áramlást, a nyomásveszteség növekedését eredményezi, különösen hosszú csővezetékben, nagyobb csőátmérőknél. Az átmeneti sebesség ismerete tehát igen fontos mind a nyomásveszteség, mind a lerakodási határsebesség meghatározása szempontjából. A sebesség, amelynél a turbulens-lamináris átmenet a homogén szuszpenzió-áramlás nál bekövetkezik, mindenekelőtt a Reynolds-számtól függ. Newtoni folyadékok reológiai viselkedését a T = ri(dv/dr) egyenlet írja le. Az átmenet ReT = 2100 Reynolds-számnál következik be, a sebesség érté ke itt: ReTri amelyben 17 p D dv/dr
a szuszpenzió dinamikai viszkozitása a szuszpenzió sűrűsége csőátmérő nyírási sebesség
Bingham-plasztikus reológiai tulajdonságú szuszpenzióknál, amelyeknél a reológiai egyenlet 7" = r 0 +1? (dv/dr), az átmeneti sebesség az ún. Hedstrőm-számtól függ [1,2]:
69
70
He = Re- Pl
Dvp
TQD
T 0 D 2P
vrj
V2
amelyben Pl az ún. plaszticitási szám, vagy folyási szám. A 2. ábrán cementiszappal, folya mi iszappal, agyag-, szennyvíz- és mésziszappal végzett kísérletek eredményeként kapott diagram a R e r =f(He) összefüggést mutatja, amelynek felhasználásával a/fe-szám isme retében ReT illetve vT meghatározható. Számítással is a mérésekhez közelálló eredményt kaphatunk. A Durand által javasolt átmeneti sebesség [3] a Re:
vTDp
2100
ßeT
egyenletből határozható meg. Ebben a lamináris-turbulens átmenetnek megfelelő effektív viszkozitás szerepel, amely lamináris áramlásnál a Buckingham-egyenlet felhasználásával [1]: SvT PeT =
wT SvT
SVj-
4 = i?
1+
TQD 67? V;;
~D~ ~D utóbbiban TWT a nyírófeszültség a csőfalnál, a lamináris-turbulens átmenetnél. Az átme neti sebesség fentiek alapján: 2D2PT0
Re r T/ Vj
2Dp
1+ V 1 +
3Re r r? 2
Az így kapott átmeneti sebesség a mérésekkel kevésbé egyezik, mint az előbbi módszer szerinti eljárás. A pszeudoplasztikus (m < 1) r = K{dv/dr)m reológiai egyenlettel jellemzett homo gén szuszpenzió-áramlás esetén az átmeneti sebesség a 3. ábra [1] segítségével határozható meg, amely az m folyási index ismeretében az átmeneti sebességhez tartozó Re^ értéket adja, K az ún. konzisztencia-tényező, a viszkozitáshoz hasonló jellemző. Az így számítha tó vT a legkülönbözőbb anyagokra kapott mérési eredményekkel jó összhangban van. A 3. ábra pszeudoplasztikus, newtoni és dilatáns folyadékokra egyaránt alkalmazható. A Reynolds-számot hatványfüggvényes reológiai egyenlet esetén Re =
Dvp
alakban, az effektív viszkozitással kell kiszámítani [1
71
72
Q5
\ \ \ \ \ \
fv5^
0,10 \ f=
x
\
Re
\ /
V 'x
T
\
newtoni 0.01—1 folyadék (He=0; m=1) m=0t7 0,001 10
pszeudoplasztikus^^^Z. folyadék (He =0; m=0,7) Iff
10 Re
4. ábra
10
10
Me =
'If
8v_ D
8v
Am 3m 4- 1
= Ä~
m-\
~D
A legáltalánosabb esetben érvényes
+K(dv/dr)m
T = T0
alakú, ún. reálplasztikus vagy általánosított Bingham reológiai egyenlettel jellemzett fo lyadékokra, ill. szuszpenziókra is kidolgoztak eljárást az átmeneti sebesség meghatározásá ra [4]. Bonyolultsága miatt csupán egy adott esetben, az m — 0,7 folyási indexre mutat juk be használatát. A diagramban (4. ábra) a módosított Re-szám és He-szám szerepel: \mí
Re = 8
He =
m 3m+ 1
tfp_
To
K
K
v2~mp K
A diagramból a Fanning-tényező {f— A/4) Ül. X súrlódási tényező és az átmeneti se bességhez tartozó R e T is meghatározható. A módszer Bingham-plasztikus (m = 1), továbbá pszeudoplasztikus (m < 1) ill. dilatáns (m > 1) folyadékokra is érvényes. Az eddigi vizsgá latok időtől független reológiai tulajdonságú folyadékokra vonatkoztak. Időtől függő tu lajdonságú folyadékok (tixotrop, stb.) áramlásával nem foglalkozunk. Megállapítható, hogy homogén szuszpenzió-áramlásoknál a lerakodási sebességgel szoros összefüggésben levő átmeneti sebesség megfelelő pontossággal kiszámítható és az előzetes tervezéshez meghatározható. 2. Szállítás nagy távolságokra Általános feltételezés, hogy nagy távolságú pszeudo-homogén keverékáramlásoknál (a koncentrációeloszlás a szemcsenagyságtól függetlenül olyan, mint homogén szuszpen zió-áramlásoknál) a lerakodási határsebesség — amelynél a cső alján álló szemek jelennek meg — megegyezik a lamináris-turbulens átmeneti sebességgel. Az találták, hogy meghatá rozott homogén keverékeknél szűkebb csőátmérő tartományban valóban megegyezik e két sebesség [5]. Ha a csőátmérő ennél kisebb, a lerakodási határsebesség a lamináris tarto mányba kerül; nagyobb csőátmérőknél viszont a lerakódás turbulens áramlásnál is bekö vetkezik. Példaként 0,13 mm homoknak newtoni szuszpenzióban hosszú távolságra történő szállítására mutatunk be példát. A szuszpenzió 5 • 1 0 - 3 Ns/m 2 viszkozitású, a homok eb ben a hordozófolyadékban 12%-os térfogati koncentrációban van jelen. Az 5. ábrán a fo lyamatos vonal a homok nélküli szuszpenzió fajlagos nyomásveszteségét mutatja az Reszám függvényében, a pontozott vonalak pedig a homok-szuszpenzió keverékáramlásának mérési eredményeit különböző csőátmérőknél. Leolvashatók a lerakodási határsebességel^,
74
5. űöro
amelyek közül csak a 18,9 mm csőátmérőhöz tartozó érték esik egybe az átmeneti sebes séggel (v„ = vT). Az ezirányú eddigi kutatások nem tették lehetővé a lerakodási határsebesség előze tes pontos meghatározását hosszú csővezetékekben, pszeudo-homogén szuszpenzió-áramlás esetén. Ezért az üzemi sebesség túlméretezése indokolt. 3. Heterogén szuszpenziőáramlás A keverékáramlás heterogén, ha [1]: c
tB
— <0,1 c tA
.
Lényeges eltérés van a heterogén és homogén szuszpenzióáramlás között. Nagyobb sebes ségeknél a keverékáramlás Ap-v diagramja (6. ábra) a folyadék nyomásveszteséggörbéjé hez közelít, a koncentráció egyre inkább egyenletes eloszlásúvá válik. A sebesség csök kenésekor a koncentráció függőleges csőátmérőmenti eloszlása aszimmetrikus lesz, míg a lerakodási sebességnél a szilárd anyag kiválik, leülepszik, álló vagy csúszó ágyat képez a cső alján. Monodiszperz anyagoknál a lerakodási sebesség megegyezik a legkisebb nyomásvesz teséghez tartozó sebességgel. Ennél kisebb sebességeknél szilárd ágy képződik a csőben, az áramlás elveszti stabilitását, instacionárius lesz, a nyomásveszteség növekszik. A lerakódás nál a szemekre ható súlyerő nagyobb, mint a turbulencia, amely a szemeket szuszpenzió ban igyekszik tartani. Azt a legkisebb sebességet, amelynél a cső alján álló szilárd anyagágy éppen kiala kul, lerakodási határsebességnek nevezik. A lerakodási határsebességnél kisebb sebességgel szállítani nem célszerű, mert a dugulásveszély mellett megnövekszik a csőkopás is, és mi vel a nagyobb szemek a csőben maradnak, a csővezeték osztályozóként működik. Számos szerző foglalkozott monodiszperz vagy ehhez közelálló szilárd anyag lerako dási határsebességének meghatározásával. Legismertebb a Durand-összefüggés [3]:
keverék lg*p
folyadék lerakodási sebesség lgvL 6. ábra
76
Igv
VL
=FL
y^£)
Pf
amelyben p5 és Pf a szilárd anyag és a szállító folyadék sűrűsége, továbbá az
2 F
L
FL=FL{d,ct)
VL
^D
fi
Pf Pf
függvény a szemcseméret és koncentráció függvénye. Az
FL=FL(d,ct) összefüggést (d a szemcseméret) a 7. ábra mutatja. Az FL függvény alakja szerint a lerakó dás módosított Froude-számának tekinthető. A homogén szuszpenzió-áramlásnál vizsgált átmeneti sebesség tehát a Re-számnak, a heterogén áramlásnál szereplő lerakodási sebesség pedig a Fr-számnak függvénye. A 7. ábra szerint 1 mm szemnagyságig mind a szemnagyság, mínd pedig a koncent ráció befolyásolja a lerakodási határsebességet, nagyobb szemeknél (d > 2mm)FL állandó nak tekinthető. A Durand-összefüggés továbbfejlesztésével a lerakodási határsebesség meghatározá sára az alábbi egyenletet alkalmazhatjuk kis koncentrációknál (ct < 1%) és különböző fo77
lyadéksűrűségnél és viszkozitásnál is [6]: 1/6
Az ebben szereplő F[ csak a koncentráció függvénye (8. ábra). A felírt összefüggés ho mok-kavics szállítása esetén megbízhatóan alkalmazható. Számos más szerző is foglalkozott a lerakodási határsebesség meghatározásával. Az eredményként kapott különböző összefüggések [7, 8, 9, 10] azonban azonos kö rülmények mellett is olyan nagymértékben eltérő sebességeket eredményeznek, amelyek lehetetlenné teszik ezek felhasználását adott gyakorlati feladat esetén. Ezért a kérdés nagy jelentőségére való tekintettel heterogén szuszpenzió-áramlásnál a lerakódás határsebessé get kísérleti állomáson, a konkrét anyaggal végzett méréssel kell meghatározni.
5
F 2 1,0 5 2
10
2
5
10,0 2 c [%]
50,0
8. ábra
4. A lerakodási határsebesség mérése Sok mérési eljárás ismeretes a lerakodási határsebesség meghatározására. Ezek a mé rések többnyire a lerakódás kezdetének vizuális megfigyelésén alapszanak. A méréshez át látszó, üveg vagy plexi csőszakaszt építenek a szállítóvezetékbe. Azt feltételezik, hogy az így kapott lerakodási határsebesség acél- vagy más anyagú csőnél is érvényes. A megfigyelt és az üzemi cső érdességének eltérése ezzel szemben pontosabb mérést tesz szükségessé.
78
Pszeudohomogen Heterogén Lerakódás áramlás áramlás
Csúszó ágy
100
Álló ágy
•
r
\ Ah ftV,
,
A,
4-4-
±.._. •ííl-
c N
j v ' \)
V
l/=rJ-
0 3 ml 2 .sJ 1 v
f
0
•
'
1
1
J
_L
L.
. 1
L
í
L—..J
i
10
i
i
15 tfm/n]
9. ábra
i
1
J
1
20
Kifogásolható, különösen hosszú csővezetékeknél vagy nagy csőátmérőknél, ha a minimális nyomásveszteséghez tartozó sebességértéket tekintjük a lerakódás határsebessé gének. Nem elfogadható az a mérés sem, amelynél a lerakódó réteg magasságának az áram lási sebességtől való függését határozzák meg, és ebből extrapolálnak a nulla lerakodási se bességre. Ujabban elektromos vagy termikus szondával határozzák meg a lerakodási határse bességet [11]. Előbbinél két elektródát (polarizálót és érzékelőt) építenek a cső alsó alko tójába. Működése azon alapszik, hogy a keverékáramlás sebességváltozása az elektródák környezetében az iontöltés eloszlásának és koncentrációjának megváltozását okozza, ame lyet a műszer érzékelni képes. A termikus szonda két hőellenállásból, mérő és kiegyenlítő hőelemből áll. A szonda és a keverékáramlás közötti hőcsere megváltozása a keverék sebességváltozásának a függ vénye, ezért itt a hőcsere változását kell érzékelni. Nem áramló, lerakódott réteg jelenléte esetén állandó jel mérhető. Csúszó ágynál, vagy szuszpenzió esetén a jel átlagértékének megváltozása és gyors fluktuálása figyelhető meg (9. ábra). 5. A hidraulikus szállítás üzemi sebességének meghatározása A biztonságos szállításhoz szükséges üzemi sebesség legkisebb értéke homogén szuszpenzió-áramlásnál az előbbiek szerint számítható átmeneti sebesség; heterogén szusz penzió-áramlásnál pedig a mérésből kapott lerakodási határsebesség. Külön megfontolást igényel természetesen a hosszú csővezetékben megvalósuló szuszpenzió-áramlás. Az üzemi sebesség megválasztásához nem elegendő a szállítóvezetékben kialakuló áramlás vizsgálata, a lerakodási hatásebesség ismerete; értéke a szállítandó anyag tulajdon ságain és a csőátmérőn kívül elsősorban a szivattyú jelleggörbéjétől és az adagolóberende zéstől is függ. Dugattyús szivattyúk alkalmazása növeli a hidraulikus szállítási rendszerek üzembiz tonságát. Ennek oka a dugattyús szivattyú merev karakterisztikája. Adagolós rendszerek nél tisztavíz-szivattyúként általánosan alkalmazható. Zagy szivattyúként csupán finom szemcseösszetételű szilárd anyag szállításánál jöhet szóba. A szállítás üzembiztonságát a 10. ábrán mutatjuk be. A berendezés tervezett mun kapontján (Mx) a dugattyús szivattyú ráj! tervezett szilárdanyag-tömegáramot szállít cn koncentráció mellett. Az adagolt szilárdanyag mennyiség megnövelése esetén (rhs2) a cső vezetékben kialakuló ct2 koncentráció mellett a munkapont fölfelé eltolódik (M2) amely az adott koncentrációnál a lerakodási sebességet jelenti. Ha az adagoló rendszer adagolási pontossága Ams = m^ -msl
,
akkor a rendszer üzembiztosan működik.
80
10. ábra
Az üzembiztos működéshez az szükséges, hogy a nyomásnövekedés miatti többlet terhelést a szivattyú és a hajtómotor viselni tudja. Tapasztalat szerint a dugattyús szivatytyús rendszerek működtetése nem jelent gondot. A forgólapátos szivattyúk zagyszivattyúként is kiterjedten alkalmazhatók. Ez a szi vattyútípus rugalmas karakterisztikájú és gyakran nagy veszélyt jelent, ha a szállítómagas ság csekély megváltozása esetén a szállított mennyiség nagy mértékben változik. Különö sen az ilyen lapos karakterisztikájú szivattyúk alkalmazása teszi indokolttá az üzembiz tonság alapos vizsgálatát. Hozzájárul ehhez még az is, hogy a zagyszivattyú szállítóképes sége a szállítási koncentráció növekedésével csökken. Az I. jelű szivattyú (11. ábra) megindításakor a csővezetékben tiszta víz áramlik, a munkapont ekkor MIQ. AZ adagoló berendezés működtetésekor a csővezeték egyre job ban megtelik a szállítandó anyaggal és végül az előírt anyagmennyiség szállítása az M mun kapontban megvalósul. Az M üzemi pont stabilis munkapont. Az adagolt mennyiség ÍSms értékű növekedése az ellenállásgörbe 11. ábra szerinti eltolódását jelenti. Az új ellenállás görbe kialakulása a# csővezeték kiterjedésétől függően hosszabb-rövidebb időt vesz igény be. Az I. jelű szivattyú akkor azM* munkapontban üzemel, amely szintén stabilis munka pont.
81
80 bar i
\ms=28 6t/h \ \ \ -ms + Ams
70 c * Acf c
60 SO
t
= 0,2 \ \ v \
\ \ \ ^ >
L HJ\
\
-*
Ap
***
30 S^EO^
20 \10^"
10 rns
5o(tís5!
\5^
'M
a^i^ ""r^ m/s
11. ábra
82
8
AII. jelű szivattyú az üzembeállításkor azM I I 0 munkapontból a M munkapontig levő utat teszi meg. Az M munkapont még éppen stabilis. Az adagolt mennyiség, előbbi Ara, értékkel történő megnövekedése esetén a II. szivattyú jelleggörbéje egyetlen sebesség értéknél sem metszi az m,y + Ams = áll .-hoz tartozó ellenállásgörbét, azaz a szivattyú ki sebb energiát állít elő, mint a terhelés; munkapont nem szerkeszthető, a rendszer rövide sen eldugul. Pillanatnyi adagolt szállított tömegáram-növekedés, amely nem hat ki az egész csővezetékre, természetesen nem vezet feltétlenül a rendszer eldugulásához. A III. jelű szivattyú tiszta víz szállítása esetén az AÍ III0 pontban működik. A szilárd anyag adagolásakor a munkapont egyre inkább balra tolódik és végül az Mm munkapontbe kerül. Erre a szivattyúra nézve az M pont labilis munkapont, amelyben tartós üzem még ingadozásmentes állandó tömegáram adagolása esetén sem képzelhető el. Az adagolás előbbi, Aráj értékű ingadozásakor a rendszer eldugul. összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a szivattyú kiválasztásakor az üzemviszonyok stabilitási vizsgálata nem nélkülözhető. A szivattyú kiválasztását az adagoló berendezés lé nyegesen befolyásolja. Minél nagyobb az adagolás ingadozása (Am,), annál inkább mere dek karakterisztikájú szivattyú választása indokolt. Ha csupán lapos karakterisztikájú szi vattyú áll rendelkezésre, akkor a stabilis üzemet biztosító meredek karakterisztika fordu latszám-szabályozással valósítható meg. Nagyobb sebességeknél, az ms — állandó görbe emelkedő ágán a biztonsági követel mények könnyen teljesíthetők, ekkor lapos jelleggörbével rendelkező forgólapátos szi vattyúk is alkalmazhatók. Gyakran állandó koncentrációjú zagyot előállító adagoló berendezéseket alkalmaz nak. Az ilyen hidraulikus szállító rendszerek üzemviszonyait ugyancsak a 77. ábra alapján tudjuk megvizsgálni. A vizsgálat menete teljesen azonos az előzővel, csupán az ms = áll. görbe helyett a ct = áll. ellenállásgörbét kell figyelembe venni. Mindhárom szivattyú azM stabilis munka pontban üzemel, ha a koncentráció nem ingadozik. Az ábra szerinti koncentráció-növeke dés esetén az I és II szivattyú továbbra is megbízhatóan és dugulásmentesen szállít, míg a III. szivattyú dugulást okoz. Megállapítjuk, hogy az állandó koncentrációt biztosító adagolók alkalmazásakor a hidraulikus szállító rendszer üzembiztonsága nagyobb. A forgólapátos szivattyúk alkalma zása ebben az esetben jelent kevesebb gondot. Az elvégzett vizsgálatok alapján megadhatjuk az egyes szivattyútípusok kedvező al kalmazási területét. A dugattyús szivattyúk a lerakodási sebességnél nagyobb sebességek tartományában mindenütt alkalmazhatók. Megjegyezzük, hogy beruházási költségük nagyobb sebességek nél nagymértékben megnő, továbbá zagy szivattyúként csak korlátozottan alkalmazhatók. A koncentráció-görbék minimumpontjaiban az energiaköltségek a legkisebbre adódnak; ettől a görbétől jobbra, azaz a nagyobb sebességek irányában alkalmazhatók a meredek karakterisztikájú, vagy a szabályozott forgólapátos szivattyúk. A legnagyobb sebességek nél alkalmazhatók a forgólapátos szivattyúk, alkalmazhatóságuk alsó határát az állandó
83
szállított tömegáramhoz tartozó görbék minimumpontjait összekötő görbével jelöljük meg, a stabilitási vizsgálattal összhangban. A zagyszivattyúval működő hidraulikus szállítás külön vizsgálatot igényel. Az üzem viszonyokat az előbbiekhez képest még az nehezíti, hogy a zagy szivattyúk által előállított szállító magasság a szállítási koncentráció függvénye. Az üzemviszonyok vizsgálata előtt ezért az adott zagyszivattyú jelleggörbéjének fel vétele szükséges különböző koncentrációknál. IRODALOM
l.WASP, E. J. -KENNY, J. P.-GANDHI, R. L.: Solid-liquid flow slurry pipeline Trans. Tech. Publications,, Clausthal. (1977)
transportation.
2.HANKS, R. W.:^4 generalized criterion for laminar-turbulent transition in the flow of fluids. Union Carbide Co. 1962. 3. DURAND, R.-CONDOLIOS, E.: Hydraulic transport of coal and solid material in pipes. Proc. Colloq. on Hydraulic Transportation, London (1952). 4.HANKS, R. W.: Low Reynolds-number turbulent pipeline flow of pseudohomogeneous slurries. HYDROTRANSPORT 5, 1978. Hannover. 5.THOMAS, A. D.: The role of laminar/turbulent transition in determining the critical deposit velocity and the operating pressure gradient for long distance slurry pipelines. HYDROTRANS PORT 6. 1979. Canterbury. 6. WICKS, M.: Transportation of solidsat low concentration in horizontal pipes. ASCE Int. Symp. on Solid-Liquid Flow in Pipes, 1968. Univ. of Pennsylvania. 7.KRIEGEL, E.-BRAUER, H.: Hydraulischer Transport körniger Feststoffe durch waagerechte Rohrleitungen. VDI-Forschungsheft 515, 1966. 8. SINCLAIR, C. G.: The limit deposit velocity of heterogenous suspensions. Third Congress of the European Federation of Chemical Engeneering, London, 1962. 9.ZANDI, I.: Advances in solid-liquid flow in pipes and its application. London, Pergamon Press, 1971. lO.GOVIER, G. W.-AZIZ, K.: The flow of complex mixtures in pipes. Van Nostrand Reinhold, 1972. ll.ERCOLANI, D.-FERRINI, F.: Electric and thermic probes for measuring the limit deposit velo city. HYDROTRANSPORT 6. 1979. Canterbury.
DETERMINATION OF THE LAMINAR-TURBULENT TRANSITION VELOCITY DEPOSIT LIMIT VELOCITY AND OPERATIONAL VELOCITY FOR HORIZONTAL HYDRAULIC TRANSPORT by I. TARJÁN-E. DEBRECZENI Summary The study deals with the theoretical and experimental determination of three characteristic veloci ties in hydraulic pipelining. The deposit velocity for homogeneous flow of slurries can be determined theoretically, while experimental method is generally used for heterogeneous flow of mixtures. The operational velocity can only be determined by the stability analysis of the study based on a complex 84
view of the transport equipment and the flow in the pipeline. The so-called economical velocity giving minimum total costs can only be selected if it exceeds the operational velocity. BESTIMMUNG DER LAMINAR-TURBULENTEN, ÜBERGANGSGESCHWINDIGKEIT DER ABLAGERUNGSGRENZGESCHWINDIGKEIT UND DER BETRIEBSGESCHWINDIGKEIT BEIM HYDRAULISCHEN FESTSTOFFTRANSPORT IM HORIZONTALEN ROHR von I. TARJÁN-E. DEBRECZENI Zusammenfassung Die Studie befaßt sich mit der theoretischen und experimentellen Bestimmung der drei charakteristischen Geschwindigkeiten der hydraulischen Förderung. Die Ablagerungsgeschwindigkeit kann bei homogener Gemischströmung theoretisch, bei heterogener Gemischströmung dagegen in der Regel experimentell ermittelt werden. Die Betriebsgeschwindigkeit läßt sich lediglich mittels einer einheitliche Betrachtung der Fördereinrichtung und der Strömung in der Rohrleitung, unter Anwendung der Stabilität suntersuchung der Studie bestimmen. Die sogenannte wirtschaftliche Geschwindigkeit, die minimale Gesamtkosten gewährleistet, kann nur dann gewählt werden, wenn sie die auf die obige Weise bestimmte Betriebsgeschwindigkeit übersteigt.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОЙ ПЕРЕХОДНОЙ СКОРОСТИ, ГРАНИЧНОЙ СКОРОСТИ ОСЕДАНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОЙ СКОРОСТИ ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ И. ТАРЯН-Э. ДЕБРЕЦЕНИ Резюме Работа посвящена теоретическому и экспериментальному определению трех характерных скоростей гидравличкского транспорта. Скорость осаждения в случае потока гомогенной смеси можно определить теоретически, в случае потока гетерогенной жидкости она обычно оп ределяется экспериментомв соответстсии с потоком, имеющим место в смешивающем-транс портирующем устройстве и трубопроводе. Так называемая экономичная скорость, при кото рой расходы минимальны, может быть выбрана лишь тогда, если ее величина превышает вели чину промышленной скорости, определенной вышеизложенным методом.
85
TARTALOMJEGYZÉK
Előszó Kecke, H.-J.: Hidraulikus szállító berendezések csőszerelvényei Richter H. - Scholtz G.: A nyomásveszteség meghatározása heterogén szilárdanyag-folyadék keverékek csővezetéken történő hidraulikus szállításánál Scholz G. - Richter H.: Kritikus sebesség heterogén szilárd-folyadék keverékek vízszintes csővezetékben történő szállításakor Tarján I.-Debreczeni E.: A lamináris-turbulens átmeneti sebesség, a lerakodási határsebes ség és az üzemi sebesség meghatározása a hidraulikus szállításnál, vízszintes csőve zetékben Debreczeni E. - Tarján I.: Oldalfuvókás sugárszivattyú működésének vizsgálata és mére tezése Meggyes T.: A hidraulikus szállítás áramlási rendszerei
3 5 23 47
67 87 113
155
