гидротранспортирующая напорная система с элементами кавитации

Формула изобретения

Гидротранспортирующая напорная система с элементами кавитации, включающая трубу с изгибами, связанные между собой элемент сужения и элемент расширения трубы, отличающаяся тем, что она снабжена системой струйной аэрогидродинамической кавитации и жестко закрепленными завихрителями, при этом элемент сужения и элемент расширения соединены нежестко, герметично, а система струйной аэрогидродинамической кавитации включает верхнее и нижнее сопла, направленные с обеспечением подачи воздуха по ходу основного направления движения гидропотока в зоне элемента расширения, система струйной аэрогидродинамической кавитации установлена между элементом сужения и элементом расширения, при этом внутренний диаметр сопрягающегося с элементом сужения через уплотнительные кольца торца элемента расширения выполнен больше внутреннего диаметра торца элемента сужения, щель верхнего сопла установлена с возможностью направления подачи воздуха к стенке элемента расширения, а щель нижнего сопла установлена с возможностью направления подачи воздуха в центральную часть основного направления движения гидропотока, при этом завихрители установлены внутри элемента сужения и элемента расширения и выполнены в форме прямоугольных треугольников, острые углы которых в элементе сужения ориентированы по ходу основного направления движения гидропотока, а в элементе расширения - навстречу основному направлению движения гидропотока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добыче ценных минералов из прочных и высокопластичных песчано-глинистых пород при открытой разработке золотоносных россыпных месторождений.

Известны гидротранспортирующие системы напорного типа, процесс деформации, разрушения и дезинтеграции породы в которых осуществляется в результате действия давления напора, турбулентности и столкновения частиц между собой [1].

Данные системы не обеспечивают разрушение высокопластичных и прочных пород золотоносных россыпей в процессе транспортирования к перерабатывающему комплексу.

Наиболее близким по технической сущности является гидротранспортирующая напорная система с элементами, которая включает трубу с изгибами, связанные между собой элемент сужения и элемент расширения трубы [2].

Гидротранспортирующая напорная система, содержащая кавитаторы - изгибы трубы, жестко связанные между собой элемент сужения и элемент расширения труб, отражательные элементы - заслонки, не позволяет эффективно изменять структурно-механическое состояние, прочностные, реологические, теплофизические свойства песчано-глинистых пород.

Технический результат - интенсификация процесса направленного разрушения песчано-глинистых пород посредством аэрогидродинамической кавитации при напорном гидротранспортировании к системам глубокой переработки.

Технический результат достигается тем, что гидротранспортирующая напорная система с элементами кавитации, включающая трубу с изгибами, связанные между собой элемент сужения и элемент расширения трубы, отличается тем, что она снабжена системой струйной аэрогидродинамической кавитации и жестко закрепленными завихрителями, при этом элемент сужения и элемент расширения соединены нежестко, герметично, а система струйной аэрогидродинамической кавитации включает верхнее и нижнее сопла, направленные с обеспечением подачи воздуха по ходу основного направления движения гидропотока в зоне элемента расширения, система струйной аэрогидродинамической кавитации установлена между элементом сужения и элементом расширения, при этом внутренний диаметр сопрягающегося с элементом сужения через уплотнительные кольца торца элемента расширения выполнен больше внутреннего диаметра торца элемента сужения, щель верхнего сопла установлена с возможностью направления подачи воздуха к стенке элемента расширения, а щель нижнего сопла установлена с возможностью направления подачи воздуха в центральную часть основного направления движения гидропотока, при этом завихрители установлены внутри элемента сужения и элемента расширения и выполнены в форме прямоугольных треугольников, острые углы которых в элементе сужения ориентированы по ходу основного направления движения гидропотока, а в элементе расширения - на встречу основному направлению движения гидропотока.

Наличие новых конструктивных элементов и их взаимосвязей согласно формуле изменяет структуру гидропотоков в элементе сужения, а при переходе к элементу расширения, в момент увеличения скорости потока, возрастают области понижения давления до некоторого критического давления р_кр. Дозированная, с переменным давлением, дополнительная подача воздуха к стенке элемента расширения, через щель верхнего сопла системы аэрогидродинамической кавитации, обеспечивает мягкую подачу воздуха, увеличивающую зону разрежения и поступление в верхнюю часть транспортируемой пульпы дополнительного воздуха для увеличения числа воздушных кавитирующих пузырьков. Это создает значительную пульсацию и увеличивает эффект кавитации. Подача воздуха через щель нижнего сопла в центральную часть основного направления движения гидропотока создает эффект турбулентности, завихренности, что способствует понижению давления внутри жидкости, росту числа кавитирующих пузырьков, сдавливанию, стесненной деформации, последующему множественному разрушению песчано-глинистой породы.

Предлагаемая гидротранспортирующая напорная система с аэрогидродинамической кавитацией изображена на чертежах.

На фиг.1 - общий вид гидротранспортирующей напорной системы; на фиг.2 - вид А на фиг.1, показана система подачи воздуха; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2, показаны элементы сужения системы аэрогидродинамической кавитации и расположение верхнего и нижнего сопел; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.3; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.3, показано размещение завихрителей.

Гидротранспортирующая напорная система 1 с аэрогидродинамической кавитацией содержит изгибы 2 трубы 3, связанные между собой элемент сужения 4 и элемент расширения 5 труб 3. Элемент сужения 4 и элемент расширения 5 соединены нежестко, герметично и снабжены системой аэрогидродинамической кавитации 6 и жестко закрепленными завихрителями 7. Система аэрогидродинамической кавитации 6 снабжена верхним соплом 8 и нижним соплом 9, направленными с обеспечением подачи воздуха по ходу основного направления движения гидропотока 10, в зоне 11 элемента расширения 5 и установлена между элементом сужения 4 и элементом расширения 5. Внутренний диаметр 12 сопрягающегося с элементом сужения 4 через уплотнительные кольца 13 торца 14 элемента расширения 5 выполнен больше внутреннего диаметра 15 торца 16 элемента сужения 4. Щель 17 верхнего сопла 8 установлена с возможностью направления подачи воздуха к стенке 18 элемента расширения 5. Щель 18 нижнего сопла 9 установлена с возможностью направления подачи воздуха в центральную часть 19 основного направления движения гидропотока 10. Завихрители 7 установлены внутри элемента сужения 4 и элемента расширения 5 и выполнены в форме прямоугольных треугольников 20, острые углы 21 которых в элементе сужения 4 ориентированы по ходу основного направления движения гидропотока 10, а в элементе расширения 5 - на встречу основному направлению движения гидропотока 10. Гидротранспортирующая напорная система с аэрогидродинамической кавитацией 1 связана с системой управления режимом подачи 22 песчано-глинистой породы к системе глубокой переработки 23. Система аэрогидродинамической кавитации 6 связана с системой управления 24 ее работой.

Гидротранспортирующая напорная система с аэрогидродинамической кавитацией работает следующим образом.

С помощью системы управления режимом подачи 22 осуществляют настройку параметров всасывания и транспортировки из забоя, зумпфа или котлована золотосодержащей песчано-глинистой породы с водой через гидротранспортирующую напорную систему с аэрогидродинамической кавитацией 1. В результате кавитации в изгибах 2 трубы 3 действия давления напора, турбулентности и столкновения частиц между собой происходит пластическая деформация и частичное разрушение породы. С помощью системы управления 24 настраивается и включается система аэрогидродинамической кавитации 6. С помощью завихрителей 7, установленных внутри элемента сужения 4 и выполненных в форме прямоугольных треугольников 20, острые углы 21 которых ориентированы по ходу основного направления движения гидропотока 10, изменяется структура гидропотока, энергетическое, тепло-физическое и упругореологическое состояние элементов горной массы. При переходе к зоне 11 элемента расширения 5, в момент увеличения скорости потока, возрастают области понижения давления до некоторого критического давления р_кр. Для обеспечения долговечности конструкции, сопрягаемости ее элементов, герметичности и эффективности распределения подачи воздуха внутренний диаметр 12 сопрягающегося с элементом сужения 4 через уплотнительные кольца 13 торца 14 элемента расширения 5 выполнен больше внутреннего диаметра 15 торца 16 элемента сужения 4. Дозированная, с переменным давлением, дополнительная подача воздуха к стенке 18 элемента расширения 5, через щель 17 верхнего сопла 8 системы аэрогидродинамической кавитации 6, обеспечивает мягкую подачу воздуха, увеличивающую зону разрежения и поступление в верхнюю часть транспортируемой пульпы дополнительного воздуха для увеличения числа воздушных кавитирующих пузырьков. Это создает значительную пульсацию и увеличивает эффект кавитации. Подача воздуха через щель 18 нижнего сопла 9 в центральную часть 19 основного направления движения гидропотока 10 создает эффект турбулентности, завихренности, что способствует понижению давления внутри жидкости, росту числа кавитирующих пузырьков, сдавливанию, стесненной деформации, последующему множественному разрушению песчано-глинистой породы. С помощью завихрителей 7, установленных внутри элемента расширения 5, острые углы 21 которых ориентированы на встречу основному направлению движения гидропотока 10, усиливается эффект кавитации. Разрушенная до микронных размеров глинистая порода подается к системе глубокой переработки 23.

Гидротранспортирующая напорная система с аэрогидродинамической кавитацией интенсифицирует процесс направленного разрушения высокоглинистых пород посредством усиленной кавитации при напорном гидротранспортировании к системам глубокой переработки, повышает технологичность процесса.

Источники информации

1. Пешков В.Г. Разработка россыпных месторождений: Учебник для техникумов. 2-е изд. / Лешков В.Г. - М: Недра, 1985. - 568 с. С.291-295.

2. Заявка РФ №2002120559, Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН, 20.01.2004 г.