МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЭРЛИФТ
MULTI-STAGE AIR LIFT

Изобретение относится к гидроподъемным и гидротранспортным устройствам, предназначенным для откачки транспортирования гидросмеси по горизонтальным выработкам, в частности к конструкции многоступенчатого эрлифта, и может быть использовано в горной, в горнорудной, энергетической промышленности, мелиорации, в системах водоснабжения и других отраслях хозяйства.
Известен многоступенчатый эрлифт (см. а.с. №885633, МКИ F04F 5/24, бюл. №44, 1981), содержащий последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенные в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, подъемную трубу, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенной к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающим 60°, а сливная туба каждой ступени имеет уклон 10…20%.
Недостатком данного ступенчатого эрлифта является низкая эффективность его работы из-за невозможности полного смешения подаваемого воздуха с транспортируемой жидкостью.
Известен многоступенчатый эрлифт (см. патент РФ №2161739 МПК F04F 1/18 опубл. 10.01.2001 бюл. №1), содержащий последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, подъемную трубу, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенной к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающем 60°, а сливная труба имеет уклон 10-20%, при этом смеситель выполнен в виде перфорированной трубы, расположенной рядом с подъемной трубой, переходящей в суживающееся сопло с внутренними криволинейными канавками, соединенными между собой при помощи гнутой скобы, на конце подъемной трубы установлена расширяющаяся внизу насадка с криволинейными винтообразными направляющими, и внутри нее предусмотрен биметаллический многогранник, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны параллельны, а две другие перпендикулярны друг другу, на конце сливной трубы установлено гибкое перфорированное кольцо, уложенное на дно приемника жидкости.
Недостатком является снижение эффективности транспортировки гидросмеси при длительной эксплуатации из-за налипания твердых частиц в полостях криволинейных/нитеобразных канавках и на поверхностях криволинейных винтообразных направляющих, что увеличивает гидравлическое сопротивление сопла и насадки, установленные на конце подъемной трубы.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание эффективной работы при длительной эксплуатации за счет предотвращения налипания твердых загрязнений в полостях криволинейных винтообразных канавок и на поверхностях криволинейных направляющих путем образования микрозавихрений и микровзрывов при наличии двух встречно направленных закрученных вихревых потоков.
Технический результат достигается тем, что многоступенчатый эрлифт содержит последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике жидкости вертикальное всасывающее устройство, смеситель, подъемную трубу, воздуховод и воздухоотделитель со сливной трубой, присоединенной к приемнику последующей ступени, причем подъемная труба каждой ступени расположена к оси всасывающего устройства под углом, не превышающем 60°, а сливная труба имеет уклон 10-20%, при этом смеситель выполнен в виде перфорированной трубы, расположенной рядом с подъемной трубой, переходящей в суживающееся сопло с внутренними криволинейными канавками, соединенными между собой при помощи гнутой скобы, на конце подъемной трубы установлена расширяющаяся внизу насадка с криволинейными винтообразными направляющими, и внутри нее предусмотрен биметаллический многогранник, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны параллельны, а две другие перпендикулярны друг другу, на конце сливной трубы установлено гибкое перфорированное кольцо, уложенное на дно приемника жидкости, при этом в суживающемся сопле внутренние криволинейные винтообразные канавки имеют направление касательной по ходу движения часовой стрелки, а криволинейные винтообразные направляющие на внутренней поверхности расширяющей насадки имеют направление касательной против хода движения часовой стрелки.
На фиг.1 приведен продольный разрез многоступенчатого эрлифта; на фиг.2 - принципиальная схема смесителя в разрезе А-А; на фиг.3 - разрез смесителя; на фиг.4 - развертка внутренней поверхности суживающего сопла с внутренними криволинейными винтообразными канавками, касательная которых имеет направление по ходу движения часовой стрелки; на фиг.5 - схема биметаллического многогранника; на фиг.6 - развертка внутренней поверхности насадки с внутренними винтообразными канавками, касательная которых имеет направление против хода движения часовой стрелки.
Многоступенчатый эрлифт содержит последовательно расположенные ступени, каждая из которых имеет размещенное в приемнике 1 жидкости вертикальное всасывающее устройство 2, смеситель 3, подъемную трубу 4, воздуховод 5, воздухоотделитель 6 со сливной трубой 7, присоединенной к приемнику 8 последующей ступени, причем подъемная труба 4 каждой ступени распложена к оси всасывающего устройства 2 под углом, не превышающим 60°, а сливная труба 7 имеет уклон 10…20%. Рядом с подъемной трубой 4 расположена перфорированная труба 9, соединенная при помощи гнутой скобы 10 с суживающим соплом 11 с внутренними криволинейными винтообразными направляющими канавками 12, касательная которых имеет направление по ходу движения часовой стрелки (см. стр.509 Выгодский М.Д. Справочник по высшей математике. - М.: 1965 - 872 с. ил.). На конце подъемной трубы 4 установлена расширяющаяся книзу насадка 13 с криволинейными винтообразными направляющими 14, касательная которых имеет направление против хода движения часовой стрелки. Внутри подъемной трубы 4 размещен биметаллический многогранник 15, поперечное сечение которого представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны 16 параллельны, а две другие 17 перпендикулярны друг другу. Биметаллический многогранник 15 выполнен из пластины, является полым, верхний 18 и нижний 19 торцы открыты для прохода жидкости. Сливная труба 7 присоединена к гибкому перфорированному кольцу 20, уложенному на дно 21 приемника 8.
Многоступенчатый эрлифт работает следующим образом.
При подаче сжатого воздуха под давлением от компрессора (не показан), который имеет возможность засасывать воздух периодически с разной температурой в шахте, в воздуховод 5 в смесителе 3 образуется многофазная глубоко эмульгированная и диспергированная смесь за счет равномерного распределения воздуха при выходе из отверстий. Причем отверстия в перфорированной трубе 9 расположены с изменяющимся шагом и диаметром по высоте на поверхности. Во всем объеме в приемнике 1 происходит полное смешение воздуха с гидросмесью, объемная масса, плотность ее уменьшается. Значительная часть воздуха через гнутую скобу 10, суживающееся сопло 11 с внутренними криволинейными винтообразными канавками закручивается, образуя вихреобразное перемещение по направлению движения часовой стрелки, поступает в подъемную трубу 4 с биметаллическим многогранником 15, поперечное сечение, которое представляет собой четырехугольник, у которого две противоположные стороны 16 параллельны, а две другие 17 перпендикулярны друг к другу. Биметаллический многогранник 16 изготовлен из пластины, является полым, верхний 18 и нижний 19 торцы открыты для прохода жидкости. Биметаллический многогранник не является объемным элементом. Узкая параллельная сторона 16 проявляет свойство каркаса и максимально способствует деформации широкой перпендикулярной стороны 17 за счет биметаллических свойств многогранника 15 в горизонтальном направлении.
Остальная часть воздуха поступает в приемник 1 или 8 и смешивается с рабочей средой, при этом опускающаяся жидкость по сливной трубе 7, выходя из перфорированного кольца 20, усиливает перемещение рабочей среды в приемнике 8 и приводит к взвешиванию твердых включений. Образовавшаяся эмульсия под давлением сжатого воздуха поступает в подъемную трубу 4 через расширяющуюся книзу насадку с криволинейными винтообразными направляющими 14 и закручивается, образуя вихревое перемещение по направлению против движения часовой стрелки и далее во всасывающее устройство 2, суживающееся сопло 11 с криволинейными винтообразными канавками 12 и биметаллический многогранник 15.
При этом эмульсия, закрученная в криволинейных винтообразных направляющих 14, расположенных на внутренней поверхности расширяющейся книзу насадки 13, образует вихрь вращающийся по направлению против движения часовой стрелки и по мере перемещения к расширяющемуся соплу 11 начинает контактировать с потоком, закрученным в криволинейных винтообразных канавках 12, который в виде вихря вращается по направлению движения часовой стрелки. Это приводит к распаду вращающихся в противоположных направлениях вихрей на мелкие микрозавихрения и микровзрывы (см., например, Меркулов В.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - М.: Машиностроение, 1969 - 184 с. ил.). В результате как на поверхностях криволинейных винтообразных направляющих 14, так в похожих криволинейных винтообразных канавок 12 наблюдается срыв и налипание твердых частиц, обеспечивая поддержание расчетного гидравлического сопротивления насадки и суживающегося сопло и соответственно устранение возникновения дополнительных энергозатрат на транспортировку эмульсии.
Закрученный поток эмульсии оказывает воздействие также на биметаллический многогранник 15, пульсируя его относительно средней части по высоте, которая принята достаточной для проявления вибрации.
Периодический забор воздуха компрессором из зон различной температурой, что всегда имеет место такого распределения воздуха в шахте за счет ее вентиляции и перемещения воздушных масс, а также подача в приемники холодной грунтовой воды, а другой воды в шахте не присутствует, все это в совокупности исключает возможность выравнивания температуры воздуха и биметаллического многогранника 15 и обеспечивает постоянную его деформацию за счет биметаллических свойств и аэрогидродинамических сил, которые заставляют пульсировать многогранник 15 и создавать эффект подсоса рабочей среды. Перфорированное гибкое кольцо 20 кроме взмучивания и перемешивания жидкости исключает возможность обратного ее тока по спускной трубе 7 в обратном направлении.
Создание в приемнике глубоко эмульгированной, однородной и диспергированной рабочей среды за счет использования усовершенствованной конструкции смесителя позволяет многоступенчатому эрлифту повысить эффективность своей работы и КПД вследствие снижения гидравлических сопротивлений системы.
Оригинальность предложенного технического решения многоступенчатого эрлифта заключается в поддержании эффективности работы при длительной эксплуатации за счет устранения возрастания гидравлического сопротивления суживающегося сопла и насадки путем предотвращения залипания твердых загрязнений в полостях криволинейных винтообразных канавок и на поверхностях криволинейных винтообразных направляющих насадки посредством образования микрозавихрений и микровзрывов при контакте вращающихся во встречном направлении вихрей, полученных при перемещении эмульсии как по направлению, так и против направления часовой стрелки.