ОТВОД С ВЫСОКИМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ РЕСУРСОМ ПОЛИУРЕТАНОВОЙ ФУТЕРОВКИ

Полезная модель относится к области горного машиностроения, производящего технологическое оборудование горно-обогатительных предприятий в том числе трубы и отводы для транспортировки пульп внутри и вне обогатительных фабрик. Отвод - деталь трубопровода, предназначенная для плавного изменения направления движения пульпы. Наиболее часто применяются отводы стальные крутоизогнутые с углом изгиба 90 и реже отводы с углом изгиба 45° и 60° Стальные отводы крутоизогнутые бесшовные изготовляют методом штамповки или протяжки. Для увеличения срока службы отводов их внутренняя поверхность покрывается слоем износостойкого материала, служащего футеровкой стального корпуса отвода. Известны футерованные отводы, отличающиеся между собой конфигурацией корпуса, материалом футеровки и устройством крепления к транспортным трубопроводам (ООО «Юник Полимер»; Полимерсбыт). Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является отвод, состоящий из стального корпуса в виде изогнутого под углом отрезка стальной трубы с фланцами на торцах и слоем полиуретана, образующим футеровку ее внутренней поверхности. (Прототип.EUROCOMMA http://eurogomma.ru/). Недостатком данной конструкции отвода является его малый эксплуатационный ресурс из-за быстрого износа футеровки, особенно в местах изгиба. Задачей настоящей полезной модели является повышение длительности эксплуатации отвода с увеличением межремонтного периода в условиях транспортировки абразивных пульп, в том числе хвостов обогатительных фабрик. Поставленная задача решается путем увеличения ресурса на износ слоя полиуретановой футеровки внутренней поверхности отвода в местах, подверженных повышенному износу абразивной пульпой. Ресурс на износ характеризуется интервалом времени эксплуатации отвода до полного износа футеровки. Технический результат полезной модели достигается тем, что в отводе, состоящем из стального корпуса в виде изогнутого под углом отрезка стальной трубы с фланцами на торцах и слоем полиуретана, образующим футеровку ее внутренней поверхности, слой полиуретановой футеровки утолщен дифференцировано на искривленных участках отвода, подверженных повышенному износу абразивной пульпой. Износ футеровки при движении пульпы зависит от коэффициента трения поверхности футеровки и конфигурации трубопровода, что отражается в величинах коэффициентов гидродинамического сопротивления движению и потерь напора потока. В результате искривления потока пульпы в отводе жидкость движется с различной скоростью по вогнутой и выпуклой поверхностям изогнутой трубы, что отражается увеличением коэффициента сопротивления участка трубы и повышенным износом футеровки на выпуклой стороне. Для обеспечения равного для всех участков внутренней поверхности отвода ресурса на износ в предлагаемой модели толщина полиуретановой футеровки принята пропорциональной коэффициентам сопротивления потока на этих участках:
где hi, ζi - соответственно толщина слоя полиуретана и коэффициент сопротивления потока на искривленном участке отвода, hn, ζn - соответственно толщина слоя полиуретана и коэффициент сопротивления потока на прямолинейном участке трубопровода, к - коэффициент запаса ресурса на износ футеровки на искривленном участке отвода (k=1-2). В качестве средних показателей при расчетах параметров футеровки при плавном изгибе отвода могут быть приняты следующие значения коэффициентов сопротивления ζi=0,17, ζn=0,12 и соответственно высоту утолщенного слоя полиуретана, равной
hi=1,4 k hn.
Таким образом, в соответствии с задачей повышения ресурса работы отвода, футеровка в продольном и поперечном сечениях проточного канала предлагаемой модели отвода имеет разную, изменяющуюся пропорционально местным коэффициентам сопротивления движению пульпы толщину, и ее параметры определяются образующей канала и криволинейными направляющими. С учетом этого авторами разработаны зависимости для определения оптимальных параметров криволинейного покрытия полиуретаном внутренней поверхности отвода. Координаты продольного и поперечного сечений канала с различной толщиной футеровки определяются образующей канала в виде окружности и направляющей (Описывающей профиль слоя футеровки и расположенной в плоскости центрального сечения отвода (см. ниже).
На фиг. 1, 2 схематично показаны элементы отвода, футерованные полиуретановым полимером.
На фиг. 1а приведен общий вид отвода сбоку, на фиг. 1б - вид от- вода по А с торца, где 1- стальной корпус отвода с углом изгиба 90°, 2 - прикрепленный к корпусу фланец, 3 - слой полиуретановой футеровки.
На фиг. 2 показаны продольное и поперечные сечения проточного канала отвода, футерованного полиуретаном, где 4 - внутренняя поверхность стального корпуса отвода, покрытая клеем, Ro, Ro1-соответственно радиусы выпуклого и вогнутого участков металлического корпуса, r - радиус окружности - образующей проточного канала, Rn, Rn1 - соответственно радиусы направляющих образующей проточного канала со стороны вогнутой и выпуклой стенок отвода, hi - максимальная толщина полиуретановой футеровки, ht - толщина футеровки на торце проточного канала,
ΔRo=О1-О.
При футеровании внутренней поверхности отвода учитывается условие соблюдения равенства диаметров стальных отвода и трубопровода, изгиба проточного канала, где наблюдаются повышенные сопротивление движущемуся потоку пульпы и износ футеровки, соблюдается также равенство толщин футеровок в соединяемых торцах. Координаты направляющей образующей проточного канала в виде окружности 2πr определяются из зависимости:
где Δh=hi-ht; ΔR0=O1-O=Δh/(1-sin45°). - смещение центра вращения O1 радиусов направляющих Rn и Rn1 относительно центра изгиба корпуса отвода О. В соответствии с данной зависимостью слой футеровки имеет максимальную толщину в центре вогнутой внутренней поверхности стального канала. Для определения параметров проточного канала также может быть использована вторая направляющая, проходящая на диаметрально противоположной стороне канала.
С ее помощью уточняется допустимое соотношение толщин футеровки на противоположных в плоскости изгиба стальных стенках отвода. Разработанные авторами зависимости и приемы построения проточного канала отвода с криволинейной футеровкой создают оптимальные гидродинамические и эксплуатационные условия работы отводов, в том числе:
- максимальное увеличение толщины слоя футеровки осуществлено в месте изгиба проточного канала, где наблюдается повышенное сопротивление потоку пульпы и износ футеровки;
- сечение проходного канала имеет форму круга на всем протяжении отвода;
- выдержано условие плавного перехода от утолщенного участка футеровки к толщине на торцах изогнутой трубы. Последняя равна номинальной толщине футеровки в примыкающих к отводу труб: hn=ht;
- сохранена достаточная толщина футеровки на участке поверхности канала, расположенном напротив участка с увеличенной толщиной слоя.
Конструктивные элементы, увеличивающие срок эксплуатации отводов и примененные авторами в разработанной модели, являются новыми. Новым является продольный профиль проточного канала отвода с футеровкой, изогнутой вдоль и поперек канала пропорционально частным коэффициентам гидродинамического сопротивления движению пульпы на отдельных участках. Параметры оригинального профиля определяются по разработанным авторами зависимостям (2, 3). Промышленная полезность предлагаемой модели заключается в увеличении эксплуатационного ресурса отвода за счет оптимальных параметров криволинейного покрытия полиуретаном его внутренней поверхности и снижения затрат на ремонт и замену отводов. Изготовление данной модели отвода включает изготовление изогнутого стального корпуса методом протяжки участка трубы, приготовление полиуретанового композита, термическую подготовку сырья с доведением до расплавленного состояния, покрытие внутренней поверхности отвода расплавом полиуретанового сырья путем применения метода свободной заливки с использованием литьевой машины и сборной литьевой формы, придающей футеровке и проточному каналу заданную конфигурацию. Параметры формы определяются по зависимостям (2, 3).