Коэффициент полезного действия эрлифтов

Известны несколько типов эрлифтов различающихся по своему конструктивному исполнению и осуществляющих транспортирование различного рода жидкостей и некоторый дисперсоид из твердых частиц. Параметром, определяющим эффективность эрлифтной установки, является коэффициент полезного действия. Отметим, что для всех типов вертикальных эрлифтов с различными условиями работы общими исходными данными для определения КПД установок являются: высота подъема смеси, ее масса и работа производимая сжатым воздухом.

В общем виде КПД определяется отношением полезной работы к затраченной работе. Для случая эрлифтной установки полезной будет работа сил тяжести жидкости при подъеме на высоту (рис.1), а затраченной работой является работа сжатого воздуха при его расширении.

,

(3)

где – работа сил тяжести жидкости; – работа 1 м³ сжатого воздуха, совершаемая при его расширении; К –коэффициент сжимаемости воздуха; – расход свободного воздуха, м³.

Работа сил тяжести жидкости массой m, равна

.

Рассмотрим работу газа при его расширении.

Рис.2. Зависимость давления от объема

Работа численно равна площади под графиком расширения воздуха (рис 2.):

,

(4)

где Р ₁–давление создаваемое компрессором; V ₁– объем сжатого воздуха (м³); Р ₂ – атмосферное давление; V ₂– объем свободного воздуха (м³).

Если коэффициент сжимаемости воздуха , то Р ₂, Р ₁, V ₁, V ₂ можно представить в следующем виде:

Р ₂ = P_a (атм.) = 1·10⁵ (Па) - атмосферное давление;

Р ₁ = K · Р_{2 ,} = K · P_a = К ·1·10⁵ (Па) - давление воздуха на выходе компрессора;

V ₁ = 1 (м³) - метр кубический сжатого воздуха;

V ₂ = K (м³) - объем воздуха после расширения, численно равен коэффициенту расширения.

Подставим величины в уравнение (4). После преобразования получим уравнение работы при расширении 1 м³ сжатого воздуха до свободного состояния при атмосферном давлении:

Вывод: при проектировании эрлифта по данной методике отпадает необходимость исследований его производительности при высоких скоростях потоков воды, воздуха и водо-воздушной смеси. Аналитическим способом определяются и выбираются наиболее подходящие скоростные режимы работы. При правильно выбранных параметрах установки и малых скоростях потоков эрлифт близок к идеальной модели, где минимальны и могут не учитываться.

На основе уравнений (1), (2), (3) разработаны программа и способ управления и регулирования скоростей всех потоков эрлифта. Полученная методика не использует эмпирические зависимости и может быть применена для расчета технических параметров эрлифта для различных условий: от транспортировки воды с некоторым дисперсоидом твердых тел до различных химических жидкостей, применяемых в промышленности. При этом планируемая производительность установки обусловлена выбором оптимального режима работы с определением необходимого для этого и выбором проходного диаметра подающего жидкость трубопровода. Проверочные расчеты показали соответствие теоретических расчетов и реальных значений расходных характеристик установок, работающих в оптимальных режимах.

Уравнения динамики потоков эрлифта (2) отражают динамические процессы движения потоков установки. По динамическому давлению и уменьшению напора потоков на сопротивлениях в трубопроводах определяется среднее значение ускорения потоков и время переходных процессов, решаются и многие другие практические задачи, связанные с движением двухфазных сред.

* * *

1. Александров В.И., Коломоец Г.И., Хозяинов В.П. Уравнения балансового типа как основа математической модели эрлифтного подъемника // «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» – Тула – Донецк – Минск: 2011. – Вып. 7, Т.1. – С.200-207.