نحوه محاسبه اندازه شیلنگ معدن، نرخ جریان و افت فشار

انتخاب اندازه شیلنگ استخراج فقط بر اساس قطر اسمی می تواند منجر به محاسبات نادرست جریان، افت فشار بیش از حد یا سایش غیر ضروری لاینر شود. یک محاسبه قابل اعتماد باید دبی مورد نیاز، قطر داخلی واقعی، سرعت عملیاتی، طول شلنگ، مواد انتقال یافته، ارتفاع، اتصالات و شرایط فشار را در نظر بگیرد.

برای کاربردهای مایع و دوغاب، رابطه اساسی ساده است: سرعت جریان به مساحت شیلنگ و سرعت سیال بستگی دارد. سپس افت فشار به طول شلنگ، قطر داخلی، سرعت جریان، چگالی سیال و مقاومت در برابر اتصالات و ارتفاع بستگی دارد.

این راهنما نحوه محاسبه اندازه شیلنگ استخراج، سرعت جریان و افت فشار را برای برنامه ریزی اولیه سیستم توضیح می دهد. این عمدتا بر روی کاربردهای آب و دوغاب متمرکز است. هوای فشرده و سایر گازها به محاسبات مجزای جریان تراکم پذیر نیاز دارند.

قبل از شروع، بررسی اینکه شیلنگ ماینینگ چیست ، از جمله آستر، تقویت‌کننده و ساختار پوشش بیرونی آن، ممکن است مفید باشد.

خوراکی های کلیدی

• به جای تکیه بر اندازه اسمی شیلنگ، از قطر داخلی واقعی شلنگ استفاده کنید.

• قطر شلنگ را از روی دبی مورد نیاز و سرعت عملیاتی مناسب محاسبه کنید.

• سرعت جریان، سرعت و قطر شیلنگ مستقیماً از طریق سطح مقطع شیلنگ ارتباط دارند.

• افت فشار شامل اصطکاک شیلنگ مستقیم، اتصالات، تغییرات ارتفاع و تجهیزات متصل است.

• افت فشار دوغاب را نمی توان همیشه با استفاده از خواص آب به طور دقیق تخمین زد.

• شلنگ بزرگتر ممکن است افت فشار را کاهش دهد، اما انتخاب نهایی باید درجه فشار، مقاومت در برابر خلاء، شعاع خمش، کوپلینگ، حرکت و فضای نصب را نیز در نظر بگیرد.

• هر زمان که از داده های افت فشار سازنده برای طراحی نهایی در دسترس بود استفاده کنید.

ورودی های محاسباتی مورد نیاز را جمع آوری کنید

قبل از محاسبه، داده های عملیاتی خط شلنگ را جمع آوری کنید. ورودی های نادرست یا نادرست می تواند نتیجه را غیرقابل اعتماد کند.

در صورت امکان از دبی معمولی و حداکثر دبی مورد انتظار استفاده کنید. شلنگی که با جریان متوسط ​​کار می کند ممکن است در زمانی که سیستم در حداکثر ظرفیت کار می کند، سرعت یا افت فشار زیادی ایجاد کند.

نرخ جریان مورد نیاز را تعیین کنید

دبی مورد نیاز معمولاً از پمپ، تجهیزات فرآیند، نیاز به آبگیری یا ظرفیت انتقال دوغاب حاصل می شود.

واحدهای رایج عبارتند از:

• متر مکعب در ساعت: m³/h

• لیتر در دقیقه: L/min

• گالن در دقیقه: gpm

تبدیل های مفید عبارتند از:

• 1 m³/h = 16.67 L/min

• 1 لیتر در دقیقه = 0.06 m³/h

• 1 گرم در دقیقه ≈ 3.785 لیتر در دقیقه

اگر سرعت جریان از قبل از طراحی پمپ یا فرآیند مشخص است، از آن مقدار به عنوان نقطه شروع استفاده کنید. اگر دبی باید از ابعاد و سرعت شلنگ محاسبه شود، از موارد زیر استفاده کنید:

Q = v × A

سطح مقطع شیلنگ عبارت است از:

A = πD² / 4

بنابراین:

Q = v × πD² / 4

کجا:

• Q نرخ جریان بر حسب m³/s است

• v میانگین سرعت سیال بر حسب متر بر ثانیه است

• D قطر داخلی واقعی بر حسب متر است

• A سطح مقطع داخلی بر حسب متر مربع است

برای محاسبات عملی با استفاده از میلی متر و m³/h:

Q (m³/h) ≈ 0.00283 × D² (mm) × v (m/s)

برای L/min:

Q (L/min) ≈ 0.0471 × D² (mm) × v (m/s)

این فرمول ها نشان می دهد که چرا یک تغییر کوچک در قطر داخلی می تواند تغییر قابل توجهی در ظرفیت جریان ایجاد کند.

قطر شیلنگ معدن مورد نیاز را محاسبه کنید

هنگامی که دبی مورد نیاز و سرعت طراحی مشخص شد، حداقل قطر داخلی را با استفاده از:

D = √(4Q / πv)

برای استفاده عملی:

D (mm) ≈ 18.8 × √[Q (m³/h) / v (m/s)]

یا:

D (mm) ≈ 4.61 × √[Q (L/min) / v (m/s)]

نتیجه قطر داخلی نظری مورد نیاز برای حمل جریان هدف در سرعت انتخاب شده است. لزوماً اندازه شلنگ تجاری نهایی نیست.

مثال

فرض کنید یک سیستم دوغاب به موارد زیر نیاز دارد:

• سرعت جریان: 90 m³/h

• سرعت هدف: 3.0 متر بر ثانیه

قطر داخلی مورد نیاز عبارت است از:

D ≈ 18.8 × √ (90 / 3.0)

D ≈ 103 میلی متر

این بدان معناست که برای انتقال 90 متر مکعب بر ساعت با سرعت 3.0 متر بر ثانیه به یک شلنگ با قطر داخلی واقعی تقریباً 103 میلی متر نیاز است.

یک شلنگ 100 میلی متری اسمی ممکن است قطر داخلی واقعی نزدیک به 100 میلی متر داشته باشد، اما نه دقیقاً. در یک ID واقعی 100 میلی متر، سرعت تقریباً برابر است با:

v = Q / A

v = 0.025 / (π × 0.1² / 4)

v ≈ 3.18 m/s

شناسه واقعی 110 میلی متر سرعت را به تقریباً 2.63 متر بر ثانیه در همان سرعت جریان کاهش می دهد.

انتخاب نهایی به محدوده سرعت قابل قبول، هدف افت فشار، اندازه های شلنگ موجود، فضای نصب و ویژگی های دوغاب منتقل شده بستگی دارد.

یک سرعت عملیاتی مناسب را انتخاب کنید

سرعت نباید تنها از قطر شلنگ انتخاب شود. باید با مواد انتقال یافته و شرایط عملیاتی مطابقت داشته باشد.

سرعت خیلی زیاد ممکن است باعث شود:

• افزایش سایش لاینر داخلی

• افت فشار بیشتر

• مصرف انرژی پمپ بالاتر

• فرسایش شدیدتر در خم ها و اتصالات

• افزایش نوسانات فشار

سرعت خیلی کم ممکن است باعث شود:

• ته نشین شدن جامدات در خطوط دوغاب

• انسداد جزئی

• ترشح ناپایدار

• افزایش نیاز به تمیز کردن یا شستشو

• عملکرد ضعیف حمل و نقل

هیچ سرعت واحدی وجود ندارد که برای هر شیلنگ ماینینگ مناسب باشد. مقدار صحیح بستگی به اندازه ذرات، چگالی ذرات، غلظت جامدات، ویسکوزیته دوغاب، طرح خط، ویژگی های پمپ و ساخت آستر دارد.

برای دوغاب ساینده، طراحی باید دو الزام رقیب را متعادل کند:

1. سرعت کافی برای انتقال مواد جامد از طریق خط را حفظ کنید.

2. از سرعت بالای غیر ضروری که سایش لاینر و افت فشار را تسریع می کند، خودداری کنید.

سرعت مشخص شده توسط مهندس فرآیند، تامین کننده پمپ یا سازنده شلنگ باید بر یک قانون کلی اولویت داشته باشد.

سرعت واقعی شیلنگ انتخابی را دوباره محاسبه کنید

پس از انتخاب نزدیکترین اندازه شلنگ موجود، سرعت واقعی را دوباره محاسبه کنید. این مرحله مهم است زیرا اندازه شلنگ تجاری ممکن است دقیقاً با قطر نظری مطابقت نداشته باشد.

استفاده کنید:

v = Q / A

یا:

v = 4Q / πD²

برای سرعت جریان شناخته شده 90 m³/h:

• یک شیلنگ ID 100 میلی متری سرعت تقریباً 3.18 متر بر ثانیه را تولید می کند.

• یک شیلنگ ID 110 میلی متری سرعت تقریباً 2.63 متر بر ثانیه را تولید می کند.

• یک شیلنگ ID 125 میلی متری سرعت تقریباً 2.04 متر بر ثانیه را تولید می کند.

سپس نتیجه باید با الزامات فرآیند بررسی شود. شلنگ بزرگتر به طور خودکار انتخاب صحیحی نیست اگر سرعت کمتر بتواند به جامدات اجازه ته نشین شدن بدهد.

همیشه از قطر داخلی واقعی سازنده استفاده کنید. اندازه اسمی ممکن است منعکس کننده ضخامت آستر، تحمل ساخت و ساز یا شناسه نهایی شلنگ نباشد.

افت فشار را در شیلنگ مستقیم محاسبه کنید

برای تخمین اولیه جریان مایع، می توان از معادله دارسی-وایزباخ استفاده کرد:

شیلنگ ΔP = f × (L / D) × (ρv² / 2)

کجا:

• شیلنگ ΔP افت فشار در Pa است

• f ضریب اصطکاک دارسی است

• L طول شلنگ بر حسب متر است

• D قطر داخلی واقعی بر حسب متر است

• ρ چگالی سیال یا دوغاب بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب است

• v میانگین سرعت بر حسب m/s است

افت سر معادل:

hf = f × (L / D) × (v² / 2g)

جایی که g شتاب گرانشی است، تقریباً 9.81 m/s².

ضریب اصطکاک به موارد زیر بستگی دارد:

• شماره رینولدز

• ویسکوزیته سیال

• زبری سطح داخلی

• مواد آستر شلنگ

• شرایط جریان

• غلظت دوغاب و مشخصات ذرات

برای آب، ضریب اصطکاک ممکن است با استفاده از روش‌های استاندارد جریان سیال تخمین زده شود. برای دوغاب، محاسبه پیچیده تر است، زیرا مخلوط ممکن است مانند یک مایع نیوتنی ساده رفتار نکند.

به همین دلیل، نمودارهای افت فشار سازنده یا داده های آزمایش معمولاً برای طراحی نهایی شیلنگ استخراج ترجیح داده می شوند.

اتصالات، کوپلینگ ها و سایر تلفات محلی را شامل شود

شیلنگ مستقیم تنها یک منبع کاهش فشار است. زانوها، کاهنده ها، سوپاپ ها، کوپلینگ ها، فلنج ها، صافی ها و سایر اجزا نیز در برابر جریان مقاومت می کنند.

افت فشار موضعی را می توان با استفاده از:

اتصالات ΔP = ΣK × (ρv² / 2)

کجا:

• ΣK ضریب تلفات کل برای همه اتصالات است

• ρ چگالی سیال یا دوغاب است

• v سرعت جریان است

اگر سازنده یک ضریب تلفات برای یک کوپلینگ، زانویی یا کاهنده ارائه می‌کند، از آن مقدار استفاده کنید. در غیر این صورت، ممکن است از روش‌هایی با طول معادل برای تخمین اولیه استفاده شود، اما در مورد مجموعه‌های شلنگ انعطاف‌پذیر باید با احتیاط رفتار کرد.

شلنگ نصب شده با چندین خم محکم ممکن است افت فشار بسیار بیشتری نسبت به همان شلنگ نصب شده در یک خط مستقیم داشته باشد. زاویه خم، شعاع خم، طراحی اتصال و انتقال بین لوله و شیلنگ همگی می توانند بر نتیجه واقعی تأثیر بگذارند.

حساب ارتفاع و فشار تجهیزات

فشار کل مورد نیاز ممکن است شامل ارتفاع و فشار مورد نیاز تجهیزات پایین دست نیز باشد.

فشار استاتیک مرتبط با ارتفاع عبارت است از:

ارتفاع ΔP = ρgh

کجا:

• ρ چگالی سیال یا دوغاب است

• گرم 9.81 متر بر ثانیه است

• h تغییر ارتفاع عمودی بر حسب متر است

برای بالابر رو به بالا، ارتفاع به فشار پمپ مورد نیاز می افزاید. برای یک بخش رو به پایین، سهم استاتیک ممکن است بسته به طرح کامل سیستم، سر پمپ مورد نیاز را کاهش دهد. تلفات اصطکاک در هر جهت وجود دارد.

بنابراین یک محاسبه سیستم عملی باید در نظر گرفته شود:

ΔP کل = شیلنگ ΔP + اتصالات ΔP + ارتفاع ΔP + تجهیزات ΔP

اصطلاح تجهیزات ممکن است شامل فشار ورودی مورد نیاز، فشار اسپری، فشار سیکلون، فشار نازل یا سایر نیازهای فرآیند باشد.

از دست دادن اصطکاک شلنگ مانند فشار کل پمپ تلقی نکنید. پمپ باید بر مقاومت کامل سیستم غلبه کند و همچنان فشار مورد نیاز در نقطه تخلیه را تامین کند.

ملاحظات ویژه برای افت فشار دوغاب

افت فشار دوغاب بیش از سرعت جریان و قطر شلنگ تحت تأثیر قرار می گیرد.

متغیرهای مهم عبارتند از:

• چگالی دوغاب حجیم

• غلظت مواد جامد

• اندازه و شکل ذرات

• سختی ذرات

• ویسکوزیته حامل-سیال

• سرعت جریان

• طول شلنگ

• تعداد خم ها

• ارتفاع

• وضعیت آستر داخلی

• تغییر در قطر شلنگ یا جهت

استفاده از چگالی آب در محاسبه دوغاب ممکن است به طور قابل توجهی افت فشار را کمتر از حد اعلام کند. یک دوغاب با غلظت مواد جامد بالا نیز ممکن است ویسکوزیته ظاهری و رفتار جریانی متفاوتی از آب تمیز داشته باشد.

دوغاب همچنین می تواند زمانی که سرعت کافی نیست ته نشین شود. هنگامی که جامدات جمع می شوند، افت فشار ممکن است بیشتر افزایش یابد و خط ممکن است تا حدی مسدود شود.

برای برنامه ریزی اولیه، معادله دارسی-وایزباخ می تواند تخمین مفیدی را در صورت وجود خواص دوغاب مناسب و ضریب اصطکاک معقول ارائه دهد. برای طراحی نهایی، از داده های تست یا پشتیبانی مهندسی سازنده بر اساس شرایط واقعی دوغاب استفاده کنید.

اگر کاربرد شامل مواد جامد بسیار ساینده است، گزینه‌های شلنگ لاستیکی دوغابی مناسب را با توجه به ساخت آستر و شرایط عملیاتی مورد نیاز بررسی کنید.

مثال کار شده: مقایسه دو اندازه شیلنگ

یک خط دوغاب با شرایط زیر را در نظر بگیرید:

• دبی مورد نیاز: 90 m³/h

• چگالی دوغاب: 1400 کیلوگرم بر متر مکعب

• طول شلنگ: 30 متر

• ارتفاع به سمت بالا: 10 متر

• ضریب تلفات برازش کل: K = 3.5

• ضریب اصطکاک دارسی گویا: f = 0.03

نرخ جریان ابتدا تبدیل می شود:

90 m³/h = 0.025 m³/s

شناسه نظری در سرعت هدف 3.0 متر بر ثانیه تقریباً 103 میلی متر است. دو شناسه شلنگ کاندید را مقایسه کنید: 100 میلی متر و 110 میلی متر.

این مقادیر، برآوردهای گویا بر اساس مفروضات بیان شده است. آنها جایگزین داده های آزمایش سازنده یا محاسبات هیدرولیک پروژه خاص نمی شوند.

شیلنگ 100 میلی متری سرعت بالاتر و تلفات اصطکاک تخمینی بالاتری تولید می کند. در صورتی که فرآیند اجازه دهد تا آن سرعت باشد و پمپ ظرفیت فشار کافی داشته باشد، ممکن است همچنان مناسب باشد.

شیلنگ 110 میلی متری سرعت و افت فشار تخمینی را کاهش می دهد، اما اگر سرعت کمتر خطر ته نشین شدن دوغاب را افزایش دهد، ممکن است بهترین انتخاب نباشد. بنابراین تصمیم نهایی باید هم عملکرد هیدرولیکی و هم الزامات حمل و نقل جامد را در نظر بگیرد.

اشتباهات رایج در محاسبه

استفاده از قطر اسمی به جای شناسه واقعی

منطقه جریان توسط قطر داخلی نهایی تعیین می شود، نه اندازه اسمی چاپ شده در نام محصول. همیشه شناسه واقعی را از اطلاعات فنی تأیید کنید.

مخلوط کردن واحدهای جریان

استفاده از m³/h در فرمولی که به m³/s نیاز دارد، می تواند نتیجه ای 3600 برابر متفاوت ایجاد کند. قبل از اعمال معادلات پایه، تمام مقادیر را تبدیل کنید.

درمان دوغاب به عنوان آب

محاسبات مبتنی بر آب ممکن است برای مقایسه اولیه قابل قبول باشند، اما می توانند افت فشار را در دوغاب متراکم یا چسبناک دست کم بگیرند.

نادیده گرفتن اتصالات و ارتفاع

یک شلنگ بلند ممکن است بزرگترین منبع مقاومت سیستم نباشد. چندین خم، کاهنده، شیرها و بالابرهای عمودی می توانند فشار قابل توجهی را اضافه کنند.

بررسی فقط جریان عادی

راه اندازی پمپ، بسته شدن شیر، انسداد و تغییرات فرآیند ممکن است جریان یا فشار بیشتری نسبت به عملکرد عادی ایجاد کند. شرایط اوج و گذرا را در نظر بگیرید.

استفاده از فرمول های مایع در هوای فشرده

چگالی هوا به طور قابل توجهی با فشار تغییر می کند. محاسبه جریان مایع نباید مستقیماً در اندازه شلنگ هوای فشرده اعمال شود.

انتخاب شیلنگ فقط بر اساس جریان

شیلنگ ممکن است شناسه درستی داشته باشد اما به دلیل فشار کاری ناکافی، مقاومت در برابر خلاء، محدوده دما، سازگاری با آستر، شعاع خم یا طراحی کوپلینگ، همچنان نامناسب باشد.

یک گردش کار اندازه گیری شیلنگ معدنی عملی

برای محاسبه اولیه از ترتیب زیر استفاده کنید:

1. دبی معمولی و حداکثری مورد نیاز را تعریف کنید.

2. مواد انتقال یافته را شناسایی کنید و چگالی و ویسکوزیته یا خواص دوغاب آن را بدست آورید.

3. یک سرعت مناسب برای فرآیند انتخاب کنید.

4. قطر داخلی نظری را محاسبه کنید.

5. نتیجه را با شناسه های شیلنگ موجود مقایسه کنید.

6. سرعت واقعی را برای هر شلنگ کاندید دوباره محاسبه کنید.

7. افت فشار شیلنگ مستقیم را تخمین بزنید.

8. تلفات ناشی از اتصالات، کوپلینگ ها، شیرها و کاهنده ها را اضافه کنید.

9. اضافه کردن ارتفاع و فشار تجهیزات پایین دست.

10. فشار کار، درجه خلاء، دما، شعاع خمش، حرکت و سازگاری کوپلینگ را بررسی کنید.

11. مونتاژ نهایی را با اطلاعات سازنده یا پشتیبانی مهندسی تأیید کنید.

برای کاربرد گسترده تر و ملاحظات مونتاژ، نحوه انتخاب مجموعه شیلنگ معدن مناسب را ببینید.

پایان

محاسبه اندازه شیلنگ استخراج با رابطه بین سرعت جریان، سرعت و قطر داخلی واقعی شروع می شود. سپس محاسبات افت فشار باید شامل اصطکاک شیلنگ مستقیم، اتصالات، ارتفاع و فشار مورد نیاز تجهیزات متصل باشد.

برای آب، معادلات استاندارد جریان سیال می تواند تخمین اولیه مفیدی را ارائه دهد. برای دوغاب، نتیجه به شدت به چگالی، غلظت مواد جامد، ویسکوزیته، رفتار ذرات، و شرایط آستر بستگی دارد، بنابراین تا حد امکان باید از داده‌های سازنده استفاده شود.

اگر شیلنگ جدیدی انتخاب می‌کنید یا یک مجموعه موجود را جایگزین می‌کنید، محدوده محصولات شیلنگ استخراج ZYfire را بررسی کنید و نرخ جریان مورد نیاز، مواد انتقال‌یافته، فشار، دما، طول شلنگ، ارتفاع، مسیریابی و جزئیات اتصال را برای تطبیق کاربرد مناسب‌تر ارائه دهید.

پرسش

چگونه می توانم اندازه شیلنگ استخراج را از روی دبی محاسبه کنم؟

از دبی مورد نیاز و سرعت هدف استفاده کنید:

D = √(4Q / πv)

برای محاسبات متریک عملی:

D (mm) ≈ 18.8 × √[Q (m³/h) / v (m/s)]

هنگام بررسی اندازه های شلنگ موجود، همیشه از قطر داخلی واقعی استفاده کنید.

آیا شیلنگ ماینینگ بزرگتر همیشه افت فشار را کاهش می دهد؟

شیلنگ بزرگتر به طور کلی سرعت و افت اصطکاک شیلنگ مستقیم را با سرعت جریان یکسان کاهش می دهد. با این حال، ممکن است هزینه، وزن، شعاع خمیدگی و فضای نصب را نیز افزایش دهد. در کاربردهای دوغاب، شلنگ بیش از حد بزرگ ممکن است سرعت را به اندازه ای کاهش دهد که خطر ته نشینی را افزایش دهد.

تفاوت بین افت فشار و فشار پمپ چیست؟

افت فشار فشاری است که هنگام حرکت مواد از طریق شیلنگ، اتصالات، تغییرات ارتفاع و سایر اجزاء از دست می‌رود. فشار پمپ باید این تلفات را پوشش دهد و همچنان فشار مورد نیاز تجهیزات پایین دست را تامین کند.

آیا می توانم از محاسبه افت فشار آب برای دوغاب استفاده کنم؟

محاسبه آب را می توان برای مقایسه اولیه استفاده کرد، اما ممکن است نشان دهنده افت فشار واقعی دوغاب نباشد. در صورت امکان از چگالی دوغاب، ویسکوزیته، غلظت مواد جامد و داده های آزمایش سازنده استفاده کنید.

آیا باید از اندازه اسمی شیلنگ یا قطر داخلی واقعی استفاده کنم؟

از قطر داخلی واقعی برای محاسبه جریان و افت فشار استفاده کنید. اندازه اسمی برای شناسایی محصول مفید است، اما شناسه نهایی ممکن است با ضخامت آستر و ساخت شیلنگ متفاوت باشد.

چگونه باید شیلنگ را برای سرویس ساکشن سایز کنم؟

خدمات مکش به بررسی سرعت جریان، شناسه واقعی، درجه خلاء، مقاومت در برابر فروپاشی، شرایط ورودی پمپ و NPSH موجود نیاز دارد. یک شیلنگ دارای فشار فشار به طور خودکار برای کاربردهای خلاء یا مکش مناسب نیست.

آیا می توان از این فرمول ها برای شیلنگ های استخراج هوای فشرده استفاده کرد؟

نه مستقیم. هوا قابل تراکم است، بنابراین چگالی آن با فشار و دما تغییر می کند. اندازه گیری هوای فشرده باید از روش جریان تراکم پذیر مناسب و داده های افت فشار سازنده شیلنگ استفاده کند.