Обоснование параметрического и типоразмерного рядов магнитных перистальтических насосных агрегатов

Эффективное транспортирование высококонцентрированных гидросмесей традиционными грунтовыми насосами весьма ограниченно из-за существующей нелинейной зависимости между КПД и концентрацией твердой фазы. Это обуславливает необходимость использования новых конструктивно-технологических решений — магнитных насосных агрегатов, в которых роль привода выполняет рабочая камера-канал, выполненная из магнитоактивного эластомера и реализующая принцип перистальтического транспортирования гидравлической смеси под воздействием магнитного активатора. Принимая во внимание специфику выполняемых операций по закладке и дозакладке выработанного пространства, обязательной является оценка итоговых энергетических характеристик создаваемого оборудования и исследование его влияния на соответствующие параметры всего комплекса оборудования. Выбор рабочих агрегатов, которыми оснащается комплекс оборудования, необходимо выполнять на основе двух равнозначных условий: эффективности технологического процесса закладки выработанного пространства и обеспечения принципа компактности оборудования. Это достигается применением оборудования минимальной мощности, достаточной для обеспечения требуемой производительности. В работе представлена методика разработки параметрического и типоразмерного ряда создаваемого оборудования. В качестве основных параметров оборудования приняты производительность насосного агрегата и потребляемая мощность. Полученный в результате расчетов ряд значений предпочтительной номинальной мощности секции магнитного активатора насосного агрегата рекомендуется к использованию при разработке проектно-конструкторской документации для создания мобильных закладочных комплексов.

Васильева М. А. Обоснование параметрического и типоразмерного рядов магнитных перистальтических насосных агрегатов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 70—86. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_70.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант №19-79-10151.

Васильева Мария Александровна — канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры транспортно-технологические процессов и машин, http://orcid.org/0000-0003-2594-74810, Санкт-Петербургский горный университет,199106, г. Санкт-Петербург,21-я линия В. О. 2, Россия, е-mail: saturn.sun@mail.ru. Автор заявляет, что конфликт интересов отсутствует

1. Медведев В. В., Овсейчук В. А. Повышение технологических свойств твердеющей закладочной смеси // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 3−2. — С. 71–80. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_71.

2. Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В., Арсентьев В. А., Квитка В. В., Маннанов Р. Новая технология и оборудование для высокопроизводительной закладки выработанного пространства при подземной отработке месторождений // Горный журнал. — 2012. — № 2. — С. 41–43.

3. Grice A. G. Underground mining with backfill // Proceedings of the 2nd annual summit — mine tailings disposal systems, Brisbane, Australia. 1998, рр. 234–239.

4. Sivakugan N., Veenstra R., Naguleswaran N. Underground Mine Backfilling in Australia Using Paste Fills and Hydraulic Fills // Int. J. of Geosynth. and Ground Eng. 2015, vol. 1, p. 18. DOI 10.1007/s40891-015-0020-8.

5. Antaya C. L., Adane K. F, Sanders R. S. Modelling Concentrated Slurry Pipeline Flows // Proceedings of the ASME 2012 Fluids Engineering Division Summer Meeting collocated with the ASME 2012 Heat Transfer Summer Conference and the ASME 2012 10th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. 2012, pp. 1659–1671. https://doi.org/10.1115/FEDSM2012−72379.

6. Овчинников Н. П., Портнягина В. В., Дамбуев Б. И. Установление предельного технического состояния пульпового насоса без разборки // Записки Горного института, — 2020. — № 241. — С. 53. https://doi.org/10.31897/pmi.2020.1.53.

7. Wang L., Han Q. S., Chen D. Y., Wu C. Z., Wang X. Y. Non-linear modelling and stability analysis of the PTGS at pump mode // Renewable Power Generation. 2017, no. 11(6), pp. 827–836. https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2016.0707.

8. Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В., Радченко Д. Н., Корнеев Ю. В. Передвижные закладочные комплексы в системах разработки рудных месторождений с закладкой выработанных пространств // Горный журнал. — 2013. — № 2. — С. 101–104.

9. Лаутербах Т. Закладка подземных пустот с помощью поршневых насосов // Глюкауф. — 2006. — № 2(3). — С.40–44.

10. Atroshchenko V. A. Avksentiev, S. Y., Makharatkin, P. N., Trufanova I. S.. Experimental hydrotransportation unit for testing material resistance of pipelines and parts of dredging pumps to hydro-abrasive wear // Obogashchenie rud. 2021, no. 3, pp. 39–45. https://doi. org/10.17580/or.2021.03.07.

11. Cheremisina O., Sergeev V., Ponomareva M., Ilina A., Fedorov A. Kinetics Study of Solvent and Solid-Phase Extraction of Rare Earth Metals with Di-2-Ethylhexylphosphoric Acid // Metals. 2020, no. 10, p. 687. https://doi.org/10.3390/met10050687.

12. Чернышов С. Е., Галкин В. И., Ульянова З. В., Макдоналд Д. И. М. Разработка математических моделей управления технологическими параметрами тампонажных растворов // Записки Горного института. — 2020. — № 242. — С. 179. https:// doi:10.31897/pmi.2020.2.179.

13. Stone D. The evolution of paste for backfill // Proceedings of the Eleventh International Symposium on Mining with Backfill, Australian Centre for Geomechanics, Perth. 2014, р. 31–38.

14. Mishra P., Ein-Mozaffari F. Using flow visualization and numerical methods to investigate the suspension of highly concentrated slurries with the coaxial mixers // Powder Technology. 2021, vol. 390, pp. 159–173. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.05.078.

15. Yang Y., Zhu H. Clustering and modelling of rheological parameters for anaerobic digestion materials (ADMs) and its application for feed pump selection // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 467,012053.

16. Александров В. И. Методы снижения энергозатрат при гидравлическом транспортировании смесей высокой концентрации. — СПб: СПГГИ (ТУ),2000. — 224 с.

17. Hatfield R. G. Maher B. A., Pates J. M., Barker P. A. Sediment dynamics in an upland temperate catchment: Changing sediment sources, rates and deposition // Journal of Paleolimnology. 2008, vol. 40(4), pp. 1143–1158.

18. Kong H., Yu L., Gu Z., Li Z., Ban X., Cheng L., Hong Y., Li C. Fine structure impacts highly concentrated starch liquefaction process and product performance // Industrial Crops and Products. 2021, vol. 164,113347. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113347.

19. Yaghtin M. Yaghtin A., Tang Z., Troczynski T. Improving the rheological and stability characteristics of highly concentrated aqueous yttria stabilized zirconia slurries // Ceramics International. 2020, vol. 46(17), pp. 26991–26999. https://doi.org/10.1016/j. ceramint.2020.07.176.

20. Бендерович В. А., Лунаци Э. Д., Ноздрин А. В., Шеина А. Е. Ламинарные насосы и новые технологические возможности // Экспозиция НефтьГАЗ. — 2016. — № 3(49). — С. 44–46.

21. Васильева М. А. Обзор тенденций развития насосного оборудования горно-обогатительных комбинатов // Обогащение руд. — 2019. — № 1. — С. 51–56. https://doi. org/10.17580/or.2019.01.08.

22. Арсентьев В. А., Вайсберг Л. А., Устинов И. Д. Направление создания маловодных технологий и аппаратов для обогащения тонкоизмельченного минерального сырья // Обогащение руд. — 2014. — № 5(353). — С. 3–9.

23. Верте Л. А. Электромагнитный транспорт жидкого металла. — М.: Металлургия,1965. — 236 с.

24. Fuhrer R. Schumacher C. M., Zeltner M., Stark W. J. Soft Iron/Silicon Composite Tubes for Magnetic Peristaltic Pumping: Frequency‐Dependent Pressure and Volume Flow // Adv. Funct. Mater. 2013, vol. 23, pp. 3845–3849. https://doi.org/10.1002/adfm.201203572.

25. Патент РФ № 2616432,14.04.2017. Васильева М. А., Александров В. И., Проскуряков Р. М., Кошкина Е. П. Перистальтический насос-смеситель для сильно сгущенных веществ. 2017. Бюл. № 11.

26. Патент РФ № 2626193,24.07.2017. Васильева М. А., Сержан С. Л. Перистальтический насос-смеситель для пастообразных веществ. 2017. Бюл. № 21.

27. Minakov A. V., Rudyak V. Ya., Gavrilov A. A., Dekterev A. A. On optimization of mixing process of liquids in microchannels // Journal of the Siberian Federal University. Mathematics and physics. 2010, no. 3(2), pp. 146–156.

28. Aishan Y., Yalikun Y., Shen Y., Yuan Y., Amaya S., Okutaki T., Osaki A., Maeda S., Tanaka Y. A chemical micropump actuated by self-oscillating polymer gel // Sensors and Actuators, B: Chemical. 2021, vol. 337,129769. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.129769.

29. Nguyen V. Q., Ahmed A. S., Ramanujan R. V. Morphing Soft Magnetic Composites // Adv. Mater. 2012, vol. 24, pp. 4041–4054. https://doi.org/10.1002/adma.201104994.

30. Pan Z. Q., Sun R., Zhu S. L., Kang Y. Z., Huang B. S. The synthesis, characterization and properties of silicone adhesion promoters for addition-cure silicone rubber // Journal of adhesion science and Technology. 2018, vol. 32(14), pp. 1517–1530. https://doi.org/10.108 0/01694243.2018.1428059.

31. Tian T., Nakano M. Fabrication and characterisation of anisotropic magnetorheological elastomer with 45 iron particle alignment at various silicone oil concentrations // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2018, vol. 29(2), pp. 151–159. https://doi. org/10.1177/1045389X17704071.

32. Qin Y., Li D., Zhu Y., Wang H., Wei X. Influence of geometric factors at runner outlet on the hump characteristics of a pump-turbine // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022, vol. 51,101890. https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101890.

33. Иванов С. Л., Сафрончук К. А., Олт Ю. Обоснование и выбор конструктивных параметров зубчато-эксцентрикового механизма поршневого смазочно-заправочного агрегата для технического обслуживания горных машин // Записки Горного института. — 2021. — № 248. — С. 290–299. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.2.13.

34. Egole C. P., Mgbemere H. E., Sobamowo G. M., Lawal G. I. Micro-macro model for the transient heat and fluid transport in solidification structure evolution during static casting processes // Materials Today Communications. 2021, vol. 28,102613. https://doi. org/10.1016/j.mtcomm.2021.102613.

35. Мырзахметов Б. А., Крупник Л. А., Султабаев А. Е., Токтамисова С. М. Математическая модель работы струйного насоса в составе скважинной тандемной установки // ГИАБ. — 2019. — № 8. — С. 123–135. https://doi.org/10.25018/0236-1493-201908−0-123−135.

36. Поветкин В. В., Керимжанова М. Ф., Орлова Е. П., Букаева А. З. Совершенствование оборудования для транспортировки гидросмеси в обогатительном производстве // ГИАБ. — 2018. — № 6. — С. 161–169. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-6-0161-169.

37. Alawadhi K., Alzuwayer B., Mohammad T. A., Buhemdi M. H. Design and optimization of a centrifugal pump for slurry transport using the response surface method // Machines. 2021, v0l. 9(3), no. 60. https://doi.org/10.3390/machines9030060.

38. Andrii R., Vladimir K., Yevhen M. Influence of Bingham fluid viscosity on energy performances of a vortex chamber pump // Energy. 2021, vol. 2181,119432. https://doi. org/10.1016/j.energy.2020.119432.

39. Najib A., Orfi J., Alansary H., Ali E. Application of the Buckingham ∏ Theorem to Model the Multiple Effect Vacuum Membrane Distillation // Journal of Thermal Science and Engineering Applications. 2022, vol. 14(3),031003. https://doi.org/10.1115/1.4051450.

40. Han X.-J. Control System Optimization for Adding Coal Slurry into Circulating Fluidized Bed Boiler. Reneng Dongli Gongcheng // Journal of Engineering for Thermal Energy and Power. 2019, vol. 34(10), pp. 193–198. https://doi.org/10.16146/j.cnki. rndlgc.2019.10.028.

41. Calabrese F., Regattieri A., Bortolini M., Galizia F. G., Visentini L. Feature-based multi-class classification and novelty detection for fault diagnosis of industrial machinery // Applied Sciences. 2021, vol. 11(20),9580. https://doi.org/10.3390/app11209580.

42. Хрусталева И. Н., Любомудров С. А., Ларионова Т. А., Бровкина Я. Ю. Повышение эффективности технологической подготовки производства комплектующих для изготовления оборудования минерально-сырьевого комплекса // Записки Горного института. — 2021. — № 249. — С. 417–426. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.3.11.

43. Александров В. И., Васильева М. А. Гидротранспорт сгущенных хвостов обогащения железной руды на Качканарском ГОКе по результатам опытно-промышленных испытаний системы гидротранспорта // Записки Горного института. — 2018. — № 233. — С. 471. https://doi.org/10.31897/pmi.2018.5.471.

44. Maddah S., Goodarzi M., Safaei M. R. Comparative study of the performance of air and geothermal sources of heat pumps cycle operating with various refrigerants and vapor injection // Alexandria Engineering Journal. 2020, vol. 59(6), pp. 4037–4047. https://doi.org/ doi:10.1016/j.aej.2020.07.009.

45. Harsem T. T., Nourozi B., Behzadi A., Sadrizadeh S. Design and parametric investigation of an efficient heating system, an effort to obtain a higher seasonal performance factor // Energies. 2021, vol. 14(24),8475. https://doi.org/10.3390/en14248475.

46. Vasilyeva М. А., Volchikhina A. A. Analysis of influence of pipeline roughness dispersion on energy consumption during fluid transportation // Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1118(1),012047. https://doi.org/10.1016/j.spl.2021.109297.

47. Matuła P., Adler A. A. Note on exact laws of large numbers for the range of a sample from Pareto-type distributions // Statistics and Probability Letters. 2022, vol. 182, № 109297. https://doi.org/10.1016/j.spl.2021.109297.

48. Kevei P., Oluoch L., Viharos L. Limit laws for the norms of extremal samples // Journal of Statistical Planning and Inference. 2022, vol. 216, pp.. 151–173. https://doi. org/10.1016/j.jspi.2021.06.001.

49. Keay M.-J. An exponential endogenous switching regression with correlated random coefficients // Econometrics. 2022, vol. 10(1),1. https://doi.org/10.3390/ econometrics10010001.

50. Soguero-Ruiz C., Mora-Jiménez I., Martínez-Ruiz M. D.P., Rojo-Álvarez J. L., Statistical nonlinear analysis for reliable promotion decision-making // Digital Signal Processing: A Review Journal. 2014, vol. 33, pp. 156–168. https://doi.org/10.1016/j. dsp.2014.06.014.