كيفية حساب حجم خرطوم التعدين ومعدل التدفق وانخفاض الضغط

يمكن أن يؤدي اختيار حجم خرطوم التعدين بناءً على القطر الاسمي فقط إلى حسابات تدفق غير دقيقة، أو فقدان الضغط المفرط، أو تآكل البطانة غير الضروري. يجب أن يأخذ الحساب الموثوق به في الاعتبار معدل التدفق المطلوب، والقطر الداخلي الفعلي، وسرعة التشغيل، وطول الخرطوم، والمواد المنقولة، والارتفاع، والتجهيزات، وظروف الضغط.

بالنسبة لتطبيقات السوائل والملاط، تكون العلاقة الأساسية واضحة: يعتمد معدل التدفق على مساحة الخرطوم وسرعة السائل. يعتمد انخفاض الضغط بعد ذلك على طول الخرطوم، والقطر الداخلي، وسرعة التدفق، وكثافة السائل، والمقاومة من التركيبات والارتفاع.

يشرح هذا الدليل كيفية حساب حجم خرطوم التعدين ومعدل التدفق وانخفاض الضغط للتخطيط الأولي للنظام. ويركز بشكل رئيسي على تطبيقات الماء والطين. يتطلب الهواء المضغوط والغازات الأخرى حسابات منفصلة للتدفق القابل للضغط.

قبل البدء، قد يكون من المفيد مراجعة ماهية خرطوم التعدين ، بما في ذلك البطانة والتعزيزات وهيكل الغطاء الخارجي.

الوجبات السريعة الرئيسية

• استخدم القطر الداخلي الفعلي للخرطوم بدلاً من الاعتماد فقط على حجم الخرطوم الاسمي.

• حساب قطر الخرطوم من معدل التدفق المطلوب وسرعة التشغيل المناسبة.

• يرتبط معدل التدفق والسرعة وقطر الخرطوم بشكل مباشر من خلال منطقة المقطع العرضي للخرطوم.

• يشمل انخفاض الضغط احتكاك الخرطوم المستقيم والتركيبات وتغييرات الارتفاع والمعدات المتصلة.

• لا يمكن دائمًا تقدير انخفاض ضغط الملاط بدقة باستخدام خصائص الماء وحدها.

• قد يقلل الخرطوم الأكبر من فقدان الضغط، ولكن الاختيار النهائي يجب أن يأخذ في الاعتبار أيضًا تصنيف الضغط، ومقاومة الفراغ، ونصف قطر الانحناء، والوصلات، والحركة، ومساحة التثبيت.

• استخدم بيانات انخفاض ضغط الشركة المصنعة للتصميم النهائي كلما كان ذلك متاحًا.

جمع مدخلات الحساب المطلوبة

قبل إجراء الحساب، قم بجمع بيانات التشغيل لخط الخرطوم. قد تؤدي المدخلات المفقودة أو غير الدقيقة إلى جعل النتيجة غير موثوقة.

استخدم معدل التدفق الطبيعي ومعدل التدفق الأقصى المتوقع عندما يكون ذلك ممكنًا. قد يؤدي الخرطوم الذي يعمل بتدفق متوسط ​​إلى زيادة السرعة أو فقدان الضغط عندما يعمل النظام بأقصى طاقته.

تحديد معدل التدفق المطلوب

يأتي معدل التدفق المطلوب عادةً من المضخة، أو معدات المعالجة، أو متطلبات نزح المياه، أو سعة نقل الملاط.

تشمل الوحدات المشتركة ما يلي:

• متر مكعب في الساعة: م³/ساعة

• لتر في الدقيقة: لتر/دقيقة

• جالون في الدقيقة: جالون في الدقيقة

التحويلات المفيدة تشمل:

• 1 م³/ساعة = 16.67 لتر/دقيقة

• 1 لتر/دقيقة = 0.06 متر مكعب/ساعة

• 1 جالون في الدقيقة ≈ 3.785 لتر/دقيقة

إذا كان معدل التدفق معروفًا بالفعل من تصميم المضخة أو العملية، فاستخدم هذه القيمة كنقطة بداية. إذا كان يجب حساب معدل التدفق من أبعاد الخرطوم وسرعته، فاستخدم:

س = الخامس × أ

مساحة المقطع العرضي للخرطوم هي:

أ = ط² / 4

لذلك:

س = الخامس × ط² / 4

أين:

• Q هو معدل التدفق بالمتر المكعب/الثانية

• v هو متوسط ​​سرعة السائل بوحدة م/ث

• D هو القطر الداخلي الفعلي بالأمتار

• A هي مساحة المقطع العرضي الداخلي بالمتر المربع

لإجراء العمليات الحسابية العملية باستخدام المليمترات والمتر المكعب/الساعة:

س (م³/ساعة) ≈ 0.00283 × D² (مم) × الخامس (م/ث)

لتر/دقيقة:

س (لتر / دقيقة) ≈ 0.0471 × D² (مم) × الخامس (م / ث)

توضح هذه الصيغ لماذا يمكن أن يؤدي تغيير بسيط في القطر الداخلي إلى تغيير كبير في سعة التدفق.

حساب القطر المطلوب لخرطوم التعدين

عندما يعرف معدل التدفق المطلوب وسرعة التصميم، احسب الحد الأدنى للقطر الداخلي باستخدام:

د = √(4Q / πv)

للاستخدام العملي:

D (مم) ≈ 18.8 × √[Q (m³/h) / v (m/s)]

أو:

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

والنتيجة هي القطر الداخلي النظري المطلوب لحمل التدفق المستهدف بالسرعة المحددة. ليس بالضرورة الحجم النهائي للخرطوم التجاري.

مثال

افترض أن نظام الملاط يتطلب:

• معدل التدفق: 90 م3/ساعة

• السرعة المستهدفة: 3.0 م/ث

القطر الداخلي المطلوب هو:

د ≈ 18.8 × √(90 / 3.0)

د ≈ 103 ملم

وهذا يعني أن هناك حاجة إلى خرطوم بقطر داخلي فعلي يبلغ حوالي 103 مم لنقل 90 م³/ساعة بسرعة 3.0 م/ث.

قد يكون للخرطوم الاسمي 100 مم قطر داخلي فعلي قريب من 100 مم، ولكن ليس تمامًا. عند معرف فعلي يبلغ 100 مم، ستكون السرعة تقريبًا:

ت = س/أ

الخامس = 0.025 / (ط × 0.1² / 4)

الخامس ≈ 3.18 م / ث

من شأن المعرف الفعلي مقاس 110 مم أن يقلل السرعة إلى حوالي 2.63 م/ث بنفس معدل التدفق.

يعتمد الاختيار النهائي على نطاق السرعة المقبول، وهدف انخفاض الضغط، وأحجام الخراطيم المتاحة، ومساحة التثبيت، وخصائص الملاط المنقول.

اختر سرعة التشغيل المناسبة

لا ينبغي اختيار السرعة من قطر الخرطوم وحده. يجب أن تتطابق مع المواد المنقولة وظروف التشغيل.

السرعة العالية جدًا قد تسبب:

• زيادة تآكل البطانة الداخلية

• فقدان أكبر للضغط

• ارتفاع استهلاك طاقة المضخة

• تآكل أكثر شدة عند الانحناءات والوصلات

• زيادة تقلبات الضغط

السرعة المنخفضة جدًا قد تسبب:

• المواد الصلبة تستقر في خطوط الطين

• انسداد جزئي

• التفريغ غير المستقر

• زيادة متطلبات التنظيف أو التنظيف

• أداء النقل ضعيف

لا توجد سرعة واحدة مناسبة لكل خرطوم تعدين. تعتمد القيمة الصحيحة على حجم الجسيمات، وكثافة الجسيمات، وتركيز المواد الصلبة، ولزوجة الملاط، وتخطيط الخط، وخصائص المضخة، وبناء البطانة.

بالنسبة للملاط الكاشط، يجب أن يوازن التصميم بين متطلباتين متنافستين:

1. الحفاظ على سرعة كافية لنقل المواد الصلبة عبر الخط.

2. تجنب السرعة العالية غير الضرورية التي تسرع من تآكل البطانة وفقدان الضغط.

يجب أن تأخذ السرعة المحددة من قبل مهندس العملية أو مورد المضخة أو الشركة المصنعة للخراطيم الأولوية على القاعدة العامة.

أعد حساب السرعة الفعلية للخرطوم المحدد

بعد تحديد أقرب حجم متاح للخرطوم، قم بإعادة حساب السرعة الفعلية. هذه الخطوة مهمة لأن حجم الخرطوم التجاري قد لا يتطابق تمامًا مع القطر النظري.

يستخدم:

ت = س/أ

أو:

v = 4Q / πD²

لمعدل تدفق معروف يبلغ 90 م³/ساعة:

• ينتج خرطوم معرف مقاس 100 مم سرعة تبلغ حوالي 3.18 م/ث.

• ينتج خرطوم معرف مقاس 110 مم سرعة تبلغ حوالي 2.63 م/ث.

• ينتج خرطوم معرف مقاس 125 مم سرعة تبلغ حوالي 2.04 م/ث.

وينبغي بعد ذلك التحقق من النتيجة مقابل متطلبات العملية. لا يعد الخرطوم الأكبر هو الاختيار الصحيح تلقائيًا إذا كانت السرعة المنخفضة تسمح بترسيب المواد الصلبة.

استخدم دائمًا القطر الداخلي الفعلي للشركة المصنعة. قد لا يعكس الحجم الاسمي سمك البطانة أو تحمل البناء أو المعرف النهائي للخرطوم.

حساب انخفاض الضغط في الخرطوم المستقيم

للحصول على تقدير أولي لتدفق السائل، يمكن استخدام معادلة دارسي-وايسباخ:

خرطوم ΔP = f × (L / D) × (ρv² / 2)

أين:

• خرطوم ΔP هو انخفاض الضغط في Pa

• f هو عامل الاحتكاك دارسي

• L هو طول الخرطوم بالأمتار

• D هو القطر الداخلي الفعلي بالأمتار

• ρ هي كثافة السائل أو الملاط بوحدة كجم/م³

• v هي السرعة المتوسطة بوحدة م/ث

خسارة الرأس المكافئة هي:

hf = و × (L / D) × (v² / 2g)

حيث g هو تسارع الجاذبية، أي حوالي 9.81 م/ث².

يعتمد عامل الاحتكاك على:

• رقم رينولدز

• لزوجة السوائل

• خشونة السطح الداخلي

• مادة بطانة خرطوم

• ظروف التدفق

• تركيز الملاط وخصائص الجسيمات

بالنسبة للمياه، يمكن تقدير عامل الاحتكاك باستخدام طرق تدفق السوائل القياسية. بالنسبة للملاط، تكون العملية الحسابية أكثر تعقيدًا لأن الخليط قد لا يتصرف مثل سائل نيوتوني بسيط.

لهذا السبب، عادةً ما يتم تفضيل مخططات انخفاض الضغط أو بيانات الاختبار الخاصة بالشركة المصنعة للتصميم النهائي لخرطوم التعدين.

قم بتضمين التركيبات والوصلات والخسائر المحلية الأخرى

الخرطوم المستقيم ليس سوى مصدر واحد لفقد الضغط. كما أن الأكواع، ومخفضات السرعة، والصمامات، والوصلات، والفلنجات، والمصافي، والمكونات الأخرى تقاوم التدفق أيضًا.

يمكن تقدير فقدان الضغط المحلي باستخدام:

تجهيزات ΔP = ΣK × (ρv² / 2)

أين:

• ΣK هو معامل الخسارة الإجمالي لجميع التركيبات

• ρ هي كثافة السائل أو الملاط

• v هي سرعة التدفق

إذا كانت الشركة المصنعة توفر معامل خسارة لوصلة التوصيل أو الكوع أو المخفض، فاستخدم هذه القيمة. إذا لم يكن الأمر كذلك، يمكن استخدام طرق متساوية الطول لتقدير أولي، ولكن يجب التعامل مع النتيجة بحذر بالنسبة لتجميعات الخراطيم المرنة.

قد يكون للخرطوم المثبت بعدة ثنيات ضيقة فقدان ضغط أعلى بكثير من نفس الخرطوم المثبت في خط مستقيم. يمكن أن تؤثر زاوية الانحناء، ونصف قطر الانحناء، وتصميم التوصيل، والانتقال بين الأنبوب والخرطوم على النتيجة الفعلية.

حساب الارتفاع وضغط المعدات

قد تتضمن متطلبات الضغط الإجمالي أيضًا الارتفاع والضغط الذي تتطلبه المعدات النهائية.

الضغط الساكن المرتبط بالارتفاع هو:

ارتفاع ΔP = ρgh

أين:

• ρ هي كثافة السائل أو الملاط

• ز هو 9.81 م/ث²

• h هو تغير الارتفاع الرأسي بالأمتار

بالنسبة للرفع لأعلى، يضيف الارتفاع إلى متطلبات ضغط المضخة. بالنسبة للقسم السفلي، قد تؤدي المساهمة الثابتة إلى تقليل رأس المضخة المطلوبة، اعتمادًا على تخطيط النظام الكامل. تظل خسائر الاحتكاك موجودة في أي من الاتجاهين.

لذلك يجب أن يأخذ حساب النظام العملي في الاعتبار ما يلي:

إجمالي ΔP = خرطوم ΔP + تجهيزات ΔP + ارتفاع ΔP + معدات ΔP

قد يتضمن مصطلح المعدات ضغط المدخل المطلوب، أو ضغط الرش، أو ضغط الإعصار، أو ضغط الفوهة، أو أي متطلبات عملية أخرى.

لا تعامل فقدان احتكاك الخرطوم بنفس الطريقة التي تعامل بها ضغط المضخة الإجمالي. يجب أن تتغلب المضخة على مقاومة النظام الكاملة وأن تستمر في توفير الضغط المطلوب عند نقطة التفريغ.

اعتبارات خاصة لانخفاض ضغط الطين

يتأثر انخفاض ضغط الملاط بأكثر من معدل التدفق وقطر الخرطوم.

تشمل المتغيرات المهمة ما يلي:

• كثافة الملاط السائبة

• تركيز المواد الصلبة

• حجم الجسيمات وشكلها

• صلابة الجسيمات

• لزوجة السوائل الحاملة

• سرعة التدفق

• طول الخرطوم

• عدد الانحناءات

• ارتفاع

• حالة البطانة الداخلية

• تغييرات في قطر الخرطوم أو اتجاهه

إن استخدام كثافة الماء في حساب الملاط قد يقلل بشكل كبير من فقدان الضغط. قد يكون للملاط الذي يحتوي على تركيز عالٍ من المواد الصلبة أيضًا لزوجة واضحة وسلوك تدفق مختلف عن الماء النظيف.

يمكن أيضًا أن يستقر الملاط عندما تكون السرعة غير كافية. بمجرد تراكم المواد الصلبة، قد يزداد انخفاض الضغط بشكل أكبر وقد يصبح الخط مسدودًا جزئيًا.

للتخطيط الأولي، يمكن أن توفر معادلة دارسي-وايسباخ تقديرًا مفيدًا إذا توفرت خصائص الملاط المناسبة وعامل احتكاك معقول. بالنسبة للتصميم النهائي، استخدم بيانات الاختبار أو الدعم الهندسي للشركة المصنعة بناءً على ظروف الملاط الفعلية.

إذا كان التطبيق يتضمن مواد صلبة عالية الكشط، قم بمراجعة خيارات الخراطيم المطاطية الملاطية المناسبة وفقًا لبناء البطانة المطلوبة وظروف التشغيل.

مثال عملي: مقارنة حجمين من الخراطيم

النظر في خط الطين مع الشروط التالية:

• معدل التدفق المطلوب: 90 م3/ساعة

• كثافة الملاط: 1400 كجم/م3

• طول الخرطوم: 30 م

• الارتفاع لأعلى: 10 م

• إجمالي معامل خسارة التركيب: K = 3.5

• عامل الاحتكاك دارسي التوضيحي: f = 0.03

يتم تحويل معدل التدفق أولاً:

90 م³/ساعة = 0.025 م³/ث

المعرف النظري عند السرعة المستهدفة 3.0 م/ث هو حوالي 103 ملم. قارن بين معرفي خرطومين مرشحين: 100 مم و110 مم.

هذه القيم هي تقديرات توضيحية مبنية على الافتراضات المذكورة. وهي لا تحل محل بيانات اختبار الشركة المصنعة أو الحسابات الهيدروليكية الخاصة بالمشروع.

ينتج خرطوم 100 مم سرعة أعلى وفقدان احتكاك مقدر أعلى. قد يظل الأمر مناسبًا إذا كانت العملية تسمح بهذه السرعة وكانت المضخة تتمتع بقدرة ضغط كافية.

يعمل خرطوم 110 مم على تقليل السرعة وفقدان الضغط المقدر، ولكنه قد لا يكون الخيار الأفضل إذا كانت السرعة المنخفضة تزيد من خطر ترسيب الملاط. ولذلك يجب أن يأخذ القرار النهائي في الاعتبار الأداء الهيدروليكي ومتطلبات نقل المواد الصلبة.

الأخطاء الحسابية الشائعة

استخدام القطر الاسمي بدلاً من المعرف الفعلي

يتم تحديد منطقة التدفق حسب القطر الداخلي النهائي، وليس الحجم الاسمي المطبوع في اسم المنتج. قم دائمًا بتأكيد الهوية الفعلية من البيانات الفنية.

وحدات تدفق الخلط

إن استخدام متر مكعب/ساعة في صيغة تتطلب متر مكعب/ثانية يمكن أن يؤدي إلى نتيجة مختلفة بمقدار 3600 مرة. قم بتحويل جميع القيم قبل تطبيق المعادلات الأساسية.

معالجة الطين كالماء

قد تكون الحسابات المعتمدة على الماء مقبولة لإجراء مقارنة أولية، لكنها يمكن أن تقلل من تقدير فقدان الضغط في الملاط الكثيف أو اللزج.

تجاهل التركيبات والارتفاعات

قد لا يكون الخرطوم الطويل أكبر مصدر لمقاومة النظام. يمكن أن تضيف الانحناءات المتعددة والمخفضات والصمامات والمصاعد الرأسية متطلبات ضغط كبيرة.

التحقق من التدفق الطبيعي فقط

قد يؤدي بدء تشغيل المضخة، وإغلاق الصمام، والانسداد، وتغييرات العملية إلى إنشاء تدفق أو ضغط أعلى من التشغيل العادي. النظر في ظروف الذروة والعابرة.

تطبيق الصيغ السائلة على الهواء المضغوط

تتغير كثافة الهواء بشكل كبير مع الضغط. لا ينبغي تطبيق حساب تدفق السائل مباشرة على حجم خرطوم الهواء المضغوط.

اختيار خرطوم يعتمد فقط على التدفق

قد يكون للخرطوم المعرف الصحيح ولكنه لا يزال غير مناسب بسبب عدم كفاية ضغط العمل، أو مقاومة الفراغ، أو نطاق درجة الحرارة، أو توافق البطانة، أو نصف قطر الانحناء، أو تصميم القارنة.

سير عمل عملي لتحجيم خرطوم التعدين

استخدم التسلسل التالي لإجراء حساب أولي:

1. تحديد معدل التدفق الطبيعي والحد الأقصى المطلوب.

2. التعرف على المادة المنقولة والحصول على كثافتها ولزوجتها أو خواصها الملاطية.

3. حدد السرعة المناسبة للعملية.

4. حساب القطر الداخلي النظري.

5. قارن النتيجة بمعرفات الخراطيم المتوفرة.

6. أعد حساب السرعة الفعلية لكل خرطوم مرشح.

7. تقدير فقدان الضغط في الخرطوم المستقيم.

8. أضف الخسائر من التركيبات والوصلات والصمامات ومخفضات السرعة.

9. أضف متطلبات ضغط المعدات للارتفاع والمصب.

10. تحقق من ضغط العمل، وتصنيف الفراغ، ودرجة الحرارة، ونصف قطر الانحناء، والحركة، وتوافق أدوات التوصيل.

11. قم بتأكيد التجميع النهائي ببيانات الشركة المصنعة أو الدعم الهندسي.

للحصول على اعتبارات التطبيق والتجميع الأوسع، راجع كيفية اختيار مجموعة خرطوم التعدين المناسبة.

خاتمة

يبدأ حساب حجم خرطوم التعدين بالعلاقة بين معدل التدفق والسرعة والقطر الداخلي الفعلي. يجب أن تتضمن حسابات انخفاض الضغط احتكاك الخرطوم المستقيم، والتركيبات، والارتفاع، والضغط الذي تتطلبه المعدات المتصلة.

بالنسبة للمياه، يمكن أن توفر معادلات تدفق السوائل القياسية تقديرًا أوليًا مفيدًا. بالنسبة للملاط، تعتمد النتيجة بشدة على الكثافة، وتركيز المواد الصلبة، واللزوجة، وسلوك الجسيمات، وظروف البطانة، لذلك يجب استخدام بيانات الشركة المصنعة كلما أمكن ذلك.

إذا كنت تختار خرطومًا جديدًا أو تستبدل مجموعة موجودة، فاستكشف مجموعة منتجات خراطيم التعدين من ZYfire وقم بتوفير معدل التدفق المطلوب والمواد المنقولة والضغط ودرجة الحرارة وطول الخرطوم والارتفاع والتوجيه وتفاصيل الاقتران للحصول على تطابق أكثر ملاءمة للتطبيق.

التعليمات

كيف يمكنني حساب حجم خرطوم التعدين من معدل التدفق؟

استخدم معدل التدفق المطلوب والسرعة المستهدفة:

د = √(4Q / πv)

بالنسبة للحسابات المترية العملية:

D (مم) ≈ 18.8 × √[Q (m³/h) / v (m/s)]

استخدم دائمًا القطر الداخلي الفعلي عند التحقق من أحجام الخراطيم المتاحة.

هل يقلل خرطوم التعدين الأكبر دائمًا من انخفاض الضغط؟

يعمل الخرطوم الأكبر عمومًا على تقليل السرعة وفقدان احتكاك الخرطوم المستقيم بنفس معدل التدفق. ومع ذلك، قد يؤدي ذلك أيضًا إلى زيادة التكلفة والوزن ونصف قطر الانحناء ومساحة التثبيت. في تطبيقات الملاط، قد يؤدي خرطوم كبير جدًا إلى تقليل السرعة بدرجة كافية لزيادة خطر الترسيب.

ما الفرق بين انخفاض الضغط وضغط المضخة؟

انخفاض الضغط هو الضغط المفقود أثناء تحرك المادة عبر الخرطوم والتركيبات وتغيرات الارتفاع والمكونات الأخرى. يجب أن يغطي ضغط المضخة هذه الخسائر ويستمر في توفير الضغط الذي تتطلبه المعدات النهائية.

هل يمكنني استخدام حساب انخفاض ضغط الماء للملاط؟

يمكن استخدام حساب الماء لإجراء مقارنة مبكرة، ولكنه قد لا يمثل الفقد الفعلي لضغط الملاط. استخدم كثافة الملاط واللزوجة وتركيز المواد الصلبة وبيانات اختبار الشركة المصنعة كلما أمكن ذلك.

هل يجب علي استخدام حجم الخرطوم الاسمي أو القطر الداخلي الفعلي؟

استخدم القطر الداخلي الفعلي لحسابات التدفق وانخفاض الضغط. الحجم الاسمي مفيد لتحديد المنتج، ولكن قد يختلف المعرف النهائي باختلاف سمك البطانة وبنية الخرطوم.

كيف يمكنني تحديد حجم خرطوم خدمة الشفط؟

تتطلب خدمة الشفط التحقق من سرعة التدفق، والمعرف الفعلي، ومعدل الفراغ، ومقاومة الانهيار، وظروف مدخل المضخة، وNPSH المتوفر. خرطوم الضغط المقنن ليس مناسبًا تلقائيًا لتطبيقات الفراغ أو الشفط.

هل يمكن استخدام هذه الصيغ لخراطيم التعدين بالهواء المضغوط؟

ليس مباشرة. الهواء قابل للانضغاط، وبالتالي تتغير كثافته مع الضغط ودرجة الحرارة. يجب أن يستخدم تحديد حجم الهواء المضغوط طريقة تدفق قابلة للضغط مناسبة وبيانات انخفاض الضغط الخاصة بالشركة المصنعة للخرطوم.