Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Выбор типа насоса и количества рабочих колес
• Проверка устойчивости работы насоса
• Определение оптимального диаметра трубопровода
• Определение рабочего режима насоса
• Выбор диаметра всасывающего трубопровода
• Выбор приводных электродвигателей и пусковой аппаратуры
• Устройство насосной камеры и водосборников
• Расчет предварительного отстойника
• Технико-экономические показатели работы водоотливной установки

Выбор типа насоса и количества рабочих колес

Для надежности откачки воды из шахты, согласно Правилам безопасности, подача каждого насосного агрегата (или нескольких одновременно работающих насосных агрегатов) должна обеспечивать откачку максимального суточного притока не более чем за 20 часов. Поэтому минимальная подача насоса должна быть не менее:

Q_max - максимальный суточный приток, м³/сут.

Необходимый напор насоса определяется по зависимости:

где l - длина нагнетательного трубопровода, м:

здесь

б - угол наклона ствола, так как ствол вертикальный, принимаю ;

l₁ - длина труб в насосной камере от приемного устройства наиболее удаленного насоса до трубного ходка, l₁ = 25 м;

l₂ - длина труб в наклонном ходке, l₂ = 20 м;

l₃ - длина труб на поверхности от ствола до места слива l₃ = 15 м;

i - оптимальный гидравлический уклон, i_max = 0.05, i_min = 0.025);

Уl_экв - эквивалентная длина всех местных сопротивлений трубопровода:

здесь Уж - сумма коэффициентов местных сопротивлений трубопровода, Уж = 25.

Принимаю насос НСШ 410.1000. Его рабочая зона (з_раб=0,85з_max) характеризуется ;

Необходимое число рабочих колес определяется по формуле:

Принимаю 5 рабочих колес.

где Н_к = 86 м - напор, создаваемый одним рабочим колесом насоса при Q_min (определяется по индивидуальной характеристике выбранного насоса).

Число насосных агрегатов устанавливаются в соответствии с требованиями нормативных документов. Главные водоотливные установки шахт с притоком воды более 50 м³/ч должны оборудоваться не менее чем тремя насосными агрегатами: рабочим, резервным и находящимся в ремонте.

Проверка устойчивости работы насоса

Для устойчивой работы выбранного насоса, необходимо, чтобы выполнялось условие:

где Н_ко = 86 м - напор, создаваемый одним рабочим колесом насоса при закрытой задвижке (при Q = 0), который определяется по индивидуальной характеристике выбранного насоса, м.

Окончательно выбирается типоразмер НСШ 410 - 455.

Определение оптимального диаметра трубопровода

Диаметр трубопровода рассчитывается по оптимальной скорости воды в нем по формуле:

Q_нн - номинальная подача насоса;

v - оптимальная скорость воды, м/с.

Оптимальную скорость воды определяем по методике разработанной НИИГМ имени М.М. Федорова. Для этого определяется среднечасовой приток воды шахты по формуле:

Рисунок 1. Зависимость оптимальной скорости воды в трубопроводе от относительного притока при разных глубинах шахты и относительный приток:

Зная значение относительного притока, по рисунку 1 определяется значение оптимальной скорости воды в трубопроводе при соответственной глубине шахты.

Для водоотливных трубопроводов рекомендуется принимать стальные бесшовные горячедеформированные трубы по ГОСТ 8732-78 из стали марок Ст2сп, Ст4сп, Ст5сп.

Для выбора необходимого наружного диаметра трубы необходимо провести прочностной расчет с учетом коррозионного износа стенок трубы во время эксплуатации.

водоотливная шахта установка трубопровод

В связи с этим, наибольшее давление, которое должен выдержать водоотливный трубопровод рассчитывается по формуле:

Согласно ГОСТ 3845 - 75 минимальная необходимая толщина стенки трубы должна рассчитываться по формуле:

, временное напряжение разрыва;

Толщину стенок с учетом коррозионного износа следует рассчитывать по формуле:

где д_кн ? 0,25 мм/ год - скорость коррозии наружной поверхности материала трубы;

д_кв - скорость коррозии внутренней поверхности материала трубы,

д_кв = 0,1 мм/год - для нейтральных или кислотных вод;

t - срок службы трубопровода, t = 15 лет;

К_д - коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенки (К_д = 15%).

Таким образом, расчетный наружный диаметр трубы определяется по формуле:

Согласно ГОСТ 8732-78 ближайшее значение к расчетному наружному диаметру = 273 мм, толщина стенки = 12 и внутренний диаметр трубы = 249 мм.

Определение рабочего режима насоса

Для определения рабочего режима насоса необходимо построить в одинаковом масштабе и в общей координатной сетке напорные характеристики насоса и трубопровода.

При построении напорной характеристики трубопровода сделано допущение, что диаметр всасывающего трубопровода равен диаметру нагнетательного, хотя в действительности этого может и не быть. Принятое допущение не оказывает существенного влияния на точность расчета, так как сопротивление всасывающего трубопровода мало по сравнению с сопротивлением нагнетательного в связи с большой разницей их длины.

Уравнение напорной характеристики для принятого диаметра трубопровода имеет следующий вид:

где а - гидравлическое сопротивление трубопровода;

К² - квадрат расходной характеристики трубы;

Задаваясь рядом значений подач от 0 до Q > Q_min, определяем напоры и на основании полученных результатов строим напорную характеристику сети. Характеристику насоса строим по его паспортным данным. Точка пересечения характеристики с напорной характеристикой насоса определяет его рабочий режим и характеризуется рабочими параметрами:

рабочая подача - Q_р = 360 м³/ч;

рабочий напор - Н_р = 430 м;

рабочий кпд - з_р = 62 %;

допустимая вакуумметрическая высота всасывания - = 5 м.

Диаметр нагнетательного трубопровода должен быть таким, чтобы потери напора не превышали 5 % от геодезической высоты подъема воды:

Полученный рабочий режим проверяем на экономичность по условию:

где _max - максимальный КПД принятого насоса.

Рисунок 2. Определение рабочих характеристик насоса в среде математических расчетов MathCAD.1 - Характеристика насоса; 2 - характеристика сети; 3 - КПД выбранного насоса.

Выбор диаметра всасывающего трубопровода

Диаметр всасывающего трубопровода необходимо принимать таким, чтобы при заданных высоте всасывания и схеме всасывающего трубопровода при соответствующей подаче Q_р вакуумметрическая высота всасывания не превышала допустимую . Условие безкавитационной работы при этом имеет вид:

Первоначально диаметр всасывающего трубопровода следует принимать равным диаметру нагнетательного трубопровода. Далее необходимо определить действительную вакуумметрическую высоту всасывания насоса по формуле:

где Н_вс - принятая геометрическая высота всасывания, Н_вс = 2 м;

l_в = 10 м - длина всасывающего трубопровода наиболее удаленного от приемного колодца насоса;

- эквивалентная длина местных сопротивлений всасывающего трубопровода (ориентировочно принимаемая равной 20-30% от ), м.

Принятый диаметр трубопровода должен обеспечивать величину потерь напора во всасывающем трубопроводе не более 1,5 м вод. ст.

Скорость воды во всасывающем трубопроводе не должна превышать 2 м/с:

Выбор приводных электродвигателей и пусковой аппаратуры

По рабочим параметрам насоса определяем необходимую мощность его приводного двигателя:

Устройство насосной камеры и водосборников

Согласно "Правилам безопасности в угольных шахтах" главная водоотливная установка должна иметь водосборник, состоящий из двух и более изолированных друг от друга ветвей; насосную камеру с ходками, соединяющую камеру со стволом и выработками околоствольного двора или горизонта.

Емкость водосборников главного водоотлива должна обеспечивать накопление не менее четырехчасового, а участкового - не менее двухчасового максимального притока. Максимальное заиление водосборника и предварительного отстойника не должно превышать 30% их объема.

Для строящихся и реконструируемых водоотливных установок:

объем водосборника должен быть рассчитан на прием не менее восьми часового притока из своего горизонта - для главных водоотливных установок и не менее чем на четырехчасовой - для участковых;

водосборники главных водоотливных установок, откачивающих воду на поверхность, должны иметь предварительные отстойники.

Водосборники, строящиеся или реконструируемые, должны иметь:

расстояние от подошвы водосборника до оси вала, установленного на фундаменте насоса, не более 5 м;

запорное устройство между коллектором и каждой ветвью водосборника;

герметизирующее устройство, если коллектор (колодец) сообщается с выработкой околоствольного двора не только через водосборник;

уровень подошвы коллектора (колодца) ниже уровня подошвы водосборника не менее 1,5 м.

Насосная камера главного водоотлива должна соединяться: со стволом или уклоном через трубокабельный ходок располагаемый не ниже 7 м от уровня пола в насосной камере или наклонным стволом или выработкой - не ниже 3,5 м; околоствольным двором и водосборником. Пол насосной камеры должен быть выше на 0,5 м почвы околоствольного двора. Камера должна быть оборудована двигающимися грузоподъемными механизмами.

Расчет предварительного отстойника

Средняя скорость движения воды в отстойнике:

где b = 3 м - ширина предварительного отстойника, м;

h = 0,4 м - глубина проточного слоя воды.

Длина предварительного отстойника:

,

где - вертикальная составляющая скорости, при V < 130 мм/с = 0,03V.

V₀ - гидравлическая крупность частиц размером (0,1…0,2) мм, которую можно принять 9,6 мм/с

- коэффициент, учитывающий наличие в гидросмеси частиц различной крупности, при V₀ = 9,6 мм/с = 1,4.

Объем нижней части отстойника, предназначенного для сбора шлама, определяется по количеству твердого, выпадающего из воды в течение суток:

где W_н - емкость нижней части отстойника;

q_т - объемная концентрация твердого в шахтной воде, q_т = 0,003…0,005;

Технико-экономические показатели работы водоотливной установки

Годовой расход электроэнергии на нужды водоотлива определяется по формуле:

где Т_н - время работы насосов при откачке нормального суточного притока, ч:

Т_м - время работы насосов при откачке максимального суточного притока, ч:

з_д - КПД электродвигателя

з_с - КПД линии электропередач, (з_с = 0,97);

Размещено на Allbest.ru