Выбор типа и количества насосов

Расчет водоотливной установки главного водоотлива

Рассчитать главную водоотливную установку горизонта 529 м. Нормальный суточный приток по шахте Q_н.сут. = 12480 м³/сут. Максимальный суточный приток составляет Q_max.п. = 13680 м³/сут. Вода нейтральная.

1 Выбор схемы водоотлива, места расположения насосной камеры и водосборников

На шахте применена одноступенчатая схема водоотлива с расположением насосной камеры в околоствольном дворе горизонта 529м. Составляем расчетную схему трубопровода, которая показана на рисунке 1.

2.1 Определим минимальную потребную производительность насоса из условия требований ПБ о максимально-допустимой продолжительности откачки нормального суточного притока.

Q_н.сут 12480

Q_н. = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 624 м³/ч.

20 20

2.2 Определим ориентировочный потребный напор насоса:

Н_г

Н_ор = ¾¾¾, м.вод.ст.;

h_тр

где Н_г - геодезическая высота, м; Н_г = Н_н + Н_в = 529 + 3 = 532м.

Н_н - высота нагнетания, м; Н_н = 529м;

Н_в - высота всасывания, м; принимаю Н_в = 3м;

h_тр - к.п.д. трубопровода, h_тр = 0,9-0,95.

Н_ор = ¾¾¾ = 575м.

0,925

Принимаем к установке насос типа НСШ 750-250-1400. Техническая характеристика насоса приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика насоса НСШ 750-250-1400

Наименование показателей	Значение
1. Номинальная подача, м^3/ч 2. Номинальный напор на одно рабочее колесо, м.в.с. 3. Номинальный к.п.д. 4. Частота вращения вала, мин^-1 5. Диаметр подводящего патрубка, мм 6. Диаметр напорного патрубка, мм 7. Ширина насоса, мм 8. Высота насоса, мм	0,72

2.3 Определим необходимое число рабочих колес:

H_ор 575

Z_к = ¾¾ = ¾¾¾ = 4,6.

Н_к 125

К установке принимаю 5 колес. Определим напор насоса:

Н = Н_к × Z_к = 125 × 5 = 625м.в.с.

Окончательно, к установке принимаю три насоса НСШ 750-625 по пять рабочих колес в каждом. Один насос находится в работе, один – на техническом обслуживании и один насос – резервный.

3 Проверка работы насоса на устойчивость

Проверка устойчивой работы насоса проводится согласно неравенству:

Н_г £ 0,95 × Н₀, м;

где Н₀ - напор насоса при закрытой задвижке, м.в.с. Н_0­ = Н_К0 × Z_к;

где Н_К0 - напор одного колеса насоса при закрытой задвижке, Н_К0 = 132 м.в.с. Берётся из характеристики насоса.

Тогда Н₀ = 132 × 5 = 660м.в.с.

Н_г = 532м £ 0,95 × 660 = 627м.в.с.

Условие выполняется, следовательно, работа насоса будет устойчивой.

4 Выбор труб для напорного и всасывающего трубопроводов

4.1 Определим оптимальный диаметр труб:

d_опт = k × 0,0131 × Q^0,476;

где k - коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов, при двух трубопроводах k = 1,0.

d_опт = 1,0 × 0,0131 × 750^0,476 = 0,306м.

4.2 Определим толщину стенок труб по формуле:

100 × (d₀ + d_к)

d = ¾¾¾¾¾¾¾, мм;

100 – К₀

где d₀ - толщина стенки труб из условия прочности, мм;

d₀ = К₁ × Д × р;

где К₁- коэффициент, учитывающий материал, из которого изготавливаются трубы; для стали 20 К₁ = 2,27;

Д - наружный диаметр труб, определенный ориентировочно, м.

Д = d_опт + 2d_ор = 0,306 + 2 × 0,007 = 0,32 м.

Ориентировочно, в соответствии с ГОСТ8752-78, принимаем трубы диаметром 325 мм.

р - расчетное давление, МПа; р = 1,4 × р_раб;

где р_раб = 5,32МПа - рабочее давление.

р = 1,4 × 5,32 = 7,45МПа.

Тогда d₀ = 2,27 × 0,306 × 7,45 = 5,2мм;

d_к - коррозионный износ труб, мм. Определяется из выражения:

d_к = (a₁ + a₂) × Т;

где a₁- скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм;

a₁ = 0,25 мм/год при ведении БВР в шахте;

a₂ - скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм;

a₂ = 0,1мм/год - при перекачивании нейтральных и щелочных вод;

Т - срок службы трубопровода, лет; принимаем Т = 10 лет.

Тогда d_к = (0,25 + 0,1) × 10 = 3,5мм;

К₀ - коэффициент, учитывающий минусовый допуск при изготовлении труб, %; по ГОСТ8732-78 при толщине труб до 15 мм, К₀ = 15%.

100 × (5,2 + 3,5)

d = ¾¾¾¾¾¾¾ = 10,2мм.

100 – 15

По ГОСТ8732-78 принимаем трубы с толщиной стенки 11 мм, наружным диаметром d_н = 325 мм и внутренним – d_в = 303 мм.

4.3 Проверяем скорость воды в напорном трубопроводе, которая должна находиться в принятых пределах 2-2,5м/с.

4× Q 4 × 750

u_нап. = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 2,9 м/с.

3600 × p × d_в² 3600 × 3,14 × 0,303²

Условие не выполняется. Принимаем трубы с наружным диаметром 351мм и внутренним – 329мм.

4 × Q 4 × 750

u_нап. = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 2,45 м/с.

3600 × p × d_в² 3600 × 3,14 × 0,329²

Окончательно к установке принимаем для напорного трубопровода трубы стальные горячедеформированные с внешним диаметром 351мм и толщиной стенки 11мм. Для всасывающего трубопровода принимаем трубы с наружным диаметром 400мм с толщиной стенки 7мм и внутренним диаметром 386мм.

4 × Q 4 × 750

u_вс. = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 1,78 м/с,

3600 × p × d_в² 3600 × 3,14 × 0,386²

что удовлетворяет условию u_вс. < 1,8 м/с.

5 Определение рабочего режима насоса

Определение рабочего режима насоса проводим графическим методом, для чего наносим характеристику рабочего колеса насоса. На этом же графике, в том же масштабе, строим характеристику трубопровода по уравнению Н = Н_г + R × Q² (рисунок 2). Для построения характеристики трубопровода необходимо определить значение R для данных условий.

Определим коэффициент гидравлического трения в всасывающем и напорном трубопроводах из выражения:

0,021

l_i = ––––––¾.

d_i^0.3

Для всасывающего трубопровода

0,021

l_вс. = ¾¾¾¾ = 0,0279.

0,386^0,3

Для напорного трубопровода:

0,021

l_нап. = ¾¾¾¾ = 0,0293.

0,329^0,3

Определим суммарные потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах, с учетом местных сопротивлений, принимаемых в соответствии с расчетной схемой водоотлива (рисунок 1).

l_вс. u_вс.² 12 1,78²

åh_вс. = (l_вс. × ¾¾ +åx)× ¾¾¾ = (0,0279× ¾¾¾ + 4,5 + 0,6 × 3) × ¾¾¾¾ = 1 м. d_вс. 2 × g 0,386 2 × 9,8

l_н u_н² 529 + 207

åh_нап.= (l_н × ¾¾ + åx)── = (0,0293× ¾¾¾¾¾ + 0,26 × 3 + 10 + 1,5 × 2 + 0,6 × 10 + 0,25) ×

d_н 2×g 0,329

2,45²

× ¾¾¾¾ = 31,6м.

2 × 9,81

Суммарные потери в трубопроводе составят:

åh = åh_вс + åh_н = 1,0 + 31,6 = 32,6м. Принимаем åh = 33 м.

Напор насоса составит Н = Н_г + åh = 532 + 33 = 565 м.

Характеристика строится в соответствии с выражением Н = Н_г + R × Q², откуда найдем R:

H - H_г 33

R = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 0,000058

Q² 750²

Cледовательно, уравнение характеристики будет иметь вид:

H = 532 + 0,000058 × Q².

Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Построение характеристики трубопровода

Q, м^3/ч
Н, м		532,6	534,3	537,2		547,6

Наносим характеристику сети на рабочую характеристику насоса НСШ-750-625 (рисунок 2).

Рисунок 2 - Определение рабочего режима насоса НСШ 750-625.

Рабочий режим насоса:

Q_р = 770 м³/ч; Н­_р = 570 м; при к.п.д. 70% (h_р = 0,7).

Вакуумметрическая высота всасывания составит 3,2 метра.

Определим к.п.д. трубопровода:

Н_г 532

h_тр = ¾¾ = ¾¾¾ = 0,93.

Н_р­ 570

6 Выбор электродвигателя насоса

Для выбора электродвигателя определим его потребную мощность из выражения:

Q_р × r × g × H_р 770 × 1000 × 9,81 × 570

N= k × ¾¾¾¾¾¾¾ = 1,1× ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 1879 кВт;

3600 × 1000 × h_р 3600 × 1000 × 0,7

где k- коэффициент запаса мощности, k = 1,1-1,2;

r - плотность воды, r = 1000 кг/м³;

К установке принимаем ВАО2-630L4, мощностью 2000 кВт на напряжение 6000В.

Техническая характеристика электродвигателя приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Техническая характеристика электродвигателя ВАО2-630L4

Наименование показателей	Значение
1. Номинальная мощность, кВт 2. Напряжение, В 3. Номинальный ток, А 4. К.п.д., % 5. Соs j 6. Пусковой ток, А 7. Частота вращения, мин^-1 8. Масса, кг	0,92

7 Проверочный расчет водосборника

Проверочный расчет потребного объема водосборника производится по условию:

V_в.сб.= 4 × Q_н.пр. = 4 × 620 = 2480 м³;

Определим скорость потока воды при работе одного водосборника:

Q_р × 1000 770 × 1000

u₁ = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 14,2 мм/с.

S_свету × 3600 15 × 3600

Данная скорость перемещения воды в водосборнике обеспечит оседание всех частиц крупностью 0,1 мм и более на дне водосборника.

Для предварительного осветления воды перед водосборником предусматривается сооружение предварительного отстойника. Очистка отстойника от ила осуществляется гидроэлеватором с питанием от насоса главного водоотлива. Откачка шлама производится в выработанное пространство.

8 Организация работы насосов при откачивании нормального и максимального притоков

Время для откачивания нормального суточного притока воды составит:

Q_н.сут. 12480

t_н = ¾¾¾ = ¾¾¾ = 16,2 часа.

Q_р 770

Время для откачивания максимального суточного притока воды составит:

Q_max.сут. 13680

t _max. = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 17,8 часа.

Q_р 770

Что удовлетворяет требованию ПБ п.7.1.4. [3]. Следовательно, к установке следует принимать 3 насоса НСШ-750-625.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. – М.: Недра, 1982.

2. Попов Г.А. Шахтные водоотливные установки. Справочник. – М.: Недра, 1988.

3. ДНАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Основа, 2005.

4. Дзюбан В.С. и другие. Справочник энергетика угольной шахты. – М.: Недра, 1983.

Дата добавления: 2014-01-11