Расчет главной водоотливной установки

Исходные данные:

Максимальный приток Q_макс. м³/сут.

Глубина шахты по вертикали Н_ш м

Длина трубопровода м

Плотность воды кг/м³

Производительность шахты М т/сут.

Физико-химическая характеристика воды – нейтральная

1. В соответствии с ПБ насос должен откачивать максимальный суточный приток не более, чем за 20 часов. Отсюда минимальная подача насоса

Q, м³/ч

2. Геометрическая высота подъема жидкости, м

,

где = 5м – ориентировочное значение высоты всасывания;

= 2м – превышение точки слива воды на поверхности над уровнем устья ствола.

3. Ориентировочное значение внутреннего диаметра нагнетательного трубопровода, м

,

где м/с – скорость воды в нагнетательном трубопроводе.

4. Потребный напор насоса (манометрический напор), м

,

где - общие потери напора в трубопроводе, состоящие из потерь напора по длине трубопровода ( ) и местных потерь ( ).

Коэффициент сопротивления трения для новых стальных труб определяется по формуле профессора Ф.А. Шевелева.

(определяется четыре знака после запятой).

- суммарный коэффициент местных сопротивлений обратного клапана ( ), задвижки клиновой , поворотного колена на 90^о 5 шт. , тройника равнопроходного 3шт. .

5. Если минимальная подача (м³/ч) находится в рабочей зоне, указанной ниже, то принимается соответствующий насос

80…130 ЦНС 105

130…220 ЦНС 180

220…380 ЦНС 300

380…640 ЦНСК 500

640…1000 ЦНСК 850

По графику характеристики принятого насоса находят напор, создаваемый одной ступенью насоса:

– при закрытой задвижке , м;

– при минимальной подаче , м.

6. Необходимое число рабочих колес

.

7. Проверка насоса на устойчивость работы

.

8. Если условие устойчивости выполняется, то определяется индекс насоса, например, ЦНС 300-420 при 7 колесах.

9. Ориентировочное значение внутреннего диаметра всасывающего трубопровода, м

,

где = 0,9…1,5 м/с – скорость воды во всасывающем трубопроводе.

10. Общие потери напора во всасывающем трубопроводе, м

,

где - коэффициент сопротивления трения всасывающего трубопровода;

- суммарный коэффициент местных сопротивлений приемного клапана с сеткой , поворотного колена на 90^о 3 шт. , конфузора на всасе ;

- ориентировочная длина всасывающего трубопровода.

11. Суммарные потери напора в нагнетательном и всасывающем трубопроводах, м

.

12. Характеристика внешней сети установки, м

,

где , ч²/м⁵ – коэффициент сопротивления трубопровода;

- номинальная подача выбранного насоса, м³/ч.

Задав ряд значений подачи, определяют несколько значений напора характеристики внешней сети, результаты вычислений отдельных точек сводят в таблицу по нижеприведенной форме.

, м3/ч	0	50	100	150	200	250	300	350	400
, м
, м

13. На графике характеристики выбранного насоса значения напоров получены умножением шкалы, относящейся к одной ступени на число ступеней Z. На этом графике строится характеристика внешней сети. Точка пересечения напорной характеристики насоса и характеристики внешней сети определяет рабочий режим установки

14. При эксплуатации напорного трубопровода возможны гидравлические удары, давление которых, МПа, может достигать двукратного нормального

,

где - плотность перекачиваемой воды, кг/м³;

м/с² – ускорение свободного падения;

Н₁ – напор на одну ступень при минимальной подаче, м.

15. Толщина стенки нагнетательной трубы, мм

,

где - временное сопротивление разрыву, которое, согласно ГОСТ 8732-78 для углеродистых сталей, должно быть:

Марка стали МПа

Ст.2 сп не менее 343

Ст. 4 сп –//– 412

Ст. 5 сп –//– 490

Ст. 6 сп –//– 580

Учитывая минусовой допуск (15 %) изготовления трубы, найденную толщину увеличивают в 1,15 раза. В соответствии с ГОСТ 8732-78 по толщине выбранной стенки и внутреннему диаметру принимается по таблице 1 наружный диаметр трубы и записывается обозначение трубы, например

Труба ,

где 219 – наружный диаметр выбранной трубы, мм;

7 – толщина стенки, мм;

Д – указывает на нормирование гидравлических испытаний.

16. Внутренний диаметр всасывающего трубопровода назначается таким, чтобы скорость движения воды не превышала 1,5 м/с и, во всяком случае, он должен быть не менее диаметра всасывающего патрубка насоса

17. По таблице 1 выбирается наружный диаметр всасывающией трубы с минимальной выпускаемой толщиной стенки, например

Труба .

Знак А в знаменателе указывает на нормирование механических свойств.

18. Истинное значение внутреннего диаметра всасывающего трубопровода, мм

,

19. Скорость движения воды во всасывающем трубопроводе, м/с

.

20. Между всасывающим трубопроводом и всасывающим патрубком насоса предусматривается установка переходного конфузора.

Скорость движения воды во всасывающем патрубке насоса, внутренний диаметр которого для насосов

ЦНС 105 125 мм

ЦНС 180 150 мм

ЦНС 300 200 мм

ЦНСК 500 250 мм

ЦНСК 850 300 мм

, м/с

21. Потери напора во всасывающем трубопроводе, м

,

где L_вс = 6,5 м – длина всасывающего трубопровода.

Таблица 1 – Сортамент стальных бесшовных горячекатанных труб,

пригодных для шахтного водоотлива,

выпускаемых в соответствии с ГОСТ 8732-78

dнар, мм	S, мм
	3,5	4	4,5	5	5,5	6	7	8	9	10	11	12	14	16	17	18	20
102 108 114 121 127 133 140 146 152 159 168 180 194 203 219 246 273 299 325 351 377 402 426 450	+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -	+ + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - -	+ + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - -	+ + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - -	+ + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - -	+ + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - -	+ + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - -	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - -	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +	+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Примечание: знаком "+" отмечены выпускаемые трубы; d_нар – номинальный наружный диаметр трубы; S – номинальная толщина стенки трубы.

22. Допустимая геометрическая высота всасывания, м

,

где – допустимая вакуумметрическая высота всасывания, принимается по кривой на характеристике насоса для рабочего режима.

23. Мощность двигателя, кВт

,

где к = 1,1 – 1,15 – коэффициент запаса мощности;

– КПД насоса, принимается по кривой на характеристике насоса для рабочего режима, в долях ед.

Для привода насосов главных водоотливных установок применяют асинхронные взрывобезопасные электродвигатели серий ВР и ВАО (низковольтные) и ВАО, "Украина" (высоковольтные) (таблица 2).

24. Время работы водоотлива при откачке максимального притока, ч

;

В соответствии с ПБ и данным расчетов в насосной станции устанавливаются три выбранных насосных агрегата ЦНС… и прокладываются два нагнетательных трубопровода.

25. Годовой расход электроэнергии на шинах подстанций, кВт ^. ч

,

где - КПД насоса;

- КПД электродвигателя;

- КПД высоковольтной кабельной сети от подстанции до насосной камеры.

26. Расход энергии на водоотлив, отнесенный на одну тонну добычи, кВт ^. ч

,

где n = 300 – количество дней работы в году.

Таблица 2 – Технические данные электродвигателей,

применяемых для привода насосов главного водоотлива /6/

Насос	Электродвигатель	Мощность эл/двигателя, кВт	Частота вращения (синхр), об/мин
ЦНС 105	ВР (225М2; 250S2; 280S7) ВАО (315S2; 315M2; 355M2; 355L2)	55, 75, 110 132, 160, 200, 250	3000
ЦНС 180 ЦНСК 180	ВР (250S4; 280S4) ВАО (315S4; 315M4; 450M4; 450L4; 500M4)	75, 110 132, 160, 200, 250; 315	1500
	ВАО (500L2); "Украина" (560М2; 560L2)	400, 500, 630	3000
ЦНС 300 ЦНСК 300	ВАО (315М4; 450L4; 500М4; 500L4; 560М4; 560L4; 630М4)	160, 250, 315, 400 500, 630, 800	1500
ЦНСК 500	ВАО (560М4; 560L4; 630М4; 630L4; 710М4; 710L4)	500, 630, 800, 1000, 1250, 1600	1500
ЦНСГ 800	ВАО (710М4; 710L4; 800L4)	1250, 1630, 2000	1500