Порядок расчета и выбора насосов и трубопроводов

Н_г=Н_ст+Н_в+h_пс+h_пп=325+3+3+1=332 м. 

где Н_ст - глубина шахтного ствола - расстояние по вертикали от почвы выработки околоствольного двора по горизонтальной плоскости поверхности, 325м;

Н_в - высота всасывания воды насосом - расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в колодце до оси насоса, м (Н_в=3 … 6 м);

h_пс - высота превышения конца напорной трубы над устьем ствола, м, (h_пс = 1,5 … 5 м);

h_пп - превышение оси насоса над уровнем почвы выработки околоствольного двора, м, (h_пп = 1,5 … 1,0 м) 

2.2.3 Расчетный напор насоса при закрытой задвижке определяют по формуле

2.2.4Подбор насоса

Из графика рабочих зон насосов выбирается машина, которая обеспечит расчетные подачу Q_p и напор Н₀. Из таблиц выбираются конструктивные размеры (диаметры) подсоединенных патрубков. Принимаем насос ВЦД 32/600.

   2.3. Расчет параметров внешней сети насосной установки

2.3.1. Расчет внутреннего диаметра всасывающего трубопровода, м

.

где: υ_в - скорость потока воды во всасывающем трубопроводе, м/с. Исходя из условий обеспечения бескавитационного режима работы насосов, скорость потока воды принимают в пределах: υ ≤ 0,9…1,2 м/с. 

2.3.2 Расчет внутреннего диаметра нагнетательного трубопровода

.

где: υ_н - скорость потока воды в нагнетательном трубопроводе, м/с. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе принимается в пределах υ ≤ 2…2,5 м/с.

Фактические диаметры труб d_в - всасывающего и d_н - нагнетательного трубопроводов подбирают по ГОСТ 8731-74 как ближайшие к расчетным наибольшие значения табличных величин. Толщина стенок труб всасывающего трубопровода принимается минимальной. Толщина стенки нагнетательного трубопровода определяется в зависимости от марки стали и допустимого максимального давления в трубах, которое определяется по уравнению:

                                    

2.3.3. Расчет характеристики  сети насосной  установки

       Принятые  диаметры всасывающего и нагнетательного  трубопроводов сравниваются с конструктивными размерами патрубков принятого насоса. Если размеры всасывающего и нагнетательного патрубков отличают от соответствующих размеров трубопроводов, то устанавливаются переходники (конфузор или диффузор) с конусностью 10⁰ … 25⁰.

       Расчет  потерь напора в местных сопротивлениях и по длине трубопровода ведется по насосу, наиболее удаленного от ствола.

       Суммарные потери напора в трубопроводе определяются по формуле:

где: λ_в, λ_н - соответственно коэффициенты сопротивления трения всасывающего и нагнетательного трубопроводов:

l_в, l_н - соответственно длины всасывающего трубопровода от приемного фильтра (сетки) до насоса и нагнетательного трубопровода от насоса до точки истечения воды на поверхности, определяемые по принятой схеме водоотлива, м;

- суммы коэффициентов местных  потерь принятых всасывающего и нагнетательного трубопроводов (подсчитываются по табличным значениям). При этом необходимо обеспечить выполнение условия:

υ_вф, υ_нф - фактические скорости потока во всасывающем и нагнета-тельном трубопроводах, м/с:

Q - производительность принятого насоса в соответствии с паспортной характеристикой, м³/ч

 
 

2.3.4. Расчет манометрического  напора насоса

 м.

2.3.5. Расчет постоянной трубопровода.

 с²/м⁵.

2.3.6. Расчет характеристики трубопроводной сети

 м,

 м,

 м,

 м,

 м.

где: Q - расход жидкости через трубопровод, м³/с

Расчетные данные для построения уравнения характеристики трубопроводной сети занесем в таблицу 1.

Таблица 1. Характеристика трубопроводной сети 

2.4. Расчет характеристики насоса

       Определение числа Z_к рабочих колес выбранного насоса:

где: напор, создаваемый одним рабочим колесом, м.

Принимаем число колес Z, округлив число Z_к до целого числа.

Индивидуальную  напорную характеристику для одного колеса увеличиваем в Z раз по оси координат и строим на графике характеристику насоса с числом рабочих колес равным Z. При этом цифровые значения производительности Q по оси абсцисс оставляем без изменения. Принимаем напорную характеристику, КПД и вакуумметрическую характеристику одинаковыми для всех насосов данной серии, поэтому на графике оставляем их неизменными. 

2.5. Определение режима работы насосной установки

       По  результатам расчетов, приведенных в п. 1.4, строим характеристику принятого насоса. В точке пересечения характеристик определяем режим работы насосной установки при открытой задвижке:

Q_ф - фактическая подача насоса в сеть, м³/с;

Н_ф - фактический напор насоса при подаче Q_ф, м;

η_ф - КПД насоса;

Н_вак - допустимая вакуумметрическая высота насоса, м.

Требуемый режим насоса устанавливается путем  прикрытия задвижки на 10-20%:

.

2.6. Проверка режимных параметров работы насоса

       Устойчивость режима работы насоса проверяется по напору, создаваемому насосом при закрытой задвижке (Q=0):

                    

729≥721,7

       Бескавитационный  режим работы обеспечивается правильным выбором высоты всасывания насоса (Н_в):

Н_вак ≥ Н_в,

где: Н_вак - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса, определяемая из графика .Правильность выбора насоса проверяется по числу часов работы насосной установки в период нормального притока (t_н):

 

       В период максимального притока воды определяется время работы второго  насоса, включаемого в работу параллельно  с первым насосом:

. 

. 

2.7. Расчет мощности  потребляемой насосной  установкой

       2.7.1.Мощность на валу насоса рассчитывается по фактическим рабочим параметрам установки, определяемым из графика

,

где: ρ - плотность жидкости, кг/м³;

Н_ф - фактический напор, м;

Q_ф - фактическая подача, м³/ч;

η_ф - фактический КПД. 

2.7.2. Среднегодовой расход электроэнергии

, кВт·ч,

где: 1,05 - коэффициент, учитывающий расход электроэнергии на освещение камеры, сушку электродвигателя и т.п.;

η_э - КПД электродвигателя;

η_с - КПД сети;

Т_п - число суток максимального притока воды в периоды весенних и осенних паводков.

2.7.3. Расход электроэнергии на 1 м³ откачиваемой воды.

 

2.7.4. Расход электроэнергии на водоотлив, приходящийся на 1 т добычи полезного ископаемого.

 кВт·ч/т,

где: А - добыча полезного  ископаемого за год, т. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 - вентиль, 2 - трубопровод для заливки насоса, 3 - насос, 4 - колодец, 5 - фильтр,

6 - обратный  клапан, 7 - водосборник, 8 - резервуар  воды для технических нужд,

9 - нагнетательный  трубопровод, 10 - задвижка, 11 - всасывающий  трубопровод 

Рисунок 1. - Принципиальная схема стационарной насосной установки шахты 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

       

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Картавый Н. Г. Стационарные машины: Учебник для вузов. М.: Недра, 1981, 327 с.
2. Попов В.М. Водоотливные установки: Справочное пособ. - М.: Недра. 1990. -254 с.
3. Правила безопасности в угольных шахтах. - Самара: Самф. Дом печати, 1995. - 242 с.
4. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт. М.: Недра, 1976
5. А.А. Подкользин, О.М. Пискунов : Расчет и выбор электромеханического оборудования шахтных стационарных установок. Тула: 2005.