2.3 Определение типа насоса

Согласно заданию на шахте используются секционные насосы ЦНС 300/600, но поскольку максимальная производительность этих насосов составляет 400м³/час, принимаем два насоса с производительностью 282 м³/час.

На универсальную характеристику насоса наносится точка с координатами Q_мин= 282 м³/час и Н= 202÷213 м вод.ст. Ближайшая рабочая зона насоса ЦНС 300/240 с подачей в пределах рабочей части характеристики Q= 220÷380 м³/час, n= 1475 об/мин.

Окончательно параметры рабочего режима насоса уточняются по построенным характеристикам насоса и внешней сети.

Номинальные параметры на одну ступень насоса ЦНС 300/240:

Q=300 м³/час, Н_к= 60 м вод.ст.

Предварительное число рабочих колес Z, шт, насоса

Z= Н`/Н_к (7)

Z= 213/60=3,6 принимаем 4

В качестве уравнения насоса принимаем формулу для более широкого диапазона параметров насоса:

H= z* (H_ok+ A_k* Q- B_k* Q²), (8)

где H_ok- напор насоса при нулевой подаче на одно колесо, H_ok = 66,9 м вод.ст.;

A_k- постоянный коэффициент в интерполяционном уравнении напора, 4,01*10^-2;

B_k- постоянный коэффициент в интерполяционном уравнении напора, B_k= 2,21*10^-4;

H= 4*(66,9+4,01*10^-2 *Q-2,21*10^-4* Q²)=267,6+0,1604*Q- 0,000884* Q²

Напор насоса Н_о, м вод.ст., при закрытой задвижке определяется по формуле

H_о=z* H_ok , (9)

Н_о= 4* 66,9=267,6

Н`<0,95Н_о

Проверка насоса на устойчивость работы

213<0,95*267,6=253

Это соотношение указывает, что работа насоса устойчива. Диаметры подводящего и напорного патрубков насоса- 150мм.

Таблица 6- Техническая характеристика насоса ЦНС 300

Типы насосов	ЦНС 300
Подача, м3/час	300
Напор на I ступень, м вод. Ст.	60
Скорость вращения, об/мин	1475
Коэффициент полезного действия, %	70
Допустимая вакуумметрическая высота всасывания на расчетной подаче при температуре воды +25о С, м вод. ст.	5
Рабочая область насоса: по подаче, м3/час по напору на ступень, м вод. ст.	220-360 65-52
Материал основных деталей	чугун

2.4 Расчет трубопровода. Определение диаметра трубопровода

В расчетах трубопроводов скорость воды в нагнетательном ставе допускается принимать V= 2÷2,5 м/с, поэтому принимаем допустимую скорость 2,2 м/с.

Внутренний диаметр напорного трубопровода d_н, м, определяется по формуле

d_н= 0,0188 (10)

где Q_мин – расход воды через нагнетательный трубопровод, м³/ч. Принимаем диаметр нагнетательного трубопровода D_у = 250мм ГОСТ 8732-78.

d_н= 0,0188 = 0,2137

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода d_вс, м, вычисляется по формуле

d_вс= 0,0188 (11)

где Q_мин – расход воды через нагнетательный трубопровод, м³/ч. Принимаем диаметр нагнетательного трубопровода D_у = 300мм ГОСТ 8732-78;

V= 1,25…1,75 м/с- допустимая скорость воды во всасывающем трубопроводе, принимаем V= 1,5 м/с.

Удельное сопротивление трубопровода:

Для трубопровода D_у = 250мм: A_дл250=0,207*10^-6, А_м250= 1,63*10^-6;

Для трубопровода D_у = 300мм: A_дл300=0,079*10^-6, А_м300= 0,7871*10^-6;

Длину трубопроводов принимаем согласно проектному заданию.

2.5 Расчет пропускной способности трубопровода

Принимаем, что при прокладке напорного трубопровода на нем будет установлено четыре колена с углом поворота 90⁰, три колена с углом поворота 150⁰, два тройника, переход расширяющийся, обратный клапан и задвижка, на всасывающем трубопроводе будет установлена приемная сетка без клапана, три задвижки, два тройника и конфузор.

Подсчет местных сопротивлений сводим в таблицу- 7

Таблица 7- Местные сопротивления трубопроводной арматуры и фасонных частей

Местное сопротивление	Всасывающий участок			Напорный участок
	Кол-во	ξ	∑ξ	Кол-во	ξ	∑ξ
Приемная сетка б/клапана	1	1	1	-	-	-
Колено 900 сварное	-	-	-	4	0,35	1,4
Колено 1500 сварное	-	-	-	3	0,25	0,75
Конфузор 300/200	1	0,25	0,25	-	-	-
Переход расширяющийся	-	-	-	1	0,2	0,2
Клапан обратный	-	-	-	1	10	10
Тройник равнопроходной	2	1	2	2	1	2
Продолжение таблицы 7
Выход из трубы	-	-	-	1	1,0	1,0
Задвижка	3	0,25	0,75	1	0,25	0,25
Сумма по участку	∑всξ=4			∑напξ=15,6

Сопротивление всасывающего трубопровода а_вс, определяется по формуле

а_вс= А_дл300* L_вс+ А_м300* ∑_всξ , (12)

а_вс= (0,079*13+ 0,7871* 4,0)*10^-6=4,1754* 10^-6

Сопротивление напорного трубопровода а_нап, определяется по формуле

а_нап= А_дл250* L_нап+ А_м250* ∑_напξ , (13)

а_нап= (0,207*403+ 1,63* 15,6)*10^-6=108,2* 10^-6

Суммарное сопротивление трубопровода а, находится по формуле

а= а_вс+ а_нап , (14)

а= (4,175+ 108,2)* 10^-6= 112,4* 10^-6= 0,0001124

Характеристика трубопровода

Н_тр= Н_г+ а* Q²= 192+ 0,0001124* Q², (15)

Решая совместно уравнение трубопровода с интерполяционным уравнением насоса, находим параметры рабочего режима системы Q_1,2, м³/ч

Н_тр= 192+ 0,0001124* Q²

Н_нас= 267,6+ 0,1604* Q- 0,000884* Q²

Н_тр- Н_нас= 192+ 0,0001124* Q²- 267,6- 0,1604* Q+ 0,000884* Q²= 0,0009964* Q²- 0,1604* Q- 75,6= 0

Q_1,2= = 80,5 286,97

Q₁= Q_н= 367,5

Подставляя значение номинальной подачи насоса в уравнении трубопровода, находим напор Н_н, м вод. ст., создаваемый насосом ЦНС 300/ 240

Н_н= 192+ 0,0001124* 367,5²= 207

Время откачивания суточного притока Т, ч, с горизонта 700м, составит

Т= 24* Q_пр/ Q_н , (16)

Т= 24* 470/ 2* 367,5= 15,4 ч< 20 ч

Вывод: принятые два насоса ЦНС 300/240 обеспечивают откачку суточного притока за время менее чем за 20 часов.

Постоянно в течении 20 часов должен работать один насос из двух рабочих, а так как он один не справляется с притоком, то периодически подключается второй насос. Такая работа водоотлива является работой на приток и по сравнению с обычным способом, когда нужное число насосов включается и выключается одновременно, имеет следующие основные преимущества:

1 Экономится энергия на водоотлив в результате снижения средней скорости потока и уменьшения потерь напора в трубопроводе.

2 Сокращается машинное время насосов в следствии повышения их единичной подачи.

3 Повышается надежность водоотлива и уменьшается износ оборудования, так как резко сокращается общее число пусков насосных агрегатов.

4Обеспечивается более равномерная нагрузка на систему энергоснабжения.

5 Создаются более благоприятные условия работы систем водоочистки.

6 Сокращается регулировочная емкость водосборника, а за ее счет возрастает резервная.

Принимая за t₂ время в течении суток, когда работают оба насоса с общей подачей Q∑= 2* Q₁=735 м³/ч, а в остальное время работает один насос на тот же трубопровод с подачей Q₁= 367,5 м³/ч и весь суточный приток воды откачивается за 20 часов, составим уравнение:

2Q₁* t₂+ Q₁* (20- t₂)= Q_пр* 24

Откуда определим t₂:

t₂= 24* Q_пр- 20* Q₁/ Q₁= 10,7 ч

Время работы одиночного насоса:

t₁= 20- t₂= 20- 10,7= 9,3 ч

При этом за 20 часов будет откачано воды:

Q= Q_∑* t₂+ Q₁* t₁= 735* 10,7+ 367,5* 9,3= 11280 м³/ ч,

Что соответствует суточному притоку:

Q_сут= Q_пр* 24= 470* 24= 11280 м³/ ч

Вывод: применение насоса ЦНС 300/300 позволяет обойтись без четвертого насоса в водоотливной установке, но при этом увеличивается расход электроэнергии на откачку суточного притока воды и насос работает с подачей 435 м³/ ч за пределами рабочей части характеристики Q= 220÷380 м³ в неустойчивой области, поэтому принимаем к установке четыре насоса ЦНС 300/240 с параллельной работой двух из них на один трубопровод, два других- в ремонте и резерве.