Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра горных машин

Расчет главной водоотливной установки шахт и рудников

Методические указания к выполнению контрольных заданий и отдельных разделов дипломного проекта

специальностей 150402 "Горные машины и оборудование", 130404 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых", 140601 «Электромеханика в горном производстве»

Новокузнецк

2007

УДК 622.6.002.5

Р

Рецензент:

кандидат технических наук,

доцент кафедры РРМ СибГИУ

Ю.К. Власкин

Р Расчет главной водоотливной установки шахт и рудников:

Метод. указ./ Сост.: Г.С. Щербина: СибГИУ.- Новокузнецк, 2007. -22с.

Изложена программа для самостоятельного изучения общей теории турбомашин и водоотливных установок в курсе "Стационарные установки" для студентов специальностей "Горные машины и оборудование" (150402), "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" (130404), "Электромеханика в горном производстве" (140601).

Приводится методика расчета главной водоотливной установки по заданным горнотехническим условиям – максимальному притоку, глубине шахты по вертикали, физико-химической характеристике воды и суточной производительности шахты. Исходные данные представлены в виде 99 вариантов заданий.

Предназначены для студентов всех форм обучения при дипломном проектировании.

Рецензент – кафедра разработки рудных месторождений СибГИУ (доцент, к.т.н. Ю.К. Власкин)

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета

Введение

При изучении курса студент должен самостоятельно проработать необходимый материал по основам общей теории турбомашин и по водоотливным установкам согласно приведенной ниже программе.

Классификация гидравлических машин. Устройство, принцип действия, основные параметры турбомашин, основное уравнение и теоретические характеристики турбомашин, потери энергии в турбомашине, действительные и индивидуальные характеристики, условия и уравнения подобия турбомашин, рабочий режим турбомашин, характеристики внешних сетей, совместная работа турбомашин на общую сеть, назначение и классификация водоотливных установок, технологические схемы водоотлива, характеристики насосов и режимов работы, способы регулирования режимов работы, классификация, элементы и номенклатура центробежных насосов, кавитация в насосах, допустимая геометрическая высота всасывания и кавитационный запас энергии, насосные камеры и водосборники. Требования ПБ к водоотливным установкам.

Оборудование главного водоотлива

На главном водоотливе шахт в зависимости от условий эксплуатации (высоты нагнетания, водного притока, реакции воды и ее загрязненности механическими взвесями) главная насосная станция оборудуется в основном центробежными насосами в горизонтальном исполнении, оснащенными электроприводом с синхронной частотой вращения 1500 и 3000 об/мин. К первой группе относятся насосы ЦНС 180-85…425, ЦНСК 180-85…425, ЦНС 300-120…600, ЦНСК 300-120…600, ЦНСК 500-160…800 и ЦНСГ 850-240…960 с коэффициентом быстроходности 60…70, ко второй группе – ЦНС 105-98…490, ЦНС 180-476…860, ЦНС 180-500…900, ЦНС 300-700…1000, ЦНС 300-780…1300 с коэффициентом быстроходности 90…100.

По ГОСТ 10407-70 в обозначении типоразмеров насосов входят: начальные буквы наименования насоса – ЦНС (центробежный насос секционный); цифра после букв - номинальная подача насоса (м³/ч); цифры после дефиса – напор в расчетном режиме при минимальном и максимальном числах ступеней (м). Буква К после ЦНС означает, что насос предназначен для перекачивания агрессивных вод (кислотоупорный). Буква Г в обозначении насоса ЦНСГ 850-240…960 означает, что насос предназначен для перекачивания загрязненной воды (грязевый).

Благодаря тому, что корпуса насосов состоят из отдельных секций, можно, не изменяя подачи, изменить напор путем установки нужного числа рабочих колес и направляющих аппаратов. При этом меняется только длина вала, стяжных шпилек и обводной трубы.

Насосы главного водоотлива можно использовать при параллельном и последовательном включениях, с заливочным и бустерным насосами. По техническим условиям подпор на входе допускается не более 0,3 МПа. Насосы устанавливают в специально оборудованные камеры на бетонных фундаментах, что обеспечивает центровку насоса с приводным электродвигателем и устойчивость насосных агрегатов. Значительное количество насосов автоматизировано. При монтаже насосов предусматриваются устройства для их защиты от гидравлических ударов.

В технических характеристиках центробежных насосов приводятся следующие показатели: подача и напор в номинальном режиме при перекачивании жидкости плотностью 1000 кг/м³, допустимая выкуумметрическая высота всасывания или допустимый кавитационный запас в номинальном режиме при температуре воды 20^о, рабочая часть характеристики (зона, в которой рекомендуется эксплуатация насоса), мощность насоса, частота вращения, КПД, масса и основные размеры.

Насосы в основном выпускаются с числом ступеней от 2 до 10, от 2 до 8, ЦНС 180-476…680 и ЦНС 300-700…1000 от 7 до 10 ступеней.

При эксплуатации в условиях угольных шахт насосы успешно работают на воде, отличающейся большим содержанием и размерами твердых частиц, чем это обусловлено ТУ.

Использование в шахтном водоотливе спиральных насосов типа М (5МД и 8МД), НДв, НДс, Д часто затрудняется ввиду того, что невозможно изменить число рабочих колес в насосе, хотя они более практичны, так как отсутствует узел разгрузочного диска, более высокий КПД, более просты в монтаже и эксплуатации, но имеют большие габариты и массу.

Водоотлив глубоких шахт требует использования насосов с большим напором на одну ступень. Такие насосы имеют малую высоту всасывания. В этих случаях для обеспечения бескавитационной работы вода в насос подается с подпором, который у всасывающего патрубка основного насоса может создаваться либо заглублением насосной камеры, либо применением специального подкачивающего (бустерного) насоса, как например, одноступенчатого подкачивающего насоса ВП-340 для ЦНС 300-100…1000, или подкачивающего насоса ЭЦН-14 для ЦНСГ 850-240…960. На практике встречаются оба решения, однако предпочтение отдается варианту с подкачивающим насосом. Для прокладки шахтных нагнетательных трубопроводов используются преимущественно стальные бесшовные горячекатанные трубы, изготовленные в соответствии с ГОСТ 8732-78. Трубы, предназначенные для подачи воды с нейтральной реакцией, изготавливаются из углеродистой стали марок Ст 2 сп, Ст 4 сп, Ст 5 сп, Ст 6 сп, а для подачи агрессивной воды – марок 20Х, 12ХН4 и т.д. в соответствии с ГОСТ 8631-82. Соединение труб целесообразно обеспечить быстроразъемными соединениями.

В приложении 1 даны варианты заданий к расчету главной водоотливной установки. Номер варианта задания соответствует последним двум цифрам зачетной книжки студента.

В приложении 2 приведены графики индивидуальных характеристик, применяемых насосов. При графическом определении рабочего режима насоса необходимо снять копию с графика характеристики выбранного насоса и на ней построить характеристику внешней сети.