книги из ГПНТБ / Болотских Н.С. Оборудование водопонижения в угольной и горнорудной промышленности

зависит от расстояния между водоструйным и перекачным центро­ бежным насосами. Поэтому при заданных величинах 1С и р" и по­ стоянных сопротивлениях во всасывающей системе установки ве­ личина jVn является постоянной.

Величина NB является функцией #г- и возрастает с его увели­ чением.

Ввиду большой энергоемкости центробежного насоса, подаю­ щего рабочую воду, полагаем, что его параметры подобраны таким образом, что напора достаточно только для подвода воды к водо­

где t'^—время работы перекачного центробежного насоса за весь период проходки ствола;

143

М' — суммарные затраты на приобретение перекачного цент­ робежного насоса и открытого бака, их монтаж, проходку камеры (в случае необходимости), амортизационные от­ числения и отчисления на текущий ремонт, затраты на обслуживание насоса или автоматизацию его работы.

При установке нескольких перекачных насосов суммарные за­ траты составят

метры водоструйного и центробежного насосов, предусмотренных

144

для подачи воды, а также определяется потребное число перекач­ иых центробежных насосов.

качные центробежные насосы, число которых определяется по фор­ муле

'Mi 1.

Таким образом, выбор основных параметров технологической схемы забойного водопонижения и откачки воды на поверхность должен базироваться на тщательном технико-экономическом ана­ лизе. При этом наивыгоднейшее расстояние между водоструйным насосом и перекачным центробежным насосом должно соответство­ вать минимальным суммарным затратам на водопонижение и опре­ деляться по полученным зависимостям (77) и (78).

Выбор рациональной формы элементов проточной части водоструйных насосов, применяемых в установках забойного водопонижения

В отношении выбора рациональной формы элементов проточной части водоструйного насоса в литературе опубликовано достаточно много работ. Хотя и имеются некоторые данные противоречивого характера, можно все же утверждать, что накопленные исследова­ ния уже позволяют достаточно правильно выбрать форму и про­ дольные размеры различных элементов водоструйного насоса при

по исследованию насадок, конфузоров, горловин и диффузоров для различных условий применения водоструйного насоса, а лищь при­ ведем те рекомендации, которые могут быть с успехом приняты при проектировании водоструйных насосов, входящих в установки забойного водопонижения.

Как показали исследования [29], для преобразования потенци­ альной энергии потока в кинетическую с максимально возможным эффектом наиболее целесообразно использовать насадки конически сходящейся формы.

Проведенные Б. Э. Фридманом [29] исследования конически сходящихся насадок позволили сделать вывод о том, что наиболее

рациональной длиной цилиндрического участка является /„ = 0,25do, при которой максимальное значение коэффициента расхода полу­

садки с углом конусности 304-60° и с цилиндрическим участком на конце длиной 0,25do. Коэффициент сопротивления таких насадок при достаточно тщательной обработке внутренних поверхностей мо­ жет быть принят равным 0,03—0,06.

Для сопряжения смесительной камеры с горловиной устанавли­ вается конфузор, являющийся входным участком в горловину. Конфузор обусловливает местные сопротивления с неизменным расхо­ дом потока до и после. Для уменьшения сопротивления от внезап­ ного сужения потока воды необходимо устраивать более плавный переход. Как показали проведенные исследования, форма конфузора не оказывает существенного влияния на процесс смешения по­ токов и обусловливает лишь величину местных сопротивлений. При углах конусности конфузора менее 30° потери давления обусловли­ ваются в основном потерями на трение, как и в каналах посто­ янного сечения. Конструктивно конфузор целесообразно выпол­ нять коническим с углом конусности от 30 до 90° с закругленным переходом. Длина конфузора должна приниматься равной

0,8d2 [7].

Как показали теоретические и экспериментальные работы мно­ гих авторов, в том числе и автора настоящей книги, на работу во­ доструйного насоса большое влияние оказывает горловина, диаметр

тем полнее обеспечивается обмен энергией между рабочим и под­ сасываемым потоками, тем равномернее скорости потока при вы­ ходе из нее. Неравномерность скоростного поля на выходе из гор­ ловины приводит к уменьшению статического давления в этом сече­ нии и существенному увеличению потерь в диффузоре. Увеличение длины горловины вызывает рост гидравлических потерь. Поэтому для каждого случая • работы водоструйного насоса существует оптимальная длина горловины, при которой сумма потерь в горло­

ской горловины в пределах (6—7)dz, а Н. Н. Безуглов [7] — при­

146

При испытаниях водопонизптельных установок производились замеры расхода и напора рабочей воды, расхода подсасываемой воды, напора воды за диффузором водоструйного насоса, разреже­ ния в смесительной камере водоструйного насоса. Напор рабочей воды перед насадком водоструйного насоса и смешанного потока за диффузором водоструйного насоса измерялся пружинными ма­ нометрами, а соответствующие расходы — объемным способом. Разрежение в смесительной ка,мере замерялось с помощью вакуум­ метра.

В период испытаний напор рабочей воды перед насадком водо­ струйного насоса регулировался с помощью задвижки, а противо­

бака.

Во всех случаях контролировались параметры осушаемых пес­ ков, в частности определялись их гранулометрический состав и ко­ эффициент фильтрации.

В период испытаний производилась установка различных смен­ ных насадок и горловин водоструйных насосов. За счет комбинации соответствующих насадок и горловин водопонизительные установки испытывались при следующих значениях основного геометриче­

личных значений основного геометрического параметра т строи­ лись экспериментальные безразмерные характеристики водоструй­ ных насосов X=f (X) и т)в = fi {X).

При сопоставлении экспериментальных характеристик с теоре­ тическими находились значения общего коэффициента сопротивле­ ний конфузора, горловины и диффузора соответствующие лринятой конструкции водоструйного насоса, применяемого в водопонизительной установке.

Для примера приведем теоретические безразмерные характери­ стики водоструйного насоса и расположение экспериментальных точек одной из серий испытаний, полученные автором на Морозов- •ском буроугольном карьере (рис. 91).

Аналогичные характеристики строились и для других серий испытаний различных конструкций водопонизптельных уста­ новок.

Для водоструйных насосов с цилиндрической горловиной дли­ ной около 6dz и диффузором с постоянным углом раскрытия, рав­

теоретических зависимостей с опытными данными при работе во­ допонизптельных установок в докавитационном режиме и при от-

150

сутствии или при весьма малом подсасывании воздуха через прием­ ные звенья иглофильтров, или различные неплотности в соедине­ ниях элементов всасывающей системы.

Таким образом, опытные данные, полученные в период испыта­ ний и длительной промышленной эксплуатации значительного ко-

0.30 \ 0.15

/о

о

0.W \ 0,05

0,2 0,1 0,5 0,8 X

Рис. 91. Безразмерные характеристики водоструйного насоса и распо­

личества установок забойного, водопонижения, подтвердили пра­ вильность положенных в основу их проектирования вышеприведен­ ных аналитических и экспериментальных зависимостей, которые могут быть рекомендованы для дальнейшего использования при расчетах водоструйных насосов, применяемых в водопонизительных установках.

151

нижения. Выполнение таких расчетов в инженерной практике тре­ буется в двух случаях:

1) при проектировании новых пли более совершенных устано­

ром случае геометрические параметры установки заранее известны

Воснову разработки методики расчета параметров установок забойного водопонижения для оптимального режима положено ис­ пользование интегральных огибающих характеристик, являющихся геометрическим местом точек, соответствующих максимальным значениям коэффициента полезного действия водоструйных насо­ сов, используемых в водопонизительных установках для создания высоких значений вакуума.

Воснову расчета установок для неоптимального докавптационного режима положено использование общих зависимостей, выте­ кающих из уравнения баланса мощности.

При расчете параметров установок для обоих случаев порядок расчета может быть различным в зависимости от имеющихся ис­ ходных данных.

Ниже приводится один из возможных порядков расчета пара­ метров установок забойного водопонижения для оптимального и неоптимального докавитационного режимов работы.

Методика расчета параметров при проектировании новых установок типа УЗВ и УЗВМ

При проектировании установок типа УЗВ и УЗВМ обычно изве­ стными являются: условия и схема применения, необходимые дан­ ные гидрогеологических изысканий, дальность отвода воды от уста­ новки, расстояние от забоя до приводной станции установки и др.

В задачу проектировщика входит определение всех рабочих и

152