Стационарные машины

Рис. 4.1. Основные схемы водоотлива при разработке одного горизонта: а – неглубокие шахты; б, в, г – глубокие шахты

где η = 0,9…0,95 – кпд трубопровода.

mp

Для выбора типа насоса необходимо на сводный график рабочих зон характеристик насосов (рис. 4.3) нанести точку с координатами: Q min ,

Нор . Если точка попадает в рабочую зону нескольких насосов, то выбор

окончательного варианта будет зависеть от результатов их технико- экономического сравнения. Технические характеристики секционных цен- тробежных насосов приведены в табл. 4.5, 4.6, 4.7 и на графиках (рис. 4.4 – 4.9). В случае, если требуемый напор не может быть обеспечен насосом данной подачи, необходимо рассмотреть следующие варианты:

а) применение насоса с большой подачей и напором; б) применение ступенчатого водоотлива с последовательным вклю-

чением насосов, расположенных в разных горизонтах; в) применение ступенчатого отлива с водосборником на промежу-

точном горизонте.

Если необходимая подача превышает максимальную для насоса, ко- торый подходит по напору, следует применить параллельную работу насо- сов на один трубопровод. Окончательный вариант определяется технико- экономическим сравнением.

После того как выбран насос, необходимо обратиться к его напорной характеристике и определить напор на одно колесо H к в оптимальном ре-

жиме (при максимальном кпд), напор на одно колесо при закрытой за- движке H ко и номинальную подачу Qн .

Число рабочих колёс насоса определяется по формуле

и округляется до ближайшего целого числа.

58

Напор насоса при закрытой задвижке может быть подсчитан по формуле

Если это условие не соблюдается, надо увеличить число рабочих колёс.

4.4. Расчет и выбор трубопровода

При расчёте трубопроводов водоотливных установок необходимо определить материал, диаметры всасывающего трубопровода, толщину стенки труб, потери напора на преодоление гидравлических сопротивле- ний, а также обосновать выбор и расположение трубных коллекторов в на- сосной камере. От правильного решения этих вопросов зависят экономич- ность, надёжность и удобство эксплуатации водоотливных установок.

Диаметры трубопровода

Оптимальный диаметр трубопровода зависит от конкретных гидро- геологических и горно-технических условий, режима работы трубо- провода, стоимости электроэнергии и ряда других показателей. Впервые вопрос определения оптимального диаметра трубопровода был рассмотрен академиком М.М. Фёдоровым.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода можно определить по следующей формуле

чая резервный. При одном рабочем трубопроводе и одном резервном n = 2. Если принята схема с тремя трубопроводами (двумя рабочими и одним ре- зервным), то n = 1,5, а подачу и приток надо брать в два раза меньше. В любом случае на каждый рабочий трубопровод надо прибавлять долю ре- зервного, а подачу и приток уменьшать пропорционально числу рабочих трубопроводов.

Ктр – коэффициент трубопровода, зависящий от рабочего давления воды в напорном трубопроводе ( Рр ) и марки стали, из которой он изго-

товлен (табл. 4.1).

60

где ηн , ηд , ηс – к.п.д. соответственно насоса, электродвигателя и элек- трической сети.

Рабочее давление воды для начального нижнего сечения напорного трубопровода может быть определено по формуле

где ρ - плотность шахтной воды, кг/м3, можно принимать ρ = 1020 кг/м3.

Полученное по формуле (4.7) значение диаметра напорного трубо- провода округляется до ближайшего значения по ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные (табл. 4.2).

Диаметр всасывающего трубопровода ( dВС ) выбирается с учётом то-

го, чтобы скорость воды в нём не превышала 1 м/с. Обычно его принимают на 25…50 мм больше напорного. При этом диаметр всасывающего трубо- провода не должен быть меньше диаметра подводящего патрубка насоса. Если гидравлическая схема водоотлива содержит подкачивающий насос, то всасывающий и напорный трубопроводы могут быть одинакового диаметра.

Учитывая уменьшение внутреннего диаметра труб в процессе работы (вследствие их заливания), реальный диаметр труб (так называемый диа- метр условного прохода dУ ) будет всегда меньше фактического ( dФ ) на

5…10 мм, т.е. dУ = dФ − (5 −10) .

Толщина стенок стальных водоотливных труб

Расчёт водоотливных труб производится с учетом условия, что их стенки испытывают по нормали к своей поверхности давление жидкости, находящейся в трубе в равновесии или движущейся в ней равномерно.

61

Толщина стенок труб, прокладываемых в вертикальных стволах, мо- жет быть определена по следующей формуле:

Для водоотливных трубопроводов используют стальные бесшовные горячедеформированные трубы по ГОСТ 8732-78 (табл. 4.2) из стали ма- рок Ст 2 сп, Ст 4 сп, Ст 5 сп, Ст 6 сп. Эти трубы имеют наружный диаметр 25…820 мм при толщине стенок 2,5…75 мм.

Временное сопротивление разрыву указанных марок стали

δ К.Н - скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм/год (приведении взрывных работ δ К.Н = 0,25; при их отсутствии δ К.Н = 0,15);

δК.В - скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год; определяется химическим составом откачиваемой воды.

Химический состав воды

t - срок службы трубопровода, лет; Kд - коэффициент, учитываю-

щий минусовой допуск толщины стенки трубы, %; в расчётах можно при-

нимать Kд = 10…15 %.

Вследствие снижения давления по высоте можно применять трубы с уменьшающейся к поверхности толщиной стенки. При глубине верти- кального ствола до 700 м обычно принимают трубы с одинаковой толщи- ной стенки, определённой для их нижнего сечения. При больших глуби- нах ствола рационально разбивать трубопровод на секции – первая (верх- няя) секция должна иметь длину 700 м с постоянной толщиной стенки, вторая (нижняя) – увеличенную толщину стенки, соответствующую дав- лению в ней.

62

Таблица 4.2

Трубы стальные бесшовные горячедеформированные

(ГОСТ 8732-78)

63

Определение сопротивления трубопровода

Для получения правильного результата (при расчёте сопротивления трубопровода) гидравлическую схему водоотливной установки необходи- мо разбить на три участка, отличающихся по диаметру трубопровода и гидравлической арматуре: 1 - всасывающий трубопровод; 2 - участок на- порного трубопровода, находящийся в насосной камере; 3 - остальная часть напорного трубопровода.

Для каждого участка следует определить сумму коэффициентов мест- ных сопротивлений ∑ξ (табл. 4.3) и расчётную длину трубопровода λр .

Сопротивление трубопровода на каждом участке можно определить по удельным гидравлическим сопротивлениям, например для участка 1:

где АД - удельное сопротивление по длине, r 2/м6; АΜ - удельное местное сопротивление, r 2/м5; ∑ξ - сумма коэффициентов местных сопротивле-

ний фасонных частей, арматуры, задвижек и т.п. на данном участке. Сопротивления трубопровода на других участках определяются ана-

логичным образом.

64

Значения удельных сопротивлений для наиболее распространенных диаметров условного прохода (d у) приведены в табл. 4.4; они могут быть

вычислены по следующим формулам:

где λ - коэффициент гидравлического трения; для труб, бывших неко- торое время в эксплуатации λ = 0,021/ d 0,3 (диаметр труб измеряется в метрах).

* – величину умножить на 10- 6.

65