2.5. Расчёт гидравлических сопротивлений трубопровода

Необходимый напор, для выбора типа и количества грунтовых насосов, определяется по формуле:

(2.45)

где h_l - гидравлические сопротивления по длине трубопровода (путевые потери), м; h_м - местные гидравлические сопротивления (местные потери), м; h_вс - гидравлические сопротивления во всасывающей магистрали, м; h_п - расчётная высота подъёма гидросмеси, м; h_ост - остаточный напор в конце трубопровода (h_ост=3-5 м), м.

(2.46)

где i_г - потери напора при движении гидросмеси на 1 п.м. длины трубопровода, м; L_п - длина нагнетательного пульпопровода, м (определяется размерами контура карьера и расстоянием от границы карьера до гидроотвала, прил. 1.1).

Вид динамической составляющей характеристики трубопровода определяется формой выражения для определения удельных потерь напора. По методу В.В. Трайниса:

(2.47)

где i_о - потери напора при движении воды на 1 п.м. длины трубопровода, м.

(2.48)

Местные гидравлические сопротивления:

(2.49)

где _i - коэффициент местных сопротивлений; n - число элементов местных гидравлических сопротивлений. Значения _i определяются из таблицы 2.2 по видам местных гидравлических сопротивлений согласно схеме транспортирования пород.

Гидравлические сопротивления во всасывающей магистрали

(2.50)

где L_в - длина всасывающего трубопровода (L_в=2…6 м), м.

(2.51)

где Z - разность отметок выпуска гидросмеси и уровня гидросмеси в зумпфе (учитываются уклон и длина месторождения, мощность вскрыши, высота расположения гидроотвала), м. В случае отрицательного значения Z принимается разность отметок от уровня гидросмеси в зумпфе до максимального значения отметки.

2.6. Выбор грунтового насоса

Грунтовый насос выбирается по двум его основным параметрам - подаче гидросмеси (м³/ч) и рабочему напору (м). С этой целью используется приложение 2.1, в который сведены технические характеристики насосов типа Гр, ЗГМ, НЗУ, Р.

В карьерных условиях нежелательно параллельное соединение грунтовых насосов на один трубопровод. Поэтому в данной работе допускается только последовательное соединение для увеличения напора до расчётной величины. На практике очень редко соединяют более двух насосов, т.к. в противном случае осложняется работа всей системы. Однако в расчётном задании этим ограничением можно пренебречь.

Таблица 2.2

Значения коэффициента местных сопротивлений

Виды местных гидравлических сопротивлений в трубопроводе	Наименование схемы	Параметры	Значения параметров
	вход во всасывающую трубу		0,2 2,5		0,4 1,0	0,6 0,85	0,8 0,8	1,2 0,75
	внезапное расширение		0,8 0,062	0,6 0,44	0,5 1,0	0,4 2,25	0,3 5,4	0,2 6,0
	постепенное расширение
	постепенное сужение		7 0,1	10 0,16	20 0,2	30 0,24	50 0,31	70 0,34
	поворот потока		30 0,16	40 0,3	50 0,4	60 0,55	70 0,7	90 1,1
	обратный клапан		70 1,7	60 3,2	50 6,6	40 14	30 32	20 62
	задвижка		10 0,05	1/2 2,1	1/3 0,3	3/8 5,5	1/4 17	1/8 98
	соединение трубопроводов		0,2 0,18 -0,4		0,4 0,2 0	0,6 0,05 0,2	0,8 -0,2 0,3	0,9 -0,5 0,35
	ответвление трубопровода		0,2 0 0,7		0,4 0,05 0,5	0,6 0,09 0,4	0,8 0,2 0,35	0,9 0,35 0,4

В приложении 2.4 приводятся коэффициенты аналитических уравнений рабочих характеристик Q-H и Q-КПД насосов для гидросмесей, составленных для номинальных значений диаметра рабочего колеса и частоты его вращения.

Как и в случае насосов для воды, обе зависимости с высокой точностью описываются уравнениями параболы второго порядка:

(2.52)

(2.53)

где - эмпирические (экспериментальные) коэффициенты.

Если принято решение о последовательном соединении насосов, то их совместная характеристика Q-H описывается уравнением:

(2.54)

где n - количество насосов соединяемых на один трубопровод, шт.

Характеристика Q-КПД при соединении грунтовых насосов не корректируются, т.к. каждый насос работает в определенном режиме с КПД, определяемом вторым уравнением системы (2.52-2.53).

Как и при расчете системы водоснабжения, для получения характеристики грунтового насоса задаются 5-7 точками, в каждой из которых определяют расход гидросмеси: в первой Q_г=0, в последней Q_г=(1,1–1,2)·Q_ном, где Q_ном - номинальная подача насоса, м/ч.

Особенностью рабочих характеристик грунтовых насосов является то положение, что они построены для работы на воде с плотностью ρ₀ в то время, как насосы перекачивают гидросмесь плотностью ρ_г > ρ₀. Поэтому в конкретных условиях работы необходимо пересчитывать характеристики с воды на гидросмесь.

(2.55)

где Н₀ - напор грунтового насоса при работе на воде, м; К_н - коэффициент, отражающий конструктивные особенности насосов (К_н= 0,5-0,6).

На основе уравнения (2.55) устанавливается значение коэффициента пересчёта уравнения характеристики грунтового насоса с воды на гидросмесь:

. (2.56)

С помощью уравнения (2.56) определяются новые значения коэффициентов уравнения (2.54), поэтому выражение (2.54) можно записать следующим образом:

(2.57)

где n_н - количество насосов, соединённых для работы на одну сеть,шт.

После выполнения необходимых расчетов строится график для обоснования параметров оптимальных режимов грунтовых насосов.