Насосы секционные шахтные

Лекция №15

Тема: «Винтовые насосы. Эрлифты и гидроэлеваторы»

Назначение, устройство, принцип действия, достоинства и недостатки их. Область применения

Винтовые насосы имеют объемный принцип действия.

Рабочая часть насоса состоит из однозаходного винта, резиновой обоймы и всасывающего корпуса. Обойма представляет собой стальную обрезиненную изнутри трубу. Крутящий момент от электродвигателя передается приводному валу через упругую втулочно-пальцевую муфту, от приводного вала вращения передается к карданному валу. Винт и двухзаходная обойма – основные рабочие органы насоса. Передней опорой приводного вала служат радиально – упорный подшипник. Крышка подшипника герметизирована войлочными уплотнениями. Параллельно корпусу между патрубками имеется обводная трубка с краном. Одновинтовой насос 1В20/10 и электродвигатель смонтирован на общей раме в виде салазок.

Обозначение типа насоса расшифровывается так : цифра 1 и буква В – одновинтовой числитель дроби – подача (л) на 100 оборотов винта, знаменатель – давление нагнетания (Па).

Достоинства:

1) насос самовсасывающийся;

2) может перекачивать загрязненную воду;

3) имеет малые габариты;

4) устанавливается насос на почве.

Недостатки:

1) для замены резиновой обоймы необходимо разбирать весь насос;

2) невозможно увеличить напор без замены насоса.

ЭРЛИФТЫ И ГИДРОЭЛЕВАТОРЫ

Эрлифт - воздушный подъемник, представляет собой устройство, в котором для транспортирования воды используется пневматическая энергия. Сжатый воздух от компрессора по трубе подается к форсунке, расположенной ниже уровня воды. Отверстиями форсунки воздух разбивается на отдельные пузырьки, которые устремляются вверх по подъемной трубе. Легкая водовоздушная смесь в трубе вытесняется столбом жидкости в резер­вуаре. При непрерывной подаче воздуха в форсунку происходит подача смеси вверх и поступление жидкости к форсунке по под­водящему трубопроводу. В воздухоотделителе смесь выливается из открытого конца подъемной трубы, а заключенный в смеси воздух выделяется в атмосферу.

Рисунок 1 - Эрлифт

1 – компрессор;

2 – трубопровод сжатого воздуха;

3 – форсунка;

4 – подъемная труба;

5 – подводящий трубопровод;

6 – воздухоотделитель

Достоинства:

1) простота устройства, ма­лые габариты в плане;

2) отсутствие движущихся деталей;

3) расположение основного оборудования на поверхности;

4) возможность откачивания неосветленной воды.

Недостатки:

1) низкий к. п. д. (0,2...0,4)

2) большая глубина погружения форсунки.

Эрлифты применяются для гидроподъема на гидрошахтах и для водоотлива.

Гидроэлеватор - во­доструйный насос, в котором используется энергия рабочей воды, подаваемой стацио­нарным насосом. Рабочая вода подается по трубопроводу и выходит с большой ско­ростью через насадку. При этом в прием­ной камере создается разрежение. В зону разрежения по трубопроводу всасывается откачиваемая жидкость. Рабочая и от­качиваемая жидкости смешиваются в горловине, затем поток попадает в диффузор, где кинетическая энергия частично преобразуется в давление. Из диффузора поток поступает в напорный трубопровод.

Достоинства:

1) простота устройства, небольшие размеры в плане;

2) возможность откачки пульпы, откачка насухо;

3) минимальные затраты на обслуживание.

Недостаток - низкий к. п. д. (не более 0,4, а при откачке пульпы - не более 0,25).

В шахтной практике гидроэлеваторы применяются для чистки водосборников и зумпфов. При этом рабочая вода подается обычно из напорного трубопровода главной водоотливной установки.

Рисунок 2 – Гидроэлеватор

1 – трубопровод:

2 – насадка;

3 – приемная камера;

4 – всасываемый трубопровод;

5 – горловина;

6 - диффузор

Литература:

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А.. Горная механика. – М.: Недра, 1982, (стр. 113-115) рис. 68, 69 и 74-76.

2. Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990.

3. ДНАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Основа, 2005.

Лекция №16

Тема: «Совместная работа насосов. Насосные камеры и водосборники»

Причины и способы включения насосов на совместную работу

Для совместной работы на общий трубопровод насосы включают последовательно или параллельно.

Параллельная работа насосов на общий трубопровод

Применяется при откачке постоянного большого или весеннего повышенного притока воды.

Q_общ Q_общ = Q₁ + Q₂

Q₁ Q₂ Н_общ = Н₁ + Н₂

Для анализа вычертим график

Н, м

М_,_

М_{общ Мобщ} – общий режим работы;

М_1,2 – режим работы одного насоса при

индивидуальной работе.

М_1,2

Н_о

^Q _1,2 Q, м³/ч

Q_общ

На этом же графике по уравнению Н = Н_г + RQ² строим характеристику водоотливного трубопровода.

Последовательное включение насосов на общую сеть

Последовательно включают насосы для откачки воды из глубоких шахт.

Q_общ = Q_ + Q_

Q_ Q_общ Н_общ = Н_ + Н_

Q_

Для анализа последовательной работы насосов построим график.

Общая характеристика насосов получается путём сложения напоров каждого насоса.

Н, м

Н = Н_г + RQ²

М_общ

Н_о

М_

Н_

Q_общ Q, м³/ч

На последовательную работу насосы на шахтах почти не включают, так как усложняется работа насосов. На шахте имени А.А. Скочинского водоотлив работает по смешанной схеме: на нижнем горизонте насосы включаются на параллельную работу и кроме этого применяется двухступенчатая схема водоотлива.

Назначение и устройство насосных камер и водосборников. Требования ПБ

Насосные камеры предназначены для размещения насосов и бывают: насосные камеры главного водоотлива и участкового.

Водосборники предназначены для сбора и осветления шахтной воды.

Насосные камеры главного водоотлива должны иметь не менее выходов. Один из выходов непосредственно ствол на высоте 7м от пола камеры и представляет собой наклонный ходок. Второй выход – непосредственно в околоствольный двор, оборудований герметически закрытыми дверьми и решетчатыми дверьми. Пол насосной камеры должен быть на 0,5 метра выше головки рельс околоствольного двора. Верхняя отметка фундамента выше уровня пола камеры не менее чем на 100мм.

Емкость водосборников главного водоотлива должна быть более нормального четырехчасового потока воды.

V_гл ≥ 4 Q_ч , и участкового V_уч ≥ 2Q_ч , м³.

Горизонтальные водосборники проходят с наклоном 0,001 в сторону, противоположную от приемных колодцев.

Для чистки шахтных водосборников с осветляющими резервуарами в настоящее время применяют скреперы, питатели, самоходные погрузочные машины, используют гидравлический способ.

Перед очисткой выработки винтовой насос перекачивает воду в резервную выработку, шлам грузится скреперной установкой в вагонетки и транспортируется в выработанное пространство или на поверхность.

Очистка отстойников гидроэлеватором осуществляется размыванием шлама водяной струей под давлением. Взмученная масса откачивается песковым или грязевым насосом в шламоотстойники.

Назначение, устройство, прокладка водоотливного трубопровода в горных выработках. Требования ПБ

Водоотливный трубопровод предназначен для транспортировки воды от насоса на поверхность. Трубопровод является важнейшим элементом шахтной водоотливной установки, от его состояния зависит надёжность и эффективность работы установки.

Шахтный трубопровод состоит из труб, фасонных частей и арматуры.

Для трубопроводов насосов применяются стандартные стальные бесшовные горячедеформированные трубы. Трубы между собой, а также с фасонными частями (колена, тройники, переходы) и арматурой (задвижки) соединяются с помощью фланцев и болтов.

На подводящем трубопроводе устанавливают приёмную сетку с клапаном, на напорном трубопроводе – задвижку, обратный клапан и компенсаторы.

Для проектируемых и вновь строящихся шахт запрещается прокладка в стволах шахт трубопроводов давлением свыше 6,4 МПа против торцевых сторон клети.

На действующих шахтах эксплуатация трубопроводов при давлении свыше 6,4 МПа, размещённых против торцевых сторон клети, допускается при выполнении сплошного ограждения става по всей длине высокого давления.

Напорные трубопроводы главных водоотливных установок после монтажа и через каждые 5 лет эксплуатации должны после диагностики подвергаться гидравлическому испытанию на давление, которое составляет 1,25 рабочего давления.

При расчёте трубопроводов насосов определяют: диаметр напорного и подводящего трубопроводов; потери напора в трубах от гидравлических сопротивлений; толщину стенки трубы.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода определяется по формуле:

d_опт = k0,0131Q^0,476,

где к – коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов (при двух трубопроводах к = 1, при трёх к = 0,752).

По найденному значению оптимального диаметра выбирают трубы стандартного диаметра. Диаметр подводящего трубопровода для большей надёжности всасывания принимают на 50мм больше напорного.

Литература:

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А.. Горная механика. – М.: Недра, 1982, (стр. 115-118, 122-128, 134-136), рис. 70-71, 77-84.

2. Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990.

3. ДНАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Основа, 2005.

Лекция №17

Тема: «Измерительные приборы для контроля работы насосов»

Приборы для измерения давления и подачи насосов, устройство и принцип действия

Манометр предназначен для контроля давления в напорном трубопроводе. Он состоит из металлического корпуса, внутри которого смонтирована трубка, изогнутая по дуге окружности, имеющая плоское сечение. Один конец запаян, а второй соединен со штуцером. Запаянный конец трубки соединен с помощью рычагов и зубчатой передачи со стрелкой. Трубка под действием разности давлений будет выпрямляться

p_а = p_а – p_а, Па;

где p – абсолютное давление, Па;

p_а – атмосферное давление, Па.

Рисунок 1 – Манометр. 1 – латунная трубка; 2- стрелка.

Вакуумметр предназначен для измерения давления во всасывающем трубопроводе. Устройство такое же, но шкала начинается справа. Показываемое вакуумметром разряжение (вакуум) p_в = p_а – p.

Измерение подачи насоса производится механическими водомерами, а также расходомерами (дифманометрами) с использованием дроссельных устройств (диафрагм). Измерения с применением диафрагм основаны на перепаде давления жидкости.

Рисунок 2 – Измерение подачи насоса с помощью диафрагмы и дифманометра.

Диафрагма представляет собой тонкий диск с отверстием, имеющим острую прямоугольную кромку со стороны входа жидкости. Диафрагма на напорном трубопроводе устанавливается таким образом, чтобы прямолинейный участок движения потока до диафрагмы был не менее 20 диаметров трубопровода, а после неё – не менее пяти диаметров.

Электрооборудование водоотливных установок

Условия работы электродвигателей насосов

Особенности шахтных водоотливных установок: пуск насосов производится при закрытой задвижке на напорном трубопроводе, потребляемая мощность при этом составляет около 30-40% расходуемой мощности при нормальной работе, следовательно, и пусковой момент составляет 0,3-0,4 номинального; режим работы всегда длительный (непрерывный); нагрузка на двигатель постоянная.

Выбор электродвигателя насоса

Для привода насосов применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, которые питаются от сети напряжением до 1000 В и выше, выполненные в защищённом, закрытом от попадания влаги рудничном исполнении (РН, РП, РВ, РО). Как исключение, когда мощность шахтной сети не позволяет применить двигатели с короткозамкнутым ротором из-за значительных величин пусковых токов, применяют электродвигатели с фазным ротором.

При расчётной мощности двигателя до 200 кВт принимают асинхронные электродвигатели серий АО, ВАО, ВР, которые питаются от сети напряжением до 1000 В, при больших мощностях - двигатели серий А, АК, АЗ, АЗП, ДАЗ, “Украина”, которые питаются напряженим 6 кВ.

Мощность двигателя определяется по формуле:

Q_рH_рg

N = K ,

10003600_р

где К- коэффициент запаса мощности двигателя (при Q100 м³/ч, К = 1,21,3;

при Q 100 м³/ч, К=1,11,15);

Q_р – рабочая подача насоса, м³/ч;

H_р и _р – соответственно рабочий напор и к.п.д. насоса.

По значению N выбирают ближайший по каталогу тип электродвигателя. 1, 2

Литература:

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А.. Горная механика. – М.: Недра, 1982, . (стр. 118-119, 132-133), рис. 72-73.

2. Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990.

3. ДНАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Основа, 2005.

Лекция №18

Тема: «Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт водоотливных установок. Охрана окружающей среды при эксплуатации водоотливных установок»

Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт водоотливных установок

Водоотливная установка находится в ведении главного механика шахты.

Работа насосов должна быть организована так, чтобы все насосы эксплуатировались, чередуясь в определённом порядке.

Во время работы установки следует обращать внимание:

1) количество воды, вытекающей из сливной трубки разгрузочного устройства, должно составлять 36 % от подачи насоса;

2) её подогрев по сравнению с откачиваемой водой не должен превышать 2 ⁰С;

3) при нормальной затяжке сальников из них должно вытекать до 0,5 л/мин воды;

4) температура нагрева подшипников не должна превышать 80 ⁰С;

5) большие колебания стрелок вакуумметра и манометра могут быть вызваны подсосом воздуха, превышением допустимой вакуумметрической высоты всасывания и засорения приёмной сетки.

На главных водоотливных установках необходимо вести «Книгу осмотра и учёта работы водоотливной установки», в ней записываются обнаруженные дефекты и меры по их устранению.

Планово-предупредительный ремонт водоотливной установки заключается в проведении операций текущего и капитального ремонтов.

Текущий ремонт выполняется бригадой слесарей электромеханической службы шахты, а капитальный ремонт – рудоремонтными заводами.

Главные и участковые водоотливные установки должны состоять из рабочих и резервных агрегатов.

Водоотливные установки с притоком воды более 50 м³/час должны быть оборудованы не менее чем тремя насосными агрегатами.

Подача каждого агрегата должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды не более чем за 12 часов.

Главная водоотливная установка должна быть оборудована не менее чем двумя напорными трубопроводами, из которых один является резервным. При числе рабочих трубопроводов до трёх должен быть один резервный трубопровод, более трёх - два.

Для участковых водоотливных установок допускается иметь один трубопровод.

Коммутация напорных трубопроводов в насосной камере должна обеспечивать откачку максимального суточного притока при ремонте любого их элемента.  2, 3

Все автоматизированные водоотливные установки должны осматриваться ежесуточно лицами, назначенными приказом руководителя предприятия.

Главная водоотливная установка должна осматриваться не реже одного раза в неделю механиком и не реже одного раза в месяц – главным механиком шахты.

Не реже одного раза в год производится ревизия и наладка главной водоотливной установки и составляется акт.

Охрана окружающей среды при эксплуатации водоотливных установок

Шахтная вода загрязнена механическими и химическими примесями, бактериально заражена и поэтому оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Для устранения вредного влияния шахтной воды производится её очистка и обеззараживание.

Простейшими очистными сооружениями являются горизонтальные отстойники и пруды осветлители.

Горизонтальные отстойники сооружаются на поверхности шахт и представляют собой резервуары, имеющие от 2 до 10 секций. Вода отстаивается от 2 до 4 часов, уровень осветления достигает 65-67%. После отстойника вода должна отправляться в пруды осветлители, где вода отстаивается до 10 суток, уровень осветления – 96-97%. В связи с ограниченностью территорий и для улучшения глубины очистки ДонУГИ разработал станцию для очистки воды.

В станцию очистки входят: песколовка, регулировочный резервуар, камеры хлопьеобразования, камеры осветления, песочные фильтры, бактерицидная установка и вспомогательная аппаратура. На шахтах где вода сильно минирализирована, воду сбрасывают в специальные резервуары, а затем во время ливней и таяния снега сбрасывают в неё эту воду. Кроме этого имеются установки для очистки воды от солей.

ЭДУ – электродиализная установка.

Литература:

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А.. Горная механика. – М.: Недра, 1982, . (стр. 136-139).

2. Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990.

3. ДНАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Основа, 2005.

Лекция №19

Тема: «Проектирование водоотливных установок»

Общая характеристика расчёта водоотливных установок

Исходные данные:

1. Глубина шахты - Н_ш, м.

2. Нормальный суточный приток – Q_{н сут} , м³/сут.

3. Максимальный суточный приток – Q_max , м³/сут.

4. Годовая производительность – А_г , т/год.

5. Физико-химический состав воды - , кг/м³.

6. Категория шахты по газу.

Определяемые величины:

1. Выбирается схема водоотлива, месторасположение насосной камеры и водосборников.

2. Выбор типа и количества насосов.

3. Проверка устойчивости работы насосов.

4. Выбор труб.

5. Определяется рабочий режим насосов.

6. Выбор двигателя насоса.

7. Определяются размеры водосборника.

8. Рассчитывается организация работы насоса.

9. Определяются размеры насосной камеры.

10. Выбирается способ чистки водосборника, очистки и обеззараживания воды.

11. Определяются технико-экономические показатели (ТЭП). [1, 2]