Расчет водоотливной установки главного водоотлива

Рассчитать главную водоотливную установку горизонта 529 м. Нормальный суточный приток по шахте Q_н.сут. = 12480 м³/сут. Максимальный суточный приток составляет Q_max.п. = 13680 м³/сут. Вода нейтральная.

1 Выбор схемы водоотлива, места расположения насосной камеры и водосборников

На шахте применена одноступенчатая схема водоотлива с расположением насосной камеры в околоствольном дворе горизонта 529м. Составляем расчетную схему трубопровода, которая показана на рисунке 1.

2 Выбор типа и количества насосов

2.1 Определим минимальную потребную производительность насоса из условия требований ПБ о максимально-допустимой продолжительности откачки нормального суточного притока.

Q_н.сут 12480

Q_н. =  =  = 624 м³/ч.

20 20

2.2 Определим ориентировочный потребный напор насоса:

Н_г

Н_ор = , м.вод.ст.;

_тр

где Н_г - геодезическая высота, м; Н_г = Н_н + Н_в = 529 + 3 = 532м.

Н_н - высота нагнетания, м; Н_н = 529м;

Н_в - высота всасывания, м; принимаю Н_в = 3м;

_тр - к.п.д. трубопровода, _тр = 0,9-0,95.

532

Н_ор =  = 575м.

0,925

Принимаем к установке насос типа НСШ 750-250-1400. Техническая характеристика насоса приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика насоса НСШ 750-250-1400

Наименование показателей	Значение
Номинальная подача, м3/ч Номинальный напор на одно рабочее колесо, м.в.с. Номинальный к.п.д. Частота вращения вала, мин-1 Диаметр подводящего патрубка, мм Диаметр напорного патрубка, мм Ширина насоса, мм Высота насоса, мм	750 125 0,72 1500 300 250 975 1264

2.3 Определим необходимое число рабочих колес:

H_ор 575

Z_к =  =  = 4,6.

Н_к 125

К установке принимаю 5 колес. Определим напор насоса:

Н = Н_к  Z_к = 125  5 = 625м.в.с.

Окончательно, к установке принимаю три насоса НСШ 750-625 по пять рабочих колес в каждом. Один насос находится в работе, один – на техническом обслуживании и один насос – резервный.

3 Проверка работы насоса на устойчивость

Проверка устойчивой работы насоса проводится согласно неравенству:

Н_г  0,95  Н₀, м;

где Н₀ - напор насоса при закрытой задвижке, м.в.с. Н_0­ = Н_К0  Z_к;

где Н_К0 - напор одного колеса насоса при закрытой задвижке, Н_К0 = 132 м.в.с. Берётся из характеристики насоса.

Тогда Н₀ = 132  5 = 660м.в.с.

Н_г = 532м  0,95  660 = 627м.в.с.

Условие выполняется, следовательно, работа насоса будет устойчивой.

4 Выбор труб для напорного и всасывающего трубопроводов

4.1 Определим оптимальный диаметр труб:

d_опт = k  0,0131  Q^0,476;

где k - коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов, при двух трубопроводах k = 1,0.

d_опт = 1,0  0,0131  750^0,476 = 0,306м.

4.2 Определим толщину стенок труб по формуле:

100  (₀ + _к)

 = , мм;

100 – К₀

где ₀ - толщина стенки труб из условия прочности, мм;

₀ = К₁  Д  р;

где К₁- коэффициент, учитывающий материал, из которого изготавливаются трубы; для стали 20 К₁ = 2,27;

Д - наружный диаметр труб, определенный ориентировочно, м.

Д = d_опт + 2_ор = 0,306 + 2  0,007 = 0,32 м.

Ориентировочно, в соответствии с ГОСТ8752-78, принимаем трубы диаметром 325 мм.

р - расчетное давление, МПа; р = 1,4  р_раб;

где р_раб = 5,32МПа - рабочее давление.

р = 1,4  5,32 = 7,45МПа.

Тогда ₀ = 2,27  0,306  7,45 = 5,2мм;

_к - коррозионный износ труб, мм. Определяется из выражения:

_к = (₁ + ₂)  Т;

где ₁- скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм;

₁ = 0,25 мм/год при ведении БВР в шахте;

₂ - скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм;

₂ = 0,1мм/год - при перекачивании нейтральных и щелочных вод;

Т - срок службы трубопровода, лет; принимаем Т = 10 лет.

Тогда _к = (0,25 + 0,1)  10 = 3,5мм;

К₀ - коэффициент, учитывающий минусовый допуск при изготовлении труб, %; по ГОСТ8732-78 при толщине труб до 15 мм, К₀ = 15%.

100  (5,2 + 3,5)

 =  = 10,2мм.

100 – 15

По ГОСТ8732-78 принимаем трубы с толщиной стенки 11 мм, наружным диаметром d_н = 325 мм и внутренним – d_в = 303 мм.

4.3 Проверяем скорость воды в напорном трубопроводе, которая должна находиться в принятых пределах 2-2,5м/с.

4 Q 4  750

_нап. =  =  = 2,9 м/с.

3600    d_в² 3600  3,14  0,303²

Условие не выполняется. Принимаем трубы с наружным диаметром 351мм и внутренним – 329мм.

4  Q 4  750

_нап. =  =  = 2,45 м/с.

3600    d_в² 3600  3,14  0,329²

Окончательно к установке принимаем для напорного трубопровода трубы стальные горячедеформированные с внешним диаметром 351мм и толщиной стенки 11мм. Для всасывающего трубопровода принимаем трубы с наружным диаметром 400мм с толщиной стенки 7мм и внутренним диаметром 386мм.

4  Q 4  750

_вс. =  =  = 1,78 м/с,

3600    d_в² 3600  3,14  0,386²

что удовлетворяет условию _вс.  1,8 м/с.

5 Определение рабочего режима насоса

Определение рабочего режима насоса проводим графическим методом, для чего наносим характеристику рабочего колеса насоса. На этом же графике, в том же масштабе, строим характеристику трубопровода по уравнению Н = Н_г + R  Q² (рисунок 2 ). Для построения характеристики трубопровода необходимо определить значение R для данных условий.

Определим коэффициент гидравлического трения в всасывающем и напорном трубопроводах из выражения:

0,021

_i = ––––––.

d_i^0.3

Для всасывающего трубопровода

0,021

_вс. =  = 0,0279.

0,386^0,3

Для напорного трубопровода:

0,021

_нап. =  = 0,0293.

0,329^0,3

Определим суммарные потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах, с учетом местных сопротивлений, принимаемых в соответствии с расчетной схемой водоотлива (рисунок 1).

l_вс. _вс.² 12 1,78²

h_вс. = (_вс.   +)  = (0,0279  + 4,5 + 0,6  3)   = 1 м. d_вс. 2  g 0,386 2  9,8

l_н _н² 529 + 207

h_нап.= (_н   + )── = (0,0293  + 0,26  3 + 10 + 1,5  2 + 0,6  10 + 0,25) 

d_н 2g 0,329

2,45²

  = 31,6м.

2  9,81

Суммарные потери в трубопроводе составят:

h = h_вс + h_н = 1,0 + 31,6 = 32,6м. Принимаем h = 33 м.

Напор насоса составит Н = Н_г + h = 532 + 33 = 565 м.

Характеристика строится в соответствии с выражением Н = Н_г + R  Q², откуда найдем R:

H - H_г 33

R =  =  = 0,000058

Q² 750²

Cледовательно, уравнение характеристики будет иметь вид:

H = 532 + 0,000058  Q².

Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Построение характеристики трубопровода

Q, м3/ч	0	100	200	300	400	500	600	700	800
Н, м	532	532,6	534,3	537,2	542	547,6	553	560	570

Наносим характеристику сети на рабочую характеристику насоса НСШ-750-625 (рисунок 2).

Рисунок 2 - Определение рабочего режима насоса НСШ 750-625.

Рабочий режим насоса:

Q_р = 770 м³/ч; Н­_р = 570 м; при к.п.д. 70% (_р = 0,7).

Вакуумметрическая высота всасывания составит 3,2 метра.

Определим к.п.д. трубопровода:

Н_г 532

_тр =  =  = 0,93.

Н_р­ 570

6 Выбор электродвигателя насоса

Для выбора электродвигателя определим его потребную мощность из выражения:

Q_р    g  H_р 770  1000  9,81  570

N= k   = 1,1  = 1879 кВт;

3600  1000  _р 3600  1000  0,7

где k- коэффициент запаса мощности, k = 1,1-1,2;

 - плотность воды,  = 1000 кг/м³;

К установке принимаем ВАО2-630L4, мощностью 2000 кВт на напряжение 6000В.

Техническая характеристика электродвигателя приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Техническая характеристика электродвигателя ВАО2-630L4

Наименование показателей	Значение
Номинальная мощность, кВт Напряжение, В Номинальный ток, А К.п.д., % Соs  Пусковой ток, А Частота вращения, мин-1 Масса, кг	2000 6000 218 96 0,92 1417 1500 9300

7 Проверочный расчет водосборника

Проверочный расчет потребного объема водосборника производится по условию:

V_в.сб.= 4  Q_н.пр. = 4  620 = 2480 м³;

Определим скорость потока воды при работе одного водосборника:

Q_р  1000 770  1000

₁ =  =  = 14,2 мм/с.

S_свету  3600 15  3600

Данная скорость перемещения воды в водосборнике обеспечит оседание всех частиц крупностью 0,1 мм и более на дне водосборника.

Для предварительного осветления воды перед водосборником предусматривается сооружение предварительного отстойника. Очистка отстойника от ила осуществляется гидроэлеватором с питанием от насоса главного водоотлива. Откачка шлама производится в выработанное пространство.

8 Организация работы насосов при откачивании нормального и максимального притоков

Время для откачивания нормального суточного притока воды составит:

Q_н.сут. 12480

t_н =  =  = 16,2 часа.

Q_р 770

Время для откачивания максимального суточного притока воды составит:

Q_max.сут. 13680

t _max. =  =  = 17,8 часа.

Q_р 770

Что удовлетворяет требованию ПБ п.7.1.4. [3]. Следовательно, к установке следует принимать 3 насоса НСШ-750-625.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. – М.: Недра, 1982 .

2. Попов Г.А. Шахтные водоотливные установки. Справочник. – М.: Недра, 1988.

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

4. Дзюбан В.С. и другие. Справочник энергетика угольной шахты. – М.: Недра, 1983.