Реферат: Расчет водоотливной установки

РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ ШАХТЫ

Исходные данные для расчета:

1. Нормальный суточный приток воды в шахту ― Qн = 5600 м3/сут.

2. Максимальный суточный водоприток ― Qmax = 14800 м3/сут.

3. Глубина шахтного ствола ― Нш = 480 м.

4. Длина трубопровода на поверхности ― L1 = 210 м.

1. РАСЧЕТ ИСХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫБОРА ОБОРУДОВАНИЯ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

1.1. Расчетная производительность насосной станции главной водоотливной установки шахты:

а) по нормальному водопритоку ― />

б) по максимальному водопритоку ― />

где Тн = 20 ч/сут ― нормативное число часов для откачки суточных водопритоков согласно Правилам Безопасности (ПБ).

1.2. Экономически целесообразная скорость движения воды по трубам нагнетательного става

/>

где Qр― расчетная производительность водоотливной установки по нормаль-ному суточному водопритоку, м3/ч.

1.3. Расчетный диаметр нагнетательного трубопровода

/>

1.4. Расчетный коэффициент линейных гидравлических сопротивлений трубопроводов

/>

где Dр― расчетный диаметр трубопроводов, м.

1.5. Геодезическая высота подъема воды на поверхность

/>

где Нвс = 4÷5 м ― ориентировочная высота всасывания насосов; hп = 0,5÷2 м ― высота переподъема воды над поверхностью шахты.

1.6. Расчетная протяженность трубопроводов

— 2 —

/>

где Lвс = 8÷12 м ― длина всасывающего трубопровода; Lтх = 15÷20 м ― длина трубопровода в трубном ходке; Lнк = 20÷30 м ― длина трубопровода в насосной камере водоотливной установки.

1.7. Расчетный напор насосной станции водоотлива

/>г

де ∑ξр = 25÷35― расчетная сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений системы трубопроводов.

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Расчетное давление воды в нагнетательном трубном ставе

/>

где ρ = 1020÷1030 кг/м3― плотность откачиваемой шахтной воды.

2.2. Минимальная по условиям прочности толщина стенки труб нагнетательного става

/>

где Dр― расчетный диаметр труб, м; σв― временное сопротивление разрыву материала труб, МПа. В соответствии с данными табл. на стр. 162 [Л-1] принимаем для трубопроводов сталь марки Ст4сп с временным сопротивлением разрыву σв = 412 МПа.

2.3. Расчетная толщина стенок труб

/>

где 1,18 ― коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенок труб; δкн― скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год; t = 10÷15 лет ― расчетный срок службы труб.

В соответствии с данными, приведенными на стр. 162 [Л-1], для кислотных шахтных вод с водородным показателем рН = 6÷7 скорость коррозионного износа составляет δкн = 0,20 мм/год.

2.4. Выбор труб для нагнетательного става производим по расчетным внутреннему диаметру Dр = 212 мм и толщине стенки δр =12,4 мм. Для нагнетательного става принимаем трубы с внутренним диаметром Dн = 217 мм и толщиной стенки δ = 14 мм (табл. 2.1―[Л-1]):

/>

— 3 —

2.5. Для всасывающего трубопровода (Dвс = Dн + 25 мм) принимаем трубы с внутренним диаметром Dвс = 231 мм и минимальной толщиной стенки δ = 7 мм:

/>

2.6. Количество трубопроводов нагнетательного става. Принимаем zтр = 2 (рабочий и резервный).

3. Выбор насосов и схемы их соединения

3.1. Выбор насосов производим по расчетным расходу Qр = 280 м3/ч и напору Нр = 521,7 м с ориентацией на многоступенчатые секционные насосы марки ЦНС. В соответствии с полями рабочих режимов, представленными на рис. 2.9 [Л-1], принимаем для водоотлива насос марки ЦНС 300-120…600 со следующей технической характеристикой: номинальная подача ― Qн = 300 м3/ч; номинальный напор ― Нн = 120÷600 м; максимальный КПД ― 0,71; частота вращения ― п = 1475 об/мин; количество ступеней ― iст = 2÷10.

3.2. Напорная характеристика ступени насоса марки ЦНС 300-120…600 приведена в табл. 1. (из табл. 2.4 ― [Л-1]).

Таблица 1

Q, м3/ч

75

150

225

300

375

Н1, м

67

68

67,5

66

60

--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

Ннс, м

603

612

607,5

594

540

436,5

Нс, м

486

490,7

495,3

507,0

523,4

544,4

η, %

36

59

69

71

66

Δhд, м

―

―

―

3,2

4,0

5,8

Нвд, м

―

―

―

6,51

5,71

3,91

Примечания к таблице:

1. Производительность насосной станции определяется следующим образом

/>

где zпр― количество рабочих насосов в параллельном соединении.

2. Напор насосной станции

/>

где icт― суммарное количество ступеней рабочих насосов.

3. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания насосов рассчитывается по формуле

— 6 —

/>

где р0≈ 105 Па ― атмосферное давление; рп = 2337 Па ― давление насыщенных паров воды при температуре t =20°C [12].

6.2. Графическое определение рабочего режима водоотливной установки представлено на рис. 1. Рабочий режим водоотливной установки характеризуется следующими параметрами:

1. Действительная подача насосной станции ― />.

2. Действительный напор />

3. КПД при действительном рабочем режиме ― ηд = 0,70.

4. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при действительном рабочем режиме />

6.3. Проверка рабочего режима:

6.3.1 Обеспечение расчетного расхода ―

/>Условие выполняется.

6.3.2. Обеспечение устойчивости рабочего режима —

/>где H0 ― напор насоса при нулевой подаче.

486 < 0,9∙603 = 542,7. Условие выполняется

6.3.3. Экономичность рабочего режима —

/>Условие выполняется.

6.3.4. Отсутствие кавитации при работе насосов ―

/>

где vвс― скорость воды во всасывающем трубопроводе при действительной подаче:

/>

/>

/>Условие не выполняется.

— 7 —

/>

Рис. П-1.2. Графическое определение рабочего режима водоотливной установки

7. ДОПУСТИМАЯ ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВСАСЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАСОСОВ

7.1. Допустимая высота всасывания насосов

/>

— 8 —

7.2. Обеспечение необходимой всасывающей способности насосов при работе без кавитации. Так как Нвсд > 3,5 м, для обеспечения бескавитационной работы водоотливной установки не требуется дополнительных технических средств. Достаточно расположить насосные агрегаты таким образом, чтобы ось вращения находилась на высоте не более 4 м над уровнем воды в водосборнике.

8. ПРИВОД НАСОСОВ И ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

8.1. Расчетная мощность электропривода насоса

/>

8.2. В соответствии с табл. 2.10 [Л-1] в качестве привода насосов принимаем электродвигатели марки ВАО 630 М4 со следующими техническими характеристиками: номинальная мощность N = 800 кВт; синхронная частота вращения п = 1500 об/мин; напряжение питающего тока V = 6000 В; КПД двигателя ηд = 0,954; Cos φ = 0,9.

8.3. Расчетное число машино-часов работы насосов в сутки:

а) при откачке нормального притока —

/>

б) при откачке максимального водопритока —

/>

8.4. Годовое потребление электроэнергии насосным оборудованием водоотливной установки

/>

где Nм = 60 сут. ― количество дней в году с максимальным водопритоком; ηэс = 0,92 ÷0,96 ― КПД питающей электрической сети.

8.5. Удельный расход электроэнергии, отнесенный к единице объема откачиваемой воды,

/>