Файл: Эксплуатационный расчет транспортных и стационарных машин.docx

5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ РУДНИЧНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

5.1. Выбор схемы водоотлива шахты

Исследованиями и опытом эксплуатации водоотливных установок рудников и шахт установлено, что при технико-экономическом сравнении вариантов водоотлива рудников и шахт, одноступенчатая схема является наиболее экономичной. Поэтому применяем одноступенчатую схему (рис 5.1). Откачка воды из водосборника на поверхность обеспечивается одним насосным агрегатом.



Рис. 5.1. Одноступенчатая схема водоотливной установки
1 – всасывающий трубопровод; 2 – насос; 3 – нагнетательный трубопровод; 4 – сливной трубопровод; 5 – водоотливная канавка; Н_вс – геодезическая высота всасывания насоса; Н_н – высота нагнетания; Н_сл – высота слива воды на поверхность.
5.2. Определение расчетных параметров водоотливной установки

5.2.1. Определение водопритока в шахту

Нормальный суточный приток воды в шахту определяется по формуле:



где годовая производительность шахты, т/год; коэффициент водообильности; количество календарных дней в году.

Максимальный суточный приток воды в шахту в весенне-осенний период составит:



где коэффициент кратности водопритока.
5.2.2. Определение расчетной подачи (производительности)

насоса

Расчетная часовая производительность насоса по нормальному водопритоку:



где нормативное число часов в сутки для откачки суточных водопритоков,. для рудных месторождений, разрабатываемых подземным способом, для карьеров, а также для дренажных шахт устанавливаемое ФЗ.

Расчетная часовая производительность насоса по максимальному водопритоку:

---

5.2.3. Определение напора насоса

Расчетный напор насосной станции определяется по формуле:



где расчетная геодезическая высота подъема воды; коэффициент полезного действия (К.П.Д.) трубопровода.



геодезическая высота всасывания насоса; высота нагнетания принимаемая равной глубине шахты, м; высота слива (переподъема) воды на поверхности.

5.3 Выбор типа и количество насосов

Выбор типа насоса производятся по расчетным значениям Q_р [п. 5.2.2] и Н_р [(п. 5.2.3]. Для этого необходимо на сводный график рабочих зон промышленного использования насосов (рис. 5.2, [2, 3]) нанести точку с координатами Q_р и Н_р и определить тип насоса.


Рис. 5.2. График зон промышленного использования насосов
При и выбираем насос ЦНСК-500-800.

Расчетные параметры для дальнейшего расчета выбираются по индивидуальной характеристике насоса при максимальном КПД. Индивидуальная характеристика представлена на рис.5.3. При η_max=75%, Q_н=500 м3/с; Н_р.к.=92 м; Н_вс=3 м.


Рис 5.3 Индивидуальная характеристика насоса ЦНСК-500 - 800.
Количество колес для обеспечения подачи напора на глубине шахты определяем по выражению:

колес. (5.7)

Количество насосов для откачки суточного водопритока по нормальному водопритоку:

. (5.8)

где Qн - производительность насоса, м3/с.

Количество насосов для откачки суточного водопритока по максимальному водопритоку:

---

. (5.9)

Помимо рабочих насосов, на насосной станции предусматривается резервные насосы и насосы, находящиеся в ремонте.

В горнорудной промышленности, согласно требованиям ФЗ, приняты следующие соотношения насосных агрегатов в главной водоотливной установке.

Рабочие - 1; в резерве - 1; в ремонте - 1; всего - 3.
5.4 Обоснование количества нагнетательных ставов и составление гидравлической системы

Центральная и главная водоотливные установки шахт должны иметь не менее двух нагнетательных трубопроводных ставов (рабочий и резервный) по требованиям ФЗ.

Для водоотливной установки с тремя насосами, из которых один постоянно действующий, а также при откачке нейтральных вод должно предусматриваться два нагнетательных трубопроводных става.

Принимаем три нагнетательных става.

5.4.1. Составление гидравлической схемы водоотливной установки




Рис. 5.4. Типовые гидравлические схемы водоотливной установки шахты для откачки нейтральных (рис. а) вод: 1-насос; 2-обратный клапан; 3-всасывающьй трубопровод; 4-задвижка; 5-напорный трубопровод; 6-сливной трубопровод; 7-отстойники; 8-манометр; 9-трубопровод в трубном ходке.

5.4.2. Расчет характеристики внешней сети

Характеристика внешней сети водоотливной установки





где Нг – расчетная геодезическая высота, м; Rт – удельное сопротивление трубопровода; Qнас – подача насоса при максимальном К.П.Д., м3/ч

где λн , λвс – коэффициент местных гидравлических сопротивлений

(5.12)

(5.13)

где Dвс, Dн – диаметр трубопровода, м:

- всасывающего

(5.14)

- нагнетательного

(5.15)

где Qр – расчетная производительность насоса, м3/ч; vвс ,vн – рекомендуемая скорость воды во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, vвс=0,9-1,2 м/с; vн=2,2 м/с.

lн , lвс – длина i-х прямолинейных участков, м:

- всасывающего

l_вс= l_{вс 1}+l_{вс 2}=3+2=5,4 м, (5.14)

- нагнетательного



где l1 – длина труб от приемного устройства наиболее удаленного насоса до трубного ходка, м; l2 –

---

длина труб в наклонном ходке, м; l3 – длина труб на поверхности от ствола шахты до места слива, м

Эквивалентная длина i-ой арматуры нагнетательного и всасывающего трубопроводов:









где , , , ,

, , , гидравлические коэффициенты потерь соответственно в приемной сетке, приемном клапане, обратном клапане, угловом колене, закругленном колене, задвижке, тройнике.

, , , , число обратных клапанов, угловых колен, закругленных колен, задвижек, тройников.

Удельное сопротивление трубопровода:





Расчет характеристики внешней сети Н_с= Н_г + R_т^.Q² ведется по уточненной гидравлической схеме водоотливной установки. Для этого определяются Q_н, R_т, Н_г и задаются расходом Q_н в интервале от 0 до 2,0, что позволяет определить Н_с для каждого значения Q_н. Результаты расчета сводятся в табл.5.1

Таблица 5.1

Данные расчета внешней сети

Q	0	100	200	300	400	500	600	700
	0	10000	40000	90000	160000	250000	360000	490000
	0	2,372	9,488	21,348	38,048	59,3	85,34	116,22
	704	706,37	713,48	725,34	742,04	763,3	789,34	820,22

---

Действительный режим работы насосной установки определяет­ся графически (см. рис.5.5) как точка пересечения (т.А) напорной ха­рактеристики Н=f(Q) и характеристики внешней сети Н_с. По координатам точки А определим действительные значения подачи (Q_д=458 м³/ч) и напора (Н_д=706), а также К.П.Д. – (h_д=67%), допустимая вакуумметрическая высота всасы­вания (Н_вакнд=4,3).



Рис.5.5. Определение действительного режима работы насосной установки при 9 рабочих колёсах.

5.5. Проверка действительного режима работы водоотливной установки

Проверка действительного режима работы водоотливной установки выполняется по следующим параметрам:

- на обеспечение расчетной подачи:

, (5.18)



-на устойчивость:

(5.19





где Н₀ - напор, развиваемый насосом при нулевой подаче, определяется по индивидуальной напорной характерис­тике;

- на экономичность:

(5.20

,

,

где h_max - максимальный КПД насоса, определяемый по индивидуальной характеристике;

на время откачки нормального водопритока:



на время откачки максимального водопритока:



Водоотливная установка проверяется также на отсутствие режима кавитации по выражению:

(5.23)



где Н_вак.д – вакуумметрическая высота всасывания в действительном режиме работы насоса, м,



где Н_вс - геометрическая высота всасывания насоса, м; λ_вс - коэффициент местных гидравлических сопротивлений; Д_вс

---