Проектирование шахтной водоотливной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Водоотлив

1.1 Исходные данные для выполнения расчёта

Проектирование шахтной водоотливной установки является сложной многофакторной задачей и, естественно, требует всесторонних знаний эксплуатаций будущей установки и возможных ее изменений во времени[1].

Для расчета данного водоотлива ограничимся следующими параметрами:

Нормальный часовой приток Q_н.ч. = 330 м³/ч

Максимальный часовой приток Q_ч.max. = 430 м³/ч

Глубина горизонта шахты H_ш. = 120 м

Количество дней максимального притока 50 дней

1.2 Определение производительности насоса

Производительность одного насоса или рабочей группы насосов определить расчетом из условия, что насос должен откачивать максимальный суточный приток воды не более чем за 20 часов работы[3].

Расчетную производительность насосного агрегата Q_PH (мі/ч) определяют по формуле:

Q_PH=1,2·Q_{ч. мax}

Q_PH=1,2·430 =516 мі/ч

где: Q_{ч. мax} - максимальный часовой приток воды в шахту, мі/ч.

1.3 Ориентировочный напор насоса

Н_ор=1,1·Н_г

Н_ор=1,1·124 = 136 м

где: Н_г - геометрическая высота всасывания, м.

Н_г= Н_ш+Н_вс.ор+h_г

Н_г=120+3+1=124 м

где: Н_вс.ор=3м - ориентировочная высота всасывания, м;

h_г=1м - превышение трубопровода над устьем ствола, м.

Выбор типоразмера насоса производится по графикам рабочих зон приведенных на рис. 1.

Точка с координатами (Q_pн и Н_op), нанесенная на графике указывает насос ЦНС 500-160….800 или использование двух насосов ЦНС 300-120….600.

Принимаем использование двух насосов ЦНС 300-120…600.

Число рабочих колес определяется по формуле:

Z_к=Н_ор/Н_к

Z_к=136/60=2,27

Принимаем число рабочих колес Z_к=3.

1.4 Проверка устойчивости режима работы выбранного насоса

Устойчивость режима работы оценивать условием:

0,95·Z_к·Н₀?Н_г

где: Н₀-напор на одно колесо выбранного типоразмера насоса при нулевой производительности по его рабочей характеристике, м

0,95·3·64?124

182,4>124.

Рис. 1 Рабочие характеристики насосов

Технические характеристики насоса:

Тип насоса ЦНС 300-120...600

Производительность в зоне экономичности, м³/ч. 220-380

Напор, м. 120

КПД 0,71

Частота вращения, об/мин. 1475

Допустимая высота всасывания, м. 5

Габаритные размеры насосного агрегата, мм.

Длина, мм 1365

Ширина, мм 176

Высота, мм 316

Масса, кг 1127

1.5 Выбор коллектора и устройство насосной станции

Схема коллектора для установки трех насосов с двумя индивидуальными трубопроводами с равным диаметром приведена на рис. 2.

Рис. 2 Схема коллектора для установки с пятью насосными агрегатами и двумя напорными трубопроводами:

1 - индивидуальный трубопровод; 2 - тройник для подключения насоса; 3 - байпас для сброса воды из коллектора: №1, №2, №3,№4, №5 - номера насосных агрегатов.

1.6 Расчет напорного и всасывающего трубопроводов

1.6.1 Расчет диаметра трубопровода

Внутренний диаметр напорного трубопровода:

d_2расч=18,8·(^1/2

где: -экономическая скорость движения воды в трубе.

=0,4(Q_рн)^1/4



=0,4·(516)^1/4 =1,91

d_2расч=18,8·(516/1,91)^1/2=309 мм.

Диаметр всасывающего трубопровода

d_вс=d_2расч+(25ч50)

d_вс=309+(25ч50)=359 мм.

1.6.2 Определение толщины стенки трубы

Расчетное давление в трубопроводе:

насос трубопровод вакуумметрический электродвигатель

P_p=(H_ор?1,25)/100

P_p=(136?1,25)/100=1,7 МПа.

Наружный диаметр трубы:

= (d_2расч +2·10)/1000

= (309 +2·10)/1000 = 0,329 м.

Толщина стенки трубы:

д=

где а₁ = 0,15 мм/год - скорость коррозии труб с наружный стороны, мм/год;

а₂=0,1 мм/год - скорость коррозии труб с внутренней стороны, мм/год;

Т=10 лет - срок службы трубы, лет;

k_с= 15 % - коэффициент, учитывающий минусовой допуск стенки трубы, %.

д= = 4,43 мм.

При дальнейшем расчёте принимаем:

в нагнетательном трубопроводе трубу ;

во всасывающем трубопроводе трубу.

Фактическая скорость воды для выбранного трубопровода:

V=4·Q_рн/р·D²_р.тр·3600

=4·516/3,14·0,315²·3600=1,84 м/с;

=4·516/3,14?·3600=1,34 м/с.

1.7 Расчет и построение характеристики внешней сети

Рис. 3 Расчетная схема трубопровода

Перечень местных сопротивлений в трубопроводе представлена в таблице 1.

Таблица 1

Перечень местных сопротивлений в трубопроводе

Тип сопротивления	n, ед	еЯ	?еЯ
Всасывающий трубопровод
Сетка с клапаном	2	3,7	7,4
Колено сварное 90°	6	0,6	3,6
Итого: 11,0
Напорный трубопровод
Задвижки	11	0,3	3,3
Колено сварное 90°	15	0,6	9,0
Тройник равнопроходный	5	1,5	7,5
Диффузор	1	0,1	0,1
Тройник неравнопроходный	2	1	2,0
Обратный клапан	3	10	30
Водомер	2	0,5	1,0
Итого: 52,9

Длина нагнетательного и всасывающего трубопроводов:

L_н =Н_ш+30+35-7

L_н=120+30+35-7=178 м;

L_вс=13-15 м.

Характеристика внешней сети напорного и всасывающего трубопровода строится по уравнению:

Н=Н_г+RQ²

где: R-постоянная трубопровода

R=ДН_тр/Q²

где: Н_тр- суммарные потери напора в сети

ДН_i=(л_iL_i/d_i+?е_i)·V_i²/2g, м

где: л_н-коэффициент гидравлических сопротивлений по длине нагнетательного трубопровода.

л_i=0,021/d_i^0,3

л_н=0,021/0,315^0,3=0,031;

л_в=0,021/0,369^0,3=0,029;

ДН_н=(0,031·178/0,315+52,9)·1,84 ²/2·9,81=12,15 м;

ДН_в=(0,029·15/0,369+11)·1,34²/2·9,81=1,11 м.

Суммарные потери напора в сети:

ДН_тр=?ДН_i

ДН_тр=12,15+1,11=13,26 м;

R=13,26/516²=0,0000498

Для построения графика характеристики внешней сети необходимо протабулировать уравнение Н=124+0,0000498Q² в пределах от Q=0 до Q=600

Результаты табулирования уравнения занесем в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты табулирования уравнения внешней сети

	0	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
H,м	124	124,5	126	128,5	132	136,5	142	148,5	156	164,5	174



Рис. 4 Параметры рабочего режима

Рабочий режим: Q₁₊₂=770; Q_1,2=385; Н=156 м; .

1.8 Проверка вакуумметрической высоты всасывания

Геометрическая высота всасывания принята ориентировочно 3 м. Действительная высота всасывания:

.

По характеристике насоса в рабочем режиме Н_вс.^доп_.=2,8 м, следовательно условие Н_в? Н_вс^доп не выполняется. Значит необходимо углубить насосный агрегат состоящий из 5 насосов на глубину 2 метра.

1.9 Расчет мощности электродвигателя

Необходимую мощность электродвигателя определяют по формуле:

N_p=с·g·H·Q/1000·3600·з

N_p=1000·9,81·156·385/1000·3600·0,52=314,7 кВт.

Установленная мощность двигателя должна отвечать:

N_уст=(1,1ч1,2) ·Np

N_уст=1,1·314,7=346,2 кВт.

Выбираем электродвигатель из [2].

Принимаем электродвигатель ВАО2-450 А-4.

Техническая характеристика электродвигателя:

Тип электродвигателя ВАО2-450 А-4

Мощность, кВт. 400

Число оборотов n, об/мин 1500

КПД двигателя 0,94

Кратность максимального момента, М_max/М_ном 6,5.

1.10 Организация работы ГВУ и расход электроэнергии

Продолжительность работы установки при откачке нормального притока:

n_н= 24·Q_чн/Q_э

где: Qэ - действительная производительность установки

n_н=24·330/770=10 ч.

Продолжительность работы установки при максимальном притоке:

n_max=24·Q_ч.max/Q_э



n_max=24·430/770= 13 ч.

Время работы насоса при откачивании нормального и максимального часового притоков в соответствии с ПБ не превышает 20 часов.

Годовой расход электроэнергии:

где: - К.П.Д. двигателя и эл. сети;

- число дней в году с нормальным и максимальным притоком

.

Годовой приток воды:

Удельный расход электроэнергии на 1 м³ откачиваемой воды:

.

1.11 Проверка

Полезный расход электроэнергии на 1 м³ откачиваемой воды:

К.П.Д. водоотливной установки:

C другой стороны:

Так как условие:

0,38=0,38

выполняется, то насосная установка выбрана верно.

Размещено на Allbest.ru

...