Расчет водоотливной установки шахты

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Институт Недропользования

Кафедра Горных машин и электромеханических систем

Контрольная работа

по дисциплине “Стационарные машины и установки”

Расчет водоотливной установки шахты

Иркутск 2021 г.



Исходные данные

вода трубопровод насос напорный

1. Глубина шахты Н_ш =257 м;

2. Нормальный приток воды Q_НОРМ = 144 м³/ч;

3. Максимальный приток воды QMAX = 1,4 Q_НОРМ = 67,2 м³/ч;

4. Продолжительность нормального притока n_НОРМ =305 дней;

5. Продолжительность максимального притока n_MAX = 60 дней;

6. Плотность шахтной воды с = 1001 кг/м³;

7. Характеристика воды - нейтральная;

8. Годовая добыча шахты А_ГОД = 500 тыс. т.



1. Выбор схемы главной водоотливной установки

Главную водоотливную установку располагаем около ствола. Насосная камера соединяется со стволом наклонным трубным ходком под углом 30° на высоте 7 м (рис. 1).

2. Выбор насосов и проверка их на устойчивость работы

Расчетная подача (производительность) насосной станции для откачки нормального суточного притока воды не более чем за 20 часов согласно ЕПБ (п. 447)

где Q_норм - нормальный часовой приток воды в шахту, м³/ч; T_ПБ - нормативное время откачки суточного притока воды, ч.

Высота нагнетания

где Н_Ш - глубина шахты, м; h_ПЕР - высота переподъема воды над поверхностью земли, м; h_ПОЛ - высота пола над уровнем околоствольного двора, м; h_ОСВ - высота от пола до оси насоса, м.

Геодезическая высота подъема воды

где Н_ВС - высота всасывания насоса, м

Расчетный напор насоса

где ?_ТР - КПД трубопровода, принимаемый предварительно.

Рис. 1. Схема главной водоотливной установки шахты: 1 - насосная камера; 2 - наклонный трубный ходок; 3 - ствол; 4 - насос; 5 - всасывающий колодец; 6 - водосборник; 7 - нагнетательный трубопровод; 8 - околоствольный двор; 9 - водоотводная канава

Принимаем насос ЦНС 180-297 с семью рабочими колесами (см. приложение, табл. П1). Паспортные данные насоса: Q_Н = 180 м³/ч; H_н = 297 м; ?_Н = 0,7; n_Н = 1475 об/мин; L = 1650 мм; число рабочих колес Z = 7.

Напор, развиваемый одним рабочим колесом при нулевой подаче (закрытой задвижке), h₀ = 48 м (табл. П8, насос ЦНС 180-297).

Напор, развиваемый насосом ЦНС 180-297 при закрытой задвижке (нулевой подаче), H₀ = h₀ • Z = 48• 7 = 336 м.

Проверяем выбранный насос на устойчивость работы по условию H_Г < 0,9 • H₀

Условие выполняется, режим работы насоса будет устойчивым.

3. Выбор трубопроводов

Расчетный внутренний диаметр нагнетательного трубопровода

Расчетное давление воды в трубопроводе

Толщина стенки трубы по рабочему давлению

где у_В - допускаемое сопротивление разрыву стали, из которой изготовлена труба, МПа.

Расчетная толщина стенки трубы с учетом коррозионного износа

где 1,18 - коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенки трубы при изготовлении; д_КИ - скорость коррозионного износа внутренней поверхности трубы, мм/год; 0,25 - скорость коррозионного износа наружной поверхности трубы, мм/год; Т - планируемый срок службы трубопровода, лет.

Принимаем стальные бесшовные трубы с наружным диаметром Д_СТ = 180 мм по ГОСТ 8732-78, толщина стенки д = 8 мм, внутренний диаметр Д_НАГ = 164 мм. Труба 180х8 Ст. 2 сп.

Расчетный внутренний диаметр всасывающего трубопровода по скорости воды в нем V_ВС= 1 м/с

Принимаем стандартную трубу Д_СТ = 273 мм, д = 8 мм, Д_ВС = 257 мм. Труба 273х8 Ст. 2 сп.

4. Расчет потерь напора в трубопроводах

Коэффициент линейных гидравлических сопротивлений для нагнетательного трубопровода то же для всасывающего трубопровода

Полная длина нагнетательного трубопровода



где - длина трубопровода в трубном ходке (15ч20 м); - длина трубопровода в насосной камере (20ч30 м); - длина всасывающего трубопровода (8ч12 м); - длина трубопровода на поверхности до места сброса воды, м.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений нагнетательного трубопровода

где - коэффициенты местных сопротивлений открытой задвижки, обратного клапана, колена.

Потери напора в нагнетательном трубопроводе

Сумма коэффициентов местных сопротивлений всасывающего трубопровода

где - коэффициент местных сопротивлений приемного клапана с сеткой.

Потери напора во всасывающем трубопроводе



где - длина всасывающего трубопровода, м.

Сумма потерь напоров в трубопроводах

Расчетный манометрический напор насоса (уточненный)

Уточненный КПД трубопровода

5. Напорная характеристика сети

Коэффициент сопротивления сети

где - внутренний диаметр нагнетательного трубопровода, м.

Расчет характеристики сети производится по уравнению

где - сопротивление внешней сети, м; Q - расход воды во внешней сети, м3/с. Задаваясь Q : 0; 25; 50; 75; 100; 125% от номинальной производительности выбранного насоса, вычисляем по уравнению (табл. 2).

Таблица 2. Расчет характеристики сети

Подача насоса	Q2	RCQ2=Q2, м	HC=HГ+RCQ2 HC=+RCQ2, м
%	м3/ч	м3/с
0	0	0	0	0
25	45	0,0125	156,25•10-6	1,3	260,8
50	90	0,025	625•10-6	5,3	264,8
75	135	0,0375	1406,25•10-6	11,85	271,35
100	180	0,05	2500•10-6	21,08	280,58
125	225	0,0625	3906,3•10-6	32,94	292,44
150	270	0,075	5625•10-6	47,43	306,93
175	315	0,0875	7656,25•10-6	64,56	324,06
200	360	0,1	10000•10-6	84,32	343,82

6. Определение действительного рабочего режима насоса

1. Рассчитываем напорную характеристику насоса ЦНС 180-297 с семью колесами (табл. 3) по заданному напору на одно колесо (1 ступень) для группы насосов ЦНС 180ч85…475 (табл. П8).

Таблица 3

Q, м3/ч	0	50	100	150	180	200	230
H1, м	48	48,8	48,1	45,7	42,5	38,5	31,2
?, %	0	36	59	70	71	69	64
?hД, м	-	-	-	4,5	4,5	4,9	6
H7, м	336	341,6	336,7	319,9	297,5	269,5	218,4

2. Строим напорную характеристику насоса по Q₁ и H₇.

По оси x принимаем: 115 мм = 230 м³/ч, 1 мм = 2 м³/ч; по оси y принимаем: 100 мм = 300 м, 1 мм = 3 м.

3. Строим характеристику сети по Q и H_C в таком же масштабе, характеристики КПД, ?h_Д.

4. По точке пересечения характеристик насоса и сети М находим действительную подачу Q_Д = 120 м³/ч, действительный напор Н_Д = 220 м, действительный КПД ?_Д = 68%, ?h_Д = 6 м.

Действительная скорость воды в нагнетательном трубопроводе

не превышает 3 м/с

Масштабы:

Q H ? ?h_Д

1 мм = 2 м³/ч 1 мм = 3 м 1 мм = 1% 1 мм = 0,1 м

Рис. 3. Определение действительного режима работы насоса ЦНС 180-297

Из рис. 3: 191 м³/ч, 282 м, 64 %, ?h_ДД 6 м.

Проверяем экономичность работы насоса по условию ?>0,9?_MAX.

Условие выполняется, работа насоса экономична.

7. Проверка насоса на отсутствие кавитации

Действительная скорость воды во всасывающем трубопроводе



Расчетное значение вакуумметрической высоты всасывания

где - высота всасывания насоса, м.

Условие работы насоса без кавитации определяется из соотношения

При атмосферном давлении В = 760 мм рт. ст = 101080 Па и температуре воды t = 10^оС

где - атмосферное давление, Па; - давление насыщенного водяного пара, Па; - плотность перекачиваемой воды, кг/м³.

Допустимый кавитационный запас насоса в действительном режиме работы = 6 м

Условие выполняется, работа насоса без кавитации.

Допустимая высота всасывания , м



8. Выбор электродвигателя

Расчетная мощность электродвигателя

где 1,1 - запас мощности электродвигателя, (1,1ч1,15)

Принимаем асинхронный двигатель BAO 450S4

, , , , .

9. Объем воды, откачиваемой насосами

Число машино-часов работы насосов в сутки при откачке нормального притока воды

не более 20 час согласно ЕПБ (п. 447).

То же при откачке максимального притока

Объем воды, откачиваемый насосами за год



Коэффициент водообильности

где - годовая добыча полезного ископаемого, т.

10. Годовое потребление электроэнергии и плата за нее

Мощность, потребляемая электродвигателем из сети

где - КПД электродвигателя, - КПД электрической сети (0,92ч0,96).

Годовое потребление электроэнергии двигателями насосов

Удельный расход электроэнергии на откачку 1 м³ воды

Годовая плата за электроэнергию по двухставочному тарифу



где а - стоимость 1 кВт•ч, руб; в - плата за 1 кВт потребляемой мощности (в часы максимальной загрузки энергосистемы с 9 до 11 и с 18 до 22 часов) в месяц, руб.

11. Размеры водосборника

Расчетная вместимость водосборника согласно ЕПБ (п. 445)

В качестве водосборника принимается выработка (штрек) размером 2,5х2,5 м, сечением S = 6 м².

Длина водосборника

Принимаем 2 водосборника согласно ЕПБ (п. 445): главные и участковые водоотливные установки должны иметь водосборники, состоящие из 2-х выработок и более.

Для строящихся и реконструируемых шахт и новых горизонтов вместимость водосборников главного водоотлива должна быть рассчитана не менее чем на 4-х часовой нормальный приток, а участковых - на 2-х часовой приток

12. Насосная камера

Принимается типовая насосная камера из железобетона с водозаборным колодцем в центре камеры (рис. 4).



Рис. 4. Насосная камера на 3 агрегата: 1 - насос; 2 - электродвигатель; 3 - водозаборный колодец; 4 - трубный ходок

Длина насосной камеры 17

Принимаем

Заливка насосов производится от вспомогательного заливочного погружного насоса НЗПУ-5:

Q 50 м³ /ч, H 15 м, N 5,2 кВт, = 46%, U 380/660 В.

Напор при закрытой задвижке H₀ = 288 м = 28,8 кгс/см² = 2,88 МПа.

Принимаем манометр (табл. П13) типа МП2-У с пределами измерения 0-6 МПа (0-60 кгс/см²).

13. Параллельная работа двух насосов на один трубопровод

Суммарная напорная характеристика параллельно работающих насосов строится путем графического сложения напорных характеристик по оси подач (по оси Х). Результаты представлены в табл. 4.



Таблица 4

Параметр	Точки
	A	B	C	D
Q, м3/ч	50	100	150	180
H , м	341,6	336,7	319,9	297,5
2Q , м3/ч	100	200	300	360

Рис. 5. Определение действительного режима при параллельной работе двух насосов ЦНС 180-297на общий трубопровод (масштаб 1мм = 3 м): 1 - характеристика насоса ЦНС 180-297; 2 - совместная характеристика двух насосов ЦНС 180-297; 3 - характеристика сети

Из пересечения характеристик: совместной напорной характеристики насосов и сети находим 302 м³/ч. 151 м³/ч. При работе одного насоса на один трубопровод м³/ч.

Подача двух насосов при работе на один трубопровод составляет



или 79% от производительности двух насосов при работе на каждый трубопровод.

14. Смета капитальных затрат

Масса 1 м трубы нагнетательного трубопровода ,

Масса двух нагнетательных трубопроводов

Масса 1 м трубы всасывающего трубопровода ,

Масса трех всасывающих трубопроводов

Общая масса труб



Таблица 5

Оборудование	Кол-во	Цена, руб.	Сумма, руб
Насос ЦНС 180-297	3	256896	770688
Электродвигатель BAO 315 S4 , ,	3	134785	404355
Трубы стальные, кг	20294	25	507360
Задвижка ЗКЛ-2 dУ = 200	9	3000	27000
Клапан обратный КО-250	3	2000	6000
Клапан обратный приемный с сеткой	3	2100	6300
Насос заливочный погружной НЗПУ-5	2	12000	24000
Манометры	3	240	720
Итого:	1746423

Для заливки насосов перед пуском рекомендуется применять вертикальный погружной заливочный насос ЗПН-5 с погружным электродвигателем.

Подача Q 50 м³ /ч. Напор H = 15 м. КПД ? = 42%. Мощность P_H =5,2 кВт. U = 380 / 660 В.

Для насосов с подачей 300 м³/ч и более рекомендуется применять агрегат ВП 340-18 с подачей Q = 340 м³/ч и напором H = 18 м предназначенный для работы с насосами ЦНС 300 высокооборотной группы для создания необходимого подпора на их входе и заливки перед пуском.

Конструктивно он представляет собой вертикальный одноступенчатый погружной насос консольного типа с непогружным электродвигателем. Частота вращения рабочего колеса n_H 1475 мин^-1.



Литература

1. Гришко А.П. Стационарные машины и установки. Том 2. Учебник для вузов. Рудничные водоотливные, вентиляторные и пневматические установки. - М.: МГГУ, 2008. - 586 с.

2. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ-03-553-03). - М.: НТЦ, 2004.

Размещено на Allbest.ru

...