Расчет насосной водоотливной установки

                                  

Расчет насосной водоотливной установки.

 

Исходные данные:

 

Н = 315 м – высота, на которую необходимо откачать воду;

Qн = 190 м³/ч – нормальный приток в водосборник системы главного

    водоотлива;

Qmax = 240 м³/ч – максимальный  приток в весенне-осенний период;

l₁ = 12,5 м; l₂ = 315 м; l₃ = 165 м;

 

Местное сопрот. на участке:

 

 ∑ξ₁ = ВК, К - 2 = 0,8 + 0,6·2 = 2 сумма местных сопротивлений согласно типовому проекту водоотливной установки;

           ∑ξ₂ = К, Т - 2, З, ОК = 0,6 + 1,5·2 + 0,26 + 10 = 13,86;

           ∑ξ₃ = К, Т - 3  = 0,6 + 1,5·3 = 5,1;

 

Местные сопротивления: всасывающий клапан (В.К.) - 0,8; задвижка (3) - 0,26; обратный клапан (О.К.) - 10; тройник (Т) - 1,5; колено сварное (К) - 0,6;

Рис.1 Схема трубопроводов к расчету насосной установки:I-всасывающий участок трубопровода;II- участок трубопровода с арматурой в насосной камере;III–участок трубопровода в наклонном ходке, стволе шахты и на поверхности;1-клапан приемный;2-сетка;3-колено сварное составное; 4-переходник;5-задвижка;6-обратный клапан;7-тройник;

 

Определение основных параметров насосной установки:

 

Минимальная подача определяется, исходя из требования откачки 

     нормального суточного водопритока не более, чем за 20 ч.:

 

Q_MIN = 24 Qн /20 =24·190 / 20 = 228 м³/ч

Ориентировочный напор насоса:

 

H' = H/η = 315 / 0,9 = 350 м

 где η - к.п.д. трубопровода, обычные пределы изменения - 0,9 - 0,95.

 

  

 

 

 

Определение марки насоса:

 

Наносим точку  с координатами Q_MIN и H' на сводный график рабочих зон

характеристик насосов ЦНС. Эта точка попадает в рабочую зону насоса ЦНС 300 – 120 – 600 (n = 1475 мин^-1; i = 2…10).

Из справочной литературы выписываем основные характеристики выбранного насоса ЦНС:

напор на одного колесо Нк = 600 / 10 = 60 м

         напор на одно колесо при нулевой подаче Н_К⁰ = 67 м;

          номинальное значение к.п.д. η_Н = (0; 36; 59; 69; 71; 66);

предельно допустимая высота всасывания h = (3,2; 4; 5,8) м;

 

  Число рабочих колес насоса:

 

Z = H'/Н_К =  350 / 60 = 6 шт.

  Число рабочих колес округляем до целого.

 

Напор насоса при нулевой  подаче:

 

Н₀ = ZН_К^{0  =} 5·67 = 402 м

  Проверяем выбранный насос на устойчивость рабочего режима. Рабочий режим считается устойчивым, если выполнено условие:

 

   Н_Ш < 0,95 Н₀ = 0,95·402 = 382 м

315 м < 382 м

 

 

 

 

 

 

  

 Выбор труб и водоотливной арматуры:

 

   Необходимо для каждого участка трубопровода выбрать диаметр труб и

водоотливную  арматуру - задвижки, тройники. Первый участок - всасывающий трубопровод.

 Определим его внутренний диаметр, исходя из экономически выгодной скорости воды:

 

d_ВН1 = (4Q_MIN / 3600πυ_ТР1)^1/2 = (4·228 / 3600·3,14·1,5) ^1/2 = (912 / 16956) ^1/2 =

        = (0,053) ^1/2 = 0,231 м

 

  где  υ_ТР1 = 1,5 м/с - скорость воды во всасывающем трубопроводе.

 

 Второй участок - нагнетательный трубопровод в насосной камере и трубном ходке.

    

   Внутренний диаметр труб:

 

d_ВН2 = (4Q_MIN / 3600πυ_ТР2)^1/2 = (4·228 / 3600·3,14·2) ^1/2 =  (912 / 22608) ^1/2 =

       =(0,0403) ^1/2 = 0,203 м

 

  где υ_ТР2 = 2 м/с - скорость воды в нагнетательном трубопроводе.

 

 Третий участок - нагнетательный трубопровод в шахтном стволе и на

поверхности. Его диаметр такой же как и на втором участке d_ВН3 = 0,203 м

 

 

 

 

 

 

 

Определение характеристики сети.

 

Характеристика внешней  сети водоотливной установки имеет  вид:

 

Н_С = Н_Ш + RQ² = 315 + 5,5-·10^-4·240² = 315 м

 

где     R = R₁ + R₂ + R₃ = 7,4·10^-6 + 2,3·10^-4+ 3,2·10^-4 = 5,5·10^-4 ч²/м⁵

 

R, R₁, R₂, R₃ - соответственно общее сопротивление, сопротивление первого, второго и третьего участков сети:

 

     R₁ = A_ДЛ1l₁ + A_МЕС1∑ξ₁= 2,4·10^-7·12,5 + 2,2·10^-6·2 = 3·10^-6 + 4,4·10^-6 =

      = 7,4·10^-6 ч²/м⁵

    

    где A_ДЛ1 - коэффициент сопротивления по длине трубопровода

       

   A_ДЛ1 = 8λ₁ / (3600²π²gd_ВН1⁵) = 8·0,03 / 3600²·3,14²·10·0,231⁵ =

= 0,24 / 12960000·9,85·10·0,000657 = 0,24 / 839655,48 = 2,4·10^-7 ч²/м⁶

      

   где λ₁ - коэффициент гидравлического сопротивления трубы

                Для новых труб:

λ₁ = 0,0195 / (d_ВН1)^1/3= 0,0195 / (0,231) ^1/3= 0,0195 / 0,61 = 0,03

A_МЕС1 - коэффициент к местным сопротивлениям трубопровода

A_МЕС1 = 8 / (3600²π²gd_ВН1⁴) = 8 / 12960000·9,85·10·0,002 = 8 / 2553120 =

= 2,2·10^-6 ч²/м⁴

 

 

 

 

 

 

  Второй участок - нагнетательный трубопровод в монтажной камере:

 

R₂ = A_ДЛ2l₂ + A_МЕС2∑ξ₂ = 5,9·10^-7·315 + 3,9·10^-6·13,86 =

           = 1,8·10^-4 + 5,4·10^-5 = 2,3·10^-4 ч²/м⁵

A _ДЛ2 = 8λ₂ / (3600²π²gd_ВН2⁵) = 8·0,03 / 12960000·9,85·10·0,000344 =

           = 0,24 / 440069,6 = 5,9·10^-7 ч²/м⁵

           λ₂ = 0,0195·/ (d_ВН2)^1/3= 0,0195 / 0,58 = 0,03

A _МЕС2 = 8 / (3600²π²gd_ВН2⁴) = 8 / 12960000·9,85·10·0,001698 =

           = 8 / 2167830,8 = 3,9·10^-6 ч²/м⁴

  

 Третий участок в наклонном ходке, стволе шахты и на поверхности:

 

R₃ = 1,1A_ДЛ3l₃ = 1,1·5,9·10^-7·165 = 3,2·10^-4 ч²/м⁵

A_ДЛ2 = А_ДЛ3 = 5,9·10^-7 ч²/м⁵

 

    Нахождение рабочей точки насосной установки:

 

     На графике в одном масштабе строится действительная характеристика насоса для n рабочих колес и характеристика сети. Рабочая точка является точкой пересечения характеристики сети и индивидуальной напорной характеристики насоса.

 

 Задаваясь разными значениями подачи насоса Q, составляем ряд параметров построения характеристики сети Н_C (см. табл. 1) Получена точка с координатами

Q_P = 298 м³/ч; H_P = 367 м; η_P = 0,7;

 

 

 

 

 

 

^{Таблица 1}

Q	0	75	150	225	300	375
Q2	0	5625	22500	50625	90000	140625
RQ2	0	3	12	28	49	77
Нс	315	318	327	343	364	392
η	0	36	59	69	71	66
∆ h	-	-	-	3,2	4	5,8
H	67	68	67,5	66	60	48,5
Hz	402	408	405	396	360	291

Расчетная мощность электродвигателя:

 

N_P = kQ_PH_Pρg / 3600·1000η_P = 1,1·298·367·1000·10 / 3600·1000·0,7 =

 = 1203026000 / 2550000 =472 кВт  

где k = 1,1 – коэффициент запаса; ρ = 1000 – плотность воды.

Принимаем   к   установке   электродвигатель   А12 – 41 - 4 мощностью 500 кВт; η_ДВ = 93%; n =1500 мин^-1; cosφ = 0,895.

    Время работы насосов в сутки при откачке нормального и максимального притоков:

Т_Н = 24Q_н / Q_P = 24·190 / 298 = 4560 / 298 = 15 ч

Т_MAX = 24Q^MAX_ПР  / Q_P = 24·240 / 298 = 5760 / 298 = 19 ч

     Годовой расход электроэнергии на водоотлив:

Е = к_ЭN_ДВ(305Т_Н + 60Т_MAX) / kη_ДВη_С = 1,05·500(305·15 + 60·19) / 1,1·0,92·0,96 =

 = 3000375 / 0,97152 = 3088331 кВт ч

где к_Э = 1,05 – коэффициент дополнительных затрат энергии; η_С = 0,96 – к.п.д. сети; η_дв= 0,92 – к.п.д. двигателя;

   Расход электроэнергии на 1 м³ откаченной воды:

е = к_ЭN_ДВ / Q_Pη_ДВη_С = 1,05·500 / 298· 0,92·0,96 = 525 / 263,1 = 1,9 кВт ч/м³

 

 

Рис. 2. Характеристика внешней сети и насоса ЦНС300 -120 + 600 с одним рабочим

колесом и с тремя рабочими колесами.

 

 

 

 

 

 

Расчет проходческой вентиляторной установки

 

Исходные  данные:

Lвыр = 500 м;

S = 5,1 м² – сечение выработки;

А = 29 кг  - расход ВВ за 1 цикл;

m = 2 – количество людей;

Lмес = 110 м;

  t = 30 мин. – время проветривания выработки;

 

     Определение необходимого количества воздуха на забое (Q_З).

 

     Количество воздуха по числу людей, одновременно работающих в забое:

Q_З = 6·m = 6·2 = 12 м³/мин

 

где 6 м³/мин - норма воздуха на одного работающего рабочего.

     Количество воздуха по минимальной скорости воздушной струи:

 

Q_З = S·υ_MIN = 5,1·0,4 = 2,04 м³/с = 122 м³/мин

 

где υ_MIN = 0,4 м/с - минимальная скорость воздушной струи при мокром бурении одним перфоратором.

 

   Количество воздуха, исходя из разбавления вредных газов, образовавшихся после взрыва по формуле В. Н. Воронина для нагнетательного способа проветривания, определяем:

 

 

 

 

 

Q_З = (7,8 / t)(AS²Z²)^1/3 = 7,8 / 30 (29·5,1²·500²) ^1/3 = 0,26 (188572500) ^1/3 =

= 0,26·573,44 = 149 м³ /мин. = 2,48 м³/с

   

Для расчета принимаем максимальное количество воздуха:

 

Qз = 2,48 м³/с = 149 м³ /мин

 

    Диаметр вентиляционных труб выбирается из расчета, чтобы скорость воздуха по трубопроводу не превышала υ = 20 м/с:

 

d_ТР = (4Q_З / πυ)^1/2 = (4·2,48 / 3,14·20) ^1/2 = (9,92 / 62,8) ^1/2 = (0,157) ^1/2 = 0,39 м

 

    Принимаем диаметр вентиляционного трубопровода, равным = 0,5 м;

    Проверка на допустимую скорость движения вентиляционной струи по выработке:

 

υ_ВОЗД = Q_З / S = 2,48 / 5,1 = 0,48 м/с > 0,4, м/с

 

  Расстояние от конца трубопровода до забоя должно быть не более:

 

l < 4√S = 4·(5,1) ^½ = 9,03 = 10 м

 

  Для проветривания необходимо применять брезентовые трубы с длиной звена:

l = 10 м

  Коэффициент аэродинамического  сопротивления:

а = 0,0046 H c²/м⁴

 

 

 

 

 

Способы проветривания

 

  Выработки большой протяженности проветриваются с использованием:

• одного вентилятора, работающего на общий трубопровод;
• каскадной установки вентиляторов (по мере проходки выработки в

 начале трубопровода устанавливается ещё вентилятор рядом с первым и т.д.);

• рассредоточенной установки вентиляторов.

   Проветривание горных выработок с помощью одного вентилятора используется на рудных шахтах при проведении выработок большого сечения, используется трубопровод диаметром d_ТР >1,0 м.

Каскадное расположение вентиляторов используется на газовых

шахтах и  все механическое и электрическое оборудование устанавливается в одном месте.

 

Каскадное расположение вентиляторов

 

  Расчет проветривания длинных выработок при каскадном расположении

  вентиляторов рекомендуется производить по методике Вепрева В. С.

 

    Определяется аэродинамическое сопротивление трубопровода по заданному типу труб, их диаметру, длине звеньев, качеству и сборке и полной расчетной длине трубопровода:

 

Z_m = L_m = L_выр –ℓ = 500 – 10 = 490 м.

 

 

R_m = 6,45aZ_m/d_ТР⁵ = 6,45·0.0046·490 / 0,5⁵ = 14,538 / 0,031 = 469 H c/м⁸