Расчет насосной водоотливной установки

          G_EC = Q_ECρ = Q_ECР₀ / RT₀ = 9·101500 / 82656 =  11 кг/мин

         G_KF = Q_KFρ = Q_KFР₀ / RT₀ = 17·101500 / 82656 = 21 кг/мин

          G_JF = Q_JFρ = Q_JFР₀ / RT₀ = 28·101500 / 82656 = 34 кг/мин

     

      где Р₀ = 101500 кг/см² – атмосферное давление; R = 287 кг с²/м⁴ – аэродинамическое

      сопротивление трубопровода:

 

λ_ДС = 0,021 / d_ДС^0,3 = 0,021 / 0,171^0,3 =0,021 / 0,58 = 0,03

 l_{р ДС} = 1,1 l_ДС = 1,1·1350 = 1485 м

 

  

 

 

 Абсолютное давление в точке С, исходя из уравнения:

 

Р_С = (P_Д² + λ_ДСG_ДС²RTl_{р ДС} / 225π²d_ДС⁵)^1/2 =

= (0,36·10¹²  + 0,03·63²·287·288·1485 / 225·3,14²·0,171⁵) ^½ =

= (0,36·10¹² + 14615147131,2 / 0,32404) ^½  = (0,36·10¹² + 451028,409) ^1/2 =

= (360000451028,4) ^1/2 = 0,61·10⁶ Па = 0,61 МПа

где Р_Д = 0,6·10⁶ Па

 

    Таким образом, потери давления на участке ДС:

 

∆Р_ДС = Р_С – Р_Д = 0,61 – 0,6 =  0,01 МПа

 

 Диаметр трубы на участке СЕ принимается равным диаметру труб участка СД,

        т. е. d_СЕ = d_ДС мм, тогда давление в точке Е определяется:

 

 

Р_Е = (P_С² + λ_СЕG_СЕ²RTl_{р СЕ} / 225π²d_СЕ⁵)^1/2 =

= (0,37·10¹² + 0,03·9² ·287·288·770 / 225·9,85·0,171⁵) ^1/2 =

= (0,37·10¹² + 154657641,6 / 0,32404) ^1/2 =(0,37·10¹² + 477279476,6) ^1/2 =0,6·10⁶ Па=

= 0,6 МПа

l_{р СЕ} = 1,1 l_СЕ = 1,1·700 = 770 м

λ_СЕ = 0,021 / d_СЕ^0,3 = 0,021 / 0,171^0,3  = 0,021 / 0,58 = 0,03

   Определяем общий расход воздуха через узловой пункт С и участок СВ:

 

 

  Q_C = Q_E + Q_Д + ∆Q_СД / 2 + ∆Q_СЕ / 2 = 8 + 49 + 6·0,6·1,55 / 2 + 6·0,6·0,7 / 2 =

           = 57 + 2,43 + 2,88 = 62 м³/мин

   Q_{CВ =} Q_C + ∆Q_СВ / 2 = 62 + 6·0,6·1,55 / 2 = 65 м³/мин

    

 

 

 

     Определяем диаметр на участке СВ, где среднее давление принимается

           равным ΔР_СВ = Рс = 0,61 МПа:

 

   d_СВ = (0,85÷1,1) (Q_СВТ / ΔP_СВ)^1/2 = (0,85 ÷ 1,1) (65·288 / 0,61) ^1/2  =

          = (0,85 ÷ 1,1) 175 = (149 ÷ 193) принимаем d_СВ = 0,191 мм

     

     Определяем давление в точке В:

 

Р_В = (P_С² + λ_СВG_СВ²RTl_{р СВ} / 225π²d_СВ⁵)^1/2 =

= (0,37·10¹² + 0,03·80²·287·288·1705 / 225·9,85·0,191⁵) ^1/2  =

         = (0,37·10¹² + 27058268160 / 0,563) ^1/2  = (0,37·10¹² + 4,8·10¹⁰) ^1/2  =

         = (41,8·10¹⁰) ^1/2  = 0,65·10⁶ Па = 0,65 МПа

l_{р СВ} = 1,1l_СВ = 1,1·1550 = 1705 м

          G_СВ = Q_СВР₀ / RT = 65·101500 / 287·288 = 80 кг/мин

         λ_СВ = 0,021 / d_СВ^0,3 = 0,021 / 0,191^0,3  = 0,021 / 0,6 = 0,03

    

     По известным давлениям в точке В и пунктах потребления точки J,

         определяем потерю давления на участке:

 

∆Р_ВJ = Р_В - Р_J = 0,65 – 0,6 = 0,05 МПа

 

где, Р_J = 0,6 МПа

удельная  потеря на этих участках:

δ = ∆Р_ВJ/l_ВJ = 0,05 / 2,25 = 0,022 МПа/км

  

 Потеря давления на участке ВF составит:

 

∆Р_ВF = δl_ВF = 0,022·0,75 = 0,016 МПа  

 

 

 

 

  Давление в точке F составит: .

 

P_F = P_B - ∆Р_ВF = 0,65 – 0,016 = 0,634 МПа  

   Объемный расход воздуха на участке ВF:

    Q_BF=Q_K + Q_J + (ΔQ_KF + ΔQ_FJ + ΔQ_BF) / 2=14 + 25 + 6(0,6·1,6 + 0,6·1,5 + 0,634·0,75) / 2=

      = 39 + 7 = 46 м³/мин

 

  Определяем диаметр труб на участке ВF:

d_BF = (0,85÷1,1) (Q_BFТ / P_СР)^1/2 = (0,85 ÷ 1,1) (46·288 / 0,512) ^1/2=

          = (0,85 ÷ 1,1)·161 = (137 ÷ 177)

        принимаем d_BF = 0,175 мм

Р_СР = (Р_В + Р_F) / 2 = 0,65 + 0,634 / 2 = 0,512 МПа

   

     Определяем диаметр труб на участке FJ и KF:

 

d_KF = (0,85÷1,1) (Q_KFТ / P_СР)^1/2 = (0,85 ÷ 1,1) (17·288 / 0,617) ^1/2=

          = (0,85 ÷ 1,1)·89 = (76 ÷ 98)

        принимаем d_KF = 0,098 мм

 d_JF = (0,85÷1,1) (Q_JFТ / P_СР)^1/2 = (0,85 ÷ 1,1) (28·288 / 0,617) ^1/2 =

= (0,85 ÷ 1,1)·114 = (97 ÷ 125)

         принимаем d_JF = 0,123 мм

P_СР = (P_F + P_J) / 2 = 0,634 + 0,6 / 2 = 0,617 МПа

∆Р_FJ = δl_FJ = 0,022·1,5 = 0,033 МПа

 

Находится диаметр  трубопровода на участке ВА, средняя  температура сжатого 

воздуха на этом участке принимается равной Т_СР = 293⁰ К и среднее давление Р_СР

равным давлению в точке В:

 

 

 

Q_BА = Q_BF + Q_DC + ΔQ_BA / 2 = 46 + 51 + 6·0,65·0,55 / 2 = 97 + 1,122 = 98 м³/мин

d_ВA = (0,85÷1,1) (Q_ВAТ_СР / Р_СР)^1/2 = (0,85÷1,1) (98·293 / 0,65) ^1/2 =

        = (0,85÷1,1) 205 = (175 ÷ 226)

          принимаем d_ВA = 0,225 мм

 

    Определяем рабочее давление у компрессорной станции в точке А:

 

       λ_BA = 0,021 / d_ВA^{ВН 0,3} = 0,021 / 0,225 ^0,3  = 0,021 / 0,639 = 0,03

       G_BA = Q_BAР₀ / RT = 98·101500 / 287·288 = 120 кг/мин

       l_{р BA} = 1,1 l_BA = 1,1·550 = 605 м

         Р_A = (P_B² + λ_BAG_BA²RT_CPlр _ВА / 225π²d_BA⁵)^1/2 =

        = (0,65²·10¹² + 0,03·120²·287·293·605 / 225·3,14²·0,225⁵) ^1/2  =

        = (0,42·10¹² + 21978023760 / 1,278) ^1/2  = (0,42·10¹² + 1,7·10¹⁰) ^1/2  = 0,66·10⁶ Па =

= 0,66 МПа

 

    Удельная энергоемкость сжатия (кДж/м³) при политропном сжатии воздуха:

 

l_ПОЛ = 2nP₁ / (n – 1) [(P_A/P₀^{(n – 1)/2n} – 1] =

         = 2·1,30 / (1,30 - 1) · 101,5 [(660 / 101,5) ^{(1.3 – 1)/2·1,3}-1] = 880 (6,69^0,115 – 1) =

         = 880·0,244 = 211 кДж/м³

 

где n = 1,28 – 1,32 – показатель политропы сжатия, зависит от интенсивности

отвода тепла  в процессе сжатия.

 

      Мощность на валу компрессора:

 

N_B = Q_ABl_ПОЛ / 60η_ПОЛη_М = 98·211 / 60·0,8·0,9 = 20678 / 43,2 = 479 кВт

где η_ПОЛ = 0,8 – к.п.д. политропный; η_М = 0,9 – механический к.п.д.

  

 

 

 

      Мощность, потребляемая из сети:

 

N_C = N_B/η_Пη_Д = 479 / 1·0,92 = 520 кВт

 

где η_П = 1,0 – к.п.д.; η_Д = 0,92 – к.п.д. двигателя.

 

 Таким образом, принимаем три компрессоров марки 305 ВМ – 30 / 8, из

        которых один резервный.

      Удельный расход электроэнергии на выработку 1 м³ воздуха:

 

е = N_C / 60Q_AB = 520 / 60·98 = 520 / 5880 = 0,09 кВт ч/м³

 

    Годовой расход электроэнергии приводами компрессорной станции:

 

Е = [k_ЗN_Bbt / η_Пη_Дη_C + (1 - k_З) N_XXbt / η_Пη_Дη_C] (1 + k_ОХ + k_ВСП) =

=[0,8·479·300·20 / 0,92·1·0,95 + (1 – 0,8)·84·300·20 / 0,92·1·0,95] (1 + 0,05 + 0,03) =

= [2299200 / 0,874 + 100800 / 0,874] 1,08 = (2630663,6 + 115331,8078) 1,08 =

= 2745995,4·1,08 = 2965675 кВт ч/год

где b – число рабочих дней в году; t – время работы компрессорной станции

сутки, ч; N_XX = 84 кВт – мощность холостого хода компрессора; k_ОХ = 0,02-

0,05 – коэффициент,  учитывающий расход энергии на  подачу охлаждающей 

воды; k_ВСП = 0,03 – коэффициент, учитывающий расход энергии

на вспомогательные  нужды; N_B – мощность на валу двигателя, кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки. – М.: МГГУ, 2004.–328 с
2. Алексеев В.В. Стационарные машины. М., Недра, 1989. 484с.
3. Алексеев В.В., Брюховецкий О.С. Горная механика. М., Недра, 1995, 413с.
4. Алексеев В.В., Шевырев Ю.В., Акимов В.Д. Основы автоматики и автоматизация горных и геологоразведочных работ. М, Недра, 1998, 454 с.
5. Борохович А.И., Гусев В.В. Стационарные машины и установки на открытых горных разработках. М., Недра, 1969.
6. Гланц А.А., Алексеев В.В. Справочник механика геологоразведочных работ. М., Недра, 1987.
7. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. М., Недра, 1987.