Расчет водоотливной установки Исходные данные - файл

приобрести
скачать (211.5 kb.)

1 Расчет водоотливной установки

1.1 Исходные данные


Максимальный приток (Qчmax) – 150 м3/ч;

Нормальный приток (Qн) – 100 м3/ч;

Глубина шахты (Hш) – 320 м.

1.2 Определение расчетной производительности насоса


Производительность одного насоса или рабочей группы насосов определять расчетом из условия, что суточный максимальный приток следует откачать не более чем за 20 часов.




1.3 Определение ориентировочного напорного насоса


где



– геометрическая высота подъёма воды, м;

- ориентировочная высота всасывания (3,0…4,0) , принимаем 3,0 м;

– превышение трубопровода уровня дневной поверхности(1,5…1,0) , принимаем 1,0 м;




1.4 Выбор типоразмера насоса


Произведем выбор насоса по графику рабочих зон.

Рис. 1.1 График рабочих зон насосов.

Выбираем: ЦНС 180-85…425

Рис. 1.2 Индивидуальная рабочая характеристика.

Для окончательного определения типоразмера насоса необходимо определить число рабочих колес (ступеней) – ZК (шт.) по формуле:

где Н – напор, создаваемый одним рабочим колесом, при подаче, м.



Число рабочих колѐс следует округлять до целого числа в большую сторону, если остаток более 0,1-0,15. В противном случае можно обойтись меньшим числом колес. Принимаем число колес 9.

Число насосов в группе:

где Q1max – максимальная производительность одного насосного агрегата в пределах зоны его промышленного использования, м3/ч.



Принимаем : 1 насос.

Таблица 1.1

Техническая характеристика насоса ЦНС 180-383



1

Модель насоса

ЦНС 180-383

2

Производительность в зоне экономичности (промышленного использования)

м3

130-220

3

Параметры номинального режима:










напор

м

383




производительность

м3

180




КПД

ед.

0,7




частота вращения

об/мин

1475




допустимая частота всасывания

м

5

4

Модель электродвигателя

ВАО2-450В-4

5

Мощность электродвигателя

кВт

400

6

Частота вращения ротора двигателя

об/мин

1475

7

Масса насоса

кг

1470

8

Габаритные размеры насоса:










длина

мм

2190




ширина

мм

683




высота

мм

715

9

Условный диаметр патрубка:










подводящего

мм

150




напорного

мм

150

10

Допустимая температура воды

оС

От 1 до +60

11

Содержание в воде взвешенных частиц по массе

%

Не более 0,1

12

Диаметр взвешенных частиц

мм

Не более 0,1

13

Водородный показатель воды (рН)

ед.




14

Содержание серной кислоты

%

Не более 0,5

15

Допустимый подпор в подводящем патрубке насоса

м

Не более 20

16

Масса насосного агрегата

кг

4300

17

Габаритные размеры насосного агрегата:










длина

мм

3500




ширина

мм

970




высота

мм

920

Число насосов в резервной группе принимаем равным числу насосов в рабочей группе и добавляем один насос, находящийся в ремонте. Общее число насосных агрегатов в главной водоотливной установки будет равно:



Всего принимаем 3 насоса.


1.5 Проверка устойчивости режима работы насоса.


Рабочая точка должна находиться в устойчивой зоне при выполнения условия.

где Н10 – напор на одно колесо выбранного типоразмера насоса при нулевой производительности, м.





Условие выполняется.


1.6 Выбор коллектора.


По расчетным данным имеется 3 насоса , следовательно выбираем коллектор:

Рис. 1.3 Схема коллектора насосной установки

1 – индивидуальный напорный трубопровод; 2 – тройник для подключения насоса; 3 – байпас для сброса воды из коллектора.

1.7 Расчет диаметра трубопровода.


где с – скорость движения в трубопроводе,






1.8 Определение толщины стенки трубопроводов.


Определение давлений в трубопроводе.

Нагнетательный трубопровод:



где 1,25 – коэффициент запаса прочности труб с учетом гидравлического удара;



– плотность воды (после осветления в водосборнике шахты –1020) , кг/м3 ;

g = 9,81 – ускорение свободного падения, Н/кг (Н/кг = м/с2 );

НН – напор, создаваемый одним насосом при откачке минимального притока или группой насосов при откачке максимального притока (больший из них), м.



Всасывающий трубопровод:



Расчетная толщина стенки трубы из условия прочности.

Расчетная толщина стенки из условия прочности.

Нагнетательный трубопровод:



где – временное сопротивление материала трубы на разрыв, МПа.

Таблица 1.2

Временное сопротивление разрыву трубной стали



Выбираем материал изготовления Ст2 ( .



Всасывающий трубопровод:




Толщина стенки с учетом срока службы.


где – скорость коррозионного износа наружной и внутренней поверхности стенки трубы, мм/год;

ТР – расчетный срок службы напорного трубопровода (10 лет), год.

Скорость коррозионного износа наружной и внутренней поверхностей труб из сталей низкого качества, выберем из таблицы 3.

Таблица 1.3

Скорость коррозионного износа поверхностей труб из сталей низкого качества (мм/год)





принимаем 0,15 и 0,05 соответственно:


Расчет толщины стенки трубы с учетом минусов, допуска на толщину стенки.


где КД – допустимое уменьшение толщины стенки труб из-за минусового допуска при производстве ( следует принимать в пределах 0,1-0,15).

Нагнетательный трубопровод:

Всасывающий трубопровод:




1.9 Выбор труб и расчетная скорость воды.

Расчет наружного диаметра.


ГОСТы на трубы нормируют наружный диаметр и толщину стенки, поэтому для выбора трубы необходимо предварительно определить расчетный наружный диаметр трубопровода:

Нагнетательный трубопровод:



Всасывающий трубопровод:



По ГОСТу 8732-78 выбираем трубу для нагнетательного трубопровода:



По ГОСТу 10704-76 выбираем трубу для всасывающего трубопровода:




Определение внутреннего диаметра трубопровода.


Расчетная скорость воды для выбранных стандартных труб должна определяться по внутреннему диаметру трубы:

Нагнетательный трубопровод:



Всасывающий трубопровод:



т.к. диаметр труб отличаются более чем на 50 мм от диаметра патрубка насоса, то принимаем следующее:


Определение скорости движения воды


Расчетная скорость воды для выбранных стандартных труб должна определяться по внутреннему диаметру трубы:

Нагнетательный трубопровод:



Всасывающий трубопровод:



Основные характеристики выбранных труб и результаты расчетов следует свести в табл. 2.

Таблица 1.4

Характеристики выбранных труб для насосной установки



Трубопровод

, мм

, мм

мм

Р, МПа





Ср,

м/с2



Марка стали

Индивидуальный трубопровод

219

205

0,007

4,78

180

1,5

Ст2

Всасывающий трубопровод

273

266

0,0035

0,1

180

0,9

Ст2


1.10 Расчетная схема трубопровода


Рис. 1.4 Расчетная схема

1 – сетка с клапаном; 2 – насос; 3 – обратный клапан; 4 – равнопроходный тройник; 5 – задвижка с приводом; 6 – расходомер; 7 – неравнопроходный тройник; 8 – байпас с вентилем; 9 – отвод (колено); 10 – трубопровод индивидуальный; 11 – компенсатор; 12 – диффузор, конфузор (переход).

1.11 Определение гидравлических потерь


Для определения потерь напора соответственно во всасывающем трубопроводе и в нагнетательном трубопроводе насосной установки следует использовать уравнение Дарси – Вейсбаха:

где – коэффициент гидравлического трения по длине соответственно для всасывающего трубопровода, коллектора и нагнетательного трубопровода,



L – суммарная длина прямолинейных участков соответственно всасывающего трубопровода, коллектора и нагнетательного трубопровода, м;

ni – число i-х местных сопротивлений в коллекторе или трубопроводе (всасывающем или нагнетательном);

– коэффициент гидравлического трения i-го местного сопротивления в трубопроводе (местное сопротивление условно сосредоточено в его среднем сечении по длине);

Ср – скорость движения воды соответственно во всасывающем трубопроводе, в коллекторе и в нагнетательном трубопроводе, м/с.







Перечень местных сопротивлений в трубопроводе



Тип сопротивления

n, ед






Всасывающий трубопровод

Сетка с клапаном

1

3,7

3,7

Колено сварное 90о

3

0,6

1,8

Конфузор

1

0,1

0,1

Итого:

5,6

Напорный трубопровод

Задвижка

4

0,3

1,2

Колено сварное 90о

10

0,6

6,0

Тройник равнопроходной

7

1,5

10,5

Диффузор

1

0,1

0,1

Тройник неравнопроходной

1

1,0

1,0

Обратный клапан

2

10,0

20,0

Водомер

1

0,5

0,5

Итого:

39,3

Найдем суммарную длину прямолинейных участков соответственно всасывающего и нагнетательного трубопровода:

для всасывающего трубопровода примем длину 10 м;

для нагнетательного трубопровода произведем расчет по рис. 1.5.

Произведем расчет:

L=(Lт+LА+L+ LА+ L+ LА+L3)*2+D*2+Нш, м

где LА – длина насосного агрегата, м;

Lт – ширина технологического прохода для выполнения транспортных и монтажных работ, следует принимать не менее 2,5м;

L3 – ширина прохода между фундаментом насосного агрегатаи колодцем по наружному диаметру, следует принимать не менее 0,5 м;

L – ширина прохода между фундаментами двух насосных агрегатов, следует принимать не менее 1.3 м;

D – наружный диаметр колодца ( примем 2м), м.

L= (5+3,5+1,5+3,5+1,5+3,5+1,5)*2+2*2+320=364 м.

Нагнетательный трубопровод:



Всасывающий трубопровод:




1.12 Уравнение характеристики трубопровода


Для водоотливных установок горнодобывающих предприятий, как правило, уравнение характеристики трубопровода в общем случае имеет вид:

где R – коэффициент гидродинамического сопротивления трубопровода, ч25.



Таблица 1.6

Результаты табулирования уравнения характеристик индивидуального трубопровода

Q,

м3



0

36

72

108

144

180

216

252

Индивидуальный трубопровод

Н, м


324

324,2

324,7

325,5

326,7

328,2

330,1

332,3

Рис. 1.6 Параметры рабочего режима агрегата для схемы

Параметры насоса:

H=331 м; Q = 218 м3/ч; Hвдоп = 3,2 м; η = 0,68


1.13 Мощность и выбор двигателя насоса


где K – коэффициент резервной мощности 1,1…1,3 ( принимаем 1,1).



Выбираем электродвигатель: ВАО2-450В-4

Таблица 1.6

Техническая характеристика электродвигателя



Тип

Мощность, кВт

Напряжение, кВ

Частота вращения, об/мин

Коэффициент мощности

КПД,

%


Масса, кг

ВАО2-450В-4

400

6

1500

0,9

94

3360


1.14 Определение продолжительности работы насосной установки


Продолжительность работы насоса для откачивания нормального притока воды в горные выработки:







Продолжительность работы насосного агрегата при откачивании максимального притока:














1.15 Максимальная геометрическая высота всасывания


Максимальную геометрическую высоту всасывания следует определять по формуле:



Вывод: при высоте всасывания 2,32 м будет происходить кавитация. Необходимо применять бустерные насосы типа ВП-340, ЦТВ и другие.


1.16 Расчет гидроэлеватора нужна схема подключения!


Увеличение всасывающей способности насоса определяют по формуле:

где – расход воды через насадок гидроэлеватора, м3/с;



- сечение всасывающего трубопровода насоса, м2;

– сечение насадки гидроэлеватора, м2;

- угол входа струи во всасывающий трубопровод (принимают =0о), град;

– плотность воды подаваемой через гидроэлеватор ( как правило, ), кг/м3.

Потери напора во всасывающем трубопроводе определяют, м:



Сечение всасывающего трубопровода насоса, м:



Так как гидроэлеватор будет подключен от напорного трубопровода, то расход воды будет равен, м3/с:



Диаметр трубопровода для подвода воды к насадке гидроэлеватора, м:



По ГОСТу 8732-78 выбираем трубу для подвода воды к насадке гидроэлеватора:



Далее подставляя известные величины выражаем :





Диаметр насадки гидроэлеватора, м:




1.17 КПД трубопровода


где НД – действительный напор, с которым работает насос при откачивании соответствующего притока, м.




1.18 КПД насосной установки


Величина КПД насосной установки может быть установлена как:

где – КПД линии электропередачи от трансформатора до двигателя насоса, следует принимать в пределах 0,95-0,99;



– действительный КПД насоса, как правило, он не равен паспортному значению для номинального режима.

Режим работы насосной установки считается экономичным, если на стадии проектирования выполняются оба условия:



где – коэффициент полезного действия насосной установки, ед.;



– максимальный КПД насоса, как правило, достигается при номинальной производительности, ед.



Условие выполняется.


1.19 Расход электроэнергии


Средний годовой расход электрической энергии водоотливной установкой следует определять по формуле:

где – производительность и напор в рабочем режиме для одного насосного агрегата, м3/ч и м;

365 – число календарных дней в году, шт.;

Тmax – продолжительность паводковых периодов за 1 год, сут.;



и – продолжительность откачивания воды, при нормальном и максимальном суточном притоке в горные выработки, ч;

и – число рабочих насосов при откачке нормального и максимального притока воды в горные выработки, шт.

Удельный расход электроэнергии на 1 м3 воды:





Удельный расход электроэнергии водоотливной установкой на тонну добычи полезного ископаемого:



где АГОД – годовая добыча полезного ископаемого горным предприятием (принимаем 1,3 млн. т/год), т/год.




1.20 Водосборник


Ёмкость каждого водосборника (каждой ветви) – VВ3 ) следует принимать, соблюдая условие:


1.21 Силовой кабель питания двигателя насоса

Линейный ток


Для выбора сечения кабеля, питающего электродвигатель, необходимо рассчитать линейный ток:

где N – номинальная мощность двигателя насоса, кВт;

UЛ – номинальное линейное напряжение двигателя насоса, кВ;

– коэффициент мощности двигателя, ед.


Сечение жилы


Сечение жилы силового кабеля для питания двигателя насоса следует определять по формуле:

где iЭК – экономическая плотность тока, определяется по табл. 6 , А/мм2 .

Таблица 1.7

Экономическая плотность тока


Принимаем кабель с резиновой и пластмассовой изоляцией с алюминиевыми жилами 1,7.



Допустимые (нормативные) потери напряжения в питающем кабеле не должны превышать 5 % от номинального напряжения питания двигателя:



Действительные потери напряжения в питающем кабеле:



где LК – длина кабеля от питающего трансформатора до приводного двигателя, км;

RК и XК – активное и индуктивное сопротивление кабеля, следует принимать по табл. 7, Ом/км;

Таблица 1.8

Сопротивления трех- и четырехжильных бронированных и шахтных кабелей с медными жилами

Принимаем алюминиевый кабель S1=25 мм2



Условие выполняется.

Выбранное сечение проводника сети напряжением выше 1 кВ следует проверить на термическую стойкость к токам короткого замыкания:

где – сумма, соответственно, активных и реактивных сопротивлений элементов сети от источника питания (включая трансформатор) до шпилек двигателя, Ом.



Минимальное сечение жилы по условию термической стойкости при коротком замыкании



где С – расчетный коэффициент для выбора материала проводника, следует принимать для медных жил – 165, алюминиевых – 88, стальных – 70.



Условие


Средства автоматизации


В шахтных условиях в установках главного водоотлива следует использовать гидропривод для управления задвижками, а в участковых установках – электропривод. Электропривод рекомендован для всех типов водоотливных установок на разрезах и карьерах.

Примем для автоматизации установки систему ВАВ по табл. 8.

Таблица 1.9

Основные характеристики систем автоматического управления водоотливными установками




1.23 Регулирование подачи воды в насосную камеру


Для всех режимов откачки воды диаметр условного прохода перепускного трубопровода:

Для установки в сухих отсеках траншеи на перепускных трубах примем задвижки по табл.9

ДУ = 400 мм.

Таблица 1.10



Диаметры задвижек для установки на перепускные трубы



1 Расчет водоотливной установки 1.1 Исходные данные
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации