Обоснование схемы водоотлива, выбор типа насосов и расчет потребного количества насосов, устанавливаемых в насосной камере

Нормальный суточный водоприток в шахту определим по выражению:

, м³/сут,                                                    (2.20)

где  - годовая производительность шахты;

     =1,5 - коэффициент водообильности;

     - календарное количество дней в году.

, м³/сут.

Максимальный суточный приток воды в шахту:

, м³/сут,                                                    (2.21)

где =1,14 – коэффициент кратности водопритока,

, м³/сут.

Часовая производительность насоса определяется

по нормальному водопритоку:

, м³/ч,                                                            (2.22)

где T – нормативное число часов в сутки для откачки нормального и максимального водопритоков, заданное по единым правилам безопасности. Для рудных шахт и карьеров, а также для дренажных шахт T=20 ч.

, м³/ч.

По максимальному водопритоку:

, м³/ч, , м³/ч.                            (2.23)

Расчетный напор насосной станции определяется:

, м. вод. ст.,                                                   (2.24)

где  - геодезическая высота водоотливной установки, м.

, м,                                              (2.25)

где =2÷7м – высота всасывания;

        =380м – глубина шахты;

        

    =1÷1,5м – высота слива воды из трубопровода на поверхность;

     =0,95 - к. п. д. трубопровода.

, м. , м. вод. ст.

По полученным значениям  и , а так же по графику зон использования основных шахтных насосов типа ЦНСК принимаем насос ЦНСК 500÷560 [12].

 

Основные технические данные насоса ЦНСК 500-560

 

 Подача, м³/ч                                                                  500

 Напор, м                                                                        560

 Частота вращения, об/мин                                          1450

 К. п. д. насоса, %                                                            73

 при t воды 25 ⁰С, м                                                -2

Рабочая часть характеристики, м³/ч                          380-620

Мощность электродвигателя, кВт                             1250

Габаритные размеры, мм:

длина                                                                          2765

ширина                                                                           954

высота                                                                             1094

Масса, кг                                                                       4333

Рис. 2. 4. Характеристика насоса ЦНС 500-380÷560

 

Число рабочих колес насоса определяем по выражению:

, шт,                                                       (2.26)

 

 

где  - геодезическая высота водоотливной установки, м;

        - напор на одно рабочее колесо, принимаемый по индивидуальной характеристики насоса при максимальном к.п.д. (см. рис. 2. 1.), =380 м.

, шт.

Примем 5 рабочих колес

Количество насосов для откачки часового водопритока определяется по выражениям:

для откачки нормального водопритока

, шт,                                                        (2.27)

Где  - производительность насоса при нормальном водопритоке, =370 м³/ч;     

       - производительность насоса с одним рабочим колесом при максимальном к.п.д., =500 м³/ч.

, шт,

для откачки максимального водопритока

, шт,                                                     (2.28)

Где  - производительность насоса при максимальном водопритоке, =281 м³/ч.

, шт.

Окончательно, по правилам ЕПБ, на насосной станции устанавливаем 1 рабочий, 1 резервный, 1 в ремонте. Всего насосов - 3.

Главная водоотливная установка шахты должна иметь не менее двух нагнетательных ставов: рабочий и резервный.

Так как количество насосов и кислотность воды pH=4,2-4,7, то водоотливная установка имеет три нагнетательных става, рабочий и резервный, которые прокладываются в трубном отделении ствола шахты.

На основании рассчитанных и принятых данных составляется эксплуатационная гидравлическая схема водоотливной установки (рис. 2. 9.).

Характеристику внешней сети определяем по формуле:

; (2.29

где  - геодезическая высота водоотливной установки, м;

         

,  - коэффициент местных гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах:

;        ,                                          (2.30)

где  и  - диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов.

;      ,                           (2.31)

где  - производительность насоса при максимальном к. п. д.;

      =1,2÷1,5 м/с - скорость движения воды во всасывающем трубопроводе,

      =2,3÷2,7 м/с - скорость движения воды в нагнетательном трубопроводе, м/с

, м;           , м.

;                  ;

где  и  - длина прямолинейных участков всасывающего и нагнетательного трубопроводов, м:

, м, (см. рис. 2.9);                                       (2.32)

, м,

, м,(см. рис. 2. 9),                            (2.33)

где  - длина труб от приемного устройства наиболее удаленного насоса до трубного ходка;  - длина труб по восстающему трубному ходку, м;  - длина труб ствола шахты, м;  - длина труб на поверхности от ствола шахты до места слива, м. , м,  и  - суммы эквивалентных длин арматуры всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

                                            (2.34)

где  м – приемный клапан [8, табл. 6]; 4,5 м – длина колена изогнутого на угол 90⁰ [8, табл. 6];

м;  м,

где  м – длина клиновой задвижки [12];

         м – длина обратного клапана [12];

         м – длина тройника равнопроходного [Методичка стр 8];

           

   м – длина колена изогнутого на угол 120⁰ 

 м;

Расчет характеристики сети

;

;

, м.

Результаты по рассчитанным ранее формулам сведем в таблицу 2. 5.

Таблица 2. 5.

Q,	0	150	250	350	450	550
	435	440	443	451	461	473

 

Построим график индивидуальных характеристик

Рис. 2.5 Индивидуальная характеристика насоса ЦНС500-380÷560

=495, м - действительный напор;

=490 м³/ч - действительная подача;

=80 % - действительное к.п.д. насоса.

Проверку действительного режима работы насоса проводим по следующим параметрам:

- на обеспечение расчетной производительности или подачи ; 490>370;

- на обеспечение напора > ; 490>435;

- на экономичность работы ≥0,9 ; 0,70>0,6;

- по количеству часов работы в сутки на откачке:

             нормального водопритока =20, ч; < , (2.35)

 

максимального водопритока =20, ч; < =20, ч. (2.36)

Объем водосборника составляет:

, м³; >4·370=1480,м³.

Принимаем объем водосборника 1600 м³, тогда , м; , м; , м.

Повышение давления в трубопроводе до величины  при гидравлическом ударе определяем по выражению проф. М. И. Жуковского[12]

, МПа;                                             (2.37)

где  - плотность перекачиваемой жидкости, кН/м;

      - фактическая скорость движения жидкости в трубопроводе,[12] м/с;

      м/с – скорость распространения упругой волны давления [12].

, МПа.

Определяем максимальное давление, которое должен выдержать трубопровод:

, МПа,                                     (2.38)

где  - номинальное расчетное давление воды в трубопроводе, МПа.

, МПа.

Минимальная толщина стенки трубопровода на нагнетание:

, м,                                                   (2.39)

где  - наружный диаметр трубопровода установленный на нагнетание, м; =150 МПа – усилие трубопровода на разрыв

, м.

Минимальная толщина стенки трубопровода на всасывание:

, м,                                                         (2.40)

где  - наружный диаметр трубопровода установленный на всасывание, м; =300 МПа – усилие трубопровода на разрыв

, м.

 

Необходимую мощность электродвигателя для насоса определяем по выражению:

, кВт,                                              (2.41)

где =1,1÷1,5 - коэффициент резерва;

     ;  - объемный вес воды.

, кВт.

Принимаем ближайший по мощности двигатель ВАО-151-4 [13, стр. 76].

Техническая характеристика электродвигателя ВАО-151-4

 

Номинальная мощность, кВт                                                               1000

Номинальное напряжение, В                                                               6000

Частота вращения, об/мин                                                              1500

К.п.д., %                                                                                             95,4

Скольжение, %                                                                                 0,2

Вес с воздухоохладителями, кгс                                                    6900