Расчет общешахтного водоотлива

Водоотлив осуществляется по стволу 3Р, водоотливная установка находится на VI горизонте, нормальный приток воды Q_н.п = 220 м³/мин и максимальный Q_м.п = 280 м³/мин, напор насосной установки Hг = 380 м. Вода нейтральная.

Водоотливная уста­новка шахты согласно ПБ должна быть оборудована не менее чем тремя одинаковыми насосами, каждый из которых должен иметь подачу, обеспечивающую откачку нормального суточного притока воды не более чем за 20 ч на рудниках.

Требуемая расчетная подача насоса

м³/ч, (4.44)

где Q_н.п - нормальный приток воды, м³/ч;

Т – нормативное по ЕПБ время работы насоса, ч.

Геометрический напор

Нг = 380 + 3 + 1 = 384 м, (4.45)

где 3м— ориентировочная геометрическая высота всасывания;

1м— превышение труб над уровнем выхода из ствола.

Ориентировочный напор насоса

Нор=1, 1·Нг = 1, 1·384 =423 м.

Предусматривается установка трех насосов ЦНС 300-480, имеющих в опти­мальном режиме подачу Q_опт = 300 м³/ч и напор Н_опт = 480м, при напорена одно рабочее колесо Н_к= 60 м. Напор одного рабочегоколеса при нулевойподаче Н_к.о = 67 м.

Необходимое число последовательно соединенных рабочихколес насоса

(4.46)

Принимаем Zк = 8.

Напор насоса при нулевой подаче

Но = Zк ·Нк.о = 8·67 = 536 м.

где Zк – число последовательно соединенных рабочих ко­лес насоса;

Нк.о - напор одного рабочего колеса при пулевой подаче, м.

Проверка по условию устойчивой работы;

Нг ≤ 0, 95 Но = 0, 95·536 = 509 м т. е. 423 < 509 что и необходимо.

Предусматриваем оборудование водо­отливной установки двумя напорными трубопроводами. Составляем схему трубопроводов (рис 4.2).

Длина подводящего трубопровода lп = 13 м, в его арматуру входят: прием­ная сетка с клапаном и три колена.

Длина напорного трубопровода lн = 540 м; его ар­матура: одна задвижка, один обратный клапан, девять колен и один тройник.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода по формуле

d_опт=k·0, 0131Q ^0.476 = 1·0, 0131 ·300^0.476=0, 198 м (4.47)

где k — коэффициент, зависящий от числа напорных трубопрово­дов.

Принимаем трубы с наружным диаметром 219 мм. При определении требуемой толщины стенки принимаем срок службы трубопровода Т=10 лет, материал труб - сталь 3.

Давление у напорного пат­рубка находим по формуле

Р =1, 25· 10^-6 · ρ · g ·Н_ор = 1, 25 · 10^-6 · 1025· 9, 8 · 423 = 5, 4 МПа.

где ρ - плотность шахтной воды, кг/м³ ,

Н_ор – ориентировочный напор насоса, м.

Толщина стенки в соответствии с указаниями к формуле (4.48)

мм

Рис. 4.2. Схема расположения трубопроводов насосной камере при двух напорных ставах в стволе: 1, 2 – рабочий и резервный напорные ставы, 3 – коллектор, 4 — подводящий трубопровод, 5 – напорные трубопроводы, 6 – обратные клапаны, 7 – управляемые распределительные задвижки, 8 – выпускная труба применяемая при ремонте, 9 – задвижки, 10 – колодец.

где k ₁ – коэффициент материала труб;

D — наружный диаметр трубы, м;

р — давление в нижней части колонны труб, МПа;

α ₁ — скорость коррозионного износа наружной поверх­ности труб, мм/год;

α ₂ — скорость коррозионного износа внутренней поверхности;

Т — срок службы трубопровода, лет;

k_c — коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенки, %.

Принимаем толщину стенки δ =8 мм.

Таким образом, окончательно принимаем для напорного трубопровода трубы бесшовные горячедеформированные (ГОСТ 8732—78) с внутренним диаметром dн = 203 мм и толщиной стенки δ =8 мм; для подводящего трубопровода при­нимаем трубы с наружным диаметром 273 мм и внутренним диаметром dп = 259 мм.

Скорость воды в подводящем трубопроводе

м/с

То же в напорном трубопроводе

м/с

Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе по фор­муле

То же в напорном трубопроводе

Принимая значения коэффициентов местных сопротивлений, определяем суммарные потери напора в подводящем трубопроводе

м (4.49)

где λ — коэффициент гидравлического трения;

l — длина прямых участков трубопровода одинакового диаметра, м;

d — внутренний диаметр трубопровода, м;

υ - скорость воды в трубопрово­де, м/с.

То же в напорном трубопроводе

м

Суммарные потери в трубопроводе

Σ h=Σ h_п+Σ h_н =1+35, 7=36, 7 м Принимаем Σ h = 40 м.

где Σ h_П и Σ h_Н - суммарные потери напора на местных сопротивлениях подводящего и напорного трубопроводов, м.

Напор насоса

Н = Нг + Σ h = 384+ 40 = 424 м.

Характеристика трубопровода строится в соответствии с формулой

Н = Нг + RQ², (4.50)

где R – постоянная сети (трубопровода).

Откуда

Следовательно,

Н = 424+ 0, 00044 Q ²

Результаты расчетов по этому выражению приведеныниже:

Таблица 4.2. Данные характеристики трубопровода

На рис. 4.3 показана характеристика насоса ЦНС 300-480 и характеристика трубопровода, построенная по приведенным данным. По точке пере­сечения этих характеристик устанав­ливаем рабочий режим насоса: Q = 320 м³/ч; Н= 470 м; η = 0, 7; Н_в^доп =4, 0 м. Режим находится нарабочей части характеристики.

К. п. д. трубопровода по форму­ле

η _т = Нг/Н =384/424=0, 91

Проверка вакуумметрической высоты вса­сывания. Геометрическая высота всасывания ориентировочно принята 4 м.

Действительная вакуумметрическая высота всасывания

Нв= 3 +Σ h_п =3+1=4 м

Так как по характеристике насоса в рабочем режиме Н_в^доп = 4, 0 м, то соблюдается условие Н_в ≤ Н_в^доп.

Рис. 4.3. Рабочий режим насоса ЦНС 300-480.

По формуле расчетная мощность двигателя

кВт, (4.51)

где ρ – плотность воды, кг/м³;

η – к.п.д. насоса.

Принимаем электродвигатель ВАО-560-L4 (N = 630 кВт, n = 1500 об/мин, η д =0, 945).

Коэффициент запаса мощности двигателя

k д = N/Nр =630/488=1, 29, что допустимо.

Число часов работы насоса в сутки при откачивании нормального притока

ч

Число часов работы насоса в сутки при откачивании максимального притока

ч

Годовой расход энергии по формуле

, (4.52)

где η, η _д и η _с — к. п. д. соответственно насоса, двигателя и электрической сети;

n_ч.н и n_ч.м — число часов работы в сутки по откачке соответственно нормального и максимального притока;

n_д.н и n_д.м — число дней в году со­ответственно с нормальным и максимальным притоком.

кВт·ч