РГР - Расчёт водоотливной установки с центробежными насосами - файл n1.doc

РГР - Расчёт водоотливной установки с центробежными насосами
скачать (2457 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2457kb.21.10.2012 17:21скачать

n1.doc

Расчёт водоотливной установки с центробежными насосами.
Исходные данные:
1. Нормальный суточный приток:
Qн=340м3/час;
2. Высота всасывания насосов:
Hвс=3,4 м;
3. Глубина шахты:
Нш=500 м;
4. Коэффициент изменения в осенний и весенний периоды:
?=1,04

1.1 Выбор типа насоса и количества рабочих колёс.
Для надёжности откачки воды из шахты согласно ПБ подача каждого насосного агрегата должна обеспечивать откачку нормального суточного притока не более, чем за 20 часов. Поэтому подача насоса должна быть не менее:

где Qmin – минимальная подача насоса, м3/час;

Qн – нормальный суточный приток, м3/час;

Потребный напор насоса определяется по зависимости:

где Hr – геометрический напор, определяемый как расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до излива её из нагнетательного трубопровода;

Z – длина нагнетательного трубопровода;

i – оптимальный гидравлический уклон, значение которого для условных диаметров труб 75-300 мм и расходов 10-750 м3/час может быть принято равным 0,025-0,05;

?lэкв – эквивалентная длина всех местных сопротивлений трубопровода.

Геометрический напор

Длина нагнетательного трубопровода

где ? – угол наклона ствола (для верти кального ?=90°);

l1 – длина труб в насосной камере от приемного устройства наиболее удаленного насоса до трубного ходка (для типовых насосных камер l1=20-30 м, принимаю 25 м).

l2 – длина труб в наклонном ходке (l2=15-20 м), принимаю l2=20 м;

l3 – длина труб на поверхности от ствола до места слива (l3=15-20 м), принимаю l3=20 м.

Эквивалентная длина всех местных сопротивлений трубопровода

где ?? – сумма коэффициентов местных сопротивлений трубопровода, она равна 25-20, принимаю 30.


Потребный напор насоса:



Определив Qmin, а также H’min и Н’max, по графику рабочих зон шахтных центробежных насосов [1, прил.2] выбираю такой насос, рабочая зона которого покрывает точку с координатами Qmin, Hmin при соответствующем числе рабочих колёс.

Так как минимальная подача насоса выходит за предел предложенных насосов, выбираю два насоса типа ЦНС 300…600, которые будут работать параллельно (для увеличения подачи), с числом колёс между восьмью и девятью (рис. 1.1).

Необходимое число ступеней (рабочих колёс) может быть найдено из зависимости


Следовательно, число ступеней равно 8
8,08>8<8,38

Рис. 1.1 – Рабочие зоны насосов типа ЦНС:
1 – ЦНС60…330

2 – ЦНС105…490

3 – ЦНС180…425

4 – ЦНС300…600

5 – ЦНС180…680

6 – ЦНС300…1040

7 – ЦНС500…900
1.2 Проверка устойчивости работы насоса
Чтобы работа выбранного насоса была устойчивой, необходимо, чтобы выполнялось условие:
Hr0.95HkoZ,
где Hko – напор, создаваемый одним рабочим колесом насоса при зарытой задвижке (определяется по индивидуальной характеристике выбранного насоса), (рис. 1.2), м
504,40.95∙65,8∙8 м;

504,4500,08 м;
Так как данное условие не выполнилось, необходимо число рабочих колёс увеличить на одно.
504,40.95∙65,8∙9 м;

504,4562,59 м;
Условие выполнено.


Рис. 1.2 – Характеристика насоса ЦНС 300…600
1.3 Определение оптимального диаметра нагнетательного трубопровода.
Упрощенный расчет экономически выгодного диаметра трубопровода выполняется по оптимальной скорости воды:

где d’ – оптимальный внутренний диаметр трубы, м;

Qнн – максимальная подача насоса, м3/ч.

Оптимальная скорость воды в трубопроводе определяется по методике, разработанной институтом ИГМ и ТК им. М.М. Федорова. Так, зная подачу насоса Qнн, его максимальный напор Нмм, среднечасовой приток шахты:

где Qmax – максимальный суточный приток, м3/час
Qmax=QH∙?;

Qmax=340∙1,04=353,6 м3/час;

и относительный приток


Принимаю ориентировочное значение скорости равное 2,5 м/с.

Рекомендуется для водоотливных трубопроводов принимать стальные бесшовные горячедеформированные трубы ГОСТ 8732-78 из марок стали Ст4сп , Ст5сп, Ст6сп. Эти трубы имеют наружный диаметр от 25 до 820 мм при толщине стенок от 25 до 75 мм.

Принимаю марку стали для трубопровода Ст5сп и временное сопротивление разрыву 500 МПа.

Чтобы выбрать по ГОСТу наружный диаметр трубы, нужно произвести расчет её на прочность и учесть коррозионный износ трубы за время эксплуатации.

Расчет на прочность производится, исходя из указания, что ”… напорные трубопроводы главных водоотливных установок после монтажа и через каждые 10 лет эксплуатации должны подвергаться гидравлическому испытанию на давление, которое составляет 1,25 рабочего”.

В связи с этим расчетное или наибольшее давление, которое должен выдержать водоотливный трубопровод

где Рр – расчетное давление, МПа;

?=100 – плотность воды, кг/м3;

g=9,81 – ускорение свободного падения, м/с2;

H’ – необходимый напор насоса, м.

Согласно ГОСТ 3845-75 минимальная необходимая толщина стенки трубы определяется по уравнению

где ?0 – минимальная (с учетом минусового допуска) толщина стенки трубы, мм;

?доп – допустимое напряжение, равное 40% от временного сопротивления разрыву, МПа.

С учетом коррозионного износа толщина стенок стальных труб, прокладываемых в вертикальных стволах, должна быть:

где ?’ – расчетная толщина стенок, мм;

?кн?0,25 мм/год – скорость коррозии наружной поверхности материала трубы;

?кв - скорость коррозии внутренней поверхности трубы, принимаю 01 мм/год, согласно [1, табл.3];

t – скор. Службы трубопровода, принимаю 10лет;

КД – коэф., учитывающий минусовый допуск толщины стенки, % (по ГОСТу КД=10-15%), принимаю 15%

Расчетный наружный диаметр трубы
d’н=d’+2?’

d’н=210+2∙8,25=226,5 мм
Пользуясь [1.прил 1] выбираю по ГОСТу ближайший наружный dн и внутренний d диаметр трубы.

По ГОСТу такой диаметр находится в пределах 219-245 мм. Принимаю больший d=245 мм, с толщиной стенки 9 мм.

Внутренний диаметр
d=dм-2∙?
d=245-2∙9=227 мм
1.4 Определение рабочего режима насоса
Для определения рабочего режима насоса необходимо построить в одинаковом масштабе и в общей координатной сетке напорные характеристики насоса и трубопровода. Точка пересечения их и определит рабочий режим работы насоса.

Уравнение напорной характеристики для принятого диаметра трубопровода:
H=Hr+a∙Q2,
где a – гидравлическое сопротивление трубопровода, значение которого определяется по зависимости

где к2 – квадрат расходной характеристики трубы, м62




Определяю напоры для ряда подач (от 0 до Q>Qmin) по уравнению напорной характеристики для принятого диаметра трубопровода (табл. 1.1).

На основании полученных результатов строю напорную характеристику сети. Точка пересечения её с напорной характеристикой насоса ЦНС 300…600 определяет его рабочий режим: Qр, Мр, ?р и Мдоп, (рис. 1.3).

Таблица 1.1


Q,

м3/час

Н,

м

0

504,4

50

505,2

100

507,4

150

511,2

200

516,4

250

523,2

300

531,4

350

541,2

400

552,4

450

565,2

500

579,4


На рис. 1.3 точка А является пересечением напорных характеристик насосов и сети.

Полученный рабочий режим необходимо проверить на экономичность по условию
?р0,85∙?max,
где ?max – максимальный КПД насоса ЦНС 300…600
0,70,85∙0,74=0,63.

Рис. 1.3 – Напорные характеристики насоса и трубопровода для определения рабочего режима насоса.
1.5. Выбор диаметра всасывающего трубопровода.
Для обеспечения бескавитационной работы насоса необходимо выполнить условие
НвакНдопвак
где Ндопвак допустимая вакуумметрическая высота всасывания, определённая по рис. 1.3 при Qp;

Нвак – расчетная вакуумметрическая высота всасывания, определяемая по зависимости:

где Нвс – геометрическая высота всасывания, м;

lв – длина всасывающего трубопровода наиболее удаленного от приемного колодца насоса, м;

?lэкв.в – эквивалентная длина местных сопротивлений всасывающего трубопровода, ориентировочно принимая равной -30% от ?lэкв.

8,87>5,7 м
Первоначально диаметр всасывающего трубопровода принимался равным диаметру нагнетательного. Так как расчетная вакуумметрическая высота всасывания Нвак больше допустимой Ндопвак, то необходимо увеличить диаметр всасывающего трубопровода. Принимаю, что диаметр всасывающего трубопровода равен
dм=273 мм


1.6 Выбор приводных электродвигателей насосов и пусковой аппаратуры.
Зная рабочие параметры насосов (Qp, Hp, ?p) можно определить подачу одного насоса:

Определяю необходимую мощность приводного электродвигателя насоса, кВт:


По полученной мощности, частоте вращения вала насоса ЦНС 300…600 и числу рабочих колёс из прил. 11 и 12 [1] выбираю приводной электродвигатель.

Характеристика электродвигателя:

Тип двигателя: ВАО2-560-4;

Мощность электродвигателя при числе колёс равном 9 - 800кВт;

Частота вращения вала – 1450 об/мнн;

В качестве пусковой аппаратуры для высоковольтных электродвигателей следует принимать масленые выключатели, типа РВД.


1.7 Определение количества насосов
Согласно п. 58 Норм технологического проектирования угольных и сланцевых шахт общее количество насосных агрегатов главных водоотливных установок определяется в зависимости от количества одновременно работающих, согласно ([1], табл. 4).
Количество насосных агрегатов:

- рабочих - 2 шт;

- в резерве и ремонте - 3 шт;

- всего - 5 шт.
Гидравлическая схема водоотливной установки при пяти насосных агрегатов предоставлена на рис. 1.4

Рис. 1.4 – Схема трубопроводной водоотливной установки


1.8 Устройство насосной камеры
Согласно п. 522 ПБ, насосная камера главного водоотлива должна соединяться:

- со стволом шахты – наклонные ходком, место введения которого в ствол должно располагаться не ниже 7 м от уровня пола насосной камеры;

- с околоствольным двором – ходком с герметичной дверью;

- с водосборником – посредством устройства, позволяющего регулировать поступление воды и герметизировать насосную камеру.

Насосные камеры главного водоотлива и перекачные должны оборудоваться грузоподъёмным механизмом, а при единичной массе оборудования более 3 т – кран-балкой.

Для доставки оборудования ходок со стороны околоствольного двора и камера оборудуются рельсовым путем.

С целью уменьшения поперечных размеров насосной камеры оси насосных агрегатов располагаются по её длине.

Схема насосной камеры главного водоотлива предоставлена на рис. 1.5


Рис. 1.5 – Схема насосной камеры водоотливной установки
1.9 Определение размеров водосборника
Согласно ПБ, главные и участковые водоотливные установки должны иметь водосборники, состоящие из двух и более выработок. Суммарная емкость горных выработок водосборника должна рассчитываться на прием 4-часового, а вспомогательного (участкового) водоотлива – 2-часового нормального притока. Следовательно, емкость водосборника главного водоотлива, м3
W=4∙QH
W=4∙340=1360.0 м3
В случае требования энергосбыта выполнять график суточной нагрузки энергопотребления для уменьшения её пиков, емкость водосборника рассчитывается по формуле:
Wв=W+Wст
где Wст – объём части водосборника, принимающей приток воды в период таловых (по требованию энергосбыта) стоянок.
Wст=QH∙tст,
где tст – период таловых стоянок, tст=2 часа.
Wст=340∙2=680 м3
Wв=1360+680=2040
или tст – время, в течение которого запрещается включение насосов, ч
Крепление выработок водосборника необходимо принимать водостойкое, а их сечение – типовое.

Суммарная длина горных выработок водосборника определяется по формуле:



где Sт – принятое типовое сечение горной выработки, м2.

Конструкция водосборника представляет собой систему горизонтальных и наклонных выработок сравнительно большой протяженности. Поэтому его непосредственная очистка связана с большими трудностями, так как любое устройство, предназначенное для этого, должно в процессе работы перемещаться по выработке, что снижает его надежность и требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Гораздо эффективнее схемы механизации очистки таких водосборников со стационарным расположением оборудования. Для этого перед водосборником сооружается предварительный отстойник, имеющий небольшие размеры. В нем осаждается значительная часть твердых частиц, поступающих с шахтной водой.

Определение времени работы насоса при откачке нормального суточного притока:


Определение времени работы насоса при откачке максимального притока:

1.10 Расчёт предварительного отстойника
Отстойник имеет форму усеченной пирамиды. Ширина зеркала воды в нем может быть принята на 20-30 % меньше ширины выработки, где он сооружается.

Задавшись шириной отстойника В=4 м, определяю его остальные размеры.

Средняя скорость движения воды в отстойнике мм/с

где Qпр.м – максимальный приток воды, м3/ч;

В – ширина отстойника, м;

h – глубина проточного слоя, равная глубине уровня воды в подводящей канаве, м.

Наиболее опасными для насоса являются частицы крупностью более 0,1 мм. Поэтому предварительные отстойники проектируют для осаждения частиц ?0,1 мм. При этом скорость движения воды в отстойнике должна быть <100 мм/с.

Исходя из данных условий, определяю длину предварительного отстойника.

где Z0 – длина предварительного отстойника, м;

V – скорость воды в проточной части отстойника, мм/с;

V0 – гидравлическая крупность частиц размером 0,1-0,2 мм, которую можно принимать 9,6 мм/с;

? – коэф., учитывающий наличие в гидросмеси частиц различной крупности, при V0=9.6 мм/c – ?=1,4;

W – вертикальная составляющая скорости, при V=90-130 мм/с – W-(0,03-0,05)V, принимаю W=0,04∙98,3=3,932мм/с

Объём нижней части отстойника, предназначенного для сбора шланга, определяется по количеству твердого, выпадающего из воды в течение суток.

где Wн – емкость нижней части отстойника, м3;

дт – объемная концентрация твердого в шахтной воде, которую для расчетов можно принимать равной 0,0015-0,005;

Qм – максимальный суточный приток, м3/сут.

1.11 Очистка предварительного отстойника
Очистку предварительного отстойника от твердого материала можно производить: шламовыми эрлифтами, вакуум-эрлифтами, шламовыми насосами, гидроэлеваторами.

Наиболее эффективными являются механические средства, скреперы, шламовые конвейеры, которые одно временно с транспортом сгущают твердое до влажности, допустимой для погрузки его в вагонетки или на конвейер.

Рассмотрю способ очистки при помощи специального шламового скребкового конвейера, смонтированного в предварительном отстойнике (рис. 1.6).

В шламовом конвейере пластинчатая лента 1 движется по металлической конструкции, скребки нижней ветви захватывают твердый материал из емкости 2 и переносят его на конвейер или в вагонетки. Вода по подводящей канавке 3 поступает в отстойник, проходя через устройства 4 и 5, выравнивающие поле скоростей и направляющие поток вдоль отстойника, обеспечиваю режим движения с малыми скоростями, при которых происходит эффективное оседание твердого крупнее 09,1 мм, что составляет 70-80% от общего содержания горной массы.

Вода, содержащая твердое, которое по крупности и по относительному содержанию может откачиваться шахтными насосами, поступает по отводящей канавке 6 в приемный колодец насосной установки.

Преимуществом данной схемы является значительное снижение трудоемкости при очистке предварительного отстойника. Недостаток – наличие электрооборудования и механизмов, работающих в тяжелых условиях.


Рис. 1.6. Очистка предварительного отстойника шламовым конвейером.


2. Выбор аппаратуры автоматизации.
Для автоматизации стационарных водоотливных установок конотопским заводом „Красный металлист” выпускается автоматизированная аппаратура управления АВ-5 и АВ-7 для участкового водоотлива, АВО-3 для одиночного водоотлива, АВМ-1М – для водоотливных установок с низковольтными двигателями, УАВ – для главных водоотливов с низковольтными и высоковольтными двигателями, ВАВ – для главных водоотливов шахт, опасных по газу или пыли. Наиболее совершенной является аппаратура УАВ и ВАВ.

Унифицированная аппаратура автоматизации типа УАВ предназначена для автоматического управления шахтными водоотливными установками с числом насосных агрегатов до 16 с асинхронными низковольтными и высоковольтными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.

Схема аппаратуры собрана из многоконтактных реле в сочетании с полупроводниковыми элементами.

Взрывобезопасная аппаратура типа ВАВ для автоматического управления водоотливными установками с числом насосных агрегатов до девяти с высоковольтными и низковольтными двигателями на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные или угрожаемые по внезапным выбросам угля и газа.

Автоматическое управление насосными агрегатами осуществляется по уровню воды в водосборнике. В зависимости от заданной программы насосные агрегаты включаются при верхнем, повышенном и аварийном уровнях. При отключении неисправного насосного агрегата, работающего в автоматическом режиме, включается резервный. Насосы могут работать с управляемыми задвижками и без них.

Схемой предусмотрена защита от пуска незалитого насоса, от работы при потере подачи, от перегрева подшипников и перегрузки задвижки.

Диспетчер получает сигналы: о питании сигнального табло (световой), о работе насосов (обезличенный световой), о неисправности насосов (обезличенный с звуковой расшифровкой в насосной камере), об аварийном уровне воды в водосборнике (звуковой и световой), об отказе при пуске насоса при не включенном масленом выключателе (световой с расшифровкой в насосной камере).

Унифицированный комплект автоматизации типа КАВ предназначен для автоматического управления водоотливными установками в исполнении РВ и РН соответственно с числом насосов до 10 и 16.

Универсальность комплекта позволяет заменить все выпускаемые в настоящее время комплекты аппаратуры автоматизации шахтных водоотливных установок.

Расширение функциональных возможностей и большая гибкость структуры комплекта, позволяющая автоматизировать практически любую технологическую схему шахтного водоотлива, достигаются программной перестройкой алгоритма обработки информации и агрегатным построением технических средств комплекта.

Список использованной литературы
1. Методические указания к проектированию шахтных водоотливных установок. Сост.: С.С. Малыгин, В.Б. Малеев – Донецк: ДПИ, 1988г.
2. Картавый М.Г. „Стационарные машины”. Учебник для вузов. – М., Недра, 1981 г.
3. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. „Шахтные вентиляторные и водоотливные установки”: Учебник для вузов. – М., Недра, 1987 г.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации