Расчёт водоотливной установки шахты

1 РАСЧЁТ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

1.1 Исходные данные

1.2 Расчет и выбор насоса

1.2.1 Обоснование схемы водоотлива

Т.к. в нашем случае промежуточные горизонты в шахте отсутствуют, то наиболее рациональной, экономичной и надежной будет одноступенчатая схема водоотлива (с нижнего рабочего горизонта вода будет откачиваться непосредственно на дневную поверхность без промежуточных перекачных станций).

1.2.2        Определение производительности насосного агрегата

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

Расчётную производительность насосного агрегата Q_pн (м³/ч) определимпо формуле

                                                                                                       (1.1)

где   - максимальный часовой приток воды в шахту, м³/ч.

1.2.3 Ориентировочный напор насоса

Ориентировочный напор насоса Н_ор (м) следует определять

-  для шахт, вскрытых вертикальными стволами:

                                                   (1.2)

где  Нг - геометрическая высота подъёма воды из шахты, м;

Значение Нг определяем как расстояние, измеренное по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до уровня слива её в самотечный коллектор или отводящую канаву на поверхности, тогда

                                                                                                             (1.3)

где Н_вс.ор ≈ 3 м - ориентировочная высота всасывания, м;

      h_n - превышение трубопроводом уровня дневной поверхности (для шахт - над уровнем устья клетевого ствола), м.

Следует принимать h_n = 0,5... 1 м (большие значения для шахт).

1.2.4 Выбор типоразмера насоса

Для водоотливных установок шахт и глубоких карьеров, как правило, следует применять насосы типа ЦНС.

Выбор типоразмера насоса производим по графикам рабочих зон, приведённым в [1., прил. 1], или их характеристикам [1., прил. 7]. Точка с координатами (Q_pн; H_op), нанесённая на график рабочих зон, указывает типоразмер насоса ЦНС.

Выбираем насос типа ЦНС 500 – 160…800, z = 2 – 10, n = 1450 об/мин.

Для окончательного определения типоразмера насоса определим число рабочих колёс (ступеней) - Z_к (ед.) по формуле:

                                                                 (1.4)

где   Н_1к - напор, создаваемый одним рабочим колесом, при Q_pн, м.

Число рабочих колёс округлим до целого числа в большую сторону, если остаток более 0,1 - 0,15. В противном случае можно обойтись меньшим числом колес.

Принимаем Z_к =6

Число насосных агрегатов устанавливаем в соответствии с требованиями нормативных документов. Главные водоотливные установки шахт и установки в капитальных уклонах с притоком воды более 50 м3/ч должны оборудоваться не менее чем тремя Насосными агрегатами: рабочим, резервным и находящимся в ремонте. При больших притоках применять группу рабочих насосов.

Число насосов в рабочей группе n_р.гр определять по формуле:

                                                          (1.5)

где Q_1max - максимальная производительность одного насосного агрегата в пределах зоны его промышленного использования, м³/ч

 

Число насосов в рабочей группе округлять до целого числа.

Число насосов в резервной группе n_рез.гр принимаем равным числу насосов в рабочей группе и добавим один насос, находящийся в ремонте. Общее число насосных агрегатов водоотливной установки n_на (ед.) будет равно:

                                                    (1.6)

Число насосных агрегатов водоотливной установки необходимо согласовать с нормативом [1., табл. П8.6].

1.2.5 Проверка устойчивости режима работы выбранного насоса

Рабочая точка насосного агрегата должна находиться в зоне экономичности и устойчивости.

Экономичность режима работы следует оценивать значением КПД насосной установки после расчёта трубопровода.

Устойчивость режима работы оцениваем выполнением условия:

                                                         (1.7)

где   H_1о - напор на одно колесо выбранного типоразмера насоса при нулевой производительности по его рабочей характеристике, м.

Условие устойчивости выполняется.

Окончательно выбираем типоразмер ЦНСК 500-480

Техническая характеристика насоса

1.            Тип насоса      ЦНСК 500-480

2.            Производительность в зоне экономичности     м3/ч  380-620

3.            Напор  м          480

4.            КПД    ед.       0,73

5.            Частота вращения       об/мин 1475

6.            Допустимая высота всасывания         м          4,5

9.            Масса насоса  кг         3865

10.Габаритные размеры насоса             мм.  2615x809x949

11.Допустимая температура воды, °С   от 1 до 60

12.Содержание в воде взвешенных частиц по массе    %     не более   0,4

13.Диаметр взвешенных частиц            мм   не более   1

14.Водородный показатель воды (рН)  ед.       7-8,5

1.3 Выбор коллектора и устройство насосной станции

1.3.1 Схема коллектора

Коллектором называется часть напорного трубопровода, обеспечивающая оперативную коммутацию всех насосов с индивидуальными, магистральными и технологическими трубопроводами установки. Он располагается в пределах насосной станции и по затратам на эксплуатацию требует чаще больше средств и времени, чем на содержание остальной части трубопровода установки. Схема коллектора должна Обеспечивать необходимый уровень надежности работы насосной установки и полностью отвечать требованиям нормативных документов.

Схема коллектора установки в первую очередь зависит от числа напорных трубопроводов и насосных агрегатов. Чем их больше, тем дороже требуется коллектор.

Принимаем схему коллектора  4.1 в по [1., стр.30,  рис.4.1]

Удельная стоимость (р./кг) элементов трубопроводной арматуры на рабочее давление до 16МПа соизмерима, а в отдельных случаях значительно больше, чем для насосов типа ЦНС и углесосов. Это обстоятельство является причиной необходимости сравнения стоимости коллектора и насосного оборудования.

Расход трубопроводной арматуры в коллекторах

nу	nт	За	Тр	От	Зн	Рд	Пд
3	2	6	5	4	2	2	1

Примечание.   n_у - число насосных агрегатов в установке;

За - задвижка с автоматическим приводом;      Тр - тройник;

Зн - адвижка с ручным приводом;         От - отвод (колено);

Пд - переход (диффузор);          Рд – расходомер

1.3.2 Устройство насосных станций (НС)

На устройство НС влияют: всасывающая способность насоса, наличие ограниченности пространства (в шахтах, на понтонах), число насосных агрегатов, климатические условия, величина притоков, организация работы установки. Чем большей высотой всасывания обладает насос, тем проще может быть устройство и эксплуатация станции. Чем больше действительная геометрическая высота всасывания Н_гв (расстояние по вертикали от оси насоса до поверхности воды в колодце траншее, коллекторе), тем короче будут водосборники и меньше затраты на их строительство и эксплуатацию.

1.3.3 НС с положительной высотой всасывания (Н_гв > 0)

Устройство стандартной насосной станции рассчитано на использование насосов с допустимой высотой всасывания Н_вдоп > 3-5 м. Эти станции бывают трех типов по конструкции водоприемного устройства: с индивидуальными колодцами квадратного или круглого сечения Площадью 1,5-2 м2; с групповыми колодцами на 2-3 насоса круглого сечения площадью 10-16 м2 каждый; с траншеей вдоль оси станции шириной 1,2-2 м. В настоящее время на шахтах России подавляющее большинство станций водоотливных установок с групповыми колодцами.