Эксплуатационный расчет зумпфной водоотливной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эксплуатационный расчет зумпфной водоотливной установки

Исходные данные

Q_н = 130 м³/ч;

Н_н = 220 м;

Н_в = 3,5 м;

L_в =10 м;

L_н =1000 м;

PH = 6,5

Q_max = 2,5 Ч Q_н;

Порядок расчёта рассмотрим на примере рудничной зумпфной водоотливной установки, работающей при положительной высоте всасывания. Исходными данными для расчета являются величины нормального Q_н (м³/ч) и максимального Q_max (м³/ч) водопритоков горной выработке, а также профиль трубопроводной трассы, на котором должна быть указана расстановка всей необходимой арматуры (клапаны, задвижки, тройники и т.п.), с помощью условных и буквенных графических обозначений.

1. Расчётная производительность насосной станции

Расчётную производительность насосной станции устанавливают исходя из необходимости откачки суточных водопритоков в горной выработке за 20 часов, в соответствии с требованиями единых правил ведения горных работ ЕПП: если , расчётную производительность насосной станции устанавливают по максимальному водопритоку:

=24*325/20=390м3/ч

а водоотливную установку оборудуют двумя или тремя ставами труб, с расходом жидкости в одном трубном ставе

0,5*390=195 м3/ч;

2. Определяют внутренний диаметр нагнетательного трубопровода (Д_н)

, м

=0.184 м =184мм

где,- экономическая скорость движения по трубе, м/c

=2,03м/с

Минимально, по условию прочности, толщина стенки труб нагнетательного става

=1875*2.42*0.184/412=2,026 мм

где,МПа

1.1*1020*9.81*220*10^-6 =2,42 МПа; - расчётное давление в нагнетательном трубопроводе;

- плотность жидкости, для воды - , кг/м³;

Д_Н - расчётное значение внутреннего диаметра, м;

- допускаемоё сопротивление разрыва материала стенки трубы (для стали Ст. 4 МПа).

3. Расчётная толщина стенки нагнетательного трубопровода

, мм

мм;

где, - скорость коррозийного износа (если водородный показатель жидкости

PH ? 7, то мм/год;

PH = 6-7, то мм/год;

PH < 6, то мм/год)

t =10-15 лет - срок службы водоотливной установки

По расчётным значениям Д_Н и осуществляют выбор труб для нагнетательного става, принятое стандартное значение Д_Н используют в дальнейших расчётах.

Принимаем трубу для нагнетательного става:

Внутренний диаметр ДН, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки трубы, мм
187	203	8

;

Внутренний диаметр всасывающего водопровода Д_В принимают на 25-75 мм больше Д_Н (расчётного значения), так чтобы скорость движения воды во всасывающем трубопроводе не превышала 1-1,5 м/c. Принятое стандартное значение Д_В используют в последующем расчёте.

Принимаем трубу для всасывающего става:

Внутренний диаметр ДВ, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки трубы, мм
231	247	7

;

При обосновании схемы коммутации насосов необходимо принять во внимание, что согласно правил безопасности при водопритоках горных выработок свыше 50 м³/ч, водоотливная установка оборудуется не менее чем тремя насосами.



4. Расчётный напор насосной станции

; м,

где ^{=220+3.5=223,5}- геодезическая высота подъема воды, м.

- коэффициент линейных гидравлических сопротивлений системы трубопроводов.

 - коэффициент местных гидравлических сопротивлений.

- скорость потока,

, м/с;

- расчётная скорость движения жидкости по трубам.

м/c;

м/c;

- коэффициент местных гидравлических сопротивлений.

Сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений, для всасывающего трубопровода (Д_в), диаметр 231 мм:

Устройство	Коэф. местных гидр. сопротивлений, оi	Количество, ni	оi Ч ni
Приёмный клапан с сеткой.	4.6	1	4,6
Колено с углом 90 о	0,179	1	0,179
конфузор	0,1	1	0,1
Сальниковый компенсатор температурных изменений.	0,2	1	0,2
Фланцевые стыки	0,15	3	0,45
Итого

Сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений, для нагнетательного трубопровода (Д_н), диаметр 187 мм:



Устройство	Коэф. местных гидр. сопротивлений, оi	Количество, ni	оi Ч ni
Диффузор	0,3	1	0,3
Колено с углом 90 о	0,165	3	0,495
Обратный клапан	6	2	12
Тройник	0,75	2	1,5
Задвижка	0,07	3	0,24
Воздушная колонна	0,5	2	1
Колено с углом 135 о	0,082	1	0,082
Сальниковый компенсатор	0,2	1	0,2
Фланцевые стыки	0,15	10	1,5
Итого

5. Выбор насоса

По заданию:

м³/ч;

м;

Выбираем насос ЦНС 300

Определяем необходимое число ступеней, для обеспечения расчётного напора водоотливной установки:

ступени;

где - напор, развиваемый одной ступенью насоса при подаче Qp

Индивидуальные характеристики насоса ЦНС 300-300.

n =1475 мин^-1; i =4

Q, м3/ч	0	75	150	225	300	375
Н5, м	268	272	270	264	240	194
з,%	0	36	59	69	71	66
,м				3.2	4.0	5.8

6. Расчёт гидравлической характеристики

Гидравлическую характеристику трубопроводной сети определяют по уравнению

где, - произвольное значение расхода жидкости в сети, м³/час;

- обобщенный коэффициент гидравлического сопротивления трубопроводной сети определяется из выражения



7. Параметры ожидаемого рабочего режима

насосный трубопровод зумпфный водоотливный

Параметры ожидаемого рабочего режима водоотливной установки определяют по точке пересечения паспортных напорных характеристик выбранного насоса с гидравлической характеристикой трубопроводной сети

где, з - КПД %;

Q₀ - ожидаемая подача отливной водоустановки, Q₀ = 196 м³/час;

H₀ - ожидаемый напор, H₀ = 268м;

з₀ - ожидаемый КПД, з₀ = 66;

- ожидаемый кавитационный запас на входе в насос, м;

8. Осуществляют проверку параметров ожидаемого рабочего режима

- На обеспечение требуемой производительности:

196 > 195

условие выполняется;

- На экономичность:

66,6 > 0,9Ч71

66,6 > 63,9

условие выполняется;

где - максимальное значение КПД по паспортной характеристике выбранного насоса;

- На устойчивость:

223,5 < 0,9Ч268

223,5 < 241,2

условие выполняется;

- На отсутствие кавитации:

Кавитационные характеристики выбранного насоса, заданы графиком зависимости допустимого кавитационного запаса на входе в насос, от его подачи , условия отсутствия кавитации будут иметь вид:

;

условие выполняется;

где, - атмосферное давление, Па (760 мм. рт. ст. =101325Па)

- давление насыщенных водяных паров (при температуре 20 ^оС Па) кг/м³

, м;

где м/c - ожидаемая скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе.

9. Расчёт мощности электропривода

, кВт;

- коэффициент резерва мощности,

- рекомендуемое значение;

До 50 кВт	1,25
50 - 100 кВт	1,2
100 - 300 кВт	1,15
Свыше 300 кВт	1,1

По расчётному значению N и частоте вращения лопастного колеса n, выбранного насоса осуществляют выбор электродвигателя, т.к. режим работы насосов длительный, а характер нагрузок равномерный наиболее оптимальным в качестве их привода являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Типоразмер электродвигателя	Синхронная частота вращения, мин-1	Номинальная мощность, кВт	Напряжение, В	КПД, %	Cos
ВАО 355 L4	1500	250	660	94,5	0,89

10. Годовые энергетические затраты на водоотлив

где, 1,05 нормативный коэффициент, учитывающий дополнительный расход электрической энергии, вспомогательного оборудования.

- КПД электродвигателя,

- КПД электрической сети (0,95 - 0,96 при отсутствии данных)

и - ожидаемый напор и КПД водоотливной установки при откачивании нормальных водопритоков,

и - ожидаемый напор и КПД водоотливной установки при откачивании максимальных водопритоков,

и - количество дней в году, с нормальными и максимальными водопритоками, сутки. (при отсутствии данных по предприятию, принимают для нашего климата: сут., сут.)

11. Удельные энергетические затраты на откачивание одного кубометра воды

кВтЧч/м³

Список использованной литературы

1. Гришко А.П., В.И. Шелоганов. Стационарные машины и установки.- М.: МГИ, 2004.

2. Болотских Н.С. Оборудование водопонижения в угольной и горнорудной промышленности. - М.: Недра, 1973.

3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлением.

4. П.В. Лобачев. Насосы и насосные станции. Стройиздат, 1990.

5. В.Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции.- М.: Стройиздат, 1986.

Размещено на Allbest.ru