Курсовой проект Расчет водоотливной установки шахты

Подождите немного. Документ загружается.

РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ

УСТАНОВКИ ШАХТЫ

Исходные данные для расчета:

1. Нормальный суточный приток воды в шахту ― Q

= 5600 м

/сут.

2. Максимальный суточный водоприток ― Q

max

= 14800 м

/сут.

3. Глубина шахтного ствола ― Н

= 480 м.

4. Длина трубопровода на поверхности ― L

= 210 м.

1. РАСЧЕТ ИСХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫБОРА

ОБОРУДОВАНИЯ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

1.1. Расчетная производительность насосной станции главной водоотливной

установки шахты:

а) по нормальному водопритоку ―

ч;м280205600

ннp

 TQQ

б) по максимальному водопритоку ―

ч,м7402014800

нmaxp

 TQQ

где Т

= 20 ч/сут ― нормативное число часов для откачки суточных водопри-

токов согласно Правилам Безопасности (ПБ).

1.2. Экономически целесообразная скорость движения воды по трубам на-

гнетательного става

c,м212280540540

pэк

,,Q,v 

где Q

― расчетная производительность водоотливной установки по нормаль-

ному суточному водопритоку, м

/ч.

1.3. Расчетный диаметр нагнетательного трубопровода

,,v

D м2120

2121433600

2804

3600

эк













1.4. Расчетный коэффициент линейных гидравлических сопротивлений тру-

бопроводов

,03270

0,212

0195001950



где D

― расчетный диаметр трубопроводов, м.

1.5. Геодезическая высота подъема воды на поверхность

м,4861,54,5480

пвсшг

 hННН

где Н

вс

= 4÷5 м ― ориентировочная высота всасывания насосов; h

= 0,5÷2 м ―

высота переподъема воды над поверхностью шахты.

1.6. Расчетная протяженность трубопроводов

— 2 —

м,743210251810480

1нктхвсшp

 LLLLНL

где L

вс

= 8÷12 м ― длина всасывающего трубопровода; L

тх

= 15÷20 м ― длина

трубопровода в трубном ходке; L

нк

= 20÷30 м ― длина трубопровода в насосной

камере водоотливной установки.

1.7. Расчетный напор насосной станции водоотлива

м,7521

8192

212

0,212

743

0,03271486

эк

ргp

НН 

































где

∑ξ

= 25÷35 ― расчетная сумма коэффициентов местных гидравлических

сопротивлений системы трубопроводов.

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Расчетное давление воды в нагнетательном трубном ставе

МПа,5,25521,79,8110251010

-6





gНр

где ρ = 1020÷1030 кг/м

― плотность откачиваемой шахтной воды.

2.2. Минимальная по условиям прочности толщина стенки труб нагне-

тательного става

мм,5,07

412

0,2125,251875

1875

pр











Dр

где D

― расчетный диаметр труб, м; σ

― временное сопротивление разрыву

материала труб, МПа. В соответствии с данными табл. на стр. 162 [Л-1]

принимаем для трубопроводов сталь марки Ст4сп с временным сопротивлением

разрыву σ

= 412 МПа.

2.3. Расчетная толщина стенок труб

 

 

 

 

мм,412120,20,255,071,18250181

кн0р

,t,, 

где 1,18 ― коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенок

труб; δ

кн

― скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб,

мм/год; t = 10÷15 лет ― расчетный срок службы труб.

В соответствии с данными, приведенными на стр. 162 [Л-1], для кислотных

шахтных вод с водородным показателем рН = 6÷7 скорость коррозионного износа

составляет δ

кн

= 0,20 мм/год.

2.4. Выбор труб для нагнетательного става производим по расчетным внут-

реннему диаметру D

= 212 мм и толщине стенки δ

=12,4 мм. Для нагнета-

тельного става принимаем трубы с внутренним диаметром D

= 217 мм и толщи-

ной стенки δ = 14 мм (табл. 2.1―[Л-1]):

74-8731ГОСТСт4спБ

78-8732ГОСТ800014245

Труба



— 3 —

2.5. Для всасывающего трубопровода (D

вс

= D

+ 25 мм) принимаем трубы с

внутренним диаметром D

вс

= 231 мм и минимальной толщиной стенки δ = 7 мм:

74-8731ГОСТСт4спБ

78-8732ГОСТ80007245

Труба



2.6. Количество трубопроводов нагнетательного става. Принимаем z

тр

= 2

(рабочий и резервный).

3. ВЫБОР НАСОСОВ И СХЕМЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ

3.1. Выбор насосов производим по расчетным расходу Q

= 280 м

/ч и

напору Н

= 521,7 м с ориентацией на многоступенчатые секционные насосы

марки ЦНС. В соответствии с полями рабочих режимов, представленными на

рис. 2.9 [Л-1], принимаем для водоотлива насос марки ЦНС 300-120…600 со

следующей технической характеристикой: номинальная подача ― Q

= 300 м

/ч;

номинальный напор ― Н

= 120÷600 м; максимальный КПД ― 0,71; частота

вращения ― п = 1475 об/мин; количество ступеней ― i

ст

= 2÷10.

3.2. Напорная характеристика ступени насоса марки ЦНС 300-120…600

приведена в табл. 1. (из табл. 2.4 ― [Л-1]).

Таблица 1

Q, м

/ч 0 75 150 225 300 375

, м 67 68 67,5 66 60 48,5

η, % 0 36 59 69 71 66

Δh

, м ― ― ― 3,2 4,0 5,8

3.3. Расчетное число ступеней насоса —

i 848

7521

ст



где Н

= 59 м ― напор ступени насоса при расходе, близком к расчетной произ-

водительности водоотливной установки. Принимаем i

ст

= 9.

3.4. Количество рабочих насосов и схема их соединения.

Принимаем z

= 1, так как расчетные напор и расход обеспечиваются одним

насосом.

3.5. Количество насосов горячего резерва назначается из следующих усло-

вий: насосы должны быть однотипными; объем резерва – не менее 100%; суммар-

ная подача насосов рабочих и горячего резерва должна обеспечивать расчетную

производительность водоотливной установки по максимальному суточному водо-

притоку Q

= 740 м

/ч. Принимаем z

гр

= 2.

3.6. Количество насосов холодного резерва выбирается из условия, что их

суммарная производительность должна быть не менее 50% от суммарной произ-

водительности рабочих насосов. Кроме того, насосы должны быть однотипными.

Принимаем z

хр

= 1.

— 4 —

3.7. Общее количество насосов на насосной станции водоотлива

= z

+ z

гр

+ z

хр

= 1+2+1 = 4.

4. КОММУТАЦИОННАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СХЕМА НАСОСНОЙ

СТАНЦИИ ВОДООТЛИВА

Насосы на водоотливной установке должны быть соединены с трубопро-

водами таким образом, чтобы любой из них мог подключаться к любому трубо-

проводу нагнетательного става. При диаметре труб нагнетательного става D ≤

300 мм обычно используют типовую коммутационную схему с кольцевым

трубопроводом у потолка насосной камеры и общим приемным зумпфом.

5. РАСЧЕТ НАПОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВНЕШНЕЙ СЕТИ

5.1. Коэффициенты линейных гидравлических сопротивлений:

а) нагнетательного трубопровода ―

;03240

0,217

0195001950



б) всасывающего трубопровода ―

,03190

0,231

0195001950

вс



где D

= 0,217 м и D

вс

= 0,231 м ― диаметры соответственно нагнетательного и

всасывающего трубопроводов.

5.2. Протяженность трубопроводов: а) всасывающего ― L

вс

= 10 м;

б) нагнетательного — L

= L

– L

вс

= 743 – 10 = 733 м.

5.3. Суммы коэффициентов местных гидравлических сопротивлений прини-

мают на основе следующих рекомендаций:

а) на всасывающем трубопроводе — ∑ξ

вс

= 3,7÷7,2;

б) на нагнетательном трубопроводе — ∑ξ

= 24÷32.

Принимаем ∑ξ

вс

= 5,15 и ∑ξ

= 28,9.

5.6. Обобщенный коэффициент сопротивления внешней сети

524

вс

всс

мч10154

2170819

10256

928

2310

2170

155

2170

733

03240

2310

2170

2310

031901

10256









































 

5.7. Расчет напорной характеристики внешней сети производим по формуле

— 5 —

,QRHH

сгс



где Q ― расход насоса, м

/ч.

Результаты расчета приведены в табл. 2.

Таблица 2

Q, м

/ч 0 75 150 225 300 375

, м 486 490,7 495,3 507,0 523,4 544,4

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

6.1. Сводная таблица для графического определения рабочего режима пред-

ставлена ниже (см. табл. 3).

Таблица 3

Q, м

/ч 0 75 150 225 300 375

нс

, м

/ч 0 75 150 225 300 375

, м 67 68 67,5 66 60 48,5

нс

, м 603 612 607,5 594 540 436,5

, м 486 490,7 495,3 507,0 523,4 544,4

η, % 0 36 59 69 71 66

Δh

, м ― ― ― 3,2 4,0 5,8

вд

, м ― ― ― 6,51 5,71 3,91

Примечания к таблице:

1. Производительность насосной станции определяется следующим образом

,QQzQQ  1

прнс

где z

пр

― количество рабочих насосов в параллельном соединении.

2. Напор насосной станции

ст1нс

iHH 

где i

cт

― суммарное количество ступеней рабочих насосов.

3. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания насосов рассчиты-

вается по формуле

— 6 —

п0

вд

рр

H 







где р

≈ 10

Па ― атмосферное давление; р

= 2337 Па ― давление насыщенных

паров воды при температуре t =20°C [12].

6.2. Графическое определение рабочего режима водоотливной установки

представлено на рис. 1. Рабочий режим водоотливной установки характери-

зуется следующими параметрами:

1. Действительная подача насосной станции ―

/чм314

Q

2. Действительный напор

м.527

H

3. КПД при действительном рабочем режиме ― η

= 0,70.

4. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при действительном

рабочем режиме

м.455

вдд

,H 

6.3. Проверка рабочего режима:

6.3.1. Обеспечение расчетного расхода ―

280.314

рд

QQ

Условие выполняется.

6.3.2. Обеспечение устойчивости рабочего режима —

,90

0г

H,H 

где H

― напор насоса при нулевой подаче.

486 < 0,9∙603 = 542,7. Условие выполняется

6.3.3. Экономичность рабочего режима —

.,,,, 6390710900,7090

maxд



Условие выполняется.

6.3.4. Отсутствие кавитации при работе насосов ―

вдд

вс

всвсвак

HH 

















где v

вс

― скорость воды во всасывающем трубопроводе при действительной

подаче:

с.м082

23101433600

3144

3600

вс

,,D

v 











м.945

8192

082

155

2310

0318054

вак

,,H 

















м.455м945

вддвак

,H,H 

Условие не выполняется.

— 7 —

Рис. П-1.2. Графическое определение рабочего режима

водоотливной установки

7. ДОПУСТИМАЯ ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ВСАСЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАСОСОВ

7.1. Допустимая высота всасывания насосов

м.014

8192

082

155

2310

03180455

вс

всвддвсд

HH 

































— 8 —

7.2. Обеспечение необходимой всасывающей способности насосов при ра-

боте без кавитации. Так как Н

всд

> 3,5 м, для обеспечения бескавитационной

работы водоотливной установки не требуется дополнительных технических

средств. Достаточно расположить насосные агрегаты таким образом, чтобы ось

вращения находилась на высоте не более 4 м над уровнем воды в водосборнике.

8. ПРИВОД НАСОСОВ И ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ

ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

8.1. Расчетная мощность электропривода насоса

 

кВт3759

1703600

314527

819102510151

3600

1015111

прд

дд

g,,N

















8.2. В соответствии с табл. 2.10 [Л-1] в качестве привода насосов принимаем

электродвигатели марки ВАО 630 М4 со следующими техническими характе-

ристиками: номинальная мощность N = 800 кВт; синхронная частота вращения

п = 1500 об/мин; напряжение питающего тока V = 6000 В; КПД двигателя η

0,954; Cos φ = 0,9.

8.3. Расчетное число машино-часов работы насосов в сутки:

а) при откачке нормального притока —

ч.8317

314

5600

T 

б) при откачке максимального водопритока —

ч.1347

314

14800

max

T 

8.4. Годовое потребление электроэнергии насосным оборудованием водо-

отливной установки

 

 

 

 

ч/год,кВт102576134760831760365

9609540703600

314527

819102510051

365

3600

10051

ммнм

эсд

дд3



















,,,

TNTN

g,E

где N

= 60 сут. ― количество дней в году с максимальным водопритоком; η

эс

0,92 ÷ 0,96 ― КПД питающей электрической сети.

8.5. Удельный расход электроэнергии, отнесенный к единице объема отка-

чиваемой воды,

   

QNQN

maxнм

ч/мкВт412

1480060560060365

102576

365











