РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ ШАХТЫ
Исходные данные для расчета:
1. Нормальный суточный приток воды в шахту ― Qн = 5600 м3/сут.
2. Максимальный суточный водоприток ― Qmax = 14800 м3/сут.
3. Глубина шахтного ствола ― Нш = 480 м.
4. Длина трубопровода на поверхности ― L1 = 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 ― />
б) по максимальному водопритоку ― />
где Тн = 20 ч/сут ― нормативное число часов для откачки суточных водопритоков согласно Правилам Безопасности (ПБ).
1.2. Экономически целесообразная скорость движения воды по трубам нагнетательного става
/>
где Qр― расчетная производительность водоотливной установки по нормаль-ному суточному водопритоку, м3/ч.
1.3. Расчетный диаметр нагнетательного трубопровода
/>
1.4. Расчетный коэффициент линейных гидравлических сопротивлений трубопроводов
/>
где Dр― расчетный диаметр трубопроводов, м.
1.5. Геодезическая высота подъема воды на поверхность
/>
где Нвс = 4÷5 м ― ориентировочная высота всасывания насосов; hп = 0,5÷2 м ― высота переподъема воды над поверхностью шахты.
1.6. Расчетная протяженность трубопроводов
— 2 —
/>
где Lвс = 8÷12 м ― длина всасывающего трубопровода; Lтх = 15÷20 м ― длина трубопровода в трубном ходке; Lнк = 20÷30 м ― длина трубопровода в насосной камере водоотливной установки.
1.7. Расчетный напор насосной станции водоотлива
/>г
де ∑ξр = 25÷35― расчетная сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений системы трубопроводов.
2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Расчетное давление воды в нагнетательном трубном ставе
/>
где ρ = 1020÷1030 кг/м3― плотность откачиваемой шахтной воды.
2.2. Минимальная по условиям прочности толщина стенки труб нагнетательного става
/>
где Dр― расчетный диаметр труб, м; σв― 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 σв = 412 МПа.
2.3. Расчетная толщина стенок труб
/>
где 1,18 ― коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенок труб; δкн― 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 δкн = 0,20 мм/год.
2.4. Выбор труб для нагнетательного става производим по расчетным внутреннему диаметру Dр = 212 мм и толщине стенки δр =12,4 мм. Для нагнетательного става принимаем трубы с внутренним диаметром Dн = 217 мм и толщиной стенки δ = 14 мм (табл. 2.1―[Л-1]):
/>
— 3 —
2.5. Для всасывающего трубопровода (Dвс = Dн + 25 мм) принимаем трубы с внутренним диаметром Dвс = 231 мм и минимальной толщиной стенки δ = 7 мм:
/>
2.6. Количество трубопроводов нагнетательного става. Принимаем zтр = 2 (рабочий и резервный).
3. Выбор насосов и схемы их соединения
3.1. Выбор насосов производим по расчетным расходу Qр = 280 м3/ч и напору Нр = 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 ― Qн = 300 м3/ч; номинальный напор ― Нн = 120÷600 м; максимальный КПД ― 0,71; частота вращения ― п = 1475 об/мин; количество ступеней ― iст = 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, м3/ч
75
150
225
300
375
Н1, м
67
68
67,5
66
60--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
Ннс, м
603
612
607,5
594
540
436,5
Нс, м
486
490,7
495,3
507,0
523,4
544,4
η, %
36
59
69
71
66
Δhд, м
―
―
―
3,2
4,0
5,8
Нвд, м
―
―
―
6,51
5,71
3,91
Примечания к таблице:
1. Производительность насосной станции определяется следующим образом
/>
где zпр― количество рабочих насосов в параллельном соединении.
2. Напор насосной станции
/>
где icт― суммарное количество ступеней рабочих насосов.
3. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания насосов рассчитывается по формуле
— 6 —
/>
где р0≈ 105 Па ― атмосферное давление; рп = 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 характеризуется следующими параметрами:
1. Действительная подача насосной станции ― />.
2. Действительный напор />
3. КПД при действительном рабочем режиме ― ηд = 0,70.
4. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при действительном рабочем режиме />
6.3. Проверка рабочего режима:
6.3.1 Обеспечение расчетного расхода ―
/>Условие выполняется.
6.3.2. Обеспечение устойчивости рабочего режима —
/>где H0 ― напор насоса при нулевой подаче.
486
6.3.3. Экономичность рабочего режима —
/>Условие выполняется.
6.3.4. Отсутствие кавитации при работе насосов ―
/>
где vвс― скорость воды во всасывающем трубопроводе при действительной подаче:
/>
/>
/>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
/>
— 8 —
7.2. Обеспечение необходимой всасывающей способности насосов при работе без кавитации. Так как Нвсд > 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
/>
8.2. В соответствии с табл. 2.10 [Л-1] в качестве привода насосов принимаем электродвигатели марки ВАО 630 М4 со следующими техническими характеристиками: номинальная мощность N = 800 кВт; синхронная частота вращения п = 1500 об/мин; напряжение питающего тока V = 6000 В; КПД двигателя ηд = 0,954; Cos φ = 0,9.
8.3. Расчетное число машино-часов работы насосов в сутки:
а) при откачке нормального притока —
/>
б) при откачке максимального водопритока —
/>
8.4. Годовое потребление электроэнергии насосным оборудованием водоотливной установки
/>
где Nм = 60 сут. ― количество дней в году с максимальным водопритоком; ηэс = 0,92 ÷0,96 ― КПД питающей электрической сети.
8.5. Удельный расход электроэнергии, отнесенный к единице объема откачиваемой воды,
/>