Расчет водоотливной установки
Количество насосов холодного резерва выбирается из условия, что их суммарная производительность должна быть не менее 50% от суммарной производительности рабочих насосов. Кроме того, насосы должны быть однотипными. Расчетная толщина стенок труб где 1,18 Ї коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенок труб; дкн Ї скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год; t… Читать ещё >
Расчет водоотливной установки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ ШАХТЫ
Исходные данные для расчета:
1. Нормальный суточный приток воды в шахту Ї Qн = 5600 м3/сут.
2. Максимальный суточный водоприток Ї Qmax = 14 800 м3/сут.
3. Глубина шахтного ствола Ї Нш = 480 м.
4. Длина трубопровода на поверхности Ї 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 Ї
б) по максимальному водопритоку Ї
где Тн = 20 ч/сут Ї нормативное число часов для откачки суточных водопритоков согласно Правилам Безопасности (ПБ).
1.2. Экономически целесообразная скорость движения воды по трубам нагнетательного става где Qр Ї 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 Ї расчетный диаметр трубопроводов, м.
1.5. Геодезическая высота подъема воды на поверхность где Нвс = 4ч5 м Ї ориентировочная высота всасывания насосов; hп = 0,5ч2 м Ї высота переподъема воды над поверхностью шахты.
1.6. Расчетная протяженность трубопроводов
— 2 -;
где Lвс = 8ч12 м Ї длина всасывающего трубопровода; Lтх = 15ч20 м Ї длина трубопровода в трубном ходке; Lнк = 20ч30 м Ї длина трубопровода в насосной камере водоотливной установки.
1.7. Расчетный напор насосной станции водоотлива г
де ?ор = 25ч35 Ї расчетная сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений системы трубопроводов.
2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Расчетное давление воды в нагнетательном трубном ставе
где с = 1020ч1030 кг/м3 Ї плотность откачиваемой шахтной воды.
2.2. Минимальная по условиям прочности толщина стенки труб нагнетательного става где Dр Ї расчетный диаметр труб, м; ув Ї 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 ув = 412 МПа.
2.3. Расчетная толщина стенок труб где 1,18 Ї коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенок труб; дкн Ї скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год; t = 10ч15 лет Ї расчетный срок службы труб.
В соответствии с данными, приведенными на стр. 162 [Л-1], для кислотных шахтных вод с водородным показателем рН = 6ч7 скорость коррозионного износа составляет дкн = 0,20 мм/год.
2.4. Выбор труб для нагнетательного става производим по расчетным внутреннему диаметру Dр = 212 мм и толщине стенки др =12,4 мм. Для нагнетательного става принимаем трубы с внутренним диаметром Dн = 217 мм и толщиной стенки д = 14 мм (табл. 2.1Ї[Л-1]):
— 3 -;
2.5. Для всасывающего трубопровода (Dвс = Dн + 25 мм) принимаем трубы с внутренним диаметром Dвс = 231 мм и минимальной толщиной стенки д = 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 Ї Qн = 300 м3/ч; номинальный напор Ї Нн = 120ч600 м; максимальный КПД Ї 0,71; частота вращения Ї п = 1475 об/мин; количество ступеней Ї iст = 2ч10.
3.2. Напорная характеристика ступени насоса марки ЦНС 300−120…600 приведена в табл. 1. (из табл. 2.4 Ї [Л-1]).
Таблица 1
Q, м3/ч | |||||||
Н1, м | 67,5 | 48,5 | |||||
з, % | |||||||
Дhд, м | Ї | Ї | Ї | 3,2 | 4,0 | 5,8 | |
3.3. Расчетное число ступеней насоса —
где Н1 = 59 м Ї напор ступени насоса при расходе, близком к расчетной производительности водоотливной установки. Принимаем iст = 9.
3.4. Количество рабочих насосов и схема их соединения.
Принимаем zр = 1, так как расчетные напор и расход обеспечиваются одним насосом.
3.5. Количество насосов горячего резерва назначается из следующих условий: насосы должны быть однотипными; объем резерва — не менее 100%; суммарная подача насосов рабочих и горячего резерва должна обеспечивать расчетную производительность водоотливной установки по максимальному суточному водопротоку Qpm = 740 м3/ч. Принимаем zгр = 2.
3.6. Количество насосов холодного резерва выбирается из условия, что их суммарная производительность должна быть не менее 50% от суммарной производительности рабочих насосов. Кроме того, насосы должны быть однотипными.
Принимаем
z хр = 1.
— 4 -;
3.7. Общее количество насосов на насосной станции водоотлива
zн = zр + zгр + zхр = 1+2+1 = 4.
4. КОММУТАЦИОННАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СХЕМА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ВОДООТЛИВА
Насосы на водоотливной установке должны быть соединены с трубопроводами таким образом, чтобы любой из них мог подключаться к любому трубопроводу 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 Ї
б) всасывающего трубопровода Ї
где Dн = 0,217 м и Dвс = 0,231 м Ї диаметры соответственно нагнетательного и всасывающего трубопроводов.
5.2. Протяженность трубопроводов: а) всасывающего Ї Lвс = 10 м; б) нагнетательного — Lн = Lр — Lвс = 743 — 10 = 733 м.
5.3. Суммы коэффициентов местных гидравлических сопротивлений принимают на основе следующих рекомендаций:
а) на всасывающем трубопроводе — ?овс = 3,7ч7,2;
б) на нагнетательном трубопроводе — ?он = 24ч32.
Принимаем ?овс = 5,15 и? он = 28,9.
5.6. Обобщенный коэффициент сопротивления внешней сети
5.7. Расчет напорной характеристики внешней сети производим по формуле
— 5 -;
где Q Ї расход насоса, м3/ч.
Результаты расчета приведены в табл. 2.
Таблица 2
Q, м3/ч | |||||||
Нс, м | 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 представлена ниже (см. табл. 3).
Таблица 3
Q, м3/ч | |||||||
Qнс, м3/ч | |||||||
Н1, м | 67,5 | 48,5 | |||||
Ннс, м | 607,5 | 436,5 | |||||
Нс, м | 490,7 | 495,3 | 507,0 | 523,4 | 544,4 | ||
з, % | |||||||
Дhд, м | Ї | Ї | Ї | 3,2 | 4,0 | 5,8 | |
Нвд, м | Ї | Ї | Ї | 6,51 | 5,71 | 3,91 | |
Примечания к таблице:
1. Производительность насосной станции определяется следующим образом где zпр Ї количество рабочих насосов в параллельном соединении.
2. Напор насосной станции где icт Ї суммарное количество ступеней рабочих насосов.
3. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания насосов рассчитывается по формуле
— 6 -;
где р0? 105 Па Ї атмосферное давление; рп = 2337 Па Ї давление насыщенных паров воды при температуре t =20°C.
6.2. Графическое определение рабочего режима водоотливной установки представлено на рис. 1. Рабочий режим водоотливной установки характеризуется следующими параметрами:
1. Действительная подача насосной станции Ї .
2. Действительный напор
3. КПД при действительном рабочем режиме Ї зд = 0,70.
4. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при действительном рабочем режиме
6.3. Проверка рабочего режима:
6.3.1 Обеспечение расчетного расхода Ї
Условие выполняется.
6.3.2. Обеспечение устойчивости рабочего режима -;
где H0 Ї напор насоса при нулевой подаче.
486 < 0,9•603 = 542,7. Условие выполняется
6.3.3. Экономичность рабочего режима -;
Условие выполняется.
6.3.4. Отсутствие кавитации при работе насосов Ї
где vвс Ї 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 зд = 0,954; Cos ц = 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. Ї количество дней в году с максимальным водопритоком; зэс = 0,92 ч 0,96 Ї КПД питающей электрической сети.
8.5. Удельный расход электроэнергии, отнесенный к единице объема откачиваемой воды,