Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

66

4.5. Определение рабочего режима водоотливной установки

Определив сопротивление трубопровода, строим его характеристику

согласно уравнению:

. (4.16)

Подставляя различные значения расхода (от 0 до 120% его номи-

нального значения) в уравнение (4.16), находят соответствующие значения

напора. Полученную кривую трубопроводной сети накладывают на напор-

ную характеристику насоса (рис. 4.4 – 4.10). Последняя обычно представ-

лена на одно рабочее колесо, поэтому для получения напорной характери-

стики всего насоса значение напора на графике необходимо умножить на

количество рабочих колес. Точка пересечения напорных характеристик на-

соса и трубопровода

определяет рабочий режим водоотливной установки с

соответствующими ему координатами

)

,

(

ΡΡ

Η

Q

.

4.6. Проверка рабочего режима на кавитацию

Предварительно определяется действительная вакуумметрическая

высота всасывания по следующей формуле:

, (4.17)

где

вс

Η

- геометрическая высота всасывания водоотливной установки, м

(согласно типовой схеме ее можно принимать

вс

Η

=3,5 м).

По характеристике насоса определяется его допустимая вакууммет-

рическая высота всасывания в рабочем режиме

доп

в

Η

.

Если

доп

в

Β

Η

<

Η

кавитация при работе насоса в данном режиме

(

рр

,

Η

Q

) не возникает. В случае невыполнения этого условия, необходимо

с целью исключения кавитации уменьшить геометрическую высоту всасы-

вания (

вс

Η

) или увеличить диаметр всасывающего трубопровода (

вс

d

). В

некоторых случаях при малой

доп

в

Η

рекомендуется применять подкачи-

вающие насосы.

2

гт

QRHH

с

+=

[

]

2

1

111

)(

1

мдвсв

QAAΗΗ

р

l

∑

+++=

ξ

67

4.7. Определение необходимой мощности

электродвигателя насоса

Необходимая мощность для выбора приводного электродвигателя

насоса определяется по формуле

Ρ

pp

gΗQ

N

η

ρ

⋅⋅

=

10003600

1,1

дв

, (4.18)

где

ρ

–

плотность

перекачиваемой

жидкости

,

кг

/

м

3

;

Ρ

η

–

к

.

п

.

д

.

насоса

в

рабочем

режиме

(

определяется

графическим

способом

).

По

каталогу

выбирают

асинхронные

электродвигатели

с

коротко

-

замкнутым

ротором

серий

А

или

АО

(

мощность

до

250

кВт

),

АЗП

(

мощ

-

ность

до

1250

кВт

),

ВА

(

мощность

до

1600

кВт

).

Их

технические

характе

-

ристики

приведены

в

табл

. 4.7.

4.8. Определение экономических показателей

водоотливной установки

Время

работы

насосов

в

сутки

при

откачке

нормального

и

макси

-

мального

притоков

.

рпрн

/24

QQΤ

⋅

= ,

р

max

пр

max

/24

QQΤ

⋅

=

. (4.19)

Годовой

расход

электроэнергии

на

водоотлив

)60305(

10003600

05,1

maxн

д

ΤΤ

gΗQ

Ε

с

Ρ

ΡΡ

⋅⋅

+=

ηηη

ρ

, (4.20)

где

д

η

–

к

.

п

.

д

.

электродвигателя

,

принимается

по

табл

. 4.5;

с

η

-

к

.

п

.

д

.

электрической

сети

,

в

расчетах

можно

принимать

с

η

= 0,95.

Расход

электроэнергии

на

1

м

3

откаченной

воды

с

Α

Ρ

gΗ

е

ηηη

ρ

⋅⋅

⋅

=

10003600

05,1

. (4.21)

4.9. Аппаратура автоматизации водоотливных установок

Схемы

управления

водоотливными

установками

предусматривают

местное

и

полуавтоматическое

управление

,

при

которых

оператор

осуще

-

ствляет

только

пуск

и

остановку

насосов

с

места

их

установки

или

дистан

-

ционно

;

автоматическое

управление

,

при

котором

пуск

и

остановка

насо

-

68

сов

производится

автоматически

в

зависимости

от

уровня

воды

в

водо

-

сборнике

.

Схемы

автоматического

управления

водоотливных

установок

обес

-

печивают

автоматизацию

следующих

операций

:

заливку

насоса

и

всасывающего

трубопровода

водой

и

пуск

двигате

-

ля

при

достижении

водой

в

водосборнике

заданного

уровня

;

пуск

резервного

насоса

при

повышении

уровня

воды

в

водосборнике

до

аварийного

;

остановку

насоса

при

снижении

уровня

воды

в

водосборнике

до

за

-

данного

;

отключение

неисправного

и

включение

резервного

насосов

;

контроль

подачи

,

нагрева

подшипников

и

электродвигателей

;

защиту

от

пуска

не

залитого

насоса

;

электрическую

защиту

.

Для

автоматизации

стационарных

водоотливных

установок

приме

-

няется

аппаратура

управления

:

АВО

–

для

одиночного

водоотлива

;

АВ

-5

и

АВ

-7 –

для

участкового

водоотлива

;

АВН

-1

м

–

для

водоотлива

с

низковольтными

двигателями

(

на

3

на

-

соса

);

УАВ

–

для

главных

водоотливных

установок

с

низковольтными

и

высоковольтными

электродвигателями

с

короткозамкнутым

ротором

в

нормальном

исполнении

(

до

16

насосов

);

ВАВ

–

то

же

,

но

во

взрывобезопасном

исполнении

для

газовых

шахт

(

до

9

насосов

).

В

автоматизированных

насосных

установках

наиболее

сложным

яв

-

ляется

заливка

водой

насоса

и

всасывающего

трубопровода

.

Перед

пуском

в

гидравлических

схемах

автоматических

установок

используются

насосы

с

постоянным

заполнением

водой

;

с

заполнением

насоса

и

всасывающего

трубопровода

водой

перед

пуском

,

работающие

под

напором

(

отрицатель

-

ная

высота

всасывания

).

4.10. Эксплуатационные расчёты основного оборудования

карьерных водоотливных установок

Исходными

данными

для

проектирования

и

эксплуатационного

рас

-

чёта

оборудования

зумпфовых

водоотливных

установок

является

величина

нормального

н

Q

и максимального

max

Q

суточных

водопритоков

в

горные

выработки

,

а

также

выкопировки

из

плана

карьера

,

на

котором

указано

ме

-

стоположение

водосборников

и

водоотводных

сооружений

.

Нормальный

водоприток

формируется

водоносными

горизонтами

горного

массива

,

вскрываемыми

выработками

карьера

и

определяется

спе

-

циальным

расчётом

по

результатам

гидрогеологической

разведки

место

-

рождения

.

Максимальный

водоприток

образуют

подземные

и

поверхност

-

69

ные

воды

,

дополнительно

поступающие

в

карьер

в

период

ливней

и

снего

-

таяния

.

Объём

последних

определяется

по

величине

площади

водосбора

карьера

,

максимальной

интенсивности

ливней

и

средней

толщине

снежно

-

го

покрова

в

периоды

интенсивного

снеготаяния

.

По

выкопировке

из

плана

карьера

строится

профиль

трассы

тру

-

бопроводов

водоотливной

установки

и

определяются

общая

протяжён

-

ность

и

высота

подъёма

всасывающих

и

нагнетательных

линий

насос

-

ной

станции

.

Если

водопритоки

и

трасса

трубопровода

заданы

,

то

эксплуатацион

-

ный

расчёт

оборудования

водоотливной

установки

производится

в

такой

последовательности

.

Расчётная

производительность

насосной

станции

определяется

с

учётом

необходимости

откачки

суточных

водопритоков

за

16

ч

в

соответ

-

ствии

с

требованиями

ПБ

:

по

нормальному

водопритоку

16

/

H

QQ

p

=

; (4.22)

по

максимальному

водопритоку

16/

max

QQ

pm

=

, (4.23)

где

н

Q

и

max

Q

–

соответственно

нормальный

и

максимальный

суточные

водопритоки

в

водосборник

,

м

3

/

сут

.

Диаметр

трубопроводов

нагнетательного

става

определяется

по

фор

-

муле

э

Q

D

H

υπ ⋅⋅

⋅

=

3600

4

р.т

, (4.24)

где

p.т

Q

–

расчётный

расход

одного

става

труб

,

м

3

/

ч

;

э

υ

–

экономичная

величина

скорости

воды

в

трубе

,

м

/

с

.

Если

расчётный

расход

насосной

станции

по

максимальному

прито

-

ку

pm

Q

выше

такового

по

нормальному

водопритоку

p

Q

более

чем

в

2

раза

,

то

р

Q

=

р

.

т

и

водоотливная

установка

оборудуется

двумя

ставами

труб

:

рабочим

и

резервным

.

Оба

става

одновременно

вводят

в

действие

в

периоды

снеготаяния

и

ливневых

вод

.

При

ppm

Q

2

>

расчёт

диаметра

на

-

гнетательного

става

производят

по

pm

Q

5

,

0

р.т

=

,

а

установку

оборудуют

тремя

ставами

труб

.

Три

нагнетательных

става

рекомендуется

использо

-

вать

во

всех

случаях

,

когда

расчётный

диаметр

трубопровода

более

400

мм

.

При

большой

разнице

между

p

Q

и

pm

Q

откачку

максимального

и

70

нормального

притоков

производят

по

самостоятельным

ставам

с

разными

диаметрами

труб

.

В

этом

случае

насосы

,

предназначенные

для

откачки

нормального

притока

,

не

имеют

резервного

става

.

В

качестве

резерва

ис

-

пользуются

трубопроводы

насосов

,

работающих

в

периоды

максимального

водопритока

.

Выбор

насосов

производят

по

расчётным

производительности

и

на

-

пору

насосной

станции

,

используя

поля

Q-H,

сводных

графиков

промыш

-

ленных

зон

центробежных

насосов

(

рис

. 4.3).

Во

всех

случаях

необходимо

стремиться

к

обеспечению

откачки

максимального

и

нормального

водо

-

притоков

однотипными

насосными

агрегатами

.

Если

максимальный

и

нормальный

водопритоки

разнятся

не

более

чем

в

3

раза

,

то

для

их

откачки

используют

однотипные

насосы

,

производя

выбор

последних

по

расчётной

подаче

p

Q

.

В

соответствии

с

ПБ

при

-

токе

воды

в

выработке

более

50

м

3

/

ч

водоотливные

установки

оборудуют

не

менее

чем

тремя

насосными

агрегатами

.

При

большей

разнице

между

нормальным

и

максимальным

притока

-

ми

их

обеспечивают

разнотипными

насосами

,

предусматривая

для

каждой

группы

рабочих

насосов

100%-

ый

резерв

.

Расчет

характеристики

внешней

сети

выполняют

по

формулам

:

2

г

QRHH

cc

+=

; (4. 26)

gD

D

L

R

c

⋅⋅

∑++=

42

8

)1(

π

ξλ

(4.27)

после

определения

общей

гидравлической

схемы

водоотливной

установки

с

расстановкой

необходимой

трубопроводной

арматуры

.

При

этом

уточ

-

няют

количество

насосов

,

работающих

одновременно

на

один

трубопро

-

водный

став

,

а

также

схему

соединения

насосов

(

последовательная

,

парал

-

лельная

,

смешанная

).

Характеристику

внешней

сети

рассчитывают

по

точкам

в

интервале

подач

от

0

до

(1,5 – 1,6)

·

p.

т

Q

с

шагом

,

равным

(0,2 – 0,25)

·

p.

т

Q

.

Результаты

расчёта

представляют

в

виде

соответствующей

таблицы

,

по

которой

стро

-

ится

график

характеристики

Q

c

H

−

.

Рабочий

режим

водоотливной

установки

определяют

графически

по

точке

пересечения

характеристики

внешней

сети

с

суммарной

напорной

характеристикой

рабочих

насосов

.

В

результате

построения

определяют

ожидаемые

расходы

о

Q

,

напор

о

H

и

кпд

о

η

насосов

.

Мощность

двигателя

насоса

рассчитывают

по

формуле

0

00

1000

η

QH

N =

. (4.28)

71

Годовой

расход

энергии

(

кВт

·

ч

)

на

водоотлив

определяют

по

формуле

)(

m

om

ommax

н

сдв

H

O.H

3

103600

05,1 Z

H

Q

Z

H

Q

E

g

⋅

⋅⋅

⋅

+=

⋅

ηη

ρ

, (4.29)

где

ρ

– плотность воды, кг/м

3

;

н

Q

и

max

Q

– соответственно нормальный и

максимальный суточные водопритоки в водосборник установки, м

3

/сут;

но

H

.

и

о.н

η

– ожидаемый напор (м) и к.п.д. насосов при откачке нормаль-

ного водопритока;

om

H

и

om

η

– то же, при откачке максимального прито-

ка;

н

Z

и

m

Z

– количество дней в году сооответственно с нормальным и

максимальным водопритоками;

дв

η

и

с

η

– к.п.д. соответственно электро-

двигателя и электросети. Коэффициент 1,05 учитывает дополнительный

расход энергии вспомогательным оборудованием насосной станции. Ос-

тальные числовые коэффициенты связаны с различием в размерности па-

раметров, входящих в формулу (4.29), и итога вычислений.

Таблица 4.5

Техническая характеристика секционных

центробежных насосов

Типоразмер

насоса

Пода

-

ча

,

м

3

/

ч

Напор

,

м

.

вод

.

ст

.

Часто

та

враще

-

ния

,

об

/

мин

К

.

П

.

Д

.

насоса

Мощ

-

ность

комплек

-

тующего

электро

-

двигате

-

ля

,

кВт

Допустимая

вакуум

.

вы

-

сота

всасы

-

вания

при

t

= + 20

o

C,

м

.

вод

.

ст

.

Подача

насоса

в

пределах

рабочей

части

характеристики

,

м

3

/

ч

Насосы ЦНС 38 – 50-250

ЦНС38-50

ЦНС 38-75

ЦНС 38-100

ЦНС 38-125

ЦНС 38-150

ЦНС 38-175

ЦНС 38-200

ЦНС 38-225

ЦНС 38-250

38

50

75

100

125

159

175

200

225

250

1475

0,62

13

22

30

40

55

5,0

28-48

Насосы ЦНСК 60 – 40-200

ЦНСК 60-40

ЦНСК 60-60

ЦНСК 60-80

ЦНСК 60-100

60

40

60

80

100

1475

0,60

13

22

30

5,0

48-80

72

Продолжение табл. 4.5

Типоразмер

насоса

Пода

-

ча

,

м

3

/

ч

Напор

,

м

.

вод

.

ст

.

Часто

та

враще

-

ния

,

об

/

мин

К

.

П

.

Д

.

насоса

Мощ

-

ность

комплек

-

тующего

электро

-

двигате

-

ля

,

кВт

Допустимая

вакуум

.

вы

-

сота

всасы

-

вания

при

t

= + 20

o

C,

м

.

вод

.

ст

.

Подача

насоса

в

пределах

рабочей

части

характеристики

,

м

3

/

ч

ЦНСК 60-120

ЦНСК 60-140

ЦНСК 60-160

ЦНСК 60-180

ЦНСК 60-200

60

120

140

160

180

200

1475

0,60

40

55

75

5,0

48-80

Насосы ЦНС 60 – 66-330

ЦНС 60-66

ЦНС 60-99

ЦНС 60-132

ЦНС 60-165

ЦНС 60-198

ЦНС 60-231

ЦНС 60-264

ЦНС 60-297

ЦНС 60-330

60

66

99

132

165

198

231

264

297

330

2950

0,65

22

30

40

55

75

100

5,0

48-80

Насосы ЦНС 105 – 98 - 490

ЦНС 105-98

ЦНС 105-147

ЦНС 105-196

ЦНС 105-245

ЦНС 105-294

ЦНС 105-343

ЦНС 105-392

ЦНС 105-441

ЦНС 105-490

105

98

147

196

245

294

343

392

441

490

2950

0,65

0,68

0.68

0,68

55

75

100

125

160

200

250

4,5

80-130

Насосы ЦНС 180 – 85 - 425 и ЦНСК 180 – 85 - 425

ЦНС 180-85

ЦНСК 180-85

ЦНС 180-128

ЦНСК180-128

ЦНС 180-170

ЦНСК180-170

180

85

128

170

1475

0,70

75

100

132

5,0

130-220

130-22

130-220

73

Продолжение табл. 4.5

Типоразмер

насоса

Пода

-

ча

,

м

3

/

ч

Напор

,

м

.

вод

.

ст

.

Часто

та

враще

-

ния

,

об

/

мин

К

.

П

.

Д

.

насоса

Мощ

-

ность

комплек

-

тующего

электро

-

двигате

-

ля

,

кВт

Допустимая

вакуум

.

вы

-

сота

всасы

-

вания

при

t

= + 20

o

C,

м

.

вод

.

ст

.

Подача

насоса

в

пределах

рабочей

части

характеристики

,

м

3

/

ч

ЦНС 180-212

ЦНСК180-212

ЦНС 180-255

ЦНСК180-255

ЦНС 180-297

ЦНСК180-297

ЦНС 180-340

ЦНСК180-340

ЦНС 180-383

ЦНСК180-383

ЦНС 180-425

ЦНСК180-425

180

212

255

297

340

383

425

1475

0,70

160

200

250

320

5,0

130-220

30-220

130-220

Насосы ЦНС 180 – 476 - 680

ЦНС 180-476

ЦНС 180-544

ЦНС 180-612

ЦНС 180-680

180

476

544

612

680

2950

0,72

380

400

500

4,0

130-220

Насосы ЦНС 180 – 500 - 900

ЦНС 180-500

ЦНС 180-600

ЦНС 180-700

ЦНС 180-800

ЦНС 180-900

180

500

600

700

800

900

2950

2970

0,72

340

408

476

545

612

5,0

130-220

Насосы ЦНС 300 – 120 – 600 и ЦНСК 300 – 120 - 600

ЦНС 300-120

ЦНСК300-120

ЦНС 300-180

ЦНСК300-180

ЦНС 300-240

ЦНСК300-240

ЦНС 300-300

ЦНСК300-300

300

120

180

240

300

1475

0,71

0,68

0,71

0,68

0,71

0,68

0,71

0,68

160

250

320

400

5,0

220-380

74

Продолжение табл. 4.5

Типоразмер

насоса

Пода

-

ча

,

м

3

/

ч

Напор

,

м

.

вод

.

ст

.

Часто

та

враще

-

ния

,

об

/

мин

К

.

П

.

Д

.

насоса

Мощ

-

ность

комплек

-

тующего

электро

-

двигате

-

ля

,

кВт

Допустимая

вакуум

.

вы

-

сота

всасы

-

вания

при

t

= + 20

o

C,

м

.

вод

.

ст

.

Подача

насоса

в

пределах

рабочей

части

характеристики

,

м

3

/

ч

ЦНС 300-360

ЦНСК300-360

ЦНС 300-420

ЦНСК300 420

ЦНС 300-480

ЦНСК300-480

ЦНС 300-540

ЦНСК300-540

ЦНС 300-600

ЦНСК300-600

300

360

420

480

540

600

1475

0,71

0,68

0,71

0,68

0,71

0,68

0,71

0,68

0,71

0,68

500

630

800

5,0

220-380

Насосы ЦНС 300 – 700-1000

ЦНС 300-700

ЦНС 300-800

ЦНС 300-900

ЦНС 300-1000

300

700

800

900

1000

2950

0,74

735

840

949

1050

-2,0

220-380

Насосы ЦНС 300 – 780-1300

ЦНС 300-780

ЦНС 300-910

ЦНС 300-1040

ЦНС 300-1170

ЦНС 300-1300

300

780

910

1040

1170

1300

2950

0,76

839

976

1119

1258

1395

-2,0

220-380

Насосы ЦНСК 500 – 160-800

ЦНСК500-160

ЦНСК500-240

ЦНСК500-320

ЦНСК500-400

ЦНСК500-480

ЦНСК500-560

ЦНСК500-640

ЦНСК500-720

ЦНСК500-800

500

160

240

320

400

480

560

640

720

800

1475

0,73

300

450

600

750

900

1050

1200

1350

1500

4,5

380-640

75

Окончание табл. 4.5

Типоразмер

насоса

Пода

-

ча

,

м

3

/

ч

Напор

,

м

.

вод

.

ст

.

Часто

та

враще

-

ния

,

об

/

мин

К

.

П

.

Д

.

насоса

Мощ

-

ность

комплек

-

тующего

электро

-

двигате

-

ля

,

кВт

Допустимая

вакуум

.

вы

-

сота

всасы

-

вания

при

t

= + 20

o

C,

м

.

вод

.

ст

.

Подача

насоса

в

пределах

рабочей

части

характеристики

,

м

3

/

ч

Насосы ЦНСГ 800 – 250-1000

ЦНСГ800-250

ЦНСГ800-375

ЦНСГ800-500

ЦНСГ800-625

ЦНСГ800-750

ЦНСГ800-875

ЦНСГ800-

1000

800

250

375

500

625

750

875

1000

1475

0,75

725

1090

1450

1810

2180

2540

2900

3,0

640-1000

Таблица 4.6

Размеры присоединительных патрубков насосов ЦНС

Внутренние

диаметры

патрубков

,

мм

Тип

насоса

подводящего

напорного

ЦНС 38 – 50-250

ЦНС 60 – 40-200

ЦНС 105 – 98-490

125

ЦНС 60 – 66-330 100 80

ЦНС (К) 180 – 85-425 150 150

ЦНС 180 – 476-680

ЦНС 180 – 500-900

150 125

ЦНС (К) 300 – 120-600 200 200

ЦНС 300 – 700-1000

ЦНС 300 – 780-1300

200 175

ЦНСК 500 – 160-800 250 200

ЦНСГ 800 – 250-1000 300 250

Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.