Расчет водоотливной установки (стр. 1 из 2)
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
где ∑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 | 0 | 75 | 150 | 225 | 300 | 375 |
| Н1, м | 67 | 68 | 67,5 | 66 | 60 | 48,5 |
| η, % | 0 | 36 | 59 | 69 | 71 | 66 |
| Δhд, м | ― | ― | ― | 3,2 | 4,0 | 5,8 |
3.3. Расчетное число ступеней насоса —
где Н1 = 59 м ― 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
zхр = 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 ―
б) всасывающего трубопровода ―
где Dн = 0,217 м и Dвс = 0,231 м ― диаметры соответственно нагнетательного и всасывающего трубопроводов.
5.2. Протяженность трубопроводов: а) всасывающего ― 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 — ∑ξвс = 3,7÷7,2;
б) на нагнетательном трубопроводе — ∑ξн = 24÷32.
Принимаем ∑ξвс = 5,15 и ∑ξн = 28,9.
5.6. Обобщенный коэффициент сопротивления внешней сети
5.7. Расчет напорной характеристики внешней сети производим по формуле
— 5 —
где Q― расход насоса, м3/ч.
Результаты расчета приведены в табл. 2.
Таблица 2
| Q, м3/ч | 0 | 75 | 150 | 225 | 300 | 375 |
| Нс, 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 представлена ниже (см. табл. 3).
Таблица 3
| Q, м3/ч | 0 | 75 | 150 | 225 | 300 | 375 |
| Qнс, м3/ч | 0 | 75 | 150 | 225 | 300 | 375 |
| Н1, м | 67 | 68 | 67,5 | 66 | 60 | 48,5 |
| Ннс, м | 603 | 612 | 607,5 | 594 | 540 | 436,5 |
| Нс, м | 486 | 490,7 | 495,3 | 507,0 | 523,4 | 544,4 |
| η, % | 0 | 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
