Стационарные машины

4.5. Определение рабочего режима водоотливной установки

Определив сопротивление трубопровода, строим его характеристику согласно уравнению:

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 (QΡ ,ΗΡ ) .

4.6. Проверка рабочего режима на кавитацию

Предварительно определяется действительная вакуумметрическая высота всасывания по следующей формуле:

где Ηвс - геометрическая высота всасывания водоотливной установки, м (согласно типовой схеме ее можно принимать Ηвс =3,5 м).

По характеристике насоса определяется его допустимая вакууммет- рическая высота всасывания в рабочем режиме Ηвдоп .

Если Ηв < ΗΒдоп кавитация при работе насоса в данном режиме

( Qр, Ηр ) не возникает. В случае невыполнения этого условия, необходимо

с целью исключения кавитации уменьшить геометрическую высоту всасы- вания ( Ηвс ) или увеличить диаметр всасывающего трубопровода ( dвс ). В

некоторых случаях при малой Ηвдоп рекомендуется применять подкачи- вающие насосы.

66

4.7. Определение необходимой мощности электродвигателя насоса

Необходимая мощность для выбора приводного электродвигателя насоса определяется по формуле

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.

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-

67

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 следующая комплектная аппаратура управления:

АВО – для одиночного водоотлива; АВ-5 и АВ-7 – для участкового водоотлива;

АВН-1м – 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 Qн и максимального Qmax 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-

68

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

где Qн и Qmax – соответственно нормальный и максимальный суточные водопритоки в водосборник, м3 /сут.

Диаметр трубопроводов нагнетательного става определяется по фор-

муле

величина скорости воды в трубе, м/с.

Если расчётный расход насосной станции по максимальному прито- ку Qpm выше такового по нормальному водопритоку Qp более чем в 2

раза, то Qр.т = Qр и водоотливная установка оборудуется двумя ставами

труб: рабочим и резервным. Оба става одновременно вводят в действие в периоды снеготаяния и ливневых вод. При Qpm > 2Qp расчёт диаметра на-

гнетательного става производят по Qр.т = 0,5Qpm , 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 Qp и Qpm откачку максимального и

69

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 Qp . В соответствии с ПБ при при-

токе воды в выработке более 50 м3/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:

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) ·Qp.т с шагом, равным (0,2 – 0,25) ·Qp.т . Результаты

расчёта представляют в виде соответствующей таблицы, по которой стро- ится график характеристики Hc − Q .

Рабочий режим водоотливной установки определяют графически по точке пересечения характеристики внешней сети с суммарной напорной характеристикой рабочих насосов.

В результате построения определяют ожидаемые расходы Qо , напор

Hо и кпд ηо насосов.

Мощность двигателя насоса рассчитывают по формуле

70

Годовой расход энергии (кВт·ч) на водоотлив определяют по формуле

где ρ – плотность воды, кг/м3; Qн и Qmax – соответственно нормальный и максимальный суточные водопритоки в водосборник установки, м3/сут; Hо.н и ηо.н – ожидаемый напор (м) и к.п.д. насосов при откачке нормаль- ного водопритока; Hom и ηom – то же, при откачке максимального прито- ка; Zн и Zm – количество дней в году сооответственно с нормальным и максимальным водопритоками; ηдв и ηс – 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

71

Продолжение табл. 4.5

72

Продолжение табл. 4.5

73

Продолжение табл. 4.5

74

Окончание табл. 4.5

Таблица 4.6

Размеры присоединительных патрубков насосов ЦНС

75