Расчёт водоотливной установки
Рассчитать главную водоотливную установку на горизонте Нгор =480м
Нормальный приток воды по шахте Qнп =670м3 /ч.Максимальный приток в течении 6 недель Qм.п =700м3 /ч.Вода нейтральная. Срок службы трубопровода Т=10 лет.
1.Расчёт и выбор насоса
Требуемая расчетная подача наоса согласно ЕПБ §681
Qр= 24·Qнп/20 .м3/ч (1)
где 24 - число часов поступления воды шахтного притока, в сутки ч;
Qнп нормальный часовой шахтный приток воды, м3/ч;
20 - число часов работы водоотливной установки по ЕПБ по откачке су точного шахтного притока воды, ч.
Подставляя числовые значения в формулу 1 , получим
Qр= 24·670/20=804.м3/ч
Приняв ориентировочную высоту всасывания hвс =3 м, превышение расположения труб над уровнем устья ствола шахты hсл =1 м, определяем геометрический напор:
Нг = Нгор + hвс +hсл, м, (2)
Подставляя в формулу 2 числовые значения , получим: Нг = 480+ 3+1=484 м.
Ориентировочный напор насоса :
Нор=1,1·Нг , м (3)
Тогда, Нор=1,1·480=528м .
Определяем необходимое число одновременно работающих насоса:
nн=Qр /Qопт (4)
Тогда nн=804/300=2,68;
Применяем nн=3.
Предворительно предусматриваем установку 5 насосов типа ЦНС 300-600, Имеющих в оптимальном режиме подачу Qопт =300 м3/ч, при напоре на одно колесо Нк=60 м. Напор колеса при нулевой подаче Нк0 = 66,9 м. Частота вращения n= 1500 об/мин.
Опредиляем необходимое число последовательно соединённых рабочих колёс по формуле 5:
Zкр=Нор/Нк (5)
Подставив числовые значения в формулу [5], получаем:
Zкр=528/60=8,8. Принимаем Zк=10.
Определяем оптимальный режим работы насоса:
Нопт =Zк·Нк, м; (6)
Тогда Нопт =10·60=600 м.
Окончательно предусматриваем установку 5 насосов ( 1 рабочий, 1резервный, 1 ремонтный ) типа ЦНС 300-600
Определяем напор насоса при нулевой подаче:
Н0 = Zк·Нк0, м; (7)
Тогда Н0 =10·66,9=669 м
Проверим соблюдение условия устойчивости работы насоса:
Нг≤0,95 Н0,
Тогда Нг ≤ 0,95 * 669 =636 м или 484м <636 м,
что говорит о том, что вариант приемлен для наших условий.
2.Расчёт трубопровода
Предусматриваем оборудование водоотливной установки двумя напорніми трубопроводами, закольцованніми в насосной камере в коллектор.
Приняв типовую насосную камеру, составляем схему трубопроводов
Рис.1.
Длина подводящего трубопровода ℓп=ℓ1-2=10м. В его арматуру входят приемная сетка с клапаном и одно колена. Напорный трубопровод складывается из двух участков: ℓ1н=ℓ2-3 и ℓ2н=ℓ3-7
Для уменьшения гидравлических потерь на участке ℓ2н напорного трубопровода до очистных сооружений, принимаем трубы большего диаметра, чем на участке ℓ1н
Приняв длины участков в насосной камере ℓ2-3=5 м, ℓ3-4- =35м, в наклонном трубном ходке ℓ4-5=30 и превышение трубного ходка над уровнем околоствольного двора hпр = 15 м, ℓ5-6=Нгор=480м, ℓ6-7 =200м,Длинна напорного трубопровода ℓ1н =ℓ2-3 =5м
В его арматуру входят: две задвижки, один обратный клапан, один тройник и одно колено.
Длинну участка напорного трубопровода определяем по формуле 9:
ℓ2н = ℓ 3-4 +ℓ 4-5 +Н гор-h пр +ℓ 6-7 м, (9)
Подставив числовые значения в формулу 9, получим:
ℓ2н =35+30+480-15+200=730м
Его арматура состоит из одного диффузора ,три колен и три компенсатора
Определяем оптимальный внутренний диаметр напорного трубопровода на участке ℓ1н [ 1 ] с. 129
dопт=к·0,0131 ·Qопт0,476,м (10)
где к - коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов: при двух трубопроводах к = 1, при трех к = 0,752; тогда
dопт= 1·0,0131·300=0,198 м.
По найденному значению оптимального диаметра выбираем стандартные трубы по приложению 2, предварительно определив наружный диаметр с ближайшим большим диаметром.
D=dопт+2δ ,мм. (11)
где δ-толщина стенки трубы, мм.
Принимаем трубы с наружным диаметром D=245 мм.
Толщину стенки трубы определяем по формуле ( 1 ) с. 129
δ=(100·[k1 ·D·p+(a1+a2 )·T]/(100-kc) , мм, (12) где k1 -коэффициент, учитывающий прочностные свойства материала труб (для стали 20 k1=2 ,27, для стали Ст. 3 k1= 2,52 );
D - наружный диаметр трубы, м;
р - давление в нижней части колонны труб, МПа;
a1 - скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм/
при ведении взрывных работ в шахте a1= 0,25 )
a2 -скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб,
мм/год ( при нейтральных водах а2 =0,1 );
Т - срок службы трубопровода, Т — 10 лет.
кс - коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенки (для труб обычной точности изготовления при толщине стенки до 15 мм, kc = 15 %) Принимаем материал труб сталь Ст. 3, давление у напорного патрубка насоса р = 6 МПа.
Подставляя числовые значения в формулу [11], определяем толщину стенки труб напорного трубопровода на участке:
δ=(100·[2,52 ·0,245·6+(0,25+0,1 )·10]/(100-15)=8,44, мм
Принимаем толщину стенки трубы δ-9мм.
Таким образом, для напорного трубопровода ℓ1н принимаем трубы бесшовные горячедеформированные с внутренним диаметром d1н=227 мм.
Для обеспечения большей надежности всасывания трубы подводящего трубопровода принимаем с наружным диаметром Dп = 273мм и внутренним dп=255мм.
Опредилянм диаметр трубопровода на участке ℓ2н
dопт=к· 0,0131 ·Qопт0,476
dопт=1·0,0131·2·3000,476=0,275 м
По данному значению выбираем стандартный трубопровод по приложению 2. Предварительно определив наружный диаметр
D=dопт+2δ ,мм.
принемаем трубу с наружным диаметром D=325 мм
толщину стенки опредилянм по формуле
δ= (100·[k1 ·D·p+(a1+a2 )·T]/(100-kc) , мм
δ= (100·[2,52·0,325·6(0,25+0,1)·10/(100-15)
δ=9,9 мм
По полученному значению выбираем δ=10
принимаем трубы бесшовные горячедеформированные с внутренним диаметром d2н=305мм и наружным D=325мм
Скорость воды в подводящем трубопроводе определяем по формуле [1] с. 144
vп = (4·Q)/(n·πd2n) (13)
подставляя числовые значения, получим
vп = (4·300)/(3600·3,14·0,2552)=1,63 м/с.
Скорость воды на участке ℓ1н напорного трубопровода определяем по формуле
[ 1 ] с. 144
v1н = (4·Q)/(πd21н ),м/с (14)
Подставляя числовые значения, получим:
v1н =(4·300)/(3600·3,14·0,2272)=2,06 м/с
Скорость воды на участке ℓ2н напорного трубопровода определяем по формуле 14
v2н =(4·2·300)/(3600·3,14·0,3052)=2,28 м/с
Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе определяем по формуле [ 1 ] с. 130.
λn = 0,021/dn0,3, (15)
Подставляя числовые значения, получим:
λn= 0,021/0,2550,3=0,031642
Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе определяем по той же формуле
λ1н=0,021/0,2270,3 =0,032765
Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе определяем по той же формуле
λ2н=0,021/0,3050,3 =0,029987
Коэффициенты местных сопротивлений принимаем из таблицы 2 [1 ] с. 130. Определяем суммарный коэффициент местных сопротивлений в подводящем трубопроводе:
∑ξn = ξск+3ξк, (16)
где ξск - коэффициент сопротивления приемной сетки с клапаном;
ξк - коэффициент сопротивления колена.
Тогда
∑ξn =4,6+1·0,6=5,1
Определяем суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке ℓ1н напорного трубопровода:
∑ξ1н =2ξз+ξок+ξт+ξк, (17)
где ξз - коэффициент сопротивлений задвижки;
ξо - коэффициент сопротивлений обратного клапана;
ξт - коэффициент сопротивлений тройника;
ξк, - коэффициент сопротивлений колена.
Тогда ∑ξ1н=2·0,26+10+1,5+0,6=12,62
Определяем суммарный коэффициент сопротивлений на участке ℓ2н напорного трубопровода:
∑ξ2н =ξg+3ξк, (18)
где ξg - коэффициент сопротивлений диффузора;
ξk- коэффициент сопротивлений колена.
Тогда
∑ξ2н =0,25+3·0,6=2,05
Определяем потери напора в подводящем трубопроводе:
hп=(λп·(ℓп /dп )+∑ξп)*(vn2/2g) ,м (19)
Подставляя числовые значения, получим:
hп=(0,031642·(10 /0,255 )+5,1)·(1,632/2·9,81) м
hп=0,85м
Определяем потери напора на участке ℓ1н напорного трубопровода
h1н=(λ1п*(ℓ1п /d1п )+∑ξ1п)*(v1п2/2g)м (20)
Подставляя числовые значения, получим:
h1н=(0,032765·(5/0,227)+12,62)·(2,062/2·9,81)=2,85 м
Определяем потери напора на участке ℓ2н в нагнетательном трубопроводе:
h2н=(λ2н·(ℓ2н /d2н )+∑ξн)·(vн2/2g),м (21)
Подставляя числовые значения, получим
h2н==(0,029987·(730 /0,305 )+2,05)·(2,282/2·9,81)=19,5м .
Определяем общие суммарные потери в трубопроводе;
∑h=hn +h1n +h2n , м (22)
Подставляя числовые значения, получим:
∑h=0,85+2,85+19,5=23,2 м
Принимаем ∑h=24 м
Определяем полный напор насоса:
H=Hг+∑h , м (23)
Подставляя числовые значения, получим:
Н = 484+24=508м.
Характеристику трубопровода строим в соответствии с формулой [ 1 ] с. 23
Н=Нг +R·Q2
Откуда постоянная трубопровода:
R=(H- Нг)/ Q2=∑h/ Q2=24/6002=0,000067
Следовательно, Н =484+0,000067·Q2, По этому уравнению в координатных осях Q- Н строим характеристику трубопровода по точкам, рассчитанным для следующих значений Q:
Таблица 1.
Задаваемые значения |
0 |
0,25 Q |
0,5 Q |
0,75 Q |
Q |
1,25 Q |
Q, м3/ч |
0 |
150 |
300 |
450 |
600 |
750 |
Н. м |
484 |
485 |
490 |
497 |
508 |
521 |