Расчет водоотливной установки

Курсовая работа

РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ ШАХТЫ

Исходные данные для расчета:

1. Нормальный суточный приток воды в шахту ― Q н = 5600 м3 /сут.

2. Максимальный суточный водоприток ― Q max = 14800 м3 /сут.

3. Глубина шахтного ствола ― Н ш = 480 м.

4. Длина трубопровода на поверхности ― L 1 = 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 ―  расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 1

б) по максимальному водопритоку ―  расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 2

где Т н = 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

 расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 3

где Q р ― расчетная производительность водоотливной установки по нормаль-ному суточному водопритоку, м3 /ч.

1.3. Расчетный диаметр нагнетательного трубопровода

 расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 4

1.4. Расчетный коэффициент линейных гидравлических сопротивлений трубопроводов

 расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 5

где D ррасчетный диаметр трубопроводов, м.

1.5. Геодезическая высота подъема воды на поверхность

 расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 6

где Н вс = 4÷5 м ― ориентировочная высота всасывания насосов; h п = 0,5÷2 м ― высота переподъема воды над поверхностью шахты.

7 стр., 3048 слов

Автоматизация установок очистки воды

... и мероприятия для удаления ионов трехвалентного железа из воды. Установки для очистки сточных вод предназначены для очистки сточных вод от остаточных нефтепродуктов и механических примесей и доведения ... и 19 - для ввода ингибитора коррозии в воду, перекачиваемую на КНС. Установка работает следующим образом. Сточная вода после установки подготовки нефти под избыточным давлением поступает в ...

1.6. Расчетная протяженность трубопроводов

  • 2 —

 расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 7

где L вс = 8÷12 м ― длина всасывающего трубопровода; L тх = 15÷20 м ― длина трубопровода в трубном ходке; L нк = 20÷30 м ― длина трубопровода в насосной камере водоотливной установки.

1.7. Расчетный напор насосной станции водоотлива

 расчет исходных параметров для выбора оборудования водоотливной установки 8 г

де ∑ξ р = 25÷35 ― расчетная сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений системы трубопроводов.

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Расчетное давление воды в нагнетательном трубном ставе

 расчет и выбор трубопроводов 1

где ρ = 1020÷1030 кг/м 3 ― плотность откачиваемой шахтной воды.

2.2. Минимальная по условиям прочности толщина стенки труб нагнетательного става

 расчет и выбор трубопроводов 2

где D ррасчетный 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

 расчет и выбор трубопроводов 3

где 1,18 ― коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенок труб; δ кн ― 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 δ кн = 0,20 мм/год.

2.4. Выбор труб для нагнетательного става производим по расчетным внутреннему диаметру D р = 212 мм и толщине стенки δр =12,4 мм. Для нагнетательного става принимаем трубы с внутренним диаметром D н = 217 мм и толщиной стенки δ = 14 мм (табл. 2.1―[Л-1]):

 расчет и выбор трубопроводов 4

  • 3 —

2.5. Для всасывающего трубопровода ( D вс = D н + 25 мм) принимаем трубы с внутренним диаметром D вс = 231 мм и минимальной толщиной стенки δ = 7 мм:

 расчет и выбор трубопроводов 5

2.6. Количество трубопроводов нагнетательного става. Принимаем z тр = 2 (рабочий и резервный).

3. Выбор насосов и схемы их соединения

3.1. Выбор насосов производим по расчетным расходу Q р = 280 м3 /ч и напору Н р = 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 ― Q н = 300 м3 /ч; номинальный напор ― Н н = 120÷600 м; максимальный КПД ― 0,71; частота вращения ― п = 1475 об/мин; количество ступеней ― i ст = 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 0 75 150 225 300 375
Н 1 , м 67 68 67,5 66 60 48,5
η, % 0 36 59 69 71 66
Δ h д , м 3,2 4,0 5,8

3.3. Расчетное число ступеней насоса —

Таблица  1

где Н 1 = 59 м ― напор ступени насоса при расходе, близком к расчетной производительности водоотливной установки. Принимаем i ст = 9.

3.4. Количество рабочих насосов и схема их соединения.

Принимаем z р = 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 Q pm = 740 м3 /ч. Принимаем z гр = 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

z н = z р +z гр +z хр = 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 ―

 расчет напорной характеристики внешней сети 1

б) всасывающего трубопровода ―

 расчет напорной характеристики внешней сети 2

где D н = 0,217 м и D вс = 0,231 м ― диаметры соответственно нагнетательного и всасывающего трубопроводов.

5.2. Протяженность трубопроводов: а) всасывающего ― L вс = 10 м; б) нагнетательного — L н = L рL вс = 743 – 10 = 733 м.

5.3. Суммы коэффициентов местных гидравлических сопротивлений принимают на основе следующих рекомендаций:

а) на всасывающем трубопроводе — ∑ξ вс = 3,7÷7,2;

б) на нагнетательном трубопроводе — ∑ξ н = 24÷32.

Принимаем ∑ξ вс = 5,15 и ∑ξн = 28,9.

5.6. Обобщенный коэффициент сопротивления внешней сети

 расчет напорной характеристики внешней сети 3

5.7. Расчет напорной характеристики внешней сети производим по формуле

  • 5 —

 расчет напорной характеристики внешней сети 4

где Q ― расход насоса, м3 /ч.

Результаты расчета приведены в табл. 2.

Таблица 2

Q , м3 0 75 150 225 300 375
Н с , 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 0 75 150 225 300 375
Q нс , м3 0 75 150 225 300 375
Н 1 , м 67 68 67,5 66 60 48,5
Н нс , м 603 612 607,5 594 540 436,5
Н с , м 486 490,7 495,3 507,0 523,4 544,4
η, % 0 36 59 69 71 66
Δ h д , м 3,2 4,0 5,8
Н вд , м 6,51 5,71 3,91

Примечания к таблице:

1. Производительность насосной станции определяется следующим образом

Таблица  1

где z пр ― количество рабочих насосов в параллельном соединении.

2. Напор насосной станции

Таблица  2

где i cт ― суммарное количество ступеней рабочих насосов.

3. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания насосов рассчитывается по формуле

  • 6 —

Таблица  3

где р 0 ≈ 105 Па ― атмосферное давление; р п = 2337 Па ― давление насыщенных паров воды при температуре t =20°C [12].

6.2. Графическое определение рабочего режима водоотливной установки представлено на рис. 1. Рабочий режим водоотливной установки характеризуется следующими параметрами:

1. Действительная подача насосной станции ― Таблица  4 .

2. Действительный напор Таблица  5

3. КПД при действительном рабочем режиме ― η д = 0,70.

4. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при действительном рабочем режиме Таблица  6

6.3. Проверка рабочего режима:

6.3.1 Обеспечение расчетного расхода ―

Таблица  7 Условие выполняется.

6.3.2. Обеспечение устойчивости рабочего режима —

Таблица  8 где H 0 ― напор насоса при нулевой подаче.

486 < 0,9∙603 = 542,7. Условие выполняется

6.3.3. Экономичность рабочего режима —

Таблица  9 Условие выполняется.

6.3.4. Отсутствие кавитации при работе насосов ―

Таблица  10

где v вс ― скорость воды во всасывающем трубопроводе при действительной подаче:

Таблица  11

Таблица  12

Таблица  13 Условие не выполняется.

  • 7 —

Таблица  14

Рис. П-1.2.

7. ДОПУСТИМАЯ ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВСАСЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАСОСОВ

7.1. Допустимая высота всасывания насосов

 допустимая высота всасывания и обеспечение всасывающей способности насосов 1

  • 8 —

7.2. Обеспечение необходимой всасывающей способности насосов при работе без кавитации. Так как Н всд > 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

 привод насосов и энергопотребление водоотливной установки 1

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 ηд = 0,954; Cosφ = 0,9.

8.3. Расчетное число машино-часов работы насосов в сутки:

а) при откачке нормального притока —

 привод насосов и энергопотребление водоотливной установки 2

б) при откачке максимального водопритока —

 привод насосов и энергопотребление водоотливной установки 3

8.4. Годовое потребление электроэнергии насосным оборудованием водоотливной установки

 привод насосов и энергопотребление водоотливной установки 4

где N м = 60 сут. ― количество дней в году с максимальным водопритоком; ηэс = 0,92 ÷ 0,96 ― КПД питающей электрической сети.

8.5. Удельный расход электроэнергии, отнесенный к единице объема откачиваемой воды,

 привод насосов и энергопотребление водоотливной установки 5