Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.2. Расчет параметров гидроэлеватора

Для взаимосвязи параметров гидроэлеваторной установки, подающей шламовые смеси через напорные трубопроводы рабочих насосов на дневную поверхность, необходимо прежде всего обоснование общей подачи гидроэлеватора, состоящей, как известно, из подачи насоса missing image file, создающего струю, поступающую в камеру смешения гидроэлеватора через сопло, и подачи шламовых смесей из отстойника водосборника missing image file.

Так как расчет оптимальных параметров напорных трубопроводов рабочих насосов насосных станций главных водоотливных установок ведется по номинальной подаче рабочих насосов missing image file, то очевидно, что и общая подача гидроэлеваторной установки должна быть соизмерима с этой величиной или равной ей. В условиях нашей задачи примем общую подачу гидроэлеватора:

missing image file (5.5)

где missing image file – подача, поступающая в приемную камеру гидроэлеватора из шламосборника (отстойника водосборника водоотливной установки), м3/с;

missing image fileм3/с.

Примем следующие допущения:

- плотность жидкости выходящей из гидроэлеватора и подаваемой дополнительным центробежным, секционным насосом, считаем одинаковой (расчет в первом приближении);

- камеру смешения принимаем цилиндрической формы;

- силы трения между жидкостью и стенками камеры не учитываются.

С учетом этих условий и допущений найдем соотношения, определяющие рациональные параметры гидроэлеваторной установки рудничной водоотливной станции. Рассмотрим параметры камеры смешения (площадь missing image file, длина missing image file). Так как именно в ней происходит преобразование энергии жидкости, то она является основным элементом гидроэлеваторной установки.

1. Расчет площади сечения сопла missing image file:

missing image file (5.6)

где missing image file – коэффициент расхода, missing image file = 0,95.

missing image file и missing image file – подача и напор струйного насоса.

missing image file (5.7)

missing image file

Принимаем missing image file

missing image file

Так как missing image file то

missing image file (5.8)

missing image file

Принимаем missing image file= 22 мм.

missing image file

Принимаем missing image file = 20 мм.

5.2.1. Расчет параметров камеры смешения
(в первом приближении)

С учетом принятой формы поперечного сечения камеры смешения её диаметр missing image file выразится следующим образом:

missing image file (5.9)

где missing image file – геометрический параметр гидроэлеватора;

missing image file = 4 рациональное значение для наших условий;

missing image file – перепад напора в камере смешения гидроэлеватора равен ориентировочному напору для подъема шламовых смесей по напорному ставу missing image file, м;

missing image file (5.10)

missing image file

missing image file

принимаем missing image file = 36 мм.

missing image file

принимаем missing image file = 34 мм.

Площадь сечения камеры смешения:

missing image file (5.11)

missing image file

missing image file

5.2.2. Расчет геометрических параметров гидроэлеватора

Определяем рациональное отношение сечений:

missing image file

missing image file

Исходя из этого подбираем значения коэффициента инжекции

missing image file = 3,17…3,2 [132].

Находим длину свободной струи:

missing image file

missing image file (5.12)

принимаем missing image file = 110 мм;

missing image file

принимаем missing image file = 100 мм,

где missing image file – значение опытной константы свободной струи для водоструйных насосов, по missing image file = 0,16 [132].

Диаметр свободной струи на расстоянии 115 и 110 мм от выходного сечения рабочего сопла:

missing image file(5.13)

missing image file

missing image file

Поскольку missing image file смешения насоса гор. 640 м и 340 м missing image file < missing image file, то входной участок камер смешения должен быть выполнен в виде конического перехода от missing image file = 135,4 до missing image file = 35,9 мм, и от missing image file = 126,7 до missing image file = 33,4 мм (см. рис. 5.2).

аmissing image file

б missing image file


Рис. 5.2. Схемы гидроэлеваторов при подъеме шламов:
а – Н = 340 м гор. 340 м; б – Н = 300 м гор. 640 м

При угле разворота конуса 90° длина входного участка камеры смешения равна:

missing image file (5.14)

missing image file

принимаем missing image file = 50 мм;

missing image file

принимаем missing image file = 46 мм.

Расстояние от входного сечения рабочего сопла до входного сечения цилиндрической камеры смешения

missing image file

missing image file

Длина цилиндрической камеры смешения равна

missing image file (5.15)

missing image file

missing image file

Длина диффузора определяется исходя из угла разворота 8° по формуле

missing image file (5.16)

missing image file

missing image file

где missing image file – диаметры выходного сечения диффузора и нагнетательного трубопровода равны, мм.

5.2.3. Определение параметров трубопроводов

Нагнетательный трубопровод

Определим параметры трубопровода на участке от дополнительного насоса до гидроэлеватора по гор. 640 и 340 м УзПР.

Внутренний диаметр нагнетательного трубопровода dн

missing image file (5.17)

где missing image file – номинальная подача насоса, м3/с;

missing image file = 1,5 – 2,5, скорость движения воды в нагнетательном ставе, м/с.

missing image file

Принимаем предварительно стандартный трубопровод:

Параметр, мм

Гор. 640 м

Гор. 340 м

Внутренний диаметр

195

195

Наружный диаметр

219

219

Толщина стенки

12

12

Определяем фактическую скорость движения воды в ставе, м/с:

missing image file (5.18)

missing image file

Толщина стенки трубопровода определяется его прочностью и давлением воды в ставе и рассчитывается по формуле

missing image file (5.19)

где missing image file – расчетное давление в трубопроводе, МПа, определяется расчетным давлением при испытании трубопровода

missing image file (5.20)

где missing image file – рабочее давление в трубопроводе, МПа;

missing image file = 1030 кг/м3 – плотность шахтной воды;

missing image file = 9,81 м/с2;

missing image file – допускаемое напряжение металла трубопровода, МПа,

missing image file (5.21)

где missing image file – временное сопротивление разрыву материала, МПа.

Принимаем для трубопровода марку стали Ст 5сп, missing image file=500 МПа,

missing image file

missing image file – поправка на коррозию (missing image file = 1 – 2 мм).

missing image file

missing image file

missing image file

missing image file

missing image file

missing image file

Окончательно принимаем стандартный трубопровод:

Параметр, мм

Гор. 640 м

Гор. 340 м

Внутренний диаметр

195

215

Наружный диаметр

219

245

Толщина стенки

12

15

Всасывающий трубопровод

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода missing image file определяется по формуле (5.17), где missing image file – скорость движения воды во всасывающем ставе, missing image file=1 – 1,5 м/с.

missing image file

Принимаем стандартный трубопровод:

Параметр, мм

Гор. 640 м

Гор. 340 м

Внутренний диаметр

249

249

Наружный диаметр

273

273

Толщина стенки

12

12

Определяется фактическая скорость движения воды в ставе

missing image file

Нагнетательный трубопровод

Параметр, мм

Гор. 640 м

Внутренний диаметр

200

Наружный диаметр

219

Толщина стенки

9,5

Определяем фактическую скорость движения воды в ставе:

missing image file

Толщина стенки трубопровода определяется его прочностью и давлением воды в ставе и рассчитывается по формуле

missing image file (5.22)

где missing image file – расчетное давление в трубопроводе, МПа, определяется расчетным давлением при испытании трубопровода:

missing image file

где missing image file – рабочее давление в трубопроводе, МПа;

missing image file = 1050 кг/м3 – плотность шахтной воды;

missing image file = 9,81 м/с2;

missing image file – допускаемое напряжение металла на растяжение трубопровода, МПа

missing image file

где missing image file – временное сопротивление разрыву материала, МПа.

Принимаем для трубопровода марку стали Ст 5сп, у которой

missing image file=500 МПа, получаем:

missing image file

а1 – поправка на коррозию (а1 = 1 – 2 мм).

missing image file

missing image file

missing image file

Принимаем стандартный трубопровод для гор. 640 м:

Внутренний диаметр 200 мм;

Наружный диаметр 219 мм;

Толщина стенки 9,5 мм.

missing image file

missing image file

missing image file

Принимаем стандартный трубопровод для гор. 340 м:

Внутренний диаметр 200 мм;

Наружный диаметр 219 мм;

Толщина стенки 9,5 мм.

Всасывающий трубопровод

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода missing image file определяется

где missing image file – скорость движения воды во всасывающем ставе 1 – 1,5 м/с.

missing image file

Принимаем трубопровод:

Внутренний диаметр 205 мм;

Наружный диаметр 219 мм;

Толщина стенки 7 мм.

Определяется фактическая скорость движения воды в ставе

missing image file

На основании схемы разводки трубопровода и полученных значений диаметров и скоростей определяем потери напора соответственно для всасывающего missing image file и нагнетательного missing image file участков:

- приемная сетка и приемный клапан (1), missing image file = 2,5;

- колено угловое 90° (3), missing image file = 1,129;

- колено (закругленное missing image file = 0,4) 90° (1), missing image file = 0,14;

- колено 45° (2), missing image file = 0,236;

- задвижка (2), missing image file = 0,1;

- обратный клапан (2), missing image file = 3,2;

- тройник с поворотом потока (1), missing image file = 1,5;

- тройник без поворота потока (2), missing image file = 1.

Потери в нагнетательном трубопроводе missing image file от гидроэлеватора до нагнетательного трубопровода рабочих насосов определяются по формуле

missing image file (5.23)

где missing image file – количество однотипных фасонных частей трубопровода;

missing image file – коэффициент сопротивления i-й фасонной части;

missing image file – коэффициент гидравлического трения, для условий в шахте 0,03;

missing image file – фактическая длина нагнетательного трубопровода, L = 100 м;

missing image file – внутренний диаметр нагнетательного трубопровода, м;

1 – при турбулентном режиме работы ГЭ;

missing image file – скорость воды во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, м/с.

missing image file (5.24)

missing image file

missing image file (5.25)

missing image file

Потери в нагнетательном и всасывающем трубопроводах от дополнительного насоса до гидроэлеватора missing image file.

missing image file

missing image file

Потери в нагнетательном трубопроводе рабочих насосов:

missing image file

missing image file

Минимально необходимый действительный напор насоса Нм:

missing image file(5.26)

missing image file

missing image file

5.2.4. Расчет характеристики сети и определение фактического режима работы насосной установки

Уравнение характеристики сети трубопровода насоса

missing image file (5.27)

где missing image file – суммарный коэффициент сопротивления сети трубопровода.

Суммарный коэффициент сопротивления сети трубопровода:

missing image file (5.28)

missing image file

missing image file

Определив missing image file и задаваясь различными значениями подачи насоса missing image file от 0 до 1,25 missing image file с интервалом (0,1…0,2) missing image file, заполним табл. 5.2., 5.3.

Таблица 5.2

Данные для построения характеристик трубопроводов гор. 640 м

Q

0,1Q

0,2Q

0,3Q

0,4Q

0,5Q

0,8Q

0,9Q

Q

1,1Q

1,2Q

1,25Q

18

36

54

72

90

144

162

180

198

216

225

H

1287,7

1288,6

1290

1292

1294,6

1305,7

1310,5

1316

1321,9

1328,5

1332

Таблица 5.3

Данные для построения характеристик трубопроводов гор. 340 м

Q

0,1Q

0,2Q

0,3Q

0,4Q

0,5Q

0,8Q

0,9Q

Q

1,1Q

1,2Q

1,25 Q

18

36

54

72

90

144

162

180

198

216

225

Н

1570,8

1288,6

1290

1292

1294,6

1305,7

1310,5

1316

1321,9

1328,5

1332

Строим характеристику сети на характеристике насоса. Точка пересечения характеристики насоса с характеристикой внешней сети определяет фактический режим работы насоса.

Наложив характеристику сети (рис. 5.3) трубопроводов на характеристику насоса, определяем фактический режим работы насоса при нормальном притоке с параметрами missing image file = 175 м3/ч, missing image file = 1300 м, missing image file=70 %.

missing image file

Рис. 5.3. Построение рабочей точки насоса

5.2.5. Фактический кавитационный запас системы

С целью обеспечения бескавитационной работы допускаемый кавитационный запас насоса missing image file должен быть меньше или равен кавитационному запасу системы missing image file, в которую он устанавливается:

missing image file (5.29)

Кавитационный запас системы missing image file определяется по формуле

missing image file (5.30)

где missing image file – абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в емкости, из которой ведется откачивание, Па, missing image file = missing image file = 101 кПа;

missing image file – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре, Па, по таблице при температуре 10 0С давление насыщенного пара missing image file = 880 Па;

missing image file – расстояние по вертикали от оси вала до уровня жидкости в исходной емкости, м (знак «+» – при емкости ниже оси вала насоса и «-» – выше оси), оно равно высоте всасывания missing image file = 1,5 м;

missing image file – потери напора при входе в насос в режиме его номинальной подачи, м;

missing image file (5.31)

где missing image file – критерий кавитационного подобия насоса, характеризующий стойкость к кавитационным явлениям; missing image file = 800 – 1000.

missing image file

missing image file

5.2.6. Расчет мощности и выбор электродвигателя

Определим мощность двигателя, Вт:

missing image file (5.32)

где missing image file = 1,1 – коэффициент запаса мощности для высоковольтных электродвигателей.

missing image file

С учетом требуемой мощности missing image file =1003,4 кВт и паспортной частоты вращения вала насоса n = 3000 мин-1 выбираем асинхронный электродвигатель типа АЗМ-l25О/6-2УХЛ4 со следующими техническими характеристиками:

Мощность, кВт

1250

Напряжение, В

6000

Частота вращения, мин-1

3000

КПД, %

96,5

Масса, кг

4595

Общий вид принятого электродвигателя представлен на рис. 5.4.

missing image file

Рис. 5.4. Общий вид электродвигателя АЗМ-1250/6-2УХЛ4


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074