Расчет водоотливной установки

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Геология
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    466,88 Кб
  • Опубликовано:
    2012-11-27
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Расчет водоотливной установки

Содержание

Введение

. Расчет и выбор насоса

.1 Определение производительности насосного агрегата

.2 Ориентировочный напор насоса

.3 Выбор типоразмера насоса

. Выбор коллектора

.1 Схемы коллекторов

. Расчет диаметра трубопроводов

.1 Определение толщины стенки труб

.2 Расчет потерь напора в трубопроводе

.3 Уравнение характеристики трубопровода

.4 Параметры рабочего режима

. Проверка вакуумметрической высоты всасывания

. Мощность и выбор двигателя насоса

. Работа установки и ее экономические показатели

.1 Продолжительность работы установки

.2 Годовой расход электроэнергии и КПД установки

Заключение

Исходные данные

Высота подъема воды Нш=180м

Нормальный часовой приток воды в горные

выработки горизонта Qн=120 м3

Максимальный часовой приток воды Qmax=450 м3

Водородный показатель воды pH=7 ед

Срок службы водоотливной установки Т=10 лет

Длина трубопровода Lтр=180м

Введение

В условиях быстрого роста производительности шахт и рудников, интенсивной механизации добычи полезных ископаемых и перехода к разработке более глубоких горизонтов горные предприятия испытывают потребность в высокопроизводительном стационарном оборудовании.

Для шахтного водоотлива используют многоступенчатые секционные центробежные горизонтальные насосы типов ЦНС и МС с подачей до 800 м3/ ч и напором до 1000м.

При эксплуатации стационарных установок горных предприятий возникают условия, которые загрязняют окружающую среду. Они проявляются в виде загрязнения водоемов шахтными водами, в возникновении шума и вибраций в компрессорных, вентиляторных и насосных установках.

Одним из главных направлений по предотвращению загрязнения и истощения водных ресурсов является очистка шахтных вод и переход на замкнутые системы водоснабжения. Шум, создаваемый рудничными вентиляторами и компрессорами, как правило, превышает допустимые уровни. В настоящее время применяют три основных метода уменьшения шума: в самом источнике, на путях его распространения, архитектурно - строительными и планировочными решениями.

Для повышения эффективности работы стационарные установки необходимо выбирать на основании технико-экономических расчетов с учетом конкретных условий горного предприятия.

1. Расчет и выбор насоса

.1 Определение производительности насосного агрегата

Производительность одного насоса и рабочей группы насосов определяю расчетом из условия, что суточный максимальный приток следует откачать не более чем за 20 часов. Расчетную производительность насосного агрегата определяю по формуле:


Где  - максимальный часовой приток воды в шахту, м3


.2 Ориентировочный напор насоса

Ориентировочный напор насоса определяю по формуле:


Где Нг - геометрическая высота подъема воды из шахты, м


Значение Нг определяю как расстояние, измеренное по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до уровня слива ее в самотечный коллектор или отводящую канаву на поверхности.

Геометрическую высоты подъема воды определяю по формуле:


где =3 м- ориентировочная высота всасывания, м;

= 1 м- превышение трубопроводом уровня дневной поверхности, м;

.3 Выбор типоразмера насоса

Для водоотливных установок шахт и глубоких карьеров, как правило применяют насосы типа ЦНС.

Выбор типоразмера насоса произвожу по графику рабочих зон (1). По значениям  и  принимаю насос ЦНСК 500-160…800, характеристика которого приведена в табл.1.

Характеристика насоса ЦНСК 500-160…800 Таблица 1

Насос

Zк, ед

Qопт, м3

Нк, м

Рабочая Характеристика м3

n, ед

n, об/мин

Нв.доп При t=25 с

Нк.о, м

ЦНСК 500-160…800

2-10

500

80

380-640

0,73

1500

4,5


Необходимое число рабочих колес определяю по формуле:


где - напор, создаваемый одним рабочим колесом, м

Принимаю

Главные водоотливные установки шахт и установки в капитальных уклонах с притоком более 50 м3/ч должны оборудоватьсяне менее чем тремя насосными агрегатами: рабочим , резервным и находящемся в ремонте. При больших притоках применяются группы рабочих насосов.

Число насосов в рабочей группе определяю по формуле:


Принимаю

Число насосов в резервной группе  принимаю равному числу насосов в рабочей группе и добавляю один насос, находящийся в ремонте.

Общее количество насосных агрегатов водоотливной установки принимаю по формуле:


где -число насосов в ремонте;

- число насосов в резервной группе.


Оптимальный напор насоса нахожу по формуле:


где - число рабочих насосов, ед.;

- тоже что и в формуле (4).


Напор насоса при нулевой подаче определяю по формуле:


где - тоже что и в формуле (7).


Устойчивость режима работы оценивается выполнением условия:


Условие выполняется.

2. Выбор коллектора

.1 Схемы коллекторов

горнодобывающий водоотливной насосный трубопровод

Коллектором называется часть напорного трубопровода, обеспечивающая оперативную коммуникацию всех насосов с индивидуальными, магистральными и технологическими трубопроводами установки. Схема коллектора должна обеспечивать необходимый уровень надежности работы насосной установки и полностью отвечать требованиям ПБ. Схема коллектора установки в первую очередь зависит от числа напорных трубопроводов и насосных агрегатов. Чем их больше, тем сложнее требуется коллектор.

Применяю трехтрубный коллектор, т.к выполняется условие:


Таблица 2Расход трубопроводной арматуры в коллекторах

ny

nт

За

Тр

От

Зн

Рд

Пд

1

1

1

3

2

5

1

0


ny- число насосных агрегатов в установке, За- задвижка с автоматическим приводом, Тр- тройник, От- отвод, Зн- задвижка с ручным приводом, Рд- расходометр, Пд- переход( диффузор).

3. Расчет диаметра трубопроводов

При расчете трубопровода водоотливной установки необходимо выбрать оборудование для всасывающего и нагнетательного трубопроводов и определить их длину из общей протяженности трубопровода. Принятая схема трубопровода представлена на рис.

Рисунок 1. Схема коллектора насосной установки

-индивидуальный напорный трубопровод, 2 -тройник для подключения насоса, 3-байпас для сброса воды из коллектора, 4- магистральный трубопровод.

Длина подводящего или всасывающего трубопровода lвс (м) равна сумме длин: приемной сетки с клапаном, трех колен, расходометра и тройника. Длина напорного трубопровода lнаг (м) равна разнице длин общего Lтр (м) и всасывающего lвс (м) трубопроводов. В арматуру напорного трубопровода lнаг входят: одна задвижка, один обратный клапан, один тройник и заданное количество колен заданием курсового проекта.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода на участке lнаг определяю по формуле:


где - коэффициент зависящий от числа напорных трубопроводов.


Наружный диаметр трубы принимаю равный Dн=0,194м = 194мм

Для уменьшения гидравлических сопротивлений диаметр всасывающего трубопровода dвс (мм) принимаю больше расчетного значения , на 25…50 мм.


.1 Определение толщины стенки труб

Толщина стенки напорного трубопровода определяется из условия прочности по максимальному давлению воды с учетом его срока службы и интенсивности износа внутренней и наружной поверхностей.



где =1020 кг/м3- плотность воды; =9,81 м/с2- ускорение свободного падения; - напор, создаваемый одним насосом при откачке минимального притока, м.


Расчетную толщину стенки труб определяю из условия:


где - коэффициент, учитывающий прочностные свойства материала труб;

- наружный диаметр трубы, м;

- давление в нижней части трубы, МПа;

- скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм/год;

- скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год; Т- срок службы трубопровода, лет

- коэффициент, учитывающий минусовой допуск толщины стенки.


Толщина стенок труб может быть переменной по длине трубопровода, возрастая с увеличением давления а направлении от поверхности к насосу.

Для расчетного расхода скорость воды определяю по формуле:

Для всасывающего трубопровода


где  - нормальный приток, м3; - диаметр всасывающего трубопровода, м.


Для напорного трубопровода


где -тоже что и в формуле (15)

- диаметр нагнетательного трубопровода, м;


Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе определяю по формуле:

Для всасывающего трубопровода


где - тоже что и в формуле (15).


Для напорного трубопровода


где  -тоже что и в формуле (16).


.2 Расчет потерь напора в трубопроводе

Для определения потерь напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах использую формулу Дарси- Вейсбаха:

Для всасывающего трубопровода


где - коэффициент гидравлического трения по длине всасывающего трубопровода;

- суммарная длина прямолинейных участков всасывающего трубопровода;

- суммарное количество местных сопротивлений всасывающего трубопровода;

- скорость движения воды во всасывающем трубопроводе.


Для напорного трубопровода

где - коэффициент гидравлического трения по длине напорного трубопровода; - суммарная длина прямолинейных участков напорного трубопровода; - суммарное количество местных сопротивлений напорного трубопровода; - скорость движения воды во напорного трубопроводе.


.3 Уравнение характеристики трубопровода

Для водоотливных установок горнодобывающих предприятий уравнение характеристики трубопровода имеет вид:


где R- постоянная трубопровода.


Для построения характеристики трубопровода необходимо протабулировать уравнение (22) от 0 до 1,4Q с шагом 0,2Q и записать данные в таблицу. Координаты (Hр; Qр) точки, где пересекаются характеристики насоса и характеристики трубопровода, являются параметрами рабочего режима насосной установки.

Таблица 3 Результаты табулирования уравнения характеристики

Параметр

1

2

3

4

5

6

7

8

Q, м3

0

108

216

324

456

540

648

756

184

218,4

323,9

498,9

553,9

628,9

718,9

800

4. Проверка вакуумметрической высоты всасывания

Геометрическая высоты всасывания принята hг= 3 м.

Действительную высоту всасывания определяю по формуле:


где - высота всасывания, м.


Допустимую высота всасывания беру из условия:


Условие выполняется.

5. Мощность и выбор двигателя насоса

Для обеспечения надежной работы насосного агрегата в длительном режиме, но не более 20 часов в сутки, следует определить мощность при возможной наибольшей производительности насоса в данных условиях.

Расчетную мощность двигателя определяю по формуле:


где - КПД электродвигателя;

 - КПД насосной установки.


Номинальную мощность двигателя, определяю по формуле:


Принимаю электродвигатель ДАП-14-69-4; техническая характеристика которого представлена в таблице 4.

Техническая характеристика двигателя ДАП-14-69-4 Таблица 4

Двигатель

Мощность, кВт

Напряжение, В

n, об/мин

КПД,%

cosu

Mmax/Mnom

ДАП-14-69-4МУХЛ4

2000

6000

1500

96

0,86

2,2


После выбора электродвигателя проверяю запас мощности:


где -номинальная мощность двигателя, кВт;

- расчетная мощность двигателя, кВт.


Условие выполняется.

6. Работа установки и ее экономические показатели

.1 Продолжительность работы установки

Продолжительность работы насоса для откачивания нормального притока, определяю по формуле:


где - производительность насоса в рабочем режиме, м3/ч.


Продолжительность работы насоса для откачивания максимального притока, определяю по формуле:


где - производительность насоса в рабочем режиме, м3/ч.


.2 Годовой расход электроэнергии и КПД установки

Годовой расход электроэнергии водоотливной установки определяю по формуле:


где - производительность насоса в рабочем режиме, м3/ч;

- напор насоса в рабочем режиме, м;

- продолжительность работы для откачивания нормального притока, ч;

 - число дней в году с нормальным притоком, сут;

- продолжительность работы для откачивания максимального притока, ч;

- число дней в году с максимальным притоком, сут.

- КПД насоса;

- ЕПД электрической сети.


Годовой приток воды определяю по формуле:


где - тоже что и в формуле (27)

- тоже что и в формуле (29)

- тоже что и в формуле (28)

- тоже что и в формуле (29)

Удельный расход электроэнергии на 1 м3, определяю по формуле:


где - годовой расход электроэнергии водоотливной установки, кВт;

- годовой приток воды, м3.


Режим работы насосной установки считается экономичным, если на стадии проектирования выполняются оба условия:


где - коэффициент полезного действия насосной установки, ед;

- максимальный коэффициент полезного действия насосной установки, ед.


где - тоже что и в формуле, - тоже что и в формуле (30)

- тоже что и в формуле (30)


Условие выполняется.

Заключение

В ходе курсового проектирования был произведен расчет водоотливной установки исходя из заданных условий. В качестве насосного агрегата был выбран насос ЦНСК 500-160…800 и двигатель ДАП-14-69-4МУХЛ4 и представлены их технические характеристики.

После чего сделал детальный расчет параметров водоотливной установки и определил ее основные показатели.

Произвел расчет экономических показателей работы водоотливной установки.

Похожие работы на - Расчет водоотливной установки

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!