книги / Стационарные установки шахт

В этом случае расчетная длина будет состав­ лять 79% от фактической. Если dy = 100 мм, £<ф = 97 мм, то Ad — —3 мм;

*“ 1+5.3-155-^1,16.

т.е. расчетная длина будет составлять 116% от фактической. Поправку на несоответствие диа­ метров нельзя игнорировать при расчете, в про­ тивном случае возможны большие ошибки при определении потерь напора.

Общее сопротивление трубопровода по при­ нятой расчетной схеме состоит из трех частей:

CL = - |- #2 “h Я3.

Значение коэффициента гидравлического тре­ ния было принято по формуле проф. Шевелева для труб, бывших некоторое время в эксплуа­ тации,

1 _ А 021

Окончательно характеристика трубопровода в общем виде может быть представлена форму­ лой

Я — я г -f- (^дл l^pi ”Ъ Адл г(р2 “Ь Адл з^рз “Ь

По мощности и скорости вращения, указы­ ваемой на характеристике насоса, выбирают электродвигатель.

14. Определяется время работы агрегатов в сутки при откачке нормального и максималь­ ного притоков:

15. Находится годовой расход электроэнер­

1,05уЯРаб кВт-ч/м3.

3600102'Праб'Пдв'Пс ’

Пример расчета водоотливной установки

* В ел и ч и н у у м н о ж и т ь на 1 0 -'

насоса по этим данным строится характеристика трубопровода. Точка пересечения напорных характеристик насоса и трубопровода опреде­ ляет рабочий режим. При этом следует соблю­ дать одинаковый масштаб для обеих характери­ стик и, кроме того, необходимо, чтобы Qpa6 на­ ходилась в пределах рабочей зоны насоса.

12.Проверяется установка на допустимую

высоту всасывания, для чего подсчитывается по формуле

Яв = я вс 4" Идл î^pi 4 е Д а S i £ + l) Q*12-

По характеристике насоса определяется до­ пустимая вакуумметрическая высота всасыва­ ния #л°п ПрИ Qpa6. Для избежания кавитации

необходимо обеспечить условие

я в < # ? оп.

Если последнее условие не выполняется, то необходимо (если допускает компановка агре­ гатов) уменьшить геометрическую высоту вса­ сывания, можно также увеличить диаметр под­ водящего трубопровода (в этом случае умень­ шаются Лдл и Лм). В некоторых случаях при малой Н*оп рекомендуется применение под­

качивающих насосов.

и Я' = 526 м. Эта точка попадает в рабочую зону двух на­ сосов — 8МС-7 и ЦНСК-500. Для данных условий больше подходит насос 8МС-7.

5. По индивидуальной характеристике насоса 8МС-7 (см. рис. 2.2) определяем его основные параметры

Qu = 300 м3/ч; Як = 60 м; Як0 = 67 м; % = 0,72.

6. Число рабочих колес насос

Принимаем насос с девятью рабочими колесами, т. е.

2=9.

7. Напор насоса при нулевой подаче

Я 0 = гЯок = 9-67 = 603 м.

8. Проверяем выбранный насос на наличие рабочего режима и устойчивость, т. е. на соблюдение условий Я г<

п= 2 — для типовой схемы Южгипрошахта: три на­ соса, два трубопровода;

(ГОСТ 8732—70), выбираем нагнетательный трубопровод со следующими параметрами: диаметр условного прохода dy = 250 мм, фактический внутренний диаметр йф = = 257 мм, толщина стенки S = 8 мм.

Трубный коллектор и арматура внутри камеры прини­ мается с диаметром условного прохода dy = 200 мм, под­

большой длины подводящего трубопровода поправка на несоответствие фактического диаметра условному про­ ходу не производится.

Местные сопротивления по схеме и табл. 2.3 коэффи­ циентов местных сопротивлений будут: клапан приемный с сеткой — 3,7; колено с закруглением — 0,6X2 = 1,2;

переход (конфузор) 300/200 — 0,1. Откуда

1р3 = «сэ = ( l - 5 . 3 2| ô ) 520 = 443 м.

Сопротивление III участка трубопровода с учетом при­ бавки 10% на местные сопротивления

Û3 = 1,М ДЛ 8/р3 = 1,1-0,2078-443-10-6 =

= 101,50-10-6 ч2/мб.

наносим характеристику трубопровода. Чтобы не пере­ черчивать характеристику насоса для девяти рабочих колес, в скобках проставлен новый масштаб для кривой напора. Можно поступить иначе: данные последней ко­ лонки разделить на девять и- наносить на индивидуальную характеристику насоса. Точка пересечения характеристики трубопровода с характеристикой насоса А определяет ра­

малой длины трубопровода поправка на несоответствие фактического диаметра условному проходу не произво­ дится.

да = Лдл а/са "Ь ^м2 Е &а =

= (0,67087-15 + 3,9847-15,92) 10"? = 73,61 - 10*в ча/м5.

12. Определяем действительную вакуумметр ическую

+ [0,079066-18 + 0,7871 (5 + 1)] 10“в-318а = 4,2 м.

Так как по характеристике насоса допустимая вакуум­ метрическая высота при подаче 318 м^/ч составляет Я£оп =» = 4,3 м, то по условиям всасывания режим соблюдается Н\ < Я*оп.

13. Потребная мощность двигателя

ного и максимального притоков:

15. Годовой расход электроэнергии на водоотлив

Æ- ' « S S S S . . <3Mr- + w r“) -

1,05.1000-318-5fr-

•(305.15,1 + 6 0 .2 4 ,6 ) =

~ 3600.102.0,71.0,954.0,95

= 4 522 000 кВт-ч.

16. Расход электроэнергии на I м? откачанной воды

секционные насосы в горизонтальном испол­ нении, имеющие электропривод с синхронной частотой вращения 1500 и 3000 об/мин. К пер­ вой группе относятся насосы ЦНС 180-85...425, ЦНСК 180-85...425, ЦНС 300-120... 600, 8МСК-7, ЦНСК-500-160.. .800 и 12МС-7 с коэф­ фициентом быстроходности 60—70. Ко второй группе относятся насосы ЦНС 105-98...490, ЦНС 180-476...680, ЦНС 300-700... 1000, ЦНС 180-500...900, ЦНС 300-780... 1300 с коэффи­ циентом быстроходности 90— 100.

По ГОСТ 10407—70 в обозначения типораз­ меров насосов входят: начальные буквы — наименование насоса — ЦНС (центробежный насос секционный), цифры после букв — номи­ нальная подача насоса (м3/ч), цифры после черточки — напор в расчетном режиме (м) при минимальном и максимальном числе ступеней. Буква К после ЦНС означает, что насос пред­

(т. е. кислотоупорный). В обозначении насосов серии МС первая цифра — диаметр входного патрубка (мм), уменьшенный в 25 раз и округ­ ленный, МС — многоступенчатый, секционный, К — кислотоупорный, цифра после тире — коэффициент быстроходности, уменьшенный

в10 раз и округленный.

Благодаря тому, что корпуса насосов со­

стоят из отдельных секций, имеется возмож­ ность, не меняя подачи, изменить напор путем установки нужного числа рабочих колес и на­ правляющих аппаратов. При этом меняются только длины вала, стяжных шпилек и обвод­ ной трубы.

Насосы главного водоотлива работают в до­ вольно благоприятных условиях. Как пра­ вило, их устанавливают в специальных хорошо оборудованных камерах на бетонных фунда­ ментах. Это обеспечивает качественную цен­ тровку насоса с приводным двигателем и вы­ сокую устойчивость насосных агрегатов. На­ сосы откачивают воду из водосборников, в ко­ торых осуществляется осветление шахтной воды. Благодаря этому содержание взвешен­ ных в воде частиц невелико — в среднем 100— 120 мг/л и лишь в отдельных случаях,- когда водосборники выполнены с нарушением прин­ ципов осветления, достигает 5000—6000 мг/л.

Насосы обслуживаются квалифицированным персоналом отдела главного механика. При монтаже насосов предусматриваются устрой­ ства их защиты от гидравлических ударов. Большое количество насосов главного водоот­ лива работает при автоматическом управлении ими; внедряются приборы для контроля режи­ мов работы насосов.

Описанные условия эксплуатации насосов главного водоотлива способствуют повышению надежности их работы.

Насосы ЦНС 180-85...425, ЦНСК 180-85...425, ЦНС 300-120...600 и 8МСК-7

В соответствии с ТУ 24-8-650-72 насосы ЦНС 180-85...425 и ЦНС 300-120...600 предназначены для перекачивания нейтральной воды с тем­ пературой не более 60° С и содержанием меха­ нических примесей до 0,2% по массе при раз­ мерах твердых частиц не более 0,2 мм. Допу­ скается величина твердых частиц до 2 мм в ко­ личестве до 15% от содержания механических примесей.

Насосы ЦНСК 180-85...425 и 8МСК-7 пред­ назначены для’ перекачивания кислотных вбд (pH < 7) с содержанием серной кислоты ,до 0,5% и температурой не выше 40° С. Соде{5$а-

ние механических примесей не должно превы­ шать 0,1% по массе, размеры твердых частиц должны быть не более 0,1 мм.

При эксплуатации в условиях угольных шахт насосы успешно работают на воде, отличаю­ щейся существенно большими содержанием и размерами твердых частиц, чем это обусло­ влено ТУ.

Насосы ЦНС 180-85...425 и ЦНСК 18085...425 рекомендуются к использованию на водоотливе шахт с нормальным притоком 85— 145 м3/ч, а насосы ЦНС 300—120...600 и 8МСК-7 — с нормальным притоком 145— 250 м3/ч.

Насосы выпускаются с числом ступеней от 2 до 10. Технические характеристики насосов и их размеры (рис. 2.5), зависящие от числа ра­ бочих колес, приведены в табл. 2.5, а не зави­ сящие от числа рабочих колес — в табл. 2.6.

Присоединительные параметры насосов даны в табл. 2.7.

На рис. 2.6—2.8 приведены характеристики насосов на одну ступень.

Характеристики насосов на любое число сту­ пеней могут быть получены графическим спо­ собом. К- п. д. двухступенчатого и многоступен­ чатого насосов отличаются незначительно (на 1—2%), что объясняется меньшим влиянием потерь на трение в подшипниках и сальниках, а также некоторой неидентичностью в проточ­ ной части первой и последующих ступеней.

Каждая точка кривой напора (и мощности) многоступенчатого насоса определяется абсцис­ сой, равной подаче одной ступени, и ординатой, равной напору на ступень (и мощности), умно­ женному на число ступеней. Соединяя найден­ ные таким образом точки плавной кривой, по­ лучают характеристику насоса.

Насосы ЦНС 180-85...425 и ЦНС 300-120...600 (рис. 2.9) имеют одинаковую конструкцию. Детали корпуса: направляющие аппараты 7, корпуса направляющих аппаратов 9, крышки всасывания 13 и нагнетания 6, кронштейны передний 17 и задний 1 изготовлены из чугуна, секции стянуты шпильками 14, стыки секций уплотнены резиновыми шнурами 12 диаметром 10 и 6 мм. На валу 2 посажены и прижаты гай­ кой 3 к заплечику вала рабочие колеса В из чугуна СЧ 21-40, упорное кольцо 16, защитная рубашка 15, дистанционная втулка 5, гидрав­ лическая пята 4.

Слабая затяжка гайки вала приводит к бы­ строму износу деталей разгрузочного устрой­ ства, а также уплотнений и рабочих колес вследствие смещения ротора в сторону всасы­ вания.

л;/гВт

Рис. 2.6. Характеристики насосов ЦНС 180-85...425 и ЦНСК 180-85...425

Таблица 2.5

Н асосы

ЦНС 180-85 ЦНСК 180-85

ЦНС 180-128 ЦНСК 180-128

ЦНС 180-170 ЦНСК 180-170

ННС 180-212 ЦНСК 180-212

ЦНС 180-255 ЦНСК 180-255

ЦНС 180-297 ЦНСК 180-297

ЦНС 180-340 ЦНСК 180-340

ЦНС 180-383 ЦНСК 180-383

ЦНС 180-425 ЦНСК 180-425

ЦНС 300-120 8МСК-7Х2

ЦНС 300-180 8МСК-7ХЗ

ЦНС 300-240 8МСК-7Х 4

ЦНС 300-300 8МСК-7Х 5

ЦНС 300-360 8МСК-7Х6

ЦНС 300-420 8МСК-7Х7

ЦНС 300-480 8МСК-7Х8

ЦНС 300-540 8МСК-7Х 9

ЦНС 300-600 8МСК-7Х 10

Таблица 2.6

Н асосы

ЦНС 180-85... 425

ЦНСК 180-85...425

ЦНС 300-120...600

8МСК-7

Рис. 2.9. Насосы ЦНС 180-85...425 и ЦНС 300-120...000

Внутренние поверхности уплотняющих ко­ лец и пояски рабочих колес закалены до твер­ дости соответственно HRC 30...35 и HRC

35...45.

Насосы приводятся во вращение электродви­

гателем через упругую втулочно-пальцевую муфту. Направление вращения — правое, по часовой стрелке со стороны электродвигателя. Полумуфта 20 на валу насоса посажена по на­

пряженной посадке до упора в заплечик вала. Для безопасности обслуживающего персонала муфта защищена кожухом. Работа без кожуха

запрещается.

Для уравновешивания осевого усилия, дей­ ствующего на ротор в сторону всасывания, применяется гидравлическое разгрузочное устройство (рис. 2.10). С целью повышения из­ носостойкости гидропята У, изготовленная из стали Ст. 5, снабжена кольцом 3 из стали 4X13. Кроме того, кольца гидропяты, разгрузки 4 и дистанционная втулка 6 закалены до твер­ дости HRC 40...45, а втулка разгрузки 5 за­

калена до твердости HRC 30...35. Гидравлическое разгрузочное устройство

автоматически обеспечивает равновесие ротора при всех режимах работы насосов. Принцип его действия заключается в следующем: при работе насоса часть перекачиваемой воды из задней пазухи последнего колеса поступает в щель между дистанционной втулкой и втул­ кой разгрузки и далее в разгрузочную камеру; давление воды на кольцо и диск гидропяты за­

ставляет смещаться скрепленный с ними ротор

всторону нагнетания; при перемещении ротора

всторону нагнетания зазор между кольцами гидропяты и разгрузки увеличивается и давле­ ние в разгрузочной камере падает до тех пор, пока усилие, создаваемое им, не уравновеши­ вается осевым усилием, действующим в сто­ рону нагнетания; увеличение осевого усилия вследствие изменения режима или износа уплот-

Таблица 2.7

Гидрозатвор насосов питается водой, выходя­ щей из разгрузочного устройства. Для этого во вставке заднего кронштейна и в крышке всасывания имеются отверстия, соединяемые обводной трубой.

Гидропята не имеет кольца и изготовлена из кислотоупорного износостойкого материала (сталь 0Х18Н10Т). Корпусные детали, сопри­ касающиеся с агрессивной водой, и рабочие ко­ леса изготовлены из стали 1Х18Н4Г5Д, крон­ штейны — из чугуна СЧ 21—40, вал — из стали 0Х18Н10Т.

Уплотняющие кольца и втулки гидрозатвора

3826С МРТУ 38-5-1166-64. Те же детали в на­ сосе 8МСК-7 изготовлены из прессматериала АГ-4-В. Дистанционная втулка, рубашка вала и втулка разгрузки для обоих насосов изготов­ ляются из кислотоупорной стали 0Х18Н10Т.

Направляющие аппараты насоса 8МСК-7 не имеют особых корпусов, а передние уплотняю­ щие кольца размещены в расточках вставок направляющих аппаратов.

Насосы изготовляются серийно Ясногор­ ским машиностроительным заводом и постав­ ляются по требованию заказчика в комплекте с электродвигателем на раме.

Энергетические показатели насосов соответ­ ствуют техническим условиям. Насосы имеют вполне удовлетворительные показатели надеж­ ности. При доверительной вероятности 0,9 сред­ ний технический ресурс насосов до капиталь­ ного ремонта составляет примерно 10 000 ч.

Насосы весьма медленно снижают свои основ­ ные параметры в процессе эксплуатации.

После наработки 10 000 ч напор в номиналь­ ном режиме у насосов ЦНС 180-85...425 и ЦНС 300-120...600 снижается в среднем на 8%, у насосов ЦНСК 180-85...425 и 8МСК-7 — на 7%, а к. п. д. — соответственно на 11 и 7%.

Основные направления совершенствования рассмотренных насосов: повышение энергети­ ческих показателей, надежности и ремонто­ пригодности, уменьшение размеров и массы.

Насосы ЦНС 105-98...490 и ЦНС 180-476...680

Насосы ЦНС 105-98...490 и ЦНС 180-476...680 предназначены для перекачивания воды в уголь­ ных и рудных шахтах. Характеристика пере­ качиваемой среды обусловлена ТУ 24-8-650-72: температура воды не более +60° С, содержание механических примесей до 0,2% по массе при размерах твердых частиц не более 0,2 мм, до­ пускаемая величина твердых частиц до 2 мм в количестве до 15% от содержания механиче­ ских примесей.

Насосы ЦНС 105-98...490 рекомендуются

180-476...680 — на водоотливе с нормальным притоком от 90 до 150 м3/ч и выпускаются

счислом ступеней от 7 до 10.

Технические характеристики насосов и их

размеры, зависящие от числа рабочих колес, приведены в табл. 2.8, а не зависящие от числа рабочих колес — в табл. 2.9. В табл. 2.10 даны присоединительные параметры флан­ цев.

На рис. 2.12 и 2.13 приведены характеристики насосов на одну ступень.

Конструктивное исполнение насосов ана­ логично насосам 8МСК-7, основное же разли­ чие — в материалах деталей. Детали корпуса: направляющие аппараты и кольца направляю­ щих аппаратов, рабочие колеса, кронштейны и крышки всасывания и нагнетания изготов­ лены из чугуна СЧ 21-40; вал, гайка и рубашка вала — из стали 40Х. Детали разгрузочного устройства и втулка гидрозатвора изготовлены из стали 4X13 и обработаны термически.

Опоры ротора — радиальные сферические подшипники № 1612. Полумуфта на валу на­ соса ЦНС 105-98...490 посажена на шпонке по скользящей посадке до упора в распорную втулку, на которой нанесена риска для кон­ троля установки ротора. При сдвинутом в сто­ рону всасывания роторе риска должна быть за­ подлицо с плоскостью крышки подшипника.

Полумуфта на валу насоса ЦНС 180-476...680 посажена по напряженной посадке. Контроль­ ная риска нанесена на гайке переднего подшип­ ника.

Узел переднего уплотнения с гидрозатвором вала насоса (рис. 2.14) выполнен следующим образом. Вода, выходящая из разгрузочного устройства, подается по обводной трубе 7 в по­ лость, ограниченную поверхностью рубашки 5 вала, стенками крышки всасывания 2 и перед­

Таблица 2.9

него кронштейна 6. Далее вода отводится ча­ стично через сливную трубу 1 на сброс (или

во всасывающий трубопровод при работе на­ соса с подпором до 3 кгс/см2), частично — через зазор между рубашкой вала и втулкой гидро­ затвора 3 на вход в первое рабочее колесо.

Образовавшееся жидкостное кольцо при усло­ вии вытекания воды из сливной трубы имеет давление несколько больше атмосферного и предупреждает подсасывание воздуха через саЛьник 4. Кроме того, проходя через сальни­

ковую набивку, вода охлаждает сальник (саль­ никовое уплотнение — пеньковая набивка ПП-13).

Благодаря высокому коэффициенту быстро­ ходности, равному примерно 100, насосы имеют сравнительно высокие энергетические показа-

Таблица 2.10