Расчет и выбор насоса

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

n_y- 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 l_вс (м) равна сумме длин: приемной сетки с клапаном, трех колен, расходометра и тройника. Длина напорного трубопровода l_наг (м) равна разнице длин общего L_тр (м) и всасывающего l_вс (м) трубопроводов. В арматуру напорного трубопровода l_наг входят: одна задвижка, один обратный клапан, один тройник и заданное количество колен заданием курсового проекта.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода на участке l_наг определяю по формуле:

где - коэффициент зависящий от числа напорных трубопроводов.

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

Для уменьшения гидравлических сопротивлений диаметр всасывающего трубопровода d_вс (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.

Давление в трубопроводе следует принимать равным максимальному давлению по характеристике насоса или в 1,15 раза больше рабочего и для нижнего сечения напорного трубопровода определяю по формуле:

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, м^3/ч	0	108	216	324	456	540	648	756
Н,м	184	218,4	323,9	498,9	553,9	628,9	718,9	800

4. Проверка вакуумметрической высоты всасывания

Геометрическая высоты всасывания принята h_г= 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;
- КПД двигателя;
- 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.