Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы повышения эффективности насосных установок горных предприятий снижением избыточного напора насосов 9
1.1 Анализ избыточной напорности насосных установок с центробежными насосами 9
1.2 Анализ состояния проблемы избыточной напорности насосных установок 15
1.3 Цели и задачи диссертационной работы 37
2 Теоретические и экспериментальные исследования избыточной напорности насосных установок 38
2.1 Теоретическое установление зависимостей энергозатрат насосных установок от их избыточной напорности 38
2.2 Обоснование стратегии технического обслуживания и затрат на ремонты шахтных центробежных насосов с учетом их избыточной напорности 46
2.3 Экспериментальное исследование влияния избыточного напора секционных насосов на энергетическую эффективность насосных установок 53
2.4 Оценка дополнительных капитальных затрат на нагнетательные трубопроводы насосных установок, обусловленных избыточным напором насосов 61
2.5 Выводы по разделу 66
3 Обоснование и разработка способов и средств повышения эффективности водоотливных установок снижением (или использованием) избыточного напора насосов 67
3.1 Обоснование оптимального уровня избыточной напорности насосных установок 67
3.2 Обоснование и выбор технических решений по снижению избыточного напора насосов 72
3.3 Разработка дополнительных предложений по автоматическому управлению водоотливными установками, учитывающему фактор избыточной напорности насосов 81
3.4 Повышение эффективности водоотливных установок за счет использования избыточного напора насосных агрегатов при реализации внепикового электропотребления 84
3.5 Разработка системы очистки водосборников на основе использования избыточного напора насосов 90
3.6 Обоснование технической возможности использования насосов шахтного водоотлива для откачки неосветленной воды 97
3.7 Выводы по разделу 99
4 Апробация и реализация результатов выполненных исследований 101
4.1 Апробация методики определения оптимальных значений избыточной напорности насосных установок 101
4.2 Расчет параметров гидроэлеватора для откачки шламовых смесей для условий главной водоотливной установки рудника «Узельгинский» 105
4.3 Оценка ожидаемой экономической эффективности внепикового электропотребления водоотливных установок 112
4.4 Выводы по разделу 114
Заключение 115
Список используемой литературы
- Анализ состояния проблемы избыточной напорности насосных установок
- Экспериментальное исследование влияния избыточного напора секционных насосов на энергетическую эффективность насосных установок
- Повышение эффективности водоотливных установок за счет использования избыточного напора насосных агрегатов при реализации внепикового электропотребления
- Расчет параметров гидроэлеватора для откачки шламовых смесей для условий главной водоотливной установки рудника «Узельгинский»
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Необходимым условием
устойчивой работы насосов шахтного водоотлива на трубопроводную сеть является наличие у них избыточной, по отношению к высоте водоподъема, напорности. Численно она определяется как разность фактического (по режиму работы) манометрического напора насоса и геометрической (геодезической) высоты нагнетания. Избыточная напорность насоса расходуется на перемещение воды по трубопроводной сети и преодоление ее сопротивления. Ее необходимый уровень в практике эксплуатации насосных агрегатов шахтного водоотлива довольно часто превышен, что связано с непроизводительными энергетическими затратами. Это превышение чаще всего закладывается еще на стадии проектирования водоотливных установок, когда выбираются насосы с ближайшим большим количеством рабочих колес. Так как у современных шахтных насосов номинальный напор на одно рабочее колесо составляет 80–180 м, то избыточная напорность насоса может быть весьма значительна, что влечет за собой соответствующие непроизводительные затраты электрической энергии.
Однако определенный запас избыточного напора у насосов водоотлива нужен всегда, особенно в рудниках с кислотной или недостаточно осветленной водой. Необходимость этого запаса напора у насоса диктуется колебанием частоты вращения двигателя. Кроме того, износ выходных концов лопаток рабочих колес, гидроабразивное или кавитационное их изнашивание, может вызвать снижение избыточной напорности, приводящее к отказу насосной установки.
Так как завышенные запасы избыточной напорности водоотливных установок снижают эффективность их эксплуатации, снижение избыточного напора насосов до оптимальных значений или его полезное использование представляет собой актуальную научно–практическую задачу.
Объект исследований: насосные (водоотливные) установки шахт и рудников.
Предмет исследований: избыточная напорность водоотливных установок горных предприятий с центробежными насосами.
Цель работы заключается в повышении эффективности водоотливных установок горных предприятий на основе снижения затрат, связанных с завышенной напорностью насосных агрегатов.
Идея работы заключается в том, что повышение эффективности водоотливных установок горных предприятий может достигаться как на основе снижения так и полезного использования завышенной напорности насосных агрегатов.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Повышение эффективности водоотливных установок горных предприятий обеспечивается снижением завышенного запаса напора насосных агрегатов до оптимального значения, установленного не только с точки зрения энергетических затрат, но и затрат на техническое обслуживание и ремонты насосов и дополнительных капитальных затрат на трубопроводы.
-
Завышенный запас напорности насосных агрегатов может быть использован для реализации внепикового электропотребления водоотливных установок горных предприятий без дополнительного увеличения гидравлической мощности насосного оборудования.
3. Повышение эффективности водоотливных установок горных
предприятий может быть достигнуто за счет использования каскада
последовательно соединенных насосов с завышенным напором в качестве
генератора высоконапорной струи гидроэлеваторной установки,
предназначенной для очистки водосборников от шламовых смесей.
Научная новизна:
1. Предложено и теоретически обосновано использование завышенной
напорности насосных агрегатов для эффективной реализации внепикового
энергопотребления водоотливных установок без дополнительного увеличения
гидравлической мощности насосного оборудования.
2. Предложена принципиально новая схема главной водоотливной
установки, в которой завышенная напорность агрегатов используется в
гидроэлеваторных установках, предназначенных для удаления шламовых
смесей из водосборных емкостей.
3. Получены зависимости энергетических затрат насосных установок от
избыточной напорности насосных агрегатов и обоснованы стратегии их
технического обслуживания.
4. Выполнено обоснование оптимальной величины избыточной
напорности насосных агрегатов на основе критерия приведенных годовых
затрат по насосной установке.
Методы научных исследований: анализ и обобщение ранее опубликованных исследований, экспериментальные исследования, шахтные испытания и натурные наблюдения, статистическая обработка и анализ результатов экспериментальных исследований, технико-экономическое обоснование принятых решений.
Достоверность научных положений, выводов и результатов
исследования подтверждается корректным использованием теоретических и
экспериментальных исследований, достаточным объемом приведенных
экспериментов и удовлетворительной сходимостью аналитических
исследований с результатами выполненных экспериментов и данными практики, использованием современных средств контроля параметров эксплуатации насосных установок, относительная погрешность которых не превышает 8 %.
Практическая значимость:
1. На основе теоретических и экспериментальных исследований
показано, что избыточная напорность насосов оказывает значительное
влияние на эффективность эксплуатации всего комплекса шахтного
водоотлива.
2. Разработана методика обоснования оптимальной величины
избыточной напорности насосов водоотливных установок, обеспечивающей
минимальные суммарные приведенные затраты.
3. Разработана схема шахтной водоотливной установки,
обеспечивающая использование рабочих насосов с завышенной избыточной
напорностью при их последовательном соединении в качестве струйного
насоса гидроэлеваторной установки, предназначенной для очистки
водосборников от шламовых смесей. На схему получен патент на
изобретение № 2472971.
Апробация работы:
Основные положения и результаты работы докладывались на ежегодных Международных научно-практических конференция «Уральская горная школа – регионам» в 2009 – 2015 г.г., на научно-техническом совете
ОАО «Учалинский ГОК» в 2012 г., на Международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург 2011 г.), на Международном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГТУ, 2013 г.)
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 88 наименований, приложения и содержит 132 страницы машинописного текста, 26 рисунков, 12 таблиц.
Анализ состояния проблемы избыточной напорности насосных установок
Исследованиям избыточной напорности насосных установок горных предприятий посвящено сравнительно небольшое число работ [5, 12, 13, 14, 15, 33, 38, 61, 62, 68] Однако, хорошо известно высказывание проф. А.И. Веселова о том, что избыточная напорность насоса ( Низб) может принести «огромный вред»,
особенно, если мощность двигателя недостаточна [12]. Далее он отмечает, что «избыток» напора насоса оказывает существенное влияние на режим работы насоса на заданную сеть. Рассматривая конкретные примеры возникновения излишней избыточной напорности насосов (в основном по причине установки излишних ступеней), А.И. Веселов указывает, что Низб ведет к перерасходу электроэнергии вследствие понижения к.п.д. и зачастую требует двигателя большей мощности.
Отмечая, что при исследовании водоотливных установок медных рудников Урала был установлен большой запас избыточной напорности значительного числа центробежных насосов, А. И. Веселов причиной этого считал установку лишних ступеней. На рисунке 1.4 приведен рассмотренный им характерный случай на примере насоса К100 – 65 – 250 с номинальной подачей 100 м3/ч, имеющего 2 и 3 ступени.
Если двухступенчатый насос включить на сеть с характеристикой I, то режим его определится точкой N пересечения характеристик и двухступенчатый насос будет работать на сеть I.
В случае добавления к насосу одной ступени (i = 3) и включения ее в ту же сеть, режим эксплуатации машины определится точкой 1 пересечения характеристик. Из рисунке 1.4 видно, что трехступенчатый насос будет развивать большую производительность Q1 = 150 м3/час, потребует значительно большей мощности Nв1 = 52 кВт (вместо Nв = 30 кВт), будет работать с меньшим к.п.д. 7, =0,5 (вместо 7ШХ = 0,58). Таким образом трехступенчатый насос работает менее экономично на ту же сеть I, чем двухступенчатый.
Из этого примера следует, что избыток напора в насосе ведет к перерасходу электроэнергии вследствие понижения к.п.д. и требует значительно большей мощности двигателя. Если мощность двигателя не изменяется (Nв = 33 кВт), тогда трехступенчатый насос, требующий большей мощности Nв1 = 52 кВт, не может работать в точке 1.
Для снижения нагрузки двигателя до нормальной, пришлось бы прикрыть задвижку на нагнетательном патрубке трехступенчатого насоса. Это изменило бы характеристику сети положения кривой II, а режим эксплуатации насоса определился бы точкой 3, которой соответствует производительность Q3 = 50 м3/час. Таким образом, без замены двигателя на более мощный, чем 33 кВт, трехступенчатый насос будет давать лишь 50 м3/час, а двухступенчатый насос при той же затрачиваемой мощности двигателя обеспечил бы производительность 100 м3/час.
Снижение производительности насоса объясняется увеличением потерь напора в прикрытой задвижке.
Величина потери напора в прикрытой задвижке определяется длиной отрезка 3-3 и составляет около 40 м водяного столба.
Кажущаяся величина к.п.д. насоса для режима, соответствующего точке 3 (77! =0,4), не соответствует действительности, к.п.д. трехступенчатого насоса при данном режиме работы значительно меньше (это объясняется большими потерями напора при прикрытой задвижке).
Рассматриваемый случай по мнению автора показывает, какой огромный вред может нанести большая избыточная напорность у насоса, если мощность двигателя недостаточна.
Однако небольшой запас избыточной напорности необходим, особенно в рудниках с кислотной водой и, по мнению А. И. Веселова, он должен составлять 10 - 15 % от общего напора насоса. Однако каких-либо обоснованных рекомендаций по выбору оптимального для рассматриваемых условий значения этого запаса им не приводится.
Как показывает опыт эксплуатации шахтных насосов небольшой запас напора действительно всегда необходим, особенно на шахтах и рудниках с кислотной водой, вследствие того, что выходные участки лопаток рабочих колес подвергаются разрушению (разъеданию) кислотной водой. По этой причине у насоса может быть значимо снижен напор и он окажется не в состоянии выполнять свои водоотливные функции. Конечно, диапазон 10 - 15 % может быть принят только в самом первом приближении с последующим уточнением и обоснованием какой-либо оптимальной для конкретных условий величины. Причем критерий оптимальности должен быть выбран таким образом, чтобы он учитывал суммарные приведенные затраты в целом по всей насосной установке (в соответствии с комплексным подходом в решении данного вопроса).
В другой своей работе А. И. Веселов [14] рекомендует необходимый запас избыточной напорности насосов в пределах 5 - 10 % и также не дает каких-либо технико-экономических обоснований этой величины.
В более ранней работе [12] А. И. Веселов только отмечает, что избыточная напорность в 15 % вполне обеспечивает надежность работы насоса и при кислотной воде, но излишний запас напора вызывает снижение его к.п.д.
Таким образом, в отмеченных работах отсутствуют рекомендации по обоснованному выбора оптимального запаса избыточного напора насоса, поддержание которого в процессе эксплуатации установок могло бы привести к повышению их эффективности, как в плане снижения энергетических и капитальных затрат, так и затрат на текущее обслуживание и ремонты насосов.
Большой вклад в развитии теории и практики водоотлива горных предприятий на этапе, непосредственно предшествующем современному, внес проф. В. М. Попов [61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68]. Один из первых он предложил использование при проектировании и эксплуатации насосных установок аналитических характеристик насосов. Рассматривая рабочие характеристики насосов, он пришел к заключению, что аналитическое выражение характеристик насосов Н = f(Q), N = f(Q), и TJ = f(Q) может быть представлено в виде полных квадратичных трехчленов и квадратичной функции [5]:
Экспериментальное исследование влияния избыточного напора секционных насосов на энергетическую эффективность насосных установок
Среди всего многообразия горных машин шахтные центробежные насосы имеют свои характерные отличительные особенности, проявляемые, в том числе, и при организации их технического обслуживания и ремонта (ТО и Р). Связано это, главным образом, с необходимостью постоянного поддержания определенного запаса избыточной напорности насосов в процессе их эксплуатации. Многолетняя практика эксплуатации шахтных центробежных насосов в условиях абразивных и коррозийных сред показывает, что наиболее интенсивному износу подвергаются выходные участки лопаток и дисков рабочих колес, уплотнительные кольца и др. Все это неизбежно связано со снижением избыточной напорности насосов, приводящим во многих случаях к недопустимому снижению подачи насосов или к ее полному прекращению, что является отказом насосной установки. Очевидно, что чем большим будет запас избыточной напорности насоса Hизб, тем такие отказы будут наблюдаться реже, т.е. в таких случаях увеличивается наработка на отказ, межремонтные сроки, а, следовательно, уменьшаются материальные затраты на техническое обслуживание и ремонты (ТО и Р) насосов [11]. Но с другой стороны, повышенная избыточная напорность насосов приводит к значительным непроизводительным расходам электроэнергии. Следовательно, необходима комплексная оценка эксплуатационных затрат с учетом всех основных их составляющих. Рассмотрим решение этой задачи в отношении затрат ТО и Р насосов, что на первоначальном этапе означает выбор оптимальной (по критерию затрат) стратегии технического обслуживания [79].
С учетом специфики шахтных центробежных насосов и выбора наиболее простой стратегии, в основе которой лежит замена отказавшего элемента, математическое ожидание затрат на единицу наработки может быть определено по формуле [79]: 3 = (C0+C3)] dy (2.20) 0 У где С0 - стоимость разборки, сборки, поиска отказа и т.п.; С3 - стоимость заменяемого элемента; fT(y) - функция плотности распределения наработки до отказа; Т - наработка на отказ. где Сво - стоимость восстановления отказавшего элемента; Свп - стоимость восстановления элемента при профилактическом обслуживании; FT(T) -вероятность отказа во времени Т с учетом закона распределения.
Дифференцируя это уравнение по Г, приравнивая к нулю производную и умножая на Т2 после преобразований, получим: В этом уравнении значение T по критерию затрат будет являться оптимальным. В случае смешанной стратегии, когда отказавший элемент заменяется, а при профилактическом обслуживании восстанавливается, по аналогии с (2.22) получим:
На основе изложенного, исходя из конкретных рассматриваемых условий шахтных водоотливных установок, на первом этапе определяется вид стратегии, а на втором - периодичность операций ТО и Р после предварительного установления зависимостей 1Т(Т) на основе статистических данных по отказам.
Практика эксплуатации горных машин показывает, что наиболее экономичной является стратегия ТО и Р по фактическому состоянию машин [8, 10, 23, 32, 48, 74], в частности, центробежных насосов. В этом случае требуется определение периодичности проведения контроля технического состояния насосов на основе функции распределения наработок на отказ, что не всегда возможно. В таких случаях задача сводится к определению таких моментов времени Хi, Х2, Хз…ХК проведения проверок, которые минимизировали бы математическое ожидание полных затрат от отказов и от проведения самих проверок.
Резюмируя изложенное, следует сказать, что рассмотренные подходы и зависимости для определения материальных затрат на ТО и Р шахтных центробежных насосов, могут быть использованы для комплексного обоснования величины запаса избыточной напорности насосов по критерию приведенных годовых затрат.
Кроме выбора оптимальной стратегии технического обслуживания насосов необходимы также фактические статистические данные по наработке насосов до капитального ремонта, числу капитальных ремонтов в течение года, стоимости проведения капитальных ремонтов и др.
Выполненный нами анализ ТО и Р на примере насосов ЦНСК 300-420 подземного рудника «Узельгинский» включает в себя указанные статистические данные за 7 месяцев 2010 года. Результаты этого анализа приведены в таблице 2.2.
Статистические данные по ТО и Р насосов Узельгинского рудника включали в себя также наработки насосов до капитального ремонта. При этом устанавливалась связь этих наработок с величиной избыточной напорности насосов (в условиях одинакового гидроабразивного износа элементов проточной части насосов). Для наблюдаемых насосов величина их наработок до капитального ремонта колебалась в пределах 250 - 550 часов (такая небольшая наработка объясняется сильной гидроабразивностью откачиваемой воды на Узельгинском руднике, содержащей крупные фракции шламовых смесей с размером частиц более 0,1 - 0,2 мм). Однако подобное ужесточение условий эксперимента значительно сократило время проводимых нами наблюдений, результаты обработки которых приведены на рисунке 2.5 в виде зависимости стоимости ремонтов срем = /{низб) , полученной для условий водоотливного комплекса Узельгинского подземного рудника.
Повышение эффективности водоотливных установок за счет использования избыточного напора насосных агрегатов при реализации внепикового электропотребления
Среди возможных способов снижения избыточного напора центробежных шахтных насосов в первую очередь следует выделить наиболее эффективные и приемлемые с точки зрения практической реализации: замена или подрезка рабочих колес, впуск воздуха на всасе в насос, изменение частоты электрической сети [1, 5, 6, 58, 88].
Для реализации этих способов, в первую очередь, необходимо обоснование требуемой глубины уменьшения диаметра рабочего колеса D 2 (при его замене или подрезке), плотности воздуховодяной смеси Рсм и частоты питающей электрической сети / . Отсюда вытекает необходимость получения зависимостей указанных параметров в функции избыточной напорности насосов.
В соответствии с п. 1.1 излишний запас избыточного напора насоса Низбз определится как разность между напорами, соответствующими фактическому режиму работы насоса нр и его допустимому значению нрд, т. е. излишний запас напора насоса низбз = Нр -Нрд, который и требуется устранить. В существующей технической литературе при рекомендации допустимых величин запаса избыточного напора насосов, например, 5-15 % в работах [12, 13, 14], не указывается, относительно какого значения напорности ведется расчет этого процента. Очевидно, что здесь возможно его вычисление либо относительно высоты водоподъема Нг, либо относительно величины нр.
При установлении зависимостей D 2 ; рсм и / = /Низб) будем рассматривать значения избыточной напорности относительно величины нр при Низбз =НизбзІНр . Тогда на основе законов пропорциональности [63] требуемый диаметр рабочего колеса (замененного или подрезанного), соответствующий минимально допустимой напорной характеристике насоса (с режимным значением напора H ).
Следовательно, достоверность определения величины D 2 зависит, в основном, от точности обоснования излишнего запаса напора насоса, т.е. величины Низбз.
После определения D 2 устанавливается напорная характеристика насоса и режим его работы, соответствующие этому диаметру. Пересчет характеристики насоса с диаметра D2 на D2 осуществляется по зависимости (см. рисунок 3.1).
Так как характеристика сети водоотливной установки не представляет собой параболу, выходящую из начала координат, режим ее работы следует определять графоаналитическим способом или посредством решения системы уравнений Hр=Нг+Rтр-Q2 Hр=Н0+а 1-Q-a 2-Q2\ где а[, а2- коэффициенты, соответствующие напорной характеристике насоса с диаметром рабочего колеса D 2. На рисунке 3.1 показана процедура перемещения режима работы НУ из точки «а» с завышенным запасом напорности в точку «б», в которой насос работает с минимально допустимым запасом избыточного напора нрд =Нр-Низбз, т. е. в наиболее выгодном, с энергетической точки зрения, режиме.
Регулирование центробежных насосов впуском воздуха во всасывающую линию до сих пор было менее распространенным способом регулирования напорности шахтных водоотливных установок, чем, например, способ дросселирования, однако в последние годы он находит все более широкое применение в связи с хорошими экономическими показателями. Достоинства этого способа – относительная простота и небольшая трудоемкость реализации.
Регулирование насоса впуском воздуха на всасывающем трубопроводе производят с помощью управляемого вентиля игольчатого типа. Для насосов, работающих с положительной высотой всасывания, дозирование воздуха осуществляется из окружающей среды за счет разрежения, создаваемого насосом; для насосов, работающих с подпором, - от шахтной пневмосети.
При регулировании подачи центробежного насоса впуском воздуха во всасывающую линию напорная характеристика трубопровода 3 остается неизменной, а характеристика насоса 2 снижается по давлению и трансформируется в характеристику 2 . Рабочий режим водоотливной установки перемещается из точки а в точку б по характеристике трубопровода 3 при снижении напора и подачи насоса (см. рисунок 3.2).
Во избежание необходимости пересчета характеристик насоса на разные плотности текучих сред (воды р и воздуховодяной смеси рсм) в данном случае удобнее оценивать насосную установку не по напору, а по развиваемому ею давлению. Следовательно, на основе теории турбомашин запишем
Расход дозируемого воздуха определится на основе расчета по этой формуле необходимой плотности смеси рсм, соответствующая которой напорная характеристика насоса обеспечит режим его работы с напором Нрд Снижение подачи насоса от Q2 до Q 2 на величину AQ (при снижении давления насоса от Рр до Ррд) (см. рисунок 3.2). относительный расход воздуха при введении его в трубопровод к условиям входа воды в первое рабочее колесо; S - коэффициент напорной характеристики насоса (s = (Н-Н0)/Q2); R - постоянная трубопровода. Изменение при этом удельных энергозатрат от q2 до q 2 на величину Aq (при снижении давления насоса от Рр до Ррд).
Расчет параметров гидроэлеватора для откачки шламовых смесей для условий главной водоотливной установки рудника «Узельгинский»
Решение этого уравнения дает оптимальное значение избыточного напора ЦНСК 300-420 водоотливной установки гор. -340 м подземного рудника «Узельгинский» в размере 38,8 м, что относительно фактического режимного напора насоса (412 м - см. таблицу 1.7) составляет 9,7 %. При фактическом значении Низб = 62 м (см. таблицу 1.7) величина завышенного запаса избыточной напорности АНизб рассматриваемой водоотливной установки составляет 62-38,8-23,2 м. Отсюда годовой экономический эффект от снижения завышенного запаса избыточного напора насоса до установленного, согласно предложенной здесь методики, оптимального значения составит (для условий «Челябэнерго»)
Таким образом, даже при сравнительно небольшом завышенном запасе избыточной напорности насоса ЦНСК 300-420 годовой экономический эффект от снижения фактической величины Низб до установленного оптимального значения составляет значимую величину. Очевидно, что для более крупных насосных агрегатов и более завышенной их избыточной напорности экономический эффект может быть весьма значительным.
Так как условия эксплуатации насосов типажного ряда ЦНСК на медноколчеданных месторождениях практически идентичны (одинаковый химический состав и реологические свойства шахтной воды, состав и содержание в ней шламовых гидроабразивных смесей и др.) полученный здесь результат (нопт =9,7 10%) в первом приближении может быть распространен и на другие аналогические подземные горные предприятия. Для месторождений других типов обоснование величины нопбт может быть выполнено аналогичным образом по предложенной методике как на стадии проектирования, так и эксплуатации водоотливных установок. Это позволит осуществлять адекватный выбор насосных агрегатов при проектировании установок или принимать и реализовать обоснованные решения по снижению низб в процессе эксплуатации. Прямым
следствием этого будет являться повышение эффективности водоотливных установок за счет снижения энергетических затрат.
В качестве объекта для апробации результатов выполненных исследований (см.гл.3) выбрана водоотливная установка подземного рудника «Узельгинский» гор. 340 м с геодезической высотой нагнетания 350 м и тремя насосами ЦНСК 300-420 (см. таблицу 1.7), на которой проблема очистки водосборника от шламовых смесей стоит наиболее остро.
Расчет параметров гидроэлеватора проводим согласно схемы, представленной на рисунке 3.7 по патенту РФ №2472971 [52].
При этом в режиме очистки водосборника предполагается уменьшение подачи последовательно соединенных рабочих насосов Qc до значения 150 м3/ч (посредством задвижек на нагнетании) и соответственное повышение общей напорности последовательно соединенных насосов (см. рисунок 4.1 и рисунок 1.2). Исходя из того, что скорость прохождения шламовых смесей через напорные трубопроводы водоотливной установки должна быть такой же, как и в рабочем режиме осветленной воды (сечение напорных трубопроводов определяется по оптимальной скорости движения воды) принимаем суммарное значение подач Q и Qc, равное режимной подаче насоса QР ЦНСК 300-480, т. е. Q+Qc=QР=350 м3/ч Прикрывая задвижки 11 (рисунок 3.4) в нагнетательной линии рабочих насосов (1) уменьшаем их подачи до значения примерно 150 м3/ч. Следовательно, 106 значение Q+QC=QР -350-150 м3/ч =200 м3/ч и режимный параметр Q 200 а = = = 1,33 .
Режимы работы насосов ЦНСК 300-420 при откачке осветленной воды (а) и шламовых смесей (б) (согласно схемы по патенту РФ № 2472971)
Сочетание такого значения режимного параметра и принятого нами геометрического S = 4 соответствует максимальным значениям к.п.д. гидроэлеватора.
В общем случае искомая напорность НС должна быть не менее 3,5-4,0 значений геодезической высоты подачи рабочих насосов, т.е. НС (3,5-4,0)-НГ, м, Для рассматриваемых условий 107 НС (3,5-4,0)-360 =(1260 -1440) В нашем случае напорность линии последовательно соединенных трех рабочих насосов ЦНСК 300-420 в их рабочем режиме на осветленной воде (см. таблицу 1.7) НС =402 + 402 + 412=1216 м Так как минимальная требуемая напорность струйного насоса гидроэлеваторной установки составляет Н =3,5- НГ =3,5-360=1260 м, то условие 1216 м 1260 м не соблюдается. Однако при откачке шламовых смесей с плотностью, значимо превосходящей плотность осветленной шахтной воды, напорность струйного насоса, а, следовательно, и в нашем случае всей линии последовательно соединенных рабочих насосов должна быть более значительной для обеспечения стабильной работы гидроэлеваторной установки [25, 31, 42, 87]. Последнее легко достигается переводом режима работы (посредством задвижки на нагнетении) из точки «а» в точку «б» (см. рисунок 4.1 и рисунок 1.2). При этом напорность насоса ЦНСК 300-420 НС возрастает с 402 до 450 м. Следовательно, в режиме очистки водосборника от шламовых смесей общая напорность трех последовательно соединенных насосов составит НС = 450 3 = 1350 м, что гарантирует стабильную работу высоконапорной гидроэлеваторной установки по очистке водосборников от шламовых смесей, т. к. 1350 м 1260 м.