Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса задачи исследований 10
1.1. Гидрогеологические характеристики и основные параметры водоотливного оборудования некоторых месторождений Российской Федерации и стран СНГ
1.2. Особенности организации водоотлива при совместном включении насосных агрегатов 15
1.3. Анализ существующих критериев энергоэффективности шахтных водоотливных комплексов и подходов к обоснованию
их рациональных режимов работы . 22
1.4. Цели и задачи диссертационной работы 26
2. Разработка критериев энергоэффективности водоотливных установок как целостных систем 28
2.1. Уточнение зависимости к.п.д. насоса
2.2. Системные критерии энергоэффективности режимов работы шахтных водоотливных комплексов . 31
2.3. Разработка и выбор критериев энергоэффективности водоотливных установок с совместным включением насосных агрегатов 36
2.4. Коэффициент быстроходности шахтных насосных установок 46
2.5. Выводы по разделу 48
3. Обоснование и расчет режимов функционирования шахтных водоотливных комплексов 50
3.1. Методика производственных экспериментов
3.2. Основные принципы построения систем оптимального управления главными водоотливными установками 55
3.3. Обоснование мероприятий по снижению энергоемкости насосных агрегатов 61
3.4. Обоснование рациональных суточных графиков работы насосных агрегатов 61
3.5. Выводы по разделу 73
4. Разработка мероприятий по обеспечению рациональных режимов функционирования комплексов шахтного водоотлива 74
4.1. Особенности водоотлива ОАО «Севуралбокситруда» и их влияние на выбор схемы нагнетательного трубопровода
4.2. Разработка мероприятий по снижению энергоемкости насосных агрегатов 84
4.3. Разработка мероприятий по обеспечению рациональных режимов функционирования комплексов шахтного водоотлива 94
4.4. Выводы по разделу 103
Заключение 104
Список используемой литературы
- Особенности организации водоотлива при совместном включении насосных агрегатов
- Системные критерии энергоэффективности режимов работы шахтных водоотливных комплексов
- Основные принципы построения систем оптимального управления главными водоотливными установками
- Разработка мероприятий по снижению энергоемкости насосных агрегатов
Введение к работе
Актуальность работы. Вся история горного дела неразрывно связана с проблемами осушения шахтных и карьерных полей. Наличие воды в горных породах существенно снижает безопасность ведения горных работ, усложняет использование механизмов и влияет на аварийные ситуации. Кроме того, во многих случаях выбор способов и средств осушения существенно влияет на экономику предприятий.
Для обводненных подземных горных предприятий расход электроэнергии на водоотлив составляет весьма значительный процент в общем балансе электропотребления. Так, на откачку подземных вод из шахт ОАО «Севуралбокситруда» расходуется в настоящее время 49-50 % электроэнергии от общего электропотребления предприятия.
Поскольку энергоэффективный путь хозяйствования в условиях рыночных отношений не имеет альтернативы, проблема обоснования рациональных режимов функционирования шахтных водоотливных комплексов с целью снижения энергетических затрат представляет собой важную научно-практическую задачу, актуальность которой все увеличивается. Ее решению были посвящены труды многих российских и зарубежных ученых в области осушения месторождений: А. П. Бата-ногова, А. И. Бороховича, А. Н. Бредихина, А. И. Веселова, В. В. Гейера, A. В. Докукина, Г. М. Еланчина, В. В. Мазуренко, Г. М. Нечушкина, B. С. Пака, В. М. Попова, М. Г. Риппа и др. Выполненные ими исследо вания и разработки представляют собой научно-практическую основу настоящей работы.
За последнее время в части энергосбережения на горных предприятиях реализован определенный объем работ с достижением весомых результатов. Интересен, например, в этом плане опыт, накопленный в ОАО «Севуралбокситруда», имеющем весьма энергоемкий многоступенчатый шахтный водоотлив. Однако энергосбережение еще не стало нормой научно-исследовательской, проектной и производственной дея- тельности в горнодобывающих отраслях промышленности. В частности, не установлены соответствующие индикаторы (критерии) энергоэффективности по значительному числу объектов процессов горного производства, в том числе для водоотливных установок при совместном включении насосных агрегатов, представляющих собой сложные электромеханические и гидравлические комплексы (системы). Недостаточно обоснованы также рациональные режимы эксплуатации таких установок и не разработаны соответствующие мероприятия по их реализации.
Поэтому решение этих вопросов и является важной научно-практической задачей.
Целью работы является повышение энергетической эффективности комплексов шахтного водоотлива.
Идея работы заключается в использовании пространственно-временного согласования работы насосных агрегатов с предварительно сниженной энергоемкостью на основе уменьшения избыточной напор-ности насосов.
Задачи исследований:
Разработка системных критериев энергоэффективности комплексов шахтных водоотливных установок.
Разработка математических моделей функционирования и оптимизации комплексов шахтных водоотливных установок.
Разработка мероприятий по снижению энергоемкости насосных агрегатов комплексов шахтного водоотлива (на примере шахт ОАО «Севуралбокситруда») на основе уменьшения избыточной напорности насосов.
Обоснование рациональных графиков функционирования комплексов шахтных водоотливных установок, обеспечивающих повышение их энергоэффективности (на примере насосной станции гор.-140 м и гор.- 455 м ш. № 15 ОАО «Севуралбокситруда»).
Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы теория рудничных турбоустановок, теория механизмов и машин, системный анализ, теория сложных систем и математический анализ.
Основные результаты исследований получены в результате научных обобщений, на экспериментальных стендах кафедры горной механики Уральской гос. горно-геологической академии и на действующих водоотливных комплексах шахт ОАО «Севуралбокситруда».
Научные положения, выносимые на защиту
Оценка энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива правомерна только на основе использования обобщенных интегральных критериев - общего к.п.д. водоотливных установок или удельных энергетических затрат,
К.п.д. шахтных трубопроводных ставов зависит от режимов эксплуатации водоотливных установок.
Коэффициент быстроходности шахтных насосов может быть использован также в качестве интегрального показателя гидродинамического совершенства насосной установки в целом.
Соответствующее согласование во времени посредством составления суточных графиков нагрузки насосных агрегатов с предварительно сниженной энергоемкостью обеспечивает значительное снижение энергетических затрат на эксплуатацию комплексов шахтного водоотлива.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обоснована достаточной сходимостью экспериментальных результатов, полученных на лабораторных стендах (кафедре горной механики Уральской гос. горно-геол. академии) и на действующих главных водоотливных установках (ОАО «Севуралбокситруда»); определением необходимого количества измерений (в каждом режиме работы установок), классом точности используемых средств измерений и выбором наиболее приемлемых способов измерения параметров (подачи насосов) в производственных условиях.
Научная новизна диссертации заключается в том, что в ней на основе системного подхода разработаны обобщенные критерии энергоэффективности комплексов шахтного многоступенчатого водоотлива, в том числе для водоотливных установок с совместным (параллельным и последовательным) включением насосных агрегатов, в соответствии с которыми предложены новые подходы к снижению энергетических затрат на осушение месторождений.
На основе системного анализа потерь энергии в шахтных насосных установках получены зависимости к.п.д. трубопроводных ставов и водоотливных установок в целом. Установлено, что к.п.д. трубопроводных ставов зависит от режимов эксплуатации насосных установок.
Получены зависимости общего к.п.д. шахтных насосных установок с совместным (параллельным и последовательным) включением насосных агрегатов. Показано, что общий к.п.д. установок с параллельным включением насосов на трубопроводные ставы зависит в том числе и от схемы их включения.
Определена степень снижения энергоэффективности насосных установок при переходе их к работе с совместным включением насосных агрегатов.
Установлено, что используемый в настоящее время коэффициент быстроходности насосов является частным случаем коэффициента быстроходности насосных установок в целом.
Разработаны математические модели функционирования и оптимизации комплексов шахтного водоотлива с включением в их состав водосборников.
На основе системного подхода и предложенных в работе обобщенных показателей энергоэффективности водоотливных установок сформулированы целевые функции управления ими.
Личный вклад заключается в дальнейшем развитии научного направления в области повышения энергетической эффективности функционирования комплексов шахтного водоотлива.
В рамках отдельных разделов диссертационной работы личный вклад автора состоит в получении зависимостей, положенных в основу оценки степени энергетической эффективности эксплуатации водоотливных установок; в формулировании целевой функции управления водоотливными установками; в разработке энергосберегающих суточных графиков нагрузки насосных агрегатов.
Практическая ценность диссертации состоит в том, что совокупность предложенных в ней методов, способов и средств позволяет обоснованно подходить к решению конкретных задач повышения энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива.
Практическую ценность представляет собой разработка конкретных мероприятий по снижению энергозатрат на осушение месторождений в условиях многоступенчатого водоотлива и значительных притоков воды.
Реализация результатов работы заключается в том, что они приняты ОАО «Севуралбокситруда» для практического использования при проектировании, реконструкции и эксплуатации комплексов шахтного водоотлива на шахтах предприятия.
Практическую ценность представляет использование обобщенных критериев энергетической эффективности шахтных водоотливных установок, стимулирующее снижение электропотребления при осушении месторождений, а так же разработка суточных графиков нагрузок насосных агрегатов с предварительно сниженной энергоёмкостью.
Результаты работы используются в учебном процессе студентов направления 551800 «Технологические машины и оборудование» и специальности 170100 «Горные машины и оборудование» Уральской государственной горно-геологической академии.
Апробация работы. Результаты работы, ее основные положения обсуждались на заседаниях кафедры горной механики Уральской гос. горно-геол. академии, научно-технических конференциях «Неделя горняка» в Москве 2000-2001 гг.; «Механика в горном производстве» в г. Екатеринбурге, 2000 г.; Молодежной научно-практической конференции в г. Екатеринбурге, 2003 г. Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» г. Екатеринбург, 2003 г.
Публикации. По диссертационной работе автором опубликовано 7 работ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 115 стр. Она содержит 26 рис., 2 таблицы, библиографический список литературы из 116 наименований.
Особенности организации водоотлива при совместном включении насосных агрегатов
При отработке обводненных месторождений используется, как правило, совместное (параллельное или последовательное) включение насосных агрегатов, что предъявляет особые требования в отношении схем организации водоотлива, а также надежной и экономичной работы водоотливных установок. На основании опыта эксплуатации и исследований установлена необходимость применения в этих условиях двух схем организации работы водоотлива: 1. Раздельная откачка воды с горизонтов при прокладке нагнетательных трубопроводов в стволе шахты или по буровым скважинам, 2. Оборудование водоотлива на горизонтах перекачки, эксплуатация которых определяется оптимальными затратами, притоками шахтных вод по горизонтам и развитием депрессионной воронки.
Как показали исследования, расширение диапазона выпуска насосов по подаче до 1000 - 1500 м3/ч с высотой нагнетание 600 - 800 м позволит более широко использовать первую схему организации работы водоотлива при разработке обводненных рудных месторождений, учитывая постепенное осушение верхних горизонтов поверхностными дренажными установками с использованием насосов ЭЦНВ 16-200-350.
Схемы организации работы водоотлива Миргалимсайского рудника (рис. 1.1) являются примером раздельной откачки шахтных вод с четырех действующих горизонтов. По мере развития горных работ главные водоотливные установки работают на 9, 13, 19 и 25-м горизонтах -примерно через 200 - 240 м. Они оборудованы однотипными насосными агрегатами с подачей 800 - 1200 м3/ч. Все водоотливные установки заглубленного типа состоят из 26 - 30 насосных агрегатов 14М-12х4 с электродвигателями мощностью 630 - 1300 кВт. Трубопроводы размещены в специальных трубно-кабельных восстающих [2]. Суммарная подача насосных агрегатов по горизонтам превысила 38 000 м3/ч с установленной мощностью электродвигателей 46,8 тыс. кВт при годовом расходе электроэнергии на водоотлив 85 - 90 млн кВт-ч.
Раздельная откачка шахтных вод по горизонтам осуществляется по тридцати нагнетательным трубопроводам диаметров от 300 до 530 мм, проложенным по специальным пройденным стволам шах ты. Схема раздельной откачки воды является наиболее рациональным решением при отработке месторождений в сложных гидрогеологических условиях сверху вниз.
При эксплуатации водоотлива в условиях обводненных рудных месторождений, когда притоки воды по горизонтам превышают 1500 -2000 м 1ч, дренирование вод на нижние горизонты является нецелесообразным из-за большого перерасхода электроэнергии и необходимости оборудования мощных водоотливных установок. Применение усложненной схемы по сравнению с другими обводненными месторождениями цветных металлов (Миргалимсайский и Зыряновский рудники) объясняется сложными гидрогеологическими условиями, быстрым развитием депрессионной воронки и фронта горных работ, когда срок существования горизонта не превышает 2 - 2,5 года.
Исследования схем организации работы водоотливных установок и обобщение опыта их эксплуатации при отработке обводненных рудных месторождений позволяют сделать следующие выводы.
1. Применение раздельной откачки и схемы перекачных горизонтов оправданы практикой эксплуатации водоотлива в течение многих лет, что объясняется гидрогеологическими особенностями месторождений и несоответствием характеристик выпускаемого насосного оборудования этим месторождениям. Расширение диапазона характеристик насосов по подаче и напору позволит отказаться в дальнейшем от перекачки вод по горизонтам:
2. В условиях обводненных рудников нецелесообразно применять многоступенчатые схемы организации работы водэотлива, что подтверждается технико-экономическими анализами и практикой работы рудников.
Опыт отечественной и зарубежной горной промышленности позволяет обобщить состояние и перспективы развития водоотлива глубоких горизонтов обводненных месторождений.
Притоки шахтных вод на глубоких месторождениях СУБРа (ОАО «Севуралбокситруда»), Миргалимсайского рудника, «Лейк-Шор» (Канада) и других рудников весьма значительны. Откачивание этих притоков организуется при комплексном решении проблемы водоотлива и проведения работ по осушению месторождений. На некоторых рудниках Канады, ЮАР горные работы проводятся на глубине 1200 - 2000 м, что является обычным явлением в горной практике.
Системные критерии энергоэффективности режимов работы шахтных водоотливных комплексов
Согласно теории сложных систем, при выборе критерия их эффективности следует исходить из следующих требований и условий: - критерий эффективности должен характеризовать не какую-то часть системы (или ее свойство), а именно систему как единое целое; - критерий эффективности и его зависимость от установленных факторов должны обеспечивать возможность получения количественной оценки с требуемой достоверностью;- область изменения критерия эффективности должна иметь четко очерченные границы.
Определение ЭС ПР П не представляет затруднений, однако существующие на практике критерии эффективности трубопроводных ставов не в полной мере учитывают все значимые факторы.
Поэтому для системной оценки энергетической эффективности главных водоотливных установок необходимо прежде всего достаточно точное определение значений к.п.д. трубопроводных ставов. Исходя из функциональной роли трубопроводных ставов (канализаторов гидравлической энергии) насосных установок горных предприятий, к полезной работе, совершаемой в них, следует отнести водоподъем и перемещение воды по ставам.
Анализ выражения (2.5) показывает, что к.п.д. трубопроводных ставов насосных установок горных предприятий не является величиной постоянной, а зависит от режимов эксплуатации установок, т. е. т/тр=/(0. Увеличение высоты водоподъема (Яг) повышает долю полезной работы в трубопроводных ставах при одновременном росте в них потерь напора (Д Нтр). На рис. 2.3, в соответствии с уравнениями (2.5), (2.6), приведены расчетные зависимости т;тр = f(Q) для различных значений высоты водоподъема (//г)- Зависимости даны на примере типовой шахтной водоотливной установки с насосами ЦНС-300 и нефутерованным нагнетательным трубопроводным ставом с внутренним диаметром труб 203 мм и соответствующим количеством фасонных частей и арматуры. Из приведенных зависимостей следует, что с увеличением высоты водоподъема к.п.д. трубопроводных ставов повышается. Минимальное значение к.п.д. трубопроводного става будет иметь место при Иг = О, т. е. в установках без водоподъема, так как полезная составляющая удельной энергии в них будет равна только величине динамического напора (#д). Зависимости к.н.д. трубопроводного става, насоса и насосной установки в целом Другими общесистемными критериями энергетической эффективности насосных установок являются удельные энергетические показатели: удельное электропотребление (отношение количества затраченной электроэнергии за определенный промежуток времени к количеству откаченной за это время воды); отношение мощности на зажимах привода к часовой подаче насоса в сеть qQ= Nc/Q.
В практике проектирования, реконструкции и эксплуатации водоотливных установок горных предприятий довольно часто используется совместное включение насосов на параллельную или последовательную работу. Общий к.п.д. таких установок зависит в том числе и от схем совместного включения насосоЕ, что вызывает необходимость получения соответствующих расчетных формул, отражающих степень этой зависимости.
Представим процесс электропотребления насосных установок как процесс преобразования в них электрической энергии в гидравлическую при подключении приводов насосных агрегатов к системе электроснаб жения. Отсюда для схем последовательного включения насосов, расположенных на разных горизонтах (многоступенчатая схема шахтного водоотлива), общий к.п.д. водоотливной установки, состоящей из каскада одноступенчатых насосных установок, будет равен произведению к.п.д. этих установок. С небольшими допущениями данный подход может быть использован как для схем многоступенчатого водоотлива с промежуточными водосборниками, так и без них, т. е. при непосредственном подсоединении нагнетательного трубопровода предыдущей ступени со всасом насоса последующей ступени.
При параллельной работе насосных агрегатов могут рассматриваться следующие две схемы включения насосов: на раздельные трубопроводы и на общий трубопровод. В первом случае общий поток энергии, подведенной от системы электроснабжения, распределяется по числу направлений, равному числу включенных насосных агрегатов. Во втором случае общий поток энергии, распределяясь по насосным агрегатам, соединяется вновь в общем трубопроводном ставе (см. рис. 1.3, а, б).
Основные принципы построения систем оптимального управления главными водоотливными установками
В общем случае проблема рационального функционирования главных водоотливных установок (ГВУ) сводится к решению задач оптимального управления установками на основе соответствующих критериев оптимизации. В настоящей работе было показано ранее (п.п. 2.2, 2.3), что такими критериями могут служить общий к.п.д. водоотливной установки или удельные энергозатраты (удельная мощность), оценивающие установку как единый целостный объект. В данном случае эти системные показатели энергоэффективности представляют собой общие (глобальные) критерии, котором подчинены все остальные (к.п.д. насоса, трубопровода, затраты средств на создание системы управления и др.).
Для мощных водоотливных установок обводненных месторождений с параллельной работой насосных агрегатов, и при условии включения в состав системы оптимизации так же и водосборников, может быть предложен следующий подход [41].
С учетом того, что общим входом в представленный таким образом комплекс является приток воды в водосборник ?пр(л изменяющийся как в течение суток, так и года, оптимизируемым параметром комплекса может быть принята подача насосной станции QHCi[) (одного или нескольких параллельно работающих насосных агрегатов), регулируемая в течение суток.
Особенно значительны суточные колебания притоков на многоступенчатых водоотливных установках, на которых естественные притоки воды на «-ом горизонте (?ПР) складываются с притоком воды, обусловленным работой насосных агрегатов (п+\)-го горизонта, ()$).
Следовательно, суммарный приток воды в водосборнике п-го горизонта (рис.3.5): Естественные притоки воды (нормальные или максимальные) изменяются значительно только в переходные периоды сезонов. Поскольку требуется составлять графики работы водоотливных установок на периоды обычно не превышающие времени суток, то с небольшим допущением ПР = const. Приток ш обусловлен графиками работы насосных агрегатов (я+1)-го горизонта и может изменяться в широких пределах. Отсюда и изменения в широком диапазоне притока Q py . Сказанное проиллюстрировано на рис. 3.6 посредствам графиков, составляемых при формировании исходных данных.
Состояние водосборника характеризуется переменным уровнем воды H(t) или переменным количеством воды в нем S(t). При этом допускаемый нижний (Ни), верхний (Нв) и аварийный (#а) уровни приняты в условиях нашей задачи постоянными для конкретных состояний водосборника и всего комплекса в целом. Разность объемов водосборника, соответствующих аварийному и верхнему уровням воды, принята как резервная емкость водосборника (обычно равна 0,5 - 1,0 часовому притоку воды), рйс.3.9.
График изменения текущей мощности Л э(0 в течение суток должен составляться с учетом формирования наиболее эффективного суточного графика электрической нагрузки всего горного предприятия, увязанного соответствующим образом с максимумами нагрузок в электроэнергосистеме (утренним и вечерним) [27].
Таким образом, математическая модель функционирования комплекса главной водоотливной установки может быть составлена из зависимостей 3.6-3.11. Параметры состояния рассматриваемого комплекса изменяются не только при переходе одного подкомплекса к другому, но еще зависят от времени, поэтому для построения математической модели оптимизации необходимо использовать пространственно-временные модели.
Анализ состояния проблемы, теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в рамках настоящей работы (гл. 1, 2, 3), позволяют целенаправленно и с учетом практически всех значимых факторов выполнить обоснование мероприятий по повышению энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива. Результатом реализации этих мероприятий должно явиться снижение энергозатрат на осушение шахт и рудников, особенно значительных на обводненных месторождениях и глубоких горизонтах подземных горных предприятий. При обосновании и разработке мероприятий должно быть учтено следующее:
1. Оценка энергоэффективности должна осуществляться в целом по водоотливной установке, т. е. с учетом потерь не только в электрической сети, насосном агрегате, но и в трубопроводных ставах (по общему к.п.д. установки или по показателю удельных энергозатрат).
2. Избыточная напорность насосов должна быть уменьшена до минимально допустимых значений (избыточная напорность приводит к росту удельных энергозатрат - формула 2.10).
3. По мере возможности следует избегать совместной работы насосных агрегатов, приводящей к увеличению удельных энергозатрат (см. п. 2.3).
4. Необходимо использовать параллельное включение 2-х трубопроводных ставов при работе одного насосного агрегата в комплексе с подрезкой рабочих колес (там где позволяет уровень резервирования трубопроводных ставов).
5. Для снижения избыточной напорности насосов и их энергоемко -сти шире использовать подрезку одного (или 2-х) рабочих колес насоса, настраивая действительный режим его работы на зону максимальных значений общего к.п.д. насосной установки.
6. При значительной избыточной напорности однотипных секционных насосах, расположенных на разных горизонтах многоступенчатого водоотлива, включать их в последовательную работу со снятием одного рабочего колеса у вышерасположенного насоса.
С учетом изложенного выполним обоснование некоторых мероприятий по повышению энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива за счет снижения энергоемкости насосных агрегатов применительно к условиям обводненного месторождения бокситов «Красная шапочка», горноподготовительные работы на котором ведутся в настоящее время на глубинах 1000 - 1200 м, а добычные - на 800 - 900 м при 3-х -4-х ступенчатой схеме водоотлива шахт ОАО «Севуралбокситруда».
Анализ условий и режимов эксплуатации водоотливных насосных установок (под термином «установка» здесь понимается неотъемлемая совокупность насоса и всего трубопроводного става с оценкой энергетической эффективности такой совокупности по общему к.п.д установки или по ее удельной энергоемкости) шахт СУБРа показывает, что характерным для большинства насосных агрегатов (особенно с секционными насосами) является избыточная напорность насосов, приводящая к зна чительным потерям энергии на сливе из трубопроводных ставов. Избыточная напорность насосов, закладывающаяся еще при их выборе, обусловлена тем, что современные секционные насосы имеют весьма значительные напоры на одно рабочее колесо (80 - 120 м и более).
При последовательном соединении 2-х однотипных насосов, расположенных на разных горизонтах (соседних ступенях водоотлива), их избыточные напорности в сумме могут превзойти напорность одного рабочего колеса. Следовательно, возникает техническая возможность снятия одного рабочего колеса у верхнего насоса, что целесообразно прежде всего с точки зрения энергосбережения, т. к. снятие одного колеса у насоса типа ЦНС- 500 приводит к снижению входной мощности насоса на 160 - 170 кВт, а у насоса ЦНСГ- 850 - на 420- 450 кВт. На водоотливных установках СУБРа (ОАО «Севуралбокситруда») подобное соединение насосов принципиально возможно в нескольких случаях. Например, по каскаду насосов типа ЦНС- 500 (насосные камеры гор.- 500 м и гор.-140 м шахты № 14) и по каскаду насосов типа ЦНСГ- 850 (насосные камеры гор.-740 м и гор.-500 м шахты № 14). В первом случае избыточная напорность 2-х насосов (ЦНС-500-400 и ЦНС-500-480) составляет около 100 м, а во втором случае (насосы ЦНСГ-850-360 и ЦНСГ-850-480) - около 160 м. Следовательно, имеется полная техническая возможность снятия рабочих колес с заменой двигателей этих насосов на менее мощные. Данные каскады насосов целесообразно использовать в первую очередь в качестве потребителей - регуляторов мощности для снижения нагрузки в целом по шахте в часы максимумов электрических нагрузок в ЭЭС.
Разработка мероприятий по снижению энергоемкости насосных агрегатов
Как уже отмечалось (см. гл. I), на шахтах СУБРа (ОАО «Севуралбокситруда») около половины электропотребления приходится на водоотлив, поэтому техническим персоналом предприятия постоянно проводится целенаправленная работа в направлении энергосбережения на водоотливе.
Не останавливаясь на уже проводимых мероприятиях, рассмотрим с учетом теоретических положений настоящей работы (главы И, III) обоснование энергосберегающих режимов водоотливных установок и наиболее целесообразные пути их обеспечения (реализации). Прежде всего рассмотрим техническую сущность предлагаемых здесь мероприятий, теоретическое обоснование которых выполнено вы-ше(см. п. 3.3.). 1. Избыточная напорность насосов приводит к потерям в трубопроводах и к значительному увеличению входной мощности насосов с вытекающими отсюда последствиями. Наиболее просто и эффективно они устраняются изменением характеристики насоса в сторону ее снижения, что достигается соответствующей подрезкой одного или 2-х рабочих колес в насосе не более 20 % их диаметра. При этом, с точки зрения рабочих процессов, у спирального насоса допустима подрезка колеса в целом, а у секционного - только лопаток с оставлением дисков. При соответствующей подрезке колес может быть реализован наиболее энергосберегающий режим работы насосов. 2. Пропуск воды по 2-м трубопроводным ставам приводит к снижению в них скорости примерно в 2 раза и, следовательно, потерь напора примерно в 4 раза (потери напора зависят от скорости в квадрате). Соответственно и снижается мощность насосного агрегата при условии подрезки рабочего колеса насоса (определяется расчетом), см. рис.3.8. При этом к.п.д. трубопровода увеличивается в среднем на 5-6 %, а установки в целом на 3-4 %. При каскадном последовательном включении 2-х однотипных насосов разных ступеней водоотлива избыточная напорность нижнего насоса суммируется с избыточной напорностью верхнего. В ряде случаев суммарная избыточная напорность 2-х насосов может оказаться выше напорности одного колеса и тогда его можно снять (у верхнего насоса). Это самое результативное из предложенных мероприятий (снятие одного колеса у насоса ЦНС-500 эквивалентно снижению мощности на 165 кВт, а у насоса ЦНСГ-850 - на 444 кВт). Однако на шахтах объединения такое мероприятие оказалось технически возможным к реализации только в 2-х случаях: 1. Каскад насосов ЦНСГ-850 (горизонт-740 ми- 500 м), ш. № 14. 2. Каскад насосов ЦНС-500 (горизонт-500 ми -140 м), ш. № 14. Разработка и реализация данных мероприятий должна осуществляться индивидуально по каждой насосной станции (камере) и каждому типу насоса с учетом всех факторов, влияющих на режим работы насосной установки.
Реализация мероприятия приведет к снижению энергоемкости насосных агрегатов в водоотливном хозяйстве ОАО «Севуралбокситруда». При соответствующей организации работы водоотливных установок это снижение энергоемкости может быть использовано в первую очередь для снижения нагрузок по шахтам в часы максимумов нагрузок в ЭЭС (будет показано ниже п.4.3.). Для этого один или два насоса в насосной камере со сниженной энергоемкостью (в случае необходимости) могут включаться в работу также и в часы максимумов нагрузок.
