Расчет водоотливной установки

Исходные данные:

• нормальный приток Q_{н. п} = 100 м³/час;

• максимальный приток Q_{м. п} = 150 м³/час;

• высота борта карьера по вертикали Н_р = 80 м;

1. Выбор насоса. Требуемая расчетная подача насоса определяется по формуле:

; (4.1)

Q_p=120 м³/час.

Геометрический напор определяется по формуле:

, (4.2)

где Н_вс = 3 – ориентировочная геометрическая высота всасывания, м;

Н_пр = 1,0 – превышение точки слива воды на поверхности над уровнем борта, м;

Н_г=84 м.

Ориентировочный напор насоса определяется по формуле:

, (4.3)

Н_ор=92,4 м.

Предусматривается установка трех насосов ЦНС 180-100, имеющих в оптимальном режиме подачу Q_опт=180 м³/час и напор Н_опт=100 м, при напоре на одно рабочее колесо Н_к=42 м. Напор одного рабочего колеса при нулевой подаче Н_{к. 0}=50 м.

Необходимое число последовательно соединенных колес насоса определяем по формуле:

(4.4)

Z_k = 2,2. Принимаем Z_к=3.

Напор насоса при нулевой подаче определяется по формуле (4.5)

, (4.5)

Н₀=150 м.

Проверка по условию устойчивой работы: , м .

2. Расчет трубопровода. Предусматривается оборудование водоотливной установки двумя напорными трубопроводами (рисунок 4.1.). Длина подводящего трубопровода l_п = 5 м, в его арматуру входит 1 приемная сетка и 1 колено. Длина напорного трубопровода l_н = 150 м; его арматура: 1 задвижка, 1 обратный клапан и 3 колена.

Рисунок 4.1 – Схема подводящего и напорного трубопроводов

Оптимальный диаметр напорного трубопровода определяется по формуле:

, (4.6)

где k=1 – коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов;

d_опт=0,155 м.

Принимаем трубы с наружным диаметром 159 мм. При определении требуемой толщины стенки принимаем срок службы трубопровода 10 лет, материал труб – сталь 20.

Толщина стенки определяется по формуле (4.7)

, (4.7)

где k₁=2,27;

р – давление у напорного патрубка, МПа, (p = 1,2 МПа):

; (4.8)

где ₁ и ₂ – скорость коррозионного износа наружной и внутренней поверхностей труб, соответственно 0,25 и 0,1 мм/год;

=4,584 мм.

Принимаем толщину стенки 5 мм.

Таким образом, окончательно принимаем для напорного трубопровода трубы бесшовные горячедеформированные (ГОСТ 8732-78) с внутренним диаметром d_н=149 мм и толщиной стенки 5 мм; для подводящего трубопровода принимаем трубы с наружным диаметром 194 мм и внутренним диаметром d_п=184 мм.

Скорость воды в подводящем трубопроводе определяется по формуле (4.9)

, (4.9)

_п=1,88 м/с.

Тоже в напорном трубопроводе

_н=2,47 м/с.

Коэффициент гидравлического трения в подводящем и напорном трубопроводе определяется по формуле (4.10)

; (4.10)

_п=0,035;

,

_н=0,037.

Учитывая, значения коэффициентов местных сопротивлений, суммарные потери напора определяются по формуле:

, (4.11)

где =0,6 – суммарный коэффициент местных сопротивлений;

h_п=0,64 м;

,

=12,06;

h_н=15,2 м.

Суммарные потери в трубопроводе определяются по формуле:

h=h_п+h_н , (4.12)

h = 16 м.

Напор насоса определяется по формуле:

, (4.13)

Н = 100 м.

Характеристика трубопровода строится в соответствии с формулой:

Н = Н_г+RQ², (4.14)

откуда по формуле:

, (4.15)

R = 0, 00049.

Следовательно,

Н = 84+0,00049Q².

Результаты расчетов по этому выражению приведены в таблице 4.3.

3. Рабочий режим насоса. Q = 210 м³/час; Н = 108 м;  = 0,7; Н_в^доп = 6,5 м.

КПД трубопровода определяется по формуле:

, (4.16)

_т=0,77.

Таблица 4.3 – Результаты расчета трубопровода

	0	1/4Q	1/2Q	3/4Q	Q	5/4Q
Q, м^3/час	0	45	90	135	180	225
Н, м	84	85	88	94	100	109

4. Проверка ваккууметрической высоты всасывания. Геометрическая высота всасывания ориентировочно принята 4 м.

Действительная ваккууметрическая высота всасывания:

, (4.17)

Н_в=4,64 м.

Так как по характеристике насоса в рабочем режиме Н_в^доп=6,5 м, то соблюдается условие Н_вН_в^доп.

5. КПД водоотливной установки определяется по формуле:

; (4.18)

=0,64.

6. Вместимость водосборника определяется по формуле:

V_в=4Q_{н. п} ; (4.19)

V_в= 400 м³.