Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ШАХТНЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ОТ ИЗБЫТОЧНОЙ НАПОРНОСТИ НАСОСОВ

Петровых Л.В. 1 Угольников А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»
Условием стабильной работы центробежных насосов шахтных установок является наличие избыточной напорности. Необходимость поддержания запаса избыточной напорности продиктована возможным колебанием частоты питающей сети и частоты вращения приводного двигателя, разъеданием концов лопаток рабочих колес, их гидрообразивного износа и т.д. С ее изменением меняется количество энергии, затрачиваемое на откачивание воды. В связи с этим рассматриваются энергетические зависимости в функции избыточной напорности. Экспериментальное установление зависимостей удельной энергоемкости насосных агрегатов выполнялось на трех насосных установках рудника «Чебачий» ОАО «Верхнеуральская руда». Представлены зависимости удельной энергоемкости трех насосов в функции избыточной напорности в реальных условиях эксплуатации. Зависимости получены путем математической обработки результатов эксперимента с использованием метода наименьших квадратов.
зависимости
удельная энергоемкость
избыточная напорность
шахтные водоотливные установки
1. Нечушкин Г.М. Состояния и проблемы водоотлива глубоких шахт. Сб. Водоотлив глубоких шахт. – М.: Недра. – 1967. – С. 67–70.
2. Петровых Л.В. Количественная оценка удельной энергоемкости в функции избыточной напорности насосов ЦНСК 300-480 // Сборник докладов УГПД-2012. – Уральская горно-промышленная декада. – С. 396–397.
3. Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Недра, 1983. – 304 с.
4. Попович Н.Г., Данильчук Г.И. Автоматизация производственных процессов угольных шахт. – Киев: Высшая школа. – 1978. – 335 с.
5. Тимухин С.А., Петровых Л.В. Оценка энергозатратности избыточной напорности водоотливных установок // Известия вузов. Горный журнал – 2011. – № 5. С. 82–86.

Наличие избыточной напорности – это одно из условий стабильной работы центробежных насосов. Избыточная напорность расходуется на перемещение воды по сети трубопровода и преодоление сопротивления. Необходимость поддержания запаса избыточной напорности продиктована возможным колебанием частоты питающей сети и частоты вращения приводного двигателя, разъеданием концов лопаток рабочих колес, их гидрообразивным износом и др.

Численно избыточная напорность определяется как разность фактического манометрического напора насоса и геодезической высоты нагнетания [1]:

, (1)

где – фактический манометрический напор насоса, м; – геодезическая высота нагнетания, м.

С увеличением избыточной напорности увеличивается значение удельной мощности q, т.е. количество энергии, затрачиваемой на откачивание воды. В общем случае

, (2)

где q – удельная мощность, кВт · ч/м3; – мощность насоса, кВт; – производительность насоса, м3/ч.

В соответствии с (2) удельная избыточная мощность (обусловленная избыточной напорностью):

, (3)

где – плотность шахтной воды; – текущее значение КПД насоса, соответствующее .

Избыточная напорность насоса может быть записана следующим образом

, (4)

где – постоянная трубопровода; – текущее значение подачи насоса.

Из уравнения (4) следует:

, (5)

Аналитическое выражение характеристик может быть представлено в виде квадратичной функции [2]:

, (6)

где – опытные коэффициенты для каждого типа насоса.

С учетом (5) запишем аналитическое выражение характеристик :

, (7)

Подставив выражение (7) в (3), получим зависимость удельной избыточной мощности насоса от его избыточной напорности:

, (8)

Заменив выражение (постоянной насосного агрегата), получим:

, (9)

Расчетные зависимости , построенные согласно выражению (9), приведены на рисунке 1 (для насосов типа ЦНС). Исходные данные для этих расчетов приведены в таблице.

Экспериментальное установление зависимостей удельной энергоемкости насосных агрегатов выполнялось на трех насосных установках рудника «Чебачий» ОАО «Верхнеуральская руда» с насосами ЦНСК 300-480.

Исходные данные для построения зависимостей

Насос

Формула КПД

Подача, м3/ч

ЦНС 38-44 – ЦНС 38-220

0,01300

ЦНС 60-198 – ЦНС 60-330

0,00550

ЦНС 105-98 – ЦНС 105-490

0,00180

ЦНС 180-85 – ЦНС 180-425

0,00061

ЦНС 300-120 ЦНС 300-600

0,00022

Рис. 1. Зависимости удельной избыточной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата

Центробежные секционные насосы типа ЦНСК 300-480 предназначены для перекачивания в стационарных условиях воды, содержащей механические примеси не более 0,2 % по весу, температурой до 40°С. Насосы могут использоваться для откачки воды на водоотливе в шахтах с показателем кислотности рН 3,5–8,5. Экспериментальные данные по определению производительности трех насосов главного водоотлива ЦНСК 300-480 были получены при помощи расходомера «ВЗЛЕТ ПР», предназначенного для оперативного измерения расхода и объема жидкости с помощью накладных датчиков без вскрытия трубопровода. Расходомер-счетчик ультразвуковой портативный «ВЗЛЕТ ПР» устанавливался при замерах на напорный трубопровод насосных агрегатов. Расходомер обеспечивал измерение среднего объемного расхода при скорости потока до 13 м/с, что соответствует расходу, определяемому по формуле:

, (10)

где – измеряемый средний расход, м3/ч; V – скорость потока, м/с; – диаметр условного прохода трубопровода, мм.

Напор каждого насоса измерялся манометром ДМ2010С.У2, установленным на нагнетательной линии насосной установки.

На рисунке 2 представлены зависимости удельной энергоемкости трех насосов (q) в функции избыточной напорности в реальных условиях эксплуатации. Зависимости получены путем математической обработки результатов эксперимента с использованием метода наименьших квадратов и представляют собой полиномиальные функции третьей степени с корреляционным отношением для насоса № 1 ; для насоса № 2 ; для насоса № 3 [3].

Полученные соотношения свидетельствуют о существенной зависимости удельной энергоемкости насосных агрегатов от избыточной напорности насосов.

Рис. 2. Зависимости удельной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата

Рецензенты:

Шеклеин С.Е., д.т.н., профессор, д.т.н., заведующий кафедрой «Атомные электростанции» Уральского Федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург;

Кожушко Г.Г., д.т.н., профессор кафедры подъемно-транспортных машин и роботов Уральского Федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург.


Библиографическая ссылка

Петровых Л.В., Угольников А.В. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ШАХТНЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ОТ ИЗБЫТОЧНОЙ НАПОРНОСТИ НАСОСОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21249 (дата обращения: 20.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074