Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ESTIMATE OF THE ENERGY DEPENDENCE OF THE MINE PUMPING SYSTEMS FROM EXCESS OF PRESSUR

Petrovykh L.V. 1 Ugolnikov A.V. 1
1 Ural State Mining University
The presence of excessive pressure is an important condition of stable operation of centrifugal pumps of mine systems. It is necessary to maintain reserve of excessive pressure because of probable frequency changes of feeding net and frequency of rotation of drive motor, fretting of the ends of sholeves of impellers, its damage of water etc. With changing excessive pressure the amount of energy, which spends on water pumping, changes. In this regard power dependencies are considered in function of an excessive pressure. The experimental establishment of power density dependencies of pumping units had been realizing on three pumping systems of «Chebachi» mine of «Verkhneural ore». Dependencies of power density of these three pumps are performed in function of excessive pressure in the real conditions of exploitation. Dependence is calculated by using mathematical adaptation of results of the experiment using The Method of Least Squares.
dependence
power density
excess of pressure
mine dewatering installations pumps of mines

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.