Расчет водоотливной установки

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

“Кузбасского  государственного технического университета

имени Т.Ф.Горбачева” 
 

Кафедра стационарных и транспортных машин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «Стационарные машины»

на тему: «Расчет водоотливной установки» 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил:

     студенки гр.ОЭц-081

         Сафоновой А.Л.

Проверил:

                Кобылянский Д. М. 
 
 
 
 

Кемерово 2012

     Содержание 

1. Расчет  и выбор насоса……………………………………………….2

2. Выбор коллектора…………………….……………………………Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1 

 Разраб.

Сафонова

 Провер.

Кобылянский 
 
 
 
 
 
 

Лит.

Листов

13

ОЭц-081

...4

3. Расчет  трубопровода и потерь в трубопроводе…………………....4

4. Определение  вакуумметрической высоты всасывания  и 

мощность  двигателя насоса…………………….……………………...9

5. Работа  установки и ее экономические  показатели……………….10

Список  литературы…………………….……………………………....13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

2

Исходные  данные: 

Высота подъема  воды      Н_ш = 140 м

Нормальный часовой  приток воды    Q_н  = 100 м³/ч

Максимальный  часовой приток воды    Q_max = 280 м³/ч

Срок службы водоотливной установки   Т = 10 лет

Длина трубопровода       L_тр = 1200 м

Время максимального  притока    t_д.мах = 42 сут

Количество поворотов  трубопровода на плане  n = 11 шт 

1. Расчет  и выбор насоса

 

   1.1 Определение производительности насосного агрегата. 

   Производительность  одного насоса и рабочей группы насосов  определять расчетом из условия, что  суточный максимальный приток следует  откачать не более чем за 20 часов. 
 
 

   где, Q_max – максимальный часовой приток воды, м³/ч. 
 
 

   1.2 Ориентировочный напор насоса. 
 
 

   где Н_г – геометрическая высота подъема воды, м 

   Значение  Н_г определяется как расстояние, измеренное по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до уровня слива ее в самотечный коллектор или отводящую канаву на поверхности, тогда 
 

                

   где, Н_вс.ор = 3 м – ориентировочная высота всасывания, м;

           h_n = 1 м – превышение трубопроводом уровня дневной поверхности, м. 
 
 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

3

1.3 Выбор типоразмера насоса. 

   Заданным  условиям удовлетворяет насос ЦНС  500-160…800 

   Характеристики  насоса ЦНС 500-160…800

   Таблица №1             

Насос	Zк, ед	Qопт,  м3/ч	Нк, м	Рабочая хар-ка м3/ч	η, ед	n, об/мин	Hв.доп. при  t= 25	Hк.о., м
ЦНС 500-160…800	2-10	500	80	380-640	0,73	1500	4,5	81,3

 

   Определяем  необходимое число рабочих колес (ступеней): 
 
 

   где, Н_к – напор, создаваемый одним рабочим колесом, при Q_ор, м 
 

   Принимаем z_к = 2.

   Определяем  число насосов в рабочей группе: 
 
 
 
 

   Т.к. выполняется  условие: , то принимаем n_р.гр = 1.

   Число насосов в резервной группе n_рез.гр принимать равному числу насосов в рабочей группе и добавить один насос, находящийся в ремонте.

   Определяем  общее число насосных агрегатов  водоотливной установки : 
 
 
 
 

   Определяем  оптимальный напор насоса:

    
 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

4

Определяем  напор насоса  при нулевой подаче: 
 
 
 
 

   Устойчивость  режима работы оценивается выполнением  условия: 
 
 

    вариант  приемлем. 

   

2. Выбор коллектора

 
   

1.  Схемы коллектора.

 
 
 
 
 

   Принимаем трехтрубный коллектор.  

   Расход  трубопроводной арматуры в коллекторе

   Таблица №2          

Рисунок	ny	nт	За	Тр	От	Зн	Рд	Пд
1	3	2	6	3	4	2	2	1

 
   

3. Расчет  трубопровода и потерь в трубопроводе

 
   

1. Расчет  диаметра трубопровода.

 

   При расчете трубопровода водоотливной установки необходимо выбрать оборудование для всасывающего и нагнетательного  трубопроводов и определить их длину  из общей протяженности трубопровода. Приняв типовую насосную камеру, составляем схему трубопровода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

5

Определяем  оптимальный диаметр  напорного трубопровода на участке 
 
 

   где, к  – коэффициент, зависящий от числа  напорных трубопроводов ( при трех трубопроводов К=0,752). 
 
 

   При данном диаметре трубопровода потери напора в нагнетающем трубопроводе составляют ,следовательно увеличиваем полученный диаметр и принимаем трубы с внутренним диметром       D = 299 мм.

   Для уменьшения гидравлических сопротивлений диаметр  всасывающего трубопровода следует  принимать больше расчетного значения на 25-50 мм больше: 
 
 
 

   Принимаем D=325 мм. 

   

2. Определение толщины стенки труб.

 

   Толщина стенки напорного трубопровода определяется из условия прочности по максимальному  давлению воды с учетом его срока  службы и интенсивности износа внутренней и наружной поверхностей.

   Определяем  давление для нижнего сечения  напорного трубопровода: 
 
 

   где, ρ  – плотность воды – 1020, кг/м³;

          g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

          H_ор – напор, создаваемый одним насосом при откачке притока, м. 
 
 

   Определяем  расчетную толщину стенки трубы: 
 
 
 

   где, k₁ – коэффициент, учитывающий прочностные свойства материала труб ( для стали 20 k₁=2,27);

          D – внутренний диаметр трубы, м ;

          Р – давление в нижней части  колонны труб, МПа;

          α₁ – скорость коррозионного износа наружной поверхности труб, мм/год (при ведении взрывных α₁=0,25);

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

6

      α₂ – скорость коррозионного износа внутренней поверхности труб, мм/год (при нейтральных или щелочных водах α₂=0,1);

         Т – срок службы трубопровода,  лет;

          k_c – коэффициент, учитывающий минусовый допуск толщины стенки (для труб обычной точности изготовления при толщине стенки более 15 мм k_с=15%). 
 

   Принимаем толщину стенки δ = 7,5мм. 

   Определяем  расход скорости воды для всасывающего трубопровода: 
 
 
 
 

   Определяем  расход скорости воды для всасывающего трубопровода: 
 
 
 
 

   Определяем  коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе: 
 
 
 
 
 
 

   Определяем  коэффициент гидравлического трения в напорном трубопроводе: 
 
 
 
 
 

3. Расчет  потерь напора в трубопроводе.

 

   Для определения потерь напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводе нужно использовать уравнение  Дарси-Вейсбаха: 
 

   

   

где, λ_вс, λИзм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

7

_наг – коэффициент гидравлического трения по длине соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

          l_вс, l_наг – суммарная длина прямолинейных участков соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

          ∑ ε_вс,∑ ε_наг – суммарное количество местных сопротивлений соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов;

   V_вс, V_наг – скорость движения воды соответственно для всасывающего и нагнетательного трубопроводов. 

   Перечень  местных сопротивлений  в трубопроводе

   Таблица №3      

Тип сопротивления	Dy, мм	ε, ед	Кол-во
всасывание
Приемная  сетка	325	5,2	1	5,2
Задвижка  клиновая	325	0,3	1	0,3
Колено  с углом 90: - сварное	325	0,6	1	0,6
Итого:				6,1
нагнетание
Задвижка  клиновая	299	0,3	6	1,8
Колено  с углом 90: - сварное	299	0,6	4	2,4
Тройник	299	1,5	3	4,5
Диффузор	d1/d2=0,5-0,8	0,2	1	0,2
Клапан  обратный    поворотный	325	10	1	10
Итого:				17,4

 
 
 
 
 
 
 
 
   

4. Уравнение характеристики трубопровода.

 

   Для водоотливных установок горнодобывающих предприятий  уравнение характеристики трубопровода в общем случае имеет вид:  
 
 

   где, R – постоянная трубопровода. 
 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

8

 
 
 

   Результаты  табулирования уравнения  характеристики

   Таблица №4   

Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Q, м3/ч	0	100	200	300	400	450	500	600	700
H, м	204	206	212	222	236	245	254	276	302

 
 
 
 
   

4. Определение вакуумметрической  высоты всасывания и  мощность двигателя  насоса

 
   

1. Проверка  вакуумметрической высоты всасывания.

 

   Геометрическая  высота всасывания принята ориентировочно 3 м.

   Определяем  действительную высоту всасывания: 
 
 
 
 
 

   Допустимая  высота всасывания берется из условия: 
 
 

                                                             

        

         ;  = 0,7 ;              = 4,5 

   

2. Мощность  и выбор двигателя насоса.

 

   Для обеспечения надежной работы насосного  агрегата в длительном режиме, но не более 20 часов в сутки, следует  определять мощность при возможной  наибольшей производительности насоса в данных условиях.

   Определяем  расчетную мощность двигателя: 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

9

где, η_дв – КПД электродвигателя, предварительно принимать η_дв = 0,92. 
 
 

   При выборе по каталогу следует принимать  двигатель с номинальной мощностью, отвечающей условию: 
 
 
 
 

   Принимаем электродвигатель ВАО2-560 M-4. 
 
 
 
 
 
 
 

   Характеристики  электродвигателя насоса ЦНС установки главного

   водоотлива

   Таблица №5

Тип насоса	Тип двигателя	H, м	N, кВт	I, А	η, ед	cosφ	n, об/мин	Mn/Mн ед
ЦНС 500-160…800	ВАО2-560 М-4	480	630	72	0,948	0,87	1500	6,0

   После выбора электродвигателя необходимо проверить  запас мощности при N_дв > 200 кВт: 
 
 
 
 

   

5. Работа  установки и ее экономические показатели

 
   

1. Продолжительность работы установки.

 

   Определяем  продолжительность работы насоса для  откачивания нормального притока: 
 
 

   где, Q_р – производительность насоса в рабочем режиме, м³/ч. 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

10

Определяем  продолжительность  работы насоса для  откачивания максимального  притока: 
 
 

   где, Q_р – производительность  насоса в рабочем режиме при откачивании максимального притока, м³/ч. 
 
 
 
 
 

   

2. Годовой расход электроэнергии и КПД установки.

 

   Определяем  годовой расход электроэнергии водоотливной установки: 
 
 

   где, Q_р, H_р – производительность и напор насоса в рабочем режиме, м³/ч и м;

             t_н, t_max – продолжительность работы насоса для откачивания нормального и максимального притока, ч;

             t_д.н, t_д.max – число дней в году с нормальным и максимальным притоком, сут;

              η, η_д, η_с – КПД насоса, двигателя и электрической сети.

   КПД электрической  сети следует принимать 0,95. 
 
 

   Определяем  годовой приток воды: 
 
 
 
 

   Определяем  удельный расход электроэнергии: 
 
 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

11

Режим работы насосной установки  считается экономичным, если на стадии проектирования выполняется оба условия: 
 
 

   где, η_у – КПД насосной установки;

           η_max – максимальный КПД насосной установки, как правило, достигается при номинальной производительности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    = = 0,4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

12

 
 
 
 
 
 
 

   \ 
 
 

Список  литературы 

  1.Кобылянский Д.М. Насосные установки для откачки воды. Методическое указание для выполнения курсовой работы по дисциплине «Стационарные машины». ГУ КузГТУ Кемерово 2011.-30 с.

  2. Абрамов А.  П.  Стационарные  машины.  Расчет  водоотливных  установок  горнодобывающих  предприятий:  учеб.  пособие  /  А.  П.  Абрамов,  В.  Н.  Бизенков; ГУ  КузГТУ.  – Кемерово, 2003. – 143 с.

  3.Бизенков В. Н. Стационарные машины. Расчет шахтных водоотливных  установок:  учеб:  пособие  /  В.  Н.  Бизенков,  А.  П. Абрамов; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2001. – 56 с.

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Лист

13