CC BY
41
ХДК 622.532
ОБОСНОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЗАТРАТ НА ЭЛЕКТРОПРИВОД НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ОТ ВЫСОТЫ СТУПЕНИ В МНОГОСТУПЕНЧАТОМ ШАХТНОМ
ВОДООТЛИВЕ
Д. С. Стожков
С понижением горных работ до глубины 800-1600 м возникает необходимость обоснования рациональной высоты ступени в зависимости в том числе и от стоимостных показателей электродвигателей для насосного оборудования водоотливных установок. Рассмотрены вопросы установления зависимостей стоимостных показателей электродвигателей для насосного оборудования от высоты ступени.
Ключевые слова: высота ступени; секционные насосы; многоступенчатый шахтный водоотлив; стоимостные показатели; электродвигатель.
В практике проектирования и эксплуатации шахтного водоотлива глубоких горизонтов шахт и рудников все большее применение находят многоступенчатые схемы. Обусловлено это не только самим характером постепенного углубления горных работ, но и технической целесообразностью применения многоступенчатых схем, в которых не требуется высокона-порных насосов и арматуры, а электродвигатели имеют сравнительно небольшую мощность, что очень важно с точки зрения допустимой мощности короткого замыкания в системах подземного электроснабжения [1, 2]. С понижением горных работ до глубины 800-1600 м ступенчатость схем водоотлива может возрасти до 3-6. Следовательно, анализ и обоснование рациональной высоты ступени в таких схемах приобретает важное значение, особенно в условиях обводненных месторождений, при отработке которых расходы электроэнергии на водоотлив могут достигать половины и более общего расхода по шахте или руднику (например, такой случай имеет место на шахтах ОАО «Сев-уралбокситруда»).
Обоснование рациональной высоты ступени в таких задачах практически невозможно без технико-экономической оценки стоимостных показателей электродвигателей для насосного оборудования водоотливных установок в функции высоты ступени, что напрямую связано с аналогичными зависимостями стоимости электродвигателей и их отпускной цены.
В качестве исходных данных при решении этой задачи авторами были взяты за основу фактические данные заводов-изготовителей по отпускным ценам на электродвигатели. В качестве примера в табл. 1 и 2 приведены исходные данные по электродвигателям насосного оборудования и расчетные данные по их отпускным ценам (для расчета водоотливных установок с секционными насосами ЦНС 300120...600 и ЦНС 500-160...880). На основе этого на рис. 1 и рис. 2 приведены расчетные графические зависимости затрат на электродвигатели в функции высоты ступени Н для насосов типа ЦНС 300 и ЦНС 500.
Данные зависимости описываются полиномом первой степени типа у = Ь + ах, т. е.
где Сдвиг - стоимость электродвигателя, р.; а, с - коэффициенты аппроксимации для рассматриваемых типов электродвигателей шахтных центробежных секционных насосов.
Так как мощность на валу машины (насоса) N в = Ma, то Сдвиг = а (Ыв/ ю) + с.
Из теории турбомашин известно, что
N = РЯН ст(р)6р
в 1000 • 3600^/
где Q ,цр - режимное значение подачи и КПД, Н ст(р)- высота ступени, численно равная режимному значению напора.
Из отношения pq
1000•3600
= const = K,
H. у ’
где Кн - коэффициент насосной установки, следует, что
N - К«-уНст (р)6(р) в ■
В каскаде последовательно соединенных насосов 2р и г) р одинаковы (если насосы одного типа, то и их режимы работы тоже одинаковы), следовательно, необходимо рассмотреть характеристики насосов и трубопроводов и точки действия режимов.
ц
р
Таблица 1
Исходные данные для расчетов электродвигателей для насосов
ЦНС 300-120...600
Тип насоса Напор, м Тип электродвигателя Мощность электродв игателя, кВт Часто та вращения, мин-1 Отпускная цена электродвигателя, р.
ЦЖ 500-160 160 BA04-450LB-4 400 1500 378 880
ЦЖ 500-240 240 ВАО4-560 M4 630 1500 409 600
ЦЖ 500-320 320 ВАО4-560 LА4 800 1500 458 240
ЦЖ 500-400 400 ВАО4-560 Lb4 1000 1500 631 360
ЦЖ 500-480 480 ВАО4-560 Lb4 1000 1500 631 360
ЦЖ 500-560 560 ВАО4-630 S-4 1250 1500 957 760
ЦЖ 500-640 640 ВАО4- 630 M-4 1600 1500 1 408 320
ЦЖ 500-720 720 ВАО4- 630 M-4 1600 1500 1 408 320
ЦЖ 500-800 800 ВАО4-630 L-4 2000 1500 1 327 040
ЦЖ 500-880 880 ВАО4-630 L-4 2000 1500 1 327 040
С учетом изложенного запишем, что для любого рассматриваемого многоступенчатого каскада «насос в насос» отношение Q / -
= const справедливо для ступеней каскада.
Следовательно, мощность на валу двигателя
Nв = Кн. у Ккас НстКР
где К - коэффициент каскада, численно
Таблица 2
Исходные данные для расчетов электродвигателей для насосов
ЦНС 500-160...880
Т ип насоса Напор, м Тип электродвигателя Мощность электродвигателя, кВт Часто та вращения, мин-1 Отпускная цена электродвигателя, р.
ЦЖ 500-160 160 BA04-450LB-4 400 1500 378 880
ЦЖ 500-240 240 ВАО4-560 M4 630 1500 409 600
ЦЖ 500-320 320 ВАО4-560 LА4 800 1500 458 240
ЦЖ 500-400 400 ВАО4-560 LВ4 1000 1500 631 360
ЦЖ 500-480 480 ВАО4-560 LВ4 1000 1500 631 360
ЦЖ 500-560 560 ВАО4-630 S-4 1250 1500 957 760
ЦЖ 500-640 640 ВАО4-630 M-4 1600 1500 1 408 320
ЦЖ 500-720 720 ВАО4-630 M-4 1600 1500 1 408 320
ЦЖ 500-800 800 ВАО4-630 L-4 2000 1500 1 327 040
ЦЖ 500-880 880 ВАО4-630 L-4 2000 1500 1 327 040
равный отношению Qp / ц
Подставляя уравнения, получаем C - a —————— + с,
двиг '
где
a
к к
НА * нас = b
Uі
ю
(1) b - коэффициент аппроксимации.
Рис. 1. Зависимости затрат на электродвигатели от высоты ступени:
1 - ЦЖ 60-66...330; 2 - ЦЖ 105-98...490; і - ЦЖ 180-500...900; 4 - ЦЖ 300-120...600; 5 - ЦЖК 60-66...330; б - ЦHCK 300-120...600
Рис. 2. Зависимости затрат на электродвигатели от высоты ступени:
1 - ЦЖ 500-160...880; 2 - ЦЖ 300-650...1040
Так как в шахтном водоотливе со const, то выражение (1) может быть в окончательном виде записано:
C — c + bH .
двиг ст
Результаты математического описания этих зависимостей приведены в табл. 3.
Зависимости характеристик центробежных насосов ЦНС300-120...600 и ЦНСК 300120.600 на рис. 1 отличаются разными мар-
Таблица 3
Результаты математического описания зависимостей С = с + ЪН
* двиг ст
для электродвигателей шахтных секционных насосов
Тип насоса Типы электродв игателя Аппроксимирующие уравнения
ЦЖ 60-66.330 ВА160М2У2... ВА250М2БУ2 Сдриг = -6Д4 + 1,81Нст
ЦЖ 105-98. 490 ВА225М2У2... ВАО4-45 0 M-4 Сдриг = 8,33 + 0,076Нст
ЦЖ 180-500 ..900 BA04-450LB-2.BA04-560LA2 Сдвиг = 1,30 + 0,041Нст
ЦЖ 300-120 ..600 ВА04-4508 -4...ВА04 -560LA 4 Сдвиг = 1,87 + 0,036Нст
ЦЖ 300-650 ..1040 ВА04- 560LA2.. .ВА0-560-1250-2У2 Сдвиг = 2,83 + 0,0021 Нст
ЦЖК 60-66. . 330 ВА18082У2.. .ВА250М2БУ2 Сдвиг = -6,18 + 1,79ЯсТ
ЦЖ 500-160 ..880 BA04-450LB-4.. .BA04-630L-4 Сдвиг = -1,644 + 0,0741 Нст
ЦЖК 300-120 .600 ДА304-400ХК-4.ДА304 -450У- 4У Сдвиг= 1,44 + 0,0021 Нст
ками электродвигателей серии ВАО4 и экономическом обосновании рациональной
ДАЗО4. высоты одной ступени при проектировании
Полученные зависимости Сдвиг = Л#ст) многоступенчатых схем водоотлива глубоких
могут быть использованы при технико- горизонтов шахт и рудников.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Нечушкин Г. М. Состояния и проблемы водоотлива глубоких шахт // Водоотлив глубоких шахт. М.: Недра, 1967. С. 67-70.
2. Изюров В. В. Выбор оптимальной высоты ступени водоотлива для глубоких горизонтов шахт Кизеловского бассейна // Водоотлив глубоких шахт. М.: Недра, 1967. С. 79-81.
Поступила в редакцию 5 апреля 2013 г
Стожков Дмитрий Сергеевич - ассистент кафедры электротехники. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. E-mail: [email protected]
