CC BY
90
УДК 622.271.3
Д. А. Поклонов, Ю. И. Литвин, С. И. Протасов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ДИАМЕТРОВ НАСАДОК ГИДРОМОНИТОРОВ С УЧЕТОМ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
В настоящее время на стадии выбора основного оборудования гидромонторно -землесосного комплекса производится только ориентировочный расчет необходимых диаметров насадок гидромониторов.
При этом задаются необходимыми значениями расхода и напора воды перед насадкой и ее диаметр определяют по известным формулам гидравлики [1].
Однако действительные режимы работы оборудования насосно-гидромониторных установок обычно значительно отличаются от расчетных, поэтому после выбора типоразмера и количества насосов и трубопроводов требуется уточнять диаметры насадок с учетом напорных характеристик насосной станции водоснабжения гидромониторов и системы трубопроводов.
Система трубопроводов водоснабжения может быть неразветвленной (один рабочий гидромонитор) и разветвленной (несколько рабочих гидромониторов, водоснабжение которых осуществляется одной насосной станцией).
В первом случае расчетная схема насосногидромониторной установки имеет вид, показанный на рис. 1.
Напорная характеристика внешней сети такой насосно-гидромониторной установки будет определяться уравнением [2]
Нс = Н + (Ясм + ЯСз )£2 + ад2, (1)
где Нс - суммарное сопротивление всей внешней сети, м;
Нг - геодезическая высота подъема воды, м;
Ксм - обобщенный коэффициент сопротивления магистрального трубопровода
Л. = (А ^ (2)
А. =
D.
gD4
где Ам - коэффициент линейных гидравлических сопротивлений магистрального трубопровода
0,0147
£)0,312 ;
(3)
Ьм - длина магистрального трубопровода, м;
Ом - внутренний диаметр магистрального трубопровода, м;
2£м - сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений магистрального трубопровода;
Ясз - обобщенный коэффициент сопротивления забойного трубопровода
и .0,81
Ясз = (А — + Е£)—4 сз V3 D3 gD44
(4)
где А - коэффициент линейных гидравлических сопротивлений забойного трубопровода, определяемый по формуле (3) для труб диаметром Пз;
Ьз, Оз и Е£,з - соответственно длина (м), диаметр (м) и сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений забойного трубопровода;
Кгм - обобщенный коэффициент сопротивления гидромонитора
R = 0,0827 (1 + 5нс) + к ; Чм , d4 г;
(5)
где Е,нс - коэффициент гидравлического сопротивления насадки;
йнс - диаметр насадки, м; кг - коэффициент потерь напора в гидромониторе;
Q - расход воды, м3/с.
В соответствии с законом сохранения энергии установившееся движение потока воды (Q = const) в системе насосная станция - внешняя сеть будет иметь место при равенстве напора насосов Н сопротивлению внешней сети Нс, то есть при H = Нс. Поэтому при заданной расчетной (необхо-
димой) подаче Qp (м /с) напор насосов также бу-
Рис. 3. Разветвленная схема насосно-гидромониторной установки:НС - насосная станция; МТ - магистральный трубопровод; РТ1 и РТ2 - разводящие трубопроводы соответственно первого и второго гидромониторов; ЗТ1 и ЗТ2 - забойные трубопроводы первого и второго гидромониторов;
ГМ1 и ГМ2 - гидромониторы №1 и №2
дет равен расчетному, то есть Н = Нр и Нс = Нр, (Нс и Нр - соответственно сопротивление внешней сети и расчетный напор при расчетной подаче насосной станции Qp).
Таким образом, расчетные подача и напор будут определять расчетный режим работы насосной станции и, следовательно, при известной расчетной подаче Qp насосной станции, которая равна необходимому расходу воды через гидромонитор, расчетный напор Нр будут определяться координатой точки М на напорной характеристике Ннс насосной станции, рис. 2.
Для ее построения на оси подач надо отложить величину Qp и соответствующими построениями, как это показано на рисунке стрелками, определить местоположение точки М и расчетный напор Нр.
Анализируя уравнение (1) можно отметить,
что величины Hr, RCM и Rc
для конкретной
внешней сети являются константами. Поэтому сумма первых двух членов уравнения (1) тоже
является константой. Обозначим ее буквой «A», то есть
Н + (R + R )Q2 = A = const
г V см сз у ^.р
С учетом (6), уравнение (1) преобразуется к виду
Нр = A + (0,0827 “ГГ21 + krQ (7)
нс.р
где А?нс.р - расчетный диаметр насадки, м.
Решая уравнение (7) относительно ^нс.р> лучаем
по-
d,_ =
0,0827(1 + ГНС )Q2
Нр - A - kQ
(8)
В случае работы двух гидромониторов, водоснабжение которых осуществляется одной насосной станцией, расчетная схема насосногидромониторной установки имеет вид, показанный на рис. 3.
В общем случае гидромониторы могут быть
4
различными и, следовательно, расходы Qгм1 и Qгм2 также будут различны. Поэтому расчетная подача насосной станции Qp = Qгмl + Qгм2. При этом и параметры, характеризующие разводящие и забойные водоводы, длины разводящего Ьр и забойного Ьз трубопроводов, их диаметры Др и Д и геодезические высоты подъема воды на участках Нгр и Нгз, также будут различны.
Целью расчета в этом случае является определение диаметров насадок ^нс.1 и йнс 2, обеспечивающих расходы Qтмl и 0гм2. Для этого сначала необходимо привести напорную характеристику насосной станции в точку А разветвления трубопроводов (рис. 3). С этой целью из напорной характеристики Ннс насосной станции надо вычесть по оси напоров напорную характеристику Нсм магистрального водовода (рис. 4). Приведенная
Рис. 4. Порядок приведения напорной характеристики насосной станции в точку разветвления трубопроводов: Ннс - напорная характеристика насосной станции;
Нсм - напорная характеристика магистрального трубопровода;
Ннс.пр - приведенная в т. А напорная характеристика насоса
Рис. 5. Определение расчетного напора насосной станции при работе на два параллельных трубопровода
напорная характеристика будет иметь вид Ннспр.
При этом напорная характеристика магистрального трубопровода рассчитывается по уравнению
Нсм = Нгдм + Rсм Q 5 (9)
где Нгдм - геодезическая высота подъема воды на участке магистрального трубопровода, м.
Сопротивление Hci каждой из двух ветвей внешней сети от точки А до гидромониторов включительно определяется зависимостью
Hci = Нгрг + Rсрг Q2 + Нщ + Rсзi Q +Rгмг Q2
(10)
где Н^ - геодезическая высота подъема воды на участке i-го разводящего трубопровода, м;
R^ - обобщенный коэффициент сопротивления i-го разводящего трубопровода
R = (7 —EL I уГ ) 0,81 ■
Rсрi (7рг у-. + ) гл4 ■
р D р gD4 (11)
где Ярг- - коэффициент линейных гидравлических сопротивлений i-го разводящего трубопровода. Определяется по формуле (3) для труб диаметром
А»;
Li , D р и - соответственно длина (м), диаметр (м) и сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений i-го разводящего трубопровода;
Hгзi - геодезическая высота подъема воды на участке i-го забойного трубопровода, м;
R^ - обобщенный коэффициент сопротивления i-го забойного трубопровода, определяемый по формуле (4) для параметров рассматриваемого забойного трубопровода;
R^ - обобщенный коэффициент сопротивления, определяемый для каждого i-го гидромонитора по формуле (5).
Для заданной внешней сети сумма первых четырех членов уравнения (10) является константой. Обозначим ее индексом «В», то есть
Нгр + H^i + (R* + )QL = Bi = COnSt• (12)
С учетом (12) уравнение (10) преобразуется к
виду
1 + Гнс
dV
(13)
Решая уравнение (13) относительно d^^, лучим
по-
0,0827(1 + Гнс, )Qp2
^гмг
(14)
Н - Д -
В зависимости (14) неизвестной является величина Н„. Для ее определения рассмотрим работу насосной станции, имеющей суммарную напорную характеристику Ннс (рис. 5), на два параллельно работающих трубопровода.
Суммарная напорная характеристика Нс(1+2) двух параллельно соединенных трубопроводов строится путем графического сложения напорных характеристик Нс1 и Нс2 каждого трубопровода по оси подач.
Как видно из построений, расчетный режим насосной станции определяется расчетной подачей Qp = Qгм1 + Qгм2, поэтому сопротивление каждого из разветвляющихся трубопроводов будет равно расчетному напору Нр насосной станции при подаче Qp. Для его определения необходимо на оси подач (рис. 4) отложить величину Qp и соответствующим построением, показанными линиями со стрелками, определить Нр.
Тогда зависимость (14) приобретает вид
d =
нс.рг
0,0827(1 + Гнсг )Q2
Нр - B - kQ
2
гм,
(15)
Пользуясь зависимостью (15), можно определить диаметры насадок любого количества гидромониторов, разводящие трубопроводы которых начинаются в одной точке. При этом расчетный напор Нр определяется для подачи Qp = 2Qгмг■.
4
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нурок, Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ.- М. : Недра, 1985.
2. Шелоганов, В. И. Насосные установки гидромеханизации. Учебное пособие / В. И. Шелоганов,
Е. А. Кононенко. - М. : МГГУ, 1999.
□ Авторы статьи:
Поклонов Даниил Александрович - аспирант каф. «Открытые горные работы» КузГТУ, тел. (3842) 39-68-69
е-шаи: [email protected]
Литвин Протасов
Юрий Иванович Сергей Иванович
■ соискатель каф. «Открытые - канд. техн. наук, зав. каф.
горные работы» КузГТУ, «Открытые горные
тел. (3842) 39-68-69 работы» КузГТУ,
