Оценка энергетической зависимости шахтных насосных установок от избыточной напорности насосов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

- © Л.В. Петровых, 2015

УДК 622.532

Л.В. Петровых

ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЗАВИСИМОСТИ ШАХТНЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ОТ ИЗБЫТОЧНОЙ НАПОРНОСТИ НАСОСОВ

Условием стабильной работы центробежных насосов шахтных установок является наличие избыточной напорности. С ее изменением меняется количество энергии, затрачиваемое на откачивание воды. В связи с этим рассматриваются энергетические зависимости в функции избыточной напорности.

Ключевые слова: шахтные водоотливные установки, избыточная напорность, удельная энергоемкость, зависимости.

Наличие избыточной напорности Низб - 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 гидрообразивного износа и др.

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

Н б = Н - Н, (1)

изб м г' у '

где Нм - фактический манометрический напор насоса, м; Нг - геодезическая высота нагнетания, м.

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

Я = — , (2)

Он

где q - удельная мощность, кВт-ч/м3; Мн - мощность насоса, кВт; - производительность насоса, м3/ч.

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

, (3)

1000-3600•

где р - плотность шахтной воды; - текущее значение к.п.д. насоса, соответствующее H ,..

^ изб.1

Избыточная напорность насоса может быть записана следующим образом

низб,= Ятр • , (4)

где Rтр - постоянная трубопровода; Q. - текущее значение подачи насоса.

Из уравнения (4) следует:

О, ЧНюбл / ятр. (5)

Аналитическое выражение характеристик гц = ? (Qí) может быть представлено в виде квадратичной функции [2]:

п = Q¡ (С - с2Q¡), (6)

где С-р С2 - опытные коэффициенты для каждого типа насоса.

С учетом (5) запишем аналитическое выражение характеристик п, = /(Низ6.):

П1 =

Н„

\0,5

V Яр

с - с

2

Н

ч 0,5

V Яр У

(7)

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

Яизб., = '

0,5

Р- 5 •(Н^л-КТр )

1000 • 3600 С1 - С2

(С1 - С2 (Н^ / яТр )0,5)

Р-5

(8)

Заменив выражение _ ^^ = Кна (постоянной насосного агрегата),

1000 • 3600

получим:

= К

(Ни^ •ятр )0

С1 - с2 (Ннэб./ Яр)

Или в другом виде записи:

■\1Нггб . , Ягр

я«*., = К,

С1 - С^ НИбб . / Яр •

(9)

(10)

Расчетные зависимости ци!б = f (Ниб) , построенные согласно выражений (9;10) приведены на рис. 1 (для насосов типа ЦНС). Исходные данные для этих расчетов приведены в таблице.

Экспериментальное установление зависимостей удельной энергоемкости насосных агрегатов ЦИ1б = {(Ни1б) выполнялось на трех насосных установках рудника «Чебачий» ОАО «Верхнеуральская руда» с насосами ЦНСК 300-480.

Исходные данные для построения зависимостей диз6 = ((Ииз6)

Насос Формула КПД п = Q(C1-C2 Q) Подача, м3/ч R тр

ЦНС 38-44 - ЦНС 38-220 п = д(0,03887-0,00059д) 0<0<50 0,01300

ЦНС 60-198 - ЦНС 60-330 п = д(0,0207-0,00016д) 0<0<80 0,00550

ЦНС 105-98 - ЦНС 105-490 п = д(0,01106-0,00004276д) 0<д<170 0,00180

ЦНС 180-85 - ЦНС 180-425 п = д(0,008821-0,00002677д) 0<д<215 0,00061

ЦНС 300-120 - ЦНС 300-600 п = д(0,004243-0,000006119д) 0<д<400 0,00022

Центробежный 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 300480 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:

Qн = 2,83 • 10-3 • V • ,(11)

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

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

На рис. 2 представлены зависимости удельной энергоемкости трех насосов (ц) в функции избыточной напорности в реальных условиях эксплуатации. Зависимости получены путем математической обработки результатов экспери-

Рис. 1. Зависимости удельной избыточной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата qизб = Низб)

Ч . кВт ■ ч /м3

20 40

-ЦНС(«| 300-481) N51 -ЦНС|К[ ЭО0-480№Э

60 80 -ЦНС(К) ЗШ-480Н?!

Рис. 2. Зависимости удельной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата q = ЦНизб)

мента с использованием метода наименьших квадратов и представляют собой полиномиальные функции третьей степени с корреляционным отношением для насоса № 1 К2 = 0,83; для насоса № 2 R2 = 0,99; для насоса № 3 R2 = 0,51 [3].

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

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тимухин С.А., Петровых Л.В. Оценка энергозатратности избыточной напорности водоотливных установок // Известия вузов. Горный журнал. - 2011. - № 5. - С. 82-86.

2. Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1983. - 304 с.

3. Петровых Л.В. Количественная оценка удельной энергоемкости в функции избыточной напорности насосов ЦНСК 300-480 / Уральская горно-промышленная декада (УГПД-2012). Сборник докладов. - Екатеринбург, 2012. - С. 396-397.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_

Петровых Л.В. - аспирант, старший преподаватель, Уральский государственный горный университет, е-таП:БтПеНо{И3@дтаП.сот.

UDC 622.532

ESTIMATE OF THE ENERGY DEPENDENCE

OF THE MINE PUMPING SYSTEMS FROM EXCESS OF PRESSURE

Petrovykh L.V., Graduate Student, Senior Lecturer, Ural State Mining University, Ekaterinburg, Russia, e-mail: [email protected].

The presence of excess of pressure is important condition of stable operation of centrifugal pumps. With changing of excess of pressure the amount of energy, which spends on water pumping, changes. The dependences of the energy costs of mine dewatering installation of excess pressure shaft section pumps of various sizes were stated.

Key words: mine dewatering installations pumps of mines, excess of pressure, power density, dependence.

REFERENCES

1. Timukhin S.A., Petrovykh L.V. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2011, no 5, pp. 82-86.

2. Popov V.M. Rudnichnye vodootlivnye ustanovki, 2-e izd. (Mine dewatering plants. 2nd edition), Moscow, Nedra, 1983, 304 p.

3. Petrovykh L.V. Ural'skaya gorno-promyshlennaya dekada (UGPD-2012). Sbornik dokladov (Ural Mine Industry Decade (UM1D-2012) Proceedings), Ekaterinburg, 2012, pp. 396-397.

A