Выбор типа насосов и количества рабочих колес

Данными для расчета и выбора насосов являются: среднегодовой и суточный нормальный и максимальный притоки воды; химический состав воды - водородный показатель рН; разность отметок между уровнем слива воды из трубопровода и нижним уровнем воды в водосборнике, определяющая геометрическую высоту подъема - геометрический напор; гидравлическая схема трубопровода - длина и наличие местных сопротивлений.

Для надежности откачки воды подача каждого насосного агрегата, согласно ПБ [3], должна обеспечить откачку максимального суточного притока не более, чем за 20 часов. В связи с этим, потребная минимальная подача насоса должна определяться из выражения

м³/ч (1)

где Q_м - максимальный суточный приток, м³/сут.

Ориентировочный напор насоса

, (2)

где Н_г - геометрический напор, расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в водосборнике до уровня слива ее из нагнетательного трубопровода, равный сумме высоты всасывания Н_вс и высоты нагнетания Н_н, т.е.

(Н_г = Н_вс + Н_н);

Высоту всасывания Н_вс можно принимать от 2,0 м до 3,0 м. Высоту нагнетания Н_н можно принимать равной глубине шахты.

a - угол наклона ствола шахты (для вертикального a=90°);

На главном водоотливе шахт применяются, в основном, центробежные многоступенчатые секционные насосы в горизонтальном исполнении, оснащенные электроприводом с синхронной частотой вращения 1500 или 3000 об/мин. К первой группе относятся насосы ЦНС 180-85…425, ЦНСК 180-85…425, ЦНС 300-120…600, ЦНСК 300-120…600, ЦНСК 500-160…800, ЦНСГ 800-250…1000 и ЦНСГ 850-240…960 с коэффициентом быстроходности 60…70, ко второй – ЦНС 105-98…490, ЦНС 180-476…680, ЦНС 300 - 700…1000, ЦНС 180 - 500…900, ЦНС 300 - 780…1300 с коэффициентом быстроходности 90…100 [4].

По ГОСТ 10407-70 в обозначения типоразмеров насосов входят: начальные буквы наименования насоса ЦНС (центробежный насос секционный), цифры после букв - оптимальная подача насоса (м³/ч); цифры после дефиса - напор в оптимальном режиме при минимальном и максимальном числах ступеней (м). Буква К после ЦНС означает, что насос предназначен для перекачивания агрессивных вод (кислотоупорный). Буква Г в обозначении насоса ЦНСГ 850-240...960 означает, что насос предназначен для перекачивания загрязненной воды (грязевой).

Насосы нового поколения (взамен ЦНС) обозначаются буквами ЦНСШ (центробежный насос секционный шахтный). К таким насосам относится насос ЦНСШ 300-140...720 [5] и др.

В технических характеристиках центробежных насосов приводятся следующие показатели: подача и напор в оптимальном режиме при перекачивании жидкости плотностью 1020 кг/м³, допустимая вакуумметрическая высота всасывания или допустимый кавитационный запас в оптимальном режиме при температуре воды 20°, рабочая часть характеристики (зона, в которой рекомендуется эксплуатация насоса), мощность насоса, частота вращения, к.п.д., масса и основные размеры.

Технические характеристики насосов типа ЦНС и ЦНСШ и их индивидуальные рабочие характеристики на одно колесо (на одну ступень) приведены в приложении Б.

Определив Q_мин и Н_ор, по графику рабочих зон шахтных центробежных насосов (приложение А) выбираем такой насос, рабочая зона которого покрывает точку с координатами Q_мин и Н_ор.

Принимаем насос типа ЦНС (при рН ³ 7) или ЦНСК (рН < 7). Для выбранного насоса определяем оптимальную подачу Q_опт; напор Н_к, создаваемый одним рабочим колесом при Q_опт; напор Н_ко, создаваемый одним рабочим колесом при Q = 0 и частоту вращения вала насоса.

Например: ЦНС 300-120…600; Q_опт = 300м³/ч; Н_к = 60 м; Н_ко = 67 м; n = 14501/мин.

Q_опт, Н_к и Н_ко определяем по индивидуальной характеристики выбранного насоса.

Количество рабочих колес определяется из выражения

, (4)

где Н_к - напор, создаваемый одним рабочим колесом при подаче, равной Q_опт. Округление результата расчета по формуле (4) может быть проведено как в сторону уменьшения, так и увеличения до целого числа колес. Первоначально округляем Z_к в большую сторону. Окончательный выбор числа ступеней производится после определения рабочего режима насоса и проверки на отсутствие кавитации.

1. 3 Проверка устойчивости работы насосных агрегатов

Чтобы работа выбранного насоса была устойчивой, необходимо соблюсти условие

, (5)

где Н_к.о - напор, создаваемый одним рабочим колесом при закрытой задвижке (Q = 0), м.

Если условие (5) не выполняется, то необходимо увеличить число рабочих колес (обычно на одно колесо)