Є А Триллєр, Е М Нємцев - Методика розрахунку циркуляційної установки струминного та лопатевого насосів - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.694.3

 

ТРИЛЛЄР Є.А., НЄМЦЕВ Е.М., ТРУХАНОВ СВ. (КП ДонНТУ)

 

МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ЦИРКУЛЯЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ СТРУМИННОГО ТА ЛОПАТЕВОГО НАСОСІВ

 

Наведено методику розрахунку циркуляційної установки спільної роботи струминного та лопатевого насоса.

 

Спільне застосування струминних та лопатевих насосів дозволяє створити широкий спектр автономних установок різноманітного призначення, що суттєво розширює можливості насосів водовідливних установок, зокрема, - підвищити допустиму вакууметричну висоту всмоктування, збільшивши кавітаційний запас.

Параметри установок зі струминними та лопатевими насосами залежать від їх гідравлічних характеристик. Гідравлічні характеристики насосів, а також трубопроводів, що їх з'єднують, а також інших конструктивних елементів гідросистеми описуються нелінійними рівняннями. Розв'язання системи рівнянь, що описують гідравлічні характеристики установок, можна отримати чисельними методами з використанням електронно-обчислювальних машин. Крім того, розв'язання суттєво ускладнюється необхідністю урахування можливості виникнення кавітації в струминних насосах. Це вимагає в процесі розв'язання замість рівнянь нормальних гідравлічних характеристик струминних насосів використовувати їх особисті кавітаційні характеристики. Для спрощення розрахунків установок можна використати нормальні та особисті гідравлічні характеристики струминних насосів.


Розглянемо схему спільної роботи струминного та відцентрованого насосів (рис. 1), де покажемо розподіл тисків та витрат рідини.

Абсолютний тиск на виході зі струминного насоса можна розрахувати за формулою, МПа:

 

Рс = р2 + р/с + 0,1, (1)де р с - надлишковий тиск (підпор) на всмоктуванні відцентрованого насоса, Па, Р2 - надлишковий тиск, що відповідає висоті подачі (відстань від осі струминного насоса до осі відцентрованого насоса), Па.

з

 

р2 = р g Н2, (2)

де р - щільність води, що перекачується, кг/м

g - прискорення вільного падіння, м/с2, На виході з відцентрованого насоса створюється надлишковий тиск, який складає

 

Рі = р + Рнас, (3)

 

де Рнас - надлишковий тиск, що створюється насосом,

З іншого боку, тиск рі відповідає висоті подачі рідини на поверхню, МПа:

Pi = pgHb (4)

Абсолютний робочий тиск біля сопла струминного насоса, МПа:

Рр = Рнас + (Р2 + р + 0,1) = Рнас + Рс (5)

Абсолютний тиск на всмоктуванні струминного насоса можна розрахувати за формулою:

pH = 0,l±pgHH, (6)

 

де Нн - рівень рідини по відношенню до осі струминного насоса, м Безрозмірне відношення тисків в струминному насосі визначають за формулою:

 

АРс =      Рс-Рн (7)

АРр       (Рнас+Рс)-Рн '

 

Розподіл витрат в установці по рис. 1 також має свої властивості. Подача лопатевого насоса QHac не повністю потрапляє в робоче сопло струминного насоса, а розділяється на два потоки: частина витрати (Qn(W) потрапляє в бак, а інша частина (Qp) потрапляє в робоче сопло. В даному випадку корисна витрата установки:

 

QkoP = u Qp, (8)

 

де Qp - витрата робочої рідини, м3/год,

u - коефіцієнт підсосу, від його значення залежать конструктивні та робочі параметри струминного насоса і, що найголовніше, гідравлічний коефіцієнт корисної дії (ККД) установки.

При відомому безрозмірному відношенню тисків в струминному насосі за формулою (7) та по графіку гідравлічних характеристик струминного насоса (рис. 2) визначають коефіцієнт підсосу и.

По формулі (8) можна визначити витрату робочої рідини, м3/год: Qp = QKop / u. Враховуючи, що QHac = QP - QKop, можна записати:

QHac = QP + u Qp = (1 + u) Qp,


(9)

-кор


q,

Надлишковий корисний тиск визначають за формулою:

 

Ркор = Рнас + (Рс - Рн),

 

Знаходимо відношення ркор до рнас:кор


:1 , (Рс-Рн)

Рнас


(12)

 

Цей вираз показує, що збільшення корисного напору отримано за рахунок зменшення корисної подачі.

Вираз для ККД установок можна записати у вигляді:

N.

кор

з    =------ — з

уст       ^ т    нас і


(13)де NKop, NHac - відповідно корисна потужність установки та відцентрованого насоса,

Лнас - ККД відцентрованого насосного агрегату. Попередній вираз представимо наступним чином:

 

^ § ^kopQkop              Qkop Ркор

°уст           тт     Л      °нас      .~              ° нас      ° г ° нас , (14)

с 2 Н  О                       О р

о     нас    нас    ^-нас г нас

 

де т|г - коефіцієнт зниження ккд установки, що працює з корисною витратою QKop і корисним тиском ркор у порівнянні з ккд відцентрованого насосного агрегату, що працює з витратою QHac і тиском рнас- Величина г|г має зміст гідравлічного ккд установки. Таким чином, гідравлічний ккд установки визначається:

 

Qkop Ркор ^нас г нас

Для забезпечення оптимальної роботи установки необхідно, щоб струминний насос працював в режимі, що відповідає максимальному ККД. Цій вимозі на його характеристиці (рис. 2) відповідають точки, що розташовані на лінії оптимальних режимів (штрихова лінія). Ця лінія перетинає криві u = const в точках, що відповідають певним значенням Арс/Арр і dr/dc. Кожна точка перетину кривої оптимальних режимів з кривою u в координатному полі Арс/Арр - dr/dc відповідає такому значенню коефіцієнту підсосу и, при якому забезпечується максимальний ККД струминного насоса, що має значення Арс/Арр і dr/dc (тут dr - діаметр камери змішування, м, dc - вихідний діаметр сопла струминного насоса, м).

Дана методика дозволяє удосконалити існуючі схеми роботи водовідливних установок, підвищивши їх міжремонтні періоди, забезпечити безкавітаційні режими роботи і може бути використана для реальних умов застосування насосних агрегатів гірничих підприємств.

Для прикладу розглянемо гідравлічну схему головного водовідливу шахти ім. А.Г. Димитрова (рис. 3), яка включає прийомний колодязь, три струминних насоса, що підкачують, три основних секційних агрегати серії ЦНСШ 300x650 і два нагнітальних трубопроводи (один є резервним) зовнішнім діаметром 273 мм. Струминний насос, що підкачує, насосного агрегату №1 занурений в перший приймальний колодязь, а струминні насоси агрегатів №2 та №3 занурені в другий приймальний колодязь.

Проводячи розрахунки за формулами (1) - (15) маємо наступні значення:абсолютний тиск на виході зі струминного насоса рс = 0,14905 МПа; абсолютний робочий тиск біля сопла струминного насоса рр = 6,192 МПа; абсолютний тиск на всмоктуванні струминного насоса рн = 0,0098 МПа витрата робочої рідини: Qp = 47

м3/год; коефіцієнт підсосу u = 6,8, гідравлічний ККД установки г\т =0,892; загальний

ККД установки ?7уст =0,624; відношення dr/dc = 6,1 - за цим значенням можна

визначити геометричні параметри струминного насоса.


Обмежень по режиму кавітації в нас не буде, тому що гідроструминний насос в будь якому режимі буде знаходитися нижче рівня води у водозбірнику (мінімум на 1 м).

При включенні в роботу насосний агрегату №1, робота системи полягає в наступному: пуск починається з заповнення водою всмоктувальних трубопроводів за допомогою заливочного насосу після відкриття засувки 10. При відкритті цієї засувки вода із заливочного насоса трубопроводом надходить у всмоктувальні трубопроводи основних насосів. Для запобігання витоків води зі всмоктуючого трубопроводу, останні обладнуються прийомним пристроєм зі зворотним клапаном. Випуск повітря, що накопичився у всмоктуючому трубопроводі та насосі, здійснюється через відкритий вентиль 11, який встановлено у всмоктувальній кришці насоса. Через 2-3 хвилини, які необхідні для видалення повітря, через вентиль 11 почне йти сталим потоком вода, після чого він закривається і здійснюється пуск основного агрегату №1. Відкривається засувка 7 на напірному трубопроводі. Вода, розділяючись на два потоки починаєнадходити в напірний трубопровід і струминний насос №1 - маємо часткову циркуляцію води, продовжуючи відкривати засувку 7 збільшуємо витрату робочої води для струминного насосу №1 тим самим виводячи його на робочий режим, що забезпечує безкавітаційну роботу основного насосного агрегату. Надалі втручання в роботу насосних агрегатів не потрібно. Машиністу насосної установки залишається тільки стежити за показаннями манометрів і контролювати роботу насосів.

При зниженні рівня води в прийомному колодязі до 4 метрів спрацьовує електродний датчик апаратури автоматизації водовідливу і лунає звуковий сигнал, який попереджає про необхідність закриття засувки 7 і вимкнення насосного агрегату №1.

Простим відключенням привода насоса від мережі зупиняти насос не можна, тому що в цьому випадку в нагнітальному трубопроводі водовідливної установки виникає гідравлічний удар, при якому тиск може збільшуватися у 1,5 і більше разів від робочого. Хоча міцність трубопроводу і його запірної арматури розраховані на гідравлічні удари, виконувати такий вид зупинки небажано. При таких зупинках від динамічних навантажень зношуються зворотні клапана, встановлені на виході з насосів, а також накопичуються усталостні напруження в матеріалі стінок трубопроводів. Ідеальним засобом було є встановлення засувок з гідравлічним або електричним приводом, що могло б стати передумовою повної автоматизація водовідливу.

 

Література

1.  Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988, 256 с.

2.  Попов В.М. Водоотливные установки: справочное пособие М., Недра 1990, 254 с.

3.  Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. М., Недра, 1987, 270 с.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Є А Триллєр, Е М Нємцев - Методика розрахунку циркуляційної установки струминного та лопатевого насосів