Шахтна водовідливна установка

Шахтна водовідливна установка, що включає насоси водовідливу, кожний з яких оснащений всмоктувачем, підкачувальну систему, що складається з струминного апарата і низьконапірного підкачувального насоса, комутаційного колектора, яка відрізняється тим, що стр уминний апарат виконаний у вигляді додаткового усмоктувального пристрою насосів водовідливу так, що його напірна гідролінія виконана у вигляді комутаційного колектора, підключеного до всмоктувачів насосів водовідливу. (19) (21) a200510207 (22) 31.10.2005 (24) 11.02.2008 (72) ГАЛАНІН ОЛЕКС АНДР МИКОЛАЙОВИЧ, U A, АНТОНОВ ЕДУАРД ІВАНОВИЧ, UA (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ГІРНИЧОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.М.ФЕДОРОВА", UA (56) SU 1174534 А, E02D 19/10, 23.08.1985 SU 1726659 А1, E02D 19/10, 15.04.1992 3 81802 подача першої групи ще більш змішується вправо з усе більшим зниженням уККД її і напірності. У той же час досить істотно, що насоси водовідливу, у тому числі і найбільш розповсюджені їхні типи, наприклад, ЦНС 300-120...600, вимагають організації підвищення енергії на вході в насос саме на режимах з витратами Q0>Qoпт, оскільки на менших подачах усмоктувальна здатність нових, незношених, насосів цілком прийнятна і не вимагає використання додаткових засобів. З попереднього можна зробити висновок, що рішення [2] приводить до зниженого рівня економічності: з одного боку, унаслідок зниження ККД першої групи ступіней насоса, до місця відбору, а з іншого боку - через неможливість використання самих бустерних апаратів з досить близькими до оптимальних співвідношеннями q. При роботі насосів на режимах Qp>Q опт рішення [2] практично не застосовне. 2. Схема [2] ускладнена конструктивно, оскільки вимагає істотної зміни конструкції відводу ступіні кожного насоса, від якої здійснюється відбір. Якісне виготовлення такої ступіні можливо тільки в умовах заводу-виготовлювача серійної продукції. Однак з п.1 випливає, що на тому самому типі насоса не завжди необхідне використання бустерного апарата, тому введення такого відводу в серійне виготовлення невиправдано завищує капітальні витрати на виробництво насосів. На практиці саме з цієї причини схему 121 упровадити не вдається. У підсумку схема [2] характеризується зниженим рівнем економічності і надійності, обмеженою областю використання, складністю виконання установки. У цілому це приводить до істотного зниження ефективності роботи установки. Відома обрана як прототип схема шахтної водовідливної установки [3], що включає насоси водовідливу, кожний з яких постачений всмоктувачем, підкачувальну систему, що складається зі струминних апаратів (апарата) і низьконапірного підкачуючого насоса, комутаційного колектора. На відміну від пропонованої схеми у відомій схемі [3] струминні (бустерні) апарати вбудовані безпосередньо у всмоктавачі насосів водовідливу. При цьому підкачуючий насос з боку нагнітання підключений до комутаційного колектора, який у свою чергу, підключений до насадків апаратів (або до насадка одного апарата). Розглянута схема [3] відрізняється від схеми [2] тим, що в ній робочий потік (що надходить у насадки (сопла) апаратів від підкачувального насосу) спільно з усмоктуваним потоком рідини відкачується на поверхню. Завдяки цьому ККД установки підвищується в порівнянні з [2] (приблизно на 8-10%). Однак і схемі [3] властиві істотні недоліки: - знижена надійність підкачувальної системи і водовідливної установки в цілому внаслідок того, що підкачувальний насос відповідно до принципу роботи системи, експлуатується в неприпустимо широкому діапазоні подач. Дослідження показують, що навіть при роботі підкачувального насоса тільки на два апарати (на два робочих насоса водовідливу) не вдається забезпечити експлуатацію підкачувального насоса у приоптимальній зоні робочої частини його характеристики. У випадку ж 4 підключення його на три і більш апарати режими роботи його виходять за межі робочої частини характеристики, іноді досить суттєво, що й обумовлює знижений рівень як його надійності, так і економічності, обумовлює знижену усмоктувальну здатність (внаслідок експлуатації на великих подачах). - ускладненість схеми підкачувальної системи і установки в цілому, унаслідок великого числа апаратів, рівного кількості насосів на установці. Унаслідок цього підвищуються капітальні витрати на її устаткування. - знижена маневреність установки, обумовлена неможливістю вимикання апаратів з роботи в періоди експлуатації, коли припустима експлуатація насосів водовідливу без підпору, тобто при виключених апаратах. У результаті мають місце підвищені витрати електроенергії і додаткове зниження економічності установки. Ціль винаходу - усунення відзначених недоліків, підвищення надійності роботи й економічності установки, спрощення її схеми. Ця мета досягається тим, що у відомій схемі шахтної водовідливної установки, що включає насоси водовідливу, кожний з яких постачений всмоктувачем, підкачувальну систему, що складається з струминного апарата і низьконапірного підкачувального насоса, комутаційного колектора відповідно до винаходу, струминний апарат виконаний у виді додаткового усмоктувального пристрою насосів водовідливу так, що його напірна гідролінія виконана у виді комутаційного колектора, підключеного до всмоктувачів насосів водовідливу. Сутність передбачуваного винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг. представлений один з можливих варіантів схеми водовідливної установки. Установка включає: водозбірники 1 і прийомні колодязі 2; насоси 3 водовідливу, кожний з яких постачений всмоктувачем 4; підкачувальну систему, що складається зі струминного (бустерного) апарата 5 і низьконапірного підкачувального насоса 6, постаченого всмоктувачем 7, нагнітання якого підключено до насадка апарата 5 за допомогою напірного трубопроводу 8; комутаційний колектор 9. У даній схемі струминний апарат виконаний у виді додаткового усмоктувального пристрою насосів 3 водовідливу так, що його напірна гідролінія виконана у виді комутаційного колектора 9, підключеного до всмоктувачів 4 ряду насосів 3 водовідливу (у даному випадку - до всмоктувачів 4 двух насосів 3 водовідливу). Всмоктувачі 4 і 7, а також струминний (бустерний) апарат 5, розміщені в прийомних колодязях 2, сполучених з водозбірниками 1 і між собою - переливом 10. Насоси 3 постачені напірним трубопроводом 11. Крім того, колектор 9 містить засувки 12, що дозволяють гідроізолювати будь-який насос 3 (наприклад, на період виходу його з ладу) від апарата 5. Установка працює таким чином. Після чергового наповнення водозбірників 1 і колодязів 2 припливом води включається низьконапірний підкачувальний насос 6 і потік води по всмоктувачу 7 і 5 81802 напірному трубопроводу 8 надходить у насадок апарата 5, який при цьому вводиться в роботу. Завдяки цьому всмоктувана апаратом 5 рідина з колодязя 2 надходить у комутаційний колектор 9 і далі - у всмоктувачі насосів 3 (рух потоку показаний стрілками), що забезпечує передпускове заливання насосів 3 водовідливу (засувки 12 відкриті). Після цього включається розрахункове число насосів 3 водовідливу, унаслідок чого, одночасно з введенням робочого потоку (з витратою Qp через насадок апарата 5), на вхід насосів 3 починає надходити необхідний по подачі Qo потік води, всмоктуваний апаратом 5 з колодязя 2. Сумарний потік QΣ³Qр+Q0 насосами 3 видається по напірному трубопроводі 11 на поверхню. Протягом усього процесу видачі води за допомогою струминного бустерного апарата 5 забезпечується підтримка підвищеного рівня енергії на вході в перші ступені насосів 3 водовідливу. У результаті, як і в [3], цілком виключаються кавитаційні режими роботи насосів 3. Але, на відміну від [3], пропонована схема забезпечує підвищення надійності, економічності і маневреності установки, її спрощення. Досягається це насамперед за рахунок того, що в даній схемі режим роботи підкачувального насоса 6 залишається незмінним, практично незалежним від числа насосів З водовідливу, що включаються в роботу. За вдяки цьому режим роботи насоса 6 може бути обраний у межах приоптимальної зони робочої частини його характеристики. Іншими словами - на режимі оптимальної подачі насоса або поблизу нього. Як добре відомо, саме в цій частині характеристики практично будь-який відцентровий насос має максимальні, або близькі до нього ККД і найбільш високі показники по надійності його роботи. Крім того, на цих режимах насоси 3 характеризуються і прийнятною усмоктувальною здатністю. Зміна сумарної подачі насосів 3 водовідливу забезпечується за рахунок одночасної зміни подачі струминного бустерного насоса 5: при включенні більшого числа насосів 3 у роботу відповідно збільшується величина витрати Q0 усмоктуваної апаратом 5 рідини, при збереженні умови Qр»const. Звідси випливає, що робочі параметри і характеристики апарата 5 повинні вибиратися з обліком насамперед максимального числа одночасно працюючих насосів 3, що при використанні даної схеми складають робочу гр упу. У більшості практичних випадків кількість насосів 3 у робочій групі, як і в [3], не перевищує дво х-трьох. Помітимо при цьому, що якщо робоча група складається з кількості їх перевищуючого два, то скільки-небудь тривала робота установки з одним працюючим насосом 3 не практикується. Тому при виборі параметрів і характеристик апарата 5 доцільно виходити з умови забезпечення максимального його ККД на режимі з подачею Q0 необхідної при роботі максимального, одночасно працюючого, числа насосів 3. (Виконати таку умову достатньо просто, використовуючи існуючі методи розрахунку і проектування струминних апаратів). Цей же режим є визначальним і у плані забезпечення необхідного підпору на вході в насоси 3, оскільки величина напору апарата 5 при цьому режимі буде найменша (зі змен 6 шенням числа одночасно працюючих насосів 3 напір апарата 5 і відповідно підпір на вході в насоси 3 буде збільшуватися). Таким чином, розглянута схема є як більш надійною, так і більш економічною в порівнянні з [3]. З іншого боку, пропонована схема й істотно спрощується, оскільки в порівнянні з [3] у ній різко зменшується число струминних апаратів, що в підсумку забезпечить зниження капітальних витрат на устаткування установки. Поряд з цим немаловажно, що пропонована схема дає можливість роботи насосів 3 водовідливу як з підпором, так і без здійснення підпору за допомогою струминного апарата 5, що забезпечується: закриттям відповідних засувок 12; вимиканням підкачувального насоса 6. Доцільність же такого відключення виникає, наприклад, у періоди зменшення геометричної висоти усмоктування Н г.вс, коли водозбірники і колодязі наповнені водою до визначеного рівня (звичайно до верхнього рівня води). При визначеному зниженні рівня води зі збільшенням Н г.вс насос 6 включається, засувки 12 відкриваються (приймальні клапани на всмоктувача х 4 автоматично закриваються) і насоси 3 вводяться в режим роботи з підпором. Зазначені переваги забезпечуються саме за рахунок того, що струминний апарат 5 виконаний у виді окремого пристрою (конструктивно не сполученого зі всмоктувачами насосів 3 водовідливу), а комутаційний колектор 9 виконаний у виді напірної лінії апарата 5, підключеної до всмоктувачів насосів 3 водовідливу. (У прототипі [3] комутаційний колектор виконаний у виді напірної лінії підкачуючого насоса, підключеної до насадків апаратів). Крім того, важливо, що при визначених значеннях величини n=dг/dc (де dг, dc - діаметри камери змішання і насадка апарата) струминний апарат може використовува тися в порівняно широкому діапазоні подач, що дозволяє забезпечувати необхідну подачу і підпір для трьох одночасно працюючих насосів водовідливу. У практичному плані важливо відзначити наступне. Конструктивне виконання струминного бустерного апарата 5 повинно визначатися відповідно до відомих рекомендацій по проектуванню струминних апаратів. При цьому виготовлення їх і монтаж цілком можуть бути здійснені безпосередньо силами енергомеханічних служб ша хт. Насоси 6 вибираються, як правило, із серійної продукції і при цьому вони повинні бути одно- або двохступінчастими. Параметри їх, напір і подача, повинні відповідати розрахунковим параметрам струминних апаратів 5, що у свою чергу розраховуються виходячи з необхідного рівня підвищення усмоктувальної здатності насосів 3. Орієнтовно можна вважати, що в загальному випадку напір насоса 6 повинний відповідати діапазону 40...100м, а подача одного насоса 6 повинна бути приблизно рівною або більше подачі одного основного насоса 3. При такому співвідношенні, як правило, один насос 6 може одночасно забезпечувати необхідне підвищення усмоктувальної здатності трьомчотирьом високонапірним шахтним насосам 3 типа ЦНС і ЦНСШ. А це, у свою чергу, дозволить вирішити поставлену задачу в цілому для значної бі 7 81802 льшості водовідливних установок, оскільки кількість np насосів 3 у робочій їхній групі досить рідко перевищує число np=2...4. Загальне число насосів 6 при цьому повинно вибиратися виходячи з вимог ПБ. При цьому на кожній установці повинний бути хоча б один резервний насос 6. Джерела інформації 1. Попов В.М., Санин Е.Д., Гулемин Н.М. Промышленные испытания рудничных водоотливных Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 8 установок при откачке воды с разных горизонтов. // Горный журнал. - 1977. -№6. - С.46-48. 2. Авторське свідоцтво СРСР №534584, кл. F04Д1/06,1975р. 3. Антонов Э.И., Галанин А.Н. Рациональное использование водоструйных аппаратов в шахтных гидроустановках // Уголь Украины. - 1997. №11. - С.16-18. (рис.2). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601