Спосіб підйому води з великих глибин водовідливною установкою

1 Спосіб підйому води з великих глибин водовідливною установкою, що включає запуск установки, відкачування шахтної води у вигляді водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжний ступінь насоса, відділення повітря від рідини в проміжному перерізі нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос установки, який відрізняється тим, що попередньо задають необхідний пусковий тиск, потім дожимають подане від компресора в акумулятор повітря до заданого тиску шляхом нагнітання рідини в акумулятор з наступним запус Винахід відноситься до гірської промисловості і призначений для шахтного водовідливу з великих глибин і може бути використаний при проектуванні безступінчастого насосного водовідливу глибоких шахт Відомий реалізований у пристрої спосіб роботи насосного водовідливу, що включає регулювання видаткових характеристик насоса шляхом впуску повітря в усмоктувальний трубопровід (Стационарные установки шахт Под общ ред Б Ф Братченко, М , «Недра», 1977г, 440 с ) Недоліком відомого способу є нестабільність робочих тисків у насосі, і, як наслідок, неможливість регулювання в широких межах витрати повітря через небезпеку зриву роботи насоса Відомий спосіб газліфтного транспортування рідких середовищ, що включає стиск газу, подачу газу під тиском у піднімальну трубу, відділення газу від рідкого середовища до виходу його з піднімальної труби і подачу його знову на стиск (авт св СРСР № 1288370, F 04 F 1 /00,1984 р ) Недоліком відомого способу є вельми вузький ком і подальшою підтримкою заданої величини тиску 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що в процесі задания пускового тиску визначають оптимальне положення акумулятора із співвідношення Хопт = 346+0,339(Н-1000), де Н - висота підйому рідини, м 3 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що номер ступеня насоса, після якого здійснюють підведення стиснутого повітря, визначають за формулою к і _ Р ' 9 ' Х ОПТ НІ де р - густина рідини, що перекачується, кг/м' g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с , Хопт - оптимальне положення акумулятора, м, Рні - надлишковий тиск, що розвивається одним ступенем насоса, Па діапазон можливих висот підйому шахтної води, а також наявність значних тисків у нижньому перетині нагнітального трубопроводу, досить низька надійність використовуваної запірної арматури, значна енергоємність процесу Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб підйому води з великих глибин ерліфтом, що включає відкачку шахтної води у виді водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжну ступінь насоса, відділення повітря від рідини в проміжному перетині нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос ерліфта (деклар патент України № 29097 A, F 04 F1/20, 2000 р) Недоліком відомого способу є наявність значних пускових тисків у нижньому перетині нагнітального трубопроводу, що сприяє зниженню діапазону реальних висот підйому води, низька надійність використовуваної запірної арматури, В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу підйому води з великих глибин водовідливною установкою, у якому шляхом вибо 00 ^00 ю 59848 ру інших технологічних параметрів забезпечується стабілізація пускових тисків в установці, і за рахунок цього, можливість розширення діапазону реальних висот підйому води Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі підйому води з великих глибин ерліфтом, що включає відкачку шахтної води у виді водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжну ступінь насоса, відділення повітря від рідини в проміжному перетині нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос ерліфта, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, попередньо задають необхідний пусковий тиск, потім дожимають подаване від компресора в акумулятор повітря до заданого тиску шляхом нагнітання рідини в акумулятор з наступним запуском і подальшою підтримкою заданої величини тиску Поставлена задача вирішується також тим, що у відомому способі підйому води з великих глибин ерліфтом, що включає відкачку шахтної води у виді водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжну ступінь насоса, відділення повітря від рідини в проміжному перетині нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос ерліфта, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, у процесі завдання пускового тиску визначають оптимальне положення акумулятора зі співвідношення Хопт =346 + 0,339 • (Н -1000), де Н - висота підйому рідини, м Поставлена задача вирішується і тим, що у відомому способі підйому води звеликих глибин ерліфтом, що включає відкачку шахтної води у виді водоповітряної суміші шляхом подачі стиснутого повітря в проміжну ступінь насоса, відділення повітря від рідини в проміжному перетині нагнітального трубопроводу, повторної подачі його на стиск у насос ерліфта, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, номер ступіні насоса, після якої здійснюють підведення стиснутого повітря, визначають за формулою м _ де р - густина рідини, що перекачується, кг/м3, g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с2, Хопт - оптимальне положення акумулятора, м, Рні - надлишковий тиск, що розвивається однією ступінню насоса, Па На фігурі 1 зображений загальний вид водовідливної установки, на фігурі 2 - умовна схема, для реалізації водовідливу з великих глибин, на фігурі 3 - номограма залежності значень тиску на виході насоса (Рп) від значень координати положення акумулятора (х) при фіксованих об'ємних газовмістах а Здійснення способу, що заявляється, пояснюється водовідливною установкою, яку представлено на фігурі 1 Насосна установка містить багатоступінчастий насос 1, проміжна ступінь якого з'єднана трубопроводом 9, що містить керовану засувку 8, з верхньою частиною акумулятора 4 3 однієї сторони акумулятор 4 з'єднаний трубопроводом 2, що містить манометр 13, через керовану засувку 3 з виходом насоса 1, з іншої сторони трубопроводом 6 через керовану засувку 5 зі зливальним резервуаром 7, і з третьої сторони трубопроводом 11 через зворотний клапан 10 з компресором 12 Спосіб реалізується таким чином Попередньо задають величину тиску в акумуляторі 4 Перед запуском установки насос 1 заповнюють водою Керовані засувки 3, 5 і 8 цілком закриті Від компресора 12 стиснене повітря (газ) подають трубопроводом 11 в акумулятор 4, при цьому зворотний клапан 10 не пропускає повітря назад до компресора 12 При досягненні максимального надлишкового тиску в акумуляторі 4 відключають компресор 12 Надлишковий тиск, створюваний компресором 12, не перевищує 6 - 105Па Цього недостатньо для подачі повітря в проміжну ступінь насоса Тому спочатку відкривають засувку 5 Нагнітанням рідини через трубопровід 6, дожимають повітря в акумуляторі 4 до необхідного тиску Далі закривають засувку 5 і запускають насос 1 Відкривають засувку 3 і по трубопроводу 2 подають воду в акумулятор 4 В акумуляторі 4 вода відтискує стиснене повітря, що там знаходиться, від вхідного перетину трубопроводу 6 Потім відкривають засувки 8 і 5 і стиснене повітря з акумулятора 4 по трубопроводу 9 подають у проміжну ступінь насоса 1, де воно змішується з рідиною, що там знаходиться, у результаті чого утворюється водоповітряна суміш Вода по трубопроводу 6 з акумулятора 4 надходить у зливальний резервуар 7 По трубопроводу 2 водоповітряну суміш подають в акумулятор 4, де газ, що міститься в суміші, відокремлюють від суміші та локалізують у верхній частині акумулятора 4 Далі по трубопроводу 9 газ надходить у проміжну ступінь насоса 1 У процесі підйому води вимірюють тиск водоповітряної суміші на виході насоса 1 манометром 13 і підтримують його постійну величину протягом підйому води шляхом зміни КІЛЬКОСТІ подаваного стиснутого повітря, відділеного від рідини, у проміжну ступінь насоса Регулюванням засувок 5 і 8 домагаються сталості рівня рідини в акумуляторі 4 Авторами для визначення оптимального місця розташування акумулятора, на підставі ряду аналітичних формул, що описують дану установку, був використаний метод числового моделювання Оптимізація полягала у визначенні такої координати місця розташування акумулятора щодо денної поверхні (Хопт), при якій тиск у нижньому перетині нагнітального става (Рп) був би мінімальним У результаті досліджень було встановлено, що на оптимальне місце розташування акумулятора в основному впливають три параметри - висота підйому рідини Н, - величина витрати рідкої фази Qi, м3/год, - об'ємний газовміст а , обумовлений як відношення об'ємної витрати газоподібної фази СЬ (м3/год) до сумарної витрати рідкої і газоподібної фаз (Qi + Q2), обумовленої в перетині безпосередньо біля входу в акумулятор Тч Xon^ffH.a.Qi) Проаналізувавши номограму залежності, зображену на фігурі 3, було встановлено, що оптимальна координата місця розташування акумуля 59848 тора зворотно-пропорційна об'ємному газовмісту а і витраті рідкої фази Qi і прямо-пропорційна довжині нагнітального трубопроводу Н Вплив величини витрати рідкої фази Qi незначний, тому аргументом Qi раціонально зневажити Було встановлено, що раціональним для використання в даній установці є значення величини а у межах від 0,25 до 0,6 Вплив газовмісту а У даних межах на величину х0Пт незначний, тому аргументом а раціонально зневажити Аргумент Н істотно впливає на оптимальне місце розташування акумулятора Тому емпірична залежність приймає вид Хопт - f(H), тобто Хопт = 346 + 0,339 • (Н -1000), де Н - висота підйому рідини, м Також була отримана формула для визначення номера ступіні насоса, після якої здійснюється підведення стиснутого повітря м _ Р-9-хопт де р - густина рідини, що перекачується, 3 кг/м3 g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с , Хопт - оптимальне положення акумулятора, м, Рні - надлишковий тиск, що розвивається однією отупінню насоса, Па Таким чином, у результаті аналізу зазначених вище формул, а також з аналізу номограми, зображеної на фіг 3, авторами підтверджена взаємозалежність тиску на виході насоса (Рп) від координати положення акумулятора (х), що вказує на те, що існує оптимальна координата положення акумулятора (Хопт) щодо денної поверхні, при ЗМІНІ якої змінюється тиск на виході насоса (Рп), і навпа 6 ки, при ЗМІНІ тиску на виході насоса (Рп) змінюється оптимальна координата положення акумулятора (Хопт) Отже, дана взаємозалежність дає можливість одержання стабілізованого режиму роботи установки шляхом оптимізацм значень тиску на виході насоса (Рп) і координати положення акумулятора (х) Розглянемо приклад можливого здійснення способу, що заявляється ВИХІДНІ дані для проектування шахтного водовідливу мають значення Нг = 900м - глибина шахти, Р = 1000кг/м3 - густина рідини, що перекачується, Для заданих вихідних даних за спеціальною літературою вибираємо відцентровий багатосекційний насос НС-300-700 1000 Тиск, що розвивається однією отупінню насоса, складає Рні= 10.10 5 Па Визначаємо координату оптимального місця розташування акумулятора щодо денної поверхні x e x t = 346 + 0,339-(Н-1000), x ext = 346 + 0,339-(900 -1000) = 312,1 * 312м Визначаємо номер ступіні насоса, після якої здійснюють підведення стиснутого повітря р-д-х о п т _ 1000-9,81-312 _ 3 м _ РН1 10-105 Т а к и м ч и н о м , з а с т о с у в а н н я с п о с о б у , щ о заявл я є т ь с я , д о з в о л и т ь о д е р ж а т и е к о н о м і ч н о вигідну б е з с т у п і н ч а с т у с х е м у ш а х т н о г о в о д о в і д л и в у з великих глибин, уникнути небезпечних пускових тисків, в и к о р и с т о в у ю ч и п р и ц ь о м у н а д і й н у н и з ь к о н а пірну а р м а т у р у , р о з ш и р и т и м о ж л и в и й д і а п а з о н висот підйому води п 588 94 1 0 12 m м із Фіг 1 А Н Фіг 2 59848 10,5 10 Р.МПа і при 0 = 0,5 — приа = 0,45 — при а = 0,4 — при а = 0,35 7 -*— при а = 0,25 — при а = 0,15 — при а = 0,3 — при а = 0,2 Фіг З Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна