Розрахунок витрати електричної енергії й установлення КПД водовідливної установки

1.9 Розрахунок витрати електричної енергії й установлення КПД водовідливної установки

Число роботи насоса в добу при відкачуванні нормального припливу, (година):

 (1.15)

Те ж при максимальному припливі, (година):

 (1.16)

 

Річна витрата електроенергії ,кВт:

 (1.17)

де η_д - КПД двигуна, 0,95;

η_мережі - КПД електричної мережі, 0,95;

? - КПД насоса;

 - кількість днів у році з нормальним водо припливом, 305;

 - кількість днів у році з максимальним водо припливом, 60.

 

Річний приплив води (м³/рік ):

 (1.18)

 

Питома витрата електроенергії (кВт×година/м³):

 (1.19)

Корисна витрата електроенергії ( кВт×година/м³):

 (1.20)

Коефіцієнт корисної дії водовідливної установки:

 (1.21)

2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА. ЗАХИСТ АПАРАТУРИ Й НАСОСІВ ВІД ГІДРАВЛІЧНИХ УДАРІВ

Основна причина, що викликає гідравлічні удари в напірних трубопроводах, - аварійне відключення електроживлення двигунів насосів. Гідравлічних ударів, що виникають у результаті зміни ступеня відкриття запірних арматур, практично можна уникнути, змінюючи режим закриття й відкриття. При відключенні електродвигунів насосів, що подають воду по напірних трубопроводах у відкриті ємкості, процес гідравлічного удару протікає в такий спосіб. Після відключення насосів зменшуються частота обертання роторів агрегатів, подача й напір. Тиск на насосній станції починає знижуватися. Знижуються й швидкості руху води в трубопроводі. У якийсь момент вода зупиниться й далі почне рухатися із прискоренням у зворотному напрямку. При наявності зворотних клапанів на напірних лініях насосів зміна напряму руху води в трубопроводі викликає закриття їхніх дисків, що різко сповільнює рух потоку й значно підвищує тиск - відбувається гідравлічний удар.

Показники труб міцності для прокладки напірних водоводів призначають по розрахунковому тиску, прийнятому рівним робочому тиску, або тиску при гідравлічному ударі, помноженому на коефіцієнт 0,85 для сталевих труб і на 1 для труб з інших матеріалів. Підвищення тиску при гідравлічному ударі може бути визначальним при виборі показників труб. Розраховують показники міцності труб зовнішнього навантаження трубопроводу при наявності в ньому вакууму (практично це ставиться до сталевих труб великого діаметра). Тому повинні бути використані засоби захисту від гідравлічного удару щоб не збільшувати показники міцності труб у порівнянні з тими, які можуть бути прийняті по максимальному робітнику. Засобу захисту від гідравлічного удару можна розділити на дві більші групи: перша - засобу захисту, призначені для скидання води з напірних трубопроводів, друга - засобу захисту, що перешкоджають розвитку значних швидкостей руху води у зворотному напрямку. Воду з напірних трубопроводів скидають через насоси й прямо. Скидання води через насоси - найбільш простий і дешевий засіб захисту, не потребуюче яких-небудь додаткових витрат, однак при цьому виникає реверсивне обертання роторів насосних агрегатів, що в окремих випадках може перевищити припустиме (як для насоса, так і для електродвигуна) Іноді для зменшення реверсивної частоти обертання можна обмежити скидання води, здійснюючи його через обвідні лінії до зворотних клапанів на напірних лініях насосів.

Воду крім насосів скидають і через звичайні запобіжні клапани або спеціальні клапани-гасителі, що відкриваються ще до підвищення тиску понад робітника (мал. 1, 2).

Малюнок 1 - Схема пристрою обвідної лінії до зворотного клапана: 1 - зворотний клапан; 2 - обвідна лінія із засувкою; 3 - засувка на напірній лінії насоса

Малюнок 2 - Клапан-Гаситель: 1 - клапан; 2 - циліндр; 3 - поршень; 4 - гідро розподільник; 5 - масляне гальмо; 6 - сполучні імпульсні трубки; 7 - зворотний клапан; 8 - магістральний трубопровід; 9 - відвідна труба

До засобів захисту від гідравлічного удару, що перешкоджає розвитку значних швидкостей, ставляться: впуск повітря в місця утворення розривів потоку в трубопроводі з наступним стиском повітря, для чого на трубопроводі встановлюють аераційні клапани (клапани для впуску й защемлення повітря - КВЗП), які відкриваються при зниженні тиску в трубопроводі нижче атмосферного, забезпечуючи впуск повітря в трубопровід, і закриваються при підвищенні тиску більше атмосферного. Стиск обсягу, що ввійшов через клапан, повітря приводить до зменшення швидкості потоку у зворотному напрямку й тим самим знижує тиск у трубопроводі в процесі гідравлічного удару. На практиці застосовували пружинні й вантажні аераційні клапани. Однак серійно їх не випускали. Тому було запропоновано використовувати в якості аераційних зворотні клапани. Установка аераційних клапанів на трубопроводах - простий і дешевий засіб захисту від гідравлічних ударів. Однак стиск повітря приводить до відчутного зниження тиску лише при відносно невеликих статичних напорах (15...20 м) у місці установки аераційних клапанів. Тому при більших напорах використовують інші засоби захисту або сполучать впуск повітря з іншими засобами; впуск води в місця можливого утворення розривів потоку для усунення цих розривів (мал.3). Впуск води в більшості випадків здійснюють зі спеціального резервуара, з'єднаного з напірним трубопроводом лінією, обладнаної зворотним клапаном. При нормальному режимі роботи зворотного клапана закрита тиском води в трубопроводі, при зменшенні тиску в трубопроводі нижче рівня води в резервуарі зворотний клапан відкривається й вода надходить у трубопровід. Впуск води може бути здійснений і з водонапірних колон, але через відносно високу вартість у меліорації їх практично не застосовують; поділ трубопроводу на кілька частин і установка на ньому додаткових зворотних клапанів. У результаті гідравлічного удару вода починає рухатися у зворотному напрямку, клапани закриваються й розділяють трубопровід на кілька частин, у межах кожної з яких статичний напір відносно невеликий. Це засіб захисту може бути ефективно використане при значному геометричному підйомі води (мал. 3).

Малюнок 3 - Резервуар для впуску води, сполучений з анкерною опорою: 1 - резервуар; 2 - зворотний клапан; 3 - напірний трубопровід

Гідравлічні удари в закритих зрошувальних системах можуть значно відрізнятися від гідравлічних ударів у трубопроводах, що подають воду у відкриті ємності. Вони виникають не тільки при аварійних відключеннях насосних агрегатів, але й внаслідок інших причин. Роботу насосних станцій закритих зрошувальних систем звичайно передбачають в автоматичному режимі, тому відключають і пускають насосні агрегати при зміні режиму поливу при відкритих засувках на напірних лініях насосів. При відключенні насосів напрямок руху води в його напірній лінії змінюється дуже швидко, і до цього часу зворотного клапана залишається ще відкритої. Закриття зворотного клапана приводить до значного, щоправда, нетривалому підвищенню тиску. Для визначення підвищення тиску при гідравлічних ударах і призначенні відповідних мір захисти потрібні розрахунки, що враховують основних факторів, що істотно впливають на процес гідравлічного удару й що дозволяють одержувати результати з необхідним ступенем точності. Однак вони складні й трудомісткі, і виконати їх можна лише із застосуванням сучасних засобів обчислювальної техніки.

3. ЕКОЛОГІЯ ПРИ ВОДОВІДЛИВІ

Виробнича діяльність людини вносить певні зміни, у процеси, що відбуваються в природній екологічній системі, і викликає тим самим порушення рівноваги між окремими її елементами.

Джерелами гідродинамічних порушень є технологічні процеси, зв'язані з будівництвом і експлуатацією промислових підприємств.

Більшість гідрологічних порушень пов'язане з попередньою підготовкою поверхні родовища і його експлуатації:

- перенос русявів водотоків, що протікають по поверхні над площею залягання корисних копалин;

- попереднє осушення поверхневих водойм шляхом перекачування води з них у зниження рельєфу поза гірським відводом;

- осушення площі земельного відводу шляхом відкачування води з водоносного обрію;

Гідрогеологічні порушення пов'язані із процесом видобутку й переробки корисних копалин;

- підвищення й зниження рівня підземних вод;

- виснаження водоносних горизонтів над площею відпрацьовування родовища й за її межами шляхом надходження піднімальних вод у гірських виробітках з наступною відкачкою у водойми й водотоки;

- заводнення підземних горизонтів при накачуванні в них вод з поверхневих об'єктів.

Води, що витягаються при видобутку корисних копалин розділяються на шахтні, кар'єрні й дренажні. Дренажні води утворяться за рахунок влучення підземних і поверхневих у гірські виробітки, але на відміну від шахтних і кар'єрних вони не піддані забрудненню, тобто в більшості випадків ставляться до нормативно-чистого. Дренажні води утворяться в тих гірських виробітках, де не ведуться гірські роботи, тому вони не піддаються забрудненню зваженими частками й нафтопродуктами. Найбільше ймовірно бактеріальне забруднення дренажних вод.

По величині рн шахтні, кар'єрні й дренажні води діляться на нейтральні (рн=6.5-8.5), кислі (рн<6.5) і лужні (рн>8.5). По ступені мінералізації вони підрозділяються на прісні зі змістом сухого залишку до 1 г\л, слабосолонуваті - 1-3, солонуваті - 3-5, солоні - 10-25, сильно солоні - 25-50 і розсоли більше - 50 г\л. Чим вище мінералізація шахтних, кар'єрних і дренажних водах коливається від 5 до 30 мг*екв\л. Зміст зважених речовин у шахтних і кар'єрних водах коливається в межах від 10-30 до 500-600 мг\л і вище, але звичайно не перевищує 1000 мг\л, концентрація нафтопродуктів від слідів до 0,2-0,8 мг\л і вище.

Бактеріальне забруднення може змінюватися в межах 0,001-4.

Комплексне використання мінеральних ресурсів, добутих з надр, і охорона природного середовища представляються найважливішими завданнями в рішенні загальної проблеми раціонального природокористування на сучасному етапі.

ВИСНОВОК

У курсовому проекті відповідно до вихідних даних зроблений розрахунок насосної станції шахтного типу. Глибина шахти 250 метрів, максимальний годинний приплив 400 м³/година. Також у курсовому проекті зроблений вибір типу насоса ЦНСК-500-160-800, марка двигуна ВАО630M4. Розраховано діаметри усмоктувальних і нагнітального трубопроводів. Діаметр усмоктувального трубопроводу - 299 мм, нагнітального - 245 мм. Коефіцієнт корисної дії насосної установки 80%.

Освітлено питання екології при відкритих гірських роботах, техніки безпеки при експлуатації насосної станції в кар'єрі. У спеціальній частині розглянуте питання про захист водовідливного встаткування від гідравлічних ударів.

Література

1. Алексєєв В.В. Стаціонарні машини – К., 2002.

2. Картавий Н.Г. Стаціонарні установки – К., 2005.

3. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Гірська механіка. – К., 2004.

4 Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Збірник прикладів і завдань по гірській механіці. – К., 2001.

5. Попов В.Н. Водовідливні установки. Довідковий посібник. – К., 1991.