Лекция № 6 (1 час.) Шахтные воды и их характеристика. Основное оборудование водоотливных установок. Общие вопросы теории работы и устройства центробежных насосов. Конструкция и параметры. Совместная работа насосов на общий трубопровод. Причины возникновения кавитации в насосах и меры по ее устранению.
Обводненность шахт оценивается величиной коэффициента водообильности, т. е. отношением веса откачиваемой воды к весу добытого за этот же период полезного ископаемого.
По химическому составу шахтные воды подразделяются на кислотные, щелочные и нейтральные. Значения рН для сильно кислотной воды составляют 0-3, слабо кислотной 4-6, нейтральной – 7, слабощелочной 8-10, сильно щелочной 11-14.
Шахтные воды отличаются также жесткостью. Различают временную и постоянную жесткость.
Под градусом жесткости понимают содержание 10 мг окиси кальция или 14 мг окиси магния в 1 литре воды. Вода до 10 градусов жесткости называется мягкой. Жесткость шахтной воды достигает 175 мг-экв./л.
Шахтный водоотлив организован следующим образом: вода из всех выработок поступает в водосборник по канавкам выработок. Вода с нижележащих горизонтов вспомогательными насосными агрегатами поднимается в водосборник главной водоотливной установки, которая перемещает её по трубам на поверхность. Водосборник обычно располагается у клетевого ствола с заглублением у насосной станции на 5-7м ниже уровня горизонта.
По назначению насосные установки подразделяют на главные, вспомогательные, участковые и проходческие.
Главные насосные установки служат для откачки воды из всей шахты, вспомогательные – для подъема воды из нижележащих горизонтов в водосборник главной насосной установки, участковые – для откачки воды из забоев наклонных выработок, а проходческие – для откачки воды при проходке стволов.
Насосы, так же как и вентиляторы, относятся к турбомашинам. Они создают большое избыточное статическое давление за счет давления нагнетания. Поэтому возникающее в рабочем колесе большое скоростное давление переходит в статическое.
Шахтная водоотливная установка состоит из центробежного насоса, электродвигателя с пусковой аппаратурой, всасывающего и нагнетательного трубопроводов.
Основными техническими данными, характеризующими работу насоса, являются: подача, напор, напор при нулевой подаче, вакуумметрическая высота всасывания, допустимая вакуумметрическая высота всасывания (4-5 м), мощность на валу насоса, к. п.д. насоса.
Характеристика насоса – графическая зависимость основных технических показателей от подачи при постоянной частоте вращения, вязкости и плотности жидкости. Определяется при испытаниях данного типа насоса, поэтому называется иногда индивидуальной.
Характеристика трубопровода – зависимость напора, расходуемого на перемещение единицы жидкости в трубопроводе от расхода.
Для установления рабочего режима насоса необходимо на его характеристику нанести характеристику трубопровода. Точка их пересечения определяет рабочий режим насоса.
Если при одиночной работе насосов на предельной скорости вращения или при максимально возможном угле установки лопастей рабочего колеса не обеспечивается необходимая подача или давление в сети, тогда прибегают к совместной работе насосов.
При параллельной работе насосов вода, подаваемая каждым насосом, поступает в общую сеть; при последовательной работе насосов вода проходит через другой насос. В горной практике часто используют совместную работу насосов. Если один насос не справляется с откачкой суточного притока, то можно предусмотреть параллельную работу насосов. Если напор, создаваемый одним насосом, не обеспечивает водоподъема, то можно предусмотреть последовательную работу насосов.
Совмещение характеристик внешней сети с суммарной характеристикой двух параллельно работающих насосов показывает, что подача двух насосов больше, чем подача насоса при одиночной работе, но меньше суммарной подачи обоих насосов при их одиночной работе. Это объясняется тем, что с увеличением подачи жидкости увеличиваются также потери давления во внешней сети.
Последовательное включение насосов применяется обычно для повышения давления.
При входе жидкости на лопасти рабочего колеса ее абсолютное давление может оказаться меньше давления парообразования при данной температуре, что приведет к появлению полостей, заполненных паром. При движении жидкости через проточную часть насоса эти пузырьки пара быстро конденсируются, когда входят в зону с более высоким давлением. Частицы жидкости, заполняющие полость конденсирующегося пузырька движутся к его центру со значительными скоростями. При внезапной остановке жидкости происходит местный гидравлический удар большой силы. Комплекс явлений, связанных с парообразованием внутри жидкости с последующей конденсацией паровых пузырьков, сопровождающихся гидравлическим ударом, называется кавитацией.
О появлении кавитации можно судить по следующим признакам:
1) возникновению шума и вибрации насоса, происходящих из-за конденсации пузырьков пара в области повышенного давдления;
2) резкому изменению эксплуатационных характеристик насоса;
3) кавитационному разрушению материалов. Оно является следствием механического воздействия при разрушении пузырьков пара. (эрозии). Механическое разрушение защитной пленки окислов приводит к интенсификации электрохимических процессов коррозии. Кавитационное разрушение материалов есть результат совместного действия эрозии и коррозии.
Мероприятия по предупреждению кавитации следующие:
1) уменьшение геометрической высоты всасывания, скорости движения воды и сопротивления во всасывающей линии;
2) установка насоса ниже уровня воды в колодце.
3) Установка дополнительного бустерного насоса во всасывающей линии главного насоса.
