Современные водоотливные установки представляют собой сложный комплекс, в который входят горные выработки и оборудование: насосные камеры и агрегаты, двигатели, подводящий и нагнетательный трубопроводы, аппаратура автоматического управления и защиты. Так как от надежности работы водоотливной установки зависят безопасность и бесперебойность работы всего горного производства, поэтому большое внимание уделяется защите насосных агрегатов от кавитаций, возникающих в подводящем трубопроводе и в самом насосе.

     Кавитацию сопровождает ряд нежелательных явлений:

     - эрозия материала стенок – образовавшиеся пузырьки пара, попадая в область повышенных давлений, мгновенно конденсируются, при смыкании окружающие пузырек частицы жидкости движутся ускоренно к центру пузырька, и при полном исчезновении пузырька эти частицы сталкиваются, создавая мгновенное местное повышение давления, которое может достигать больших значений. Такие давления на рабочих поверхностях каналов колеса приводят к сильным ударам, выщерблению, разъеданию материалов стенок.

     - повышение вибрации, которая приводит к быстрому изнашиванию подшипников;

     - быстрая коррозия рабочих органов насоса при выделении паров химически активной жидкости;

     - сужение проходного сечения подводящих каналов и полный срыв работы насосов при активном холодном кипении, что связано с выделением растворенных газов, в том числе и воздуха, из жидкости при прохождении ею области вакуума [1].

     Основным средством предупреждения кавитации, обеспечивающим нормальную работу насосных агрегатов в шахтных условиях, является правильный выбор высоты всасывания (Hвс) [2] и регулирование подачи насоса.

     Подводящий трубопровод описывается уравнением (1):

     Уравнение кавитационной характеристики имеет вид (2):

     Регулирование работы насоса и уход от кавитации осуществляется путем изменения подачи насоса и высоты всасывания. Однако известно, что диапазон изменения подачи строго индивидуален для каждого насоса. В данной работе мы будем основываться на характеристике насоса типа ЦНС-300-120/600, который широко применяется на водоотливных установках шахт. Подачу данного насоса можно изменять в пределах 200-400 м3/ч. Глубину шахты примем равной 560м, а диаметр подводящего трубопровода – 0,31м.

     Путем совместного решения уравнений (1) и (2) относительно Hвс и подставляя значения, известные в гидравлике, получим (3):

     где k – коэффициент кавитационного запаса, k=1,25;

     – коэффициент Дарси , рассчитанный по формуле Шевелева (4) при скорости потока в подводящем трубопроводе V1,2 м/с:

     При V<1,2 м/с значение получается путем умножения формулы (4) на поправочный коэффициент k1, представленный эмпирической формулой (5):

     Среднеквадратическая погрешность вычисления k1 по формуле (5) в диапазоне изменения скорости потока V=0,2-1,2 м/с составляет

     – критический кавитационный запас, рассчитываемый по формуле Руднева (6):

     где n – частота вращения рабочего колеса насоса ЦНС-300-120/600, n=1475 мин-1;

     c – кавитационный запас быстроходности насоса (7):

     Удельная быстроходность насоса рассчитывается по формуле (8):

     Qн=300 м3/ч и Hн=60 м – соответственно подача и напор, развиваемые первой ступенью насоса в номинальном режиме;

     Подставив значения в формулы (7) и (8) получим c=753,6 мин-1.

     Изменяя значения подачи от 0 до 400 м3/ч, получаем зависимость Hвс=f(Q), приведенную на рис.3.

     После обработки графика Hвс=f(Q) методом наименьших квадратов получаем эмпирическую зависимость вида (9):

     Среднеквадратическая погрешность вычисления Hвс.р. по формуле (9) в диапазоне изменения подачи насоса Q=0-400 м3/ч составляет 5,65%. Так как нас интересует рабочий диапазон изменения подачи насоса ЦНС-300-120/600 в пределах 200-400 м3/ч, где среднеквадратическая погрешность составляет 5,02%, считаем, что данная погрешность допустима.

     Зависимость Hвс.р=f(Q) представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – График зависимостей расчетной высоты всасывания по формуле (9) Hвс.р=f(Q) и эксплуатационной по формуле (3) Hвс=f(Q).

     Таким образом, полученная эмпирическая зависимость (9) может быть в дальнейшем использована для расчета уставок управления при создании блока защиты от кавитации подводящего трубопровода водоотливной установки.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

     1. Алексеев В.В., Рудничные насосные, вентиляторные и пневматические установки: Учебн. пособие.-М.: Недра, 1983 - 381с.

     2. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учеб. для вузов – М.: Недра, 1987 – 270 с.