Специальные средства и схемы водоотлива

Специальные средства и схемы водоотлива

2-е издание, исправленное

Хорольский А.А.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Специальные средства и схемы водоотлива/ А.А. Хорольский - М.: Национальный Открытый
Университет “ИНТУИТ”, 2016

Рассмотрены современные средства и схемы водоотлива действующие на предприятиях,
занимающихся добычей полезных ископаемых.
В курсе рассмотрены схемы и средства, которые могут быть применены в системах коммунального
хозяйства. Курс будет полезен тем, кто занимается практической деятельностью, а также студентам
магистратуры которые изучают специальные средства и схемы водоотлива и гидроподъема.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2014-2016
(c) Хорольский А.А., 2014-2016

3

Введение в курс

Изучаются состояние вопроса в области водоотлива и требования, которые
предъявляются к водоотливным установкам.

Введение

Развитие технического прогресса в промышленности идёт по пути укрупнения
производственной мощности предприятий, концентрации работ, повышения
интенсивности отработки участков и увеличения нагрузки, комплексной
автоматизации.

Как для угольных предприятий, так и для системы водоотведения это вызывает рост
суточного притока воды в водосборники, увеличение количества твёрдого в воде,
вследствие большого процента содержания мелочи в воде.

Автору данного курса очень близка шахтная тематика и Я уже несколько лет
занимаюсь вопросами шахтного водоотлива – поэтому данный курс будет интересен
тем, кто занимается и шахтным водоотливом и проблемами водоотведения. Иногда
буду приводить примеры из шахтного водоотлива, а иногда из системы жилищного
водоотведения.

Например, в угольной промышленности возросла глубина шахт, которая достигает
1000 – 1200 м, поэтому существенно увеличилась высота водоподъёма. На больших
глубинах возрастает горное давление, возникают серьёзные затруднения в
прохождении и поддержании горных выработок, повышается температура
окружающих пород, появляется проблема охлаждения шахтного воздуха.

В системах водоотведения аналогичная ситуация водоприток возрастает – вследствие
чего необходимо устанавливать насосы большей производительности, а иногда и
использовать совместную работу насосов.

Всё это приводит к значительному увеличению потребных подач, напоров, мощностей,
габаритов и масс насосных агрегатов; возрастают размеры и объём подземных
выработок для водоотлива (насосные камеры, водосборники и отстойники);
усложняется оборудование, увеличивается количество выделяемого тепла.

В процессе эксплуатации технологических коммуникаций, вследствие коррозии,
абразивного износа возникают дефекты трубопроводов. На практике, если мы имеем
наклонный, а то и горизонтальный трубопровод, то вследствие воздействия
коррозионных явлений, зашламованности воды происходит значительное уменьшение
диаметра трубопровода.

Опыт эксплуатации водоотливных установок на шахтах Донбасса показал, что
межремонтный срок работы насосов при откачке воды через трубопровод с меньшим
значением диаметра, нежели предусмотренное по проекту, не превышает 4-6 месяцев.
За это время подача насосов уменьшается до 50-60% от номинального значения,
уменьшая при этом коэффициент полезного действия. Следует также отметить, что

4

эксплуатация водоотливных установок с зашламленным трубопроводом приводит к
снижению уровня безопасности, надёжности и эффективности работы.

За последние годы практически вся номенклатура горно-шахтного оборудования
прошла модернизацию. За время существования предприятия неоднократно меняются
условия работы оборудования, и очень часто рабочие параметры оборудования
отличаются от паспортных.

1.2 Требования предъявляемые к водоотливным установкам

Новые и усовершенствованные схемы и средства водоотлива должны удовлетворять
следующим требованием: вода должна откачиваться на поверхность без
предварительного осветления в подземных условиях; все водоотливные ёмкости и
канавки должны быть смывающимися и не требовать периодической очистки; объём
подземных выработок для нужд водоотлива должен быть минимальным; оборудование
водоотлива должно быть надёжным, простым в эксплуатации, экономично и удобно
для транспортирования, монтажа и демонтажа в подземных условиях.

В нынешнее время, когда экономический эффект стоит на первом месте, проблема
разработки специальных средств и схем водоотлива приобретает важность и
становится не только разделом водоотлива, а самостоятельной наукой.

Данный курс прежде всего ориентирован на практическое применение, здесь трудно
найти какие-то теоретические изыскания, зато много примеров и схем реально
работающих на практике и подтвердивших свою жизнеспособность на практике.

То, что будет излагаться в курсе - годами работает на предприятиях и шахтах.

1.3 Структура курса

В курсе будут изложены основные схемы и средства водоотлива среди которых:
предпусковые заливки насосов, водоотливные установки с баковым аккумулятором,
самосмывающиеся водосборники, эрлифты и гидроэлеваторы, которые используются
не только на шахтах но и на обогатительных фабриках и на предприятиях
занимающихся транспортировкой воды с примесью твердого вещества.

Большой интерес представляют установки участкового водоотлива.

Также будут рассмотрены вопросы очистки от шлама водосборников, т.к. наличие
шлама в водосборниках сокращает емкость водосборников как следствие
увеличивается количество включений насосов.

Практический интерес для систем коммунального водоотведения представляет
совместная работа насосов на сеть, ведь включив несколько насосов на один
трубопровод, можно увеличить производительность водоотливной установки, а
соединив насосы последовательно можно увеличить напор.

Сравнительно простой и в тоже время надежный способ повысить надежность

5

водоотливной установки – это применение подпора на входе.

Все, что выше описано, будет изложено в курсе.

Надеюсь, у Вас появился интерес к изучению курса.

Ключевые термины

Водоотлив - отвод и удаление вод из действующих шахт, рудников, карьеров а также
во время проходки вертикальных, наклонных и горизонтальных горных выработок,
котлованов, траншей. Водоотлив — одна из важнейших вспомогательных работ
строительного дела, к которой приходится прибегать при устройстве оснований и
фундаментов как в том случае, когда местность покрыта водою и работа ведется за
перемычкой, так и в том, когда котлован опускается ниже горизонта грунтовых вод.

Водоотведение – Использование комплекса инженерных сооружений и оборудования с
целью удаления сточных, ливневых и талых вод из населенных пунктов и
промышленных объектов.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые
функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания,
хранения и транспортирования.

Эрлифт- разновидность струйного насоса. Состоит из вертикальной трубы, в нижнюю
часть которой, опущенной в жидкость, вводят газ под давлением. Образовавшаяся в
трубе эмульсия (смесь жидкости и пузырьков) будет подниматься благодаря разности
удельных масс эмульсии и жидкости. Естественно, что эмульсия тем легче, чем в ней
больше пузырьков.

Струйный насос – устройство для нагнетания (инжектор) или отсасывания (эжектор)
жидких или газообразных веществ, транспортирования гидросмесей (гидроэлеватор),
действие которого основано на увлечении нагнетаемого (откачиваемого) вещества
струёй жидкости, пара или газа (соответственно различают жидкоструйные,
пароструйные и газоструйные насосы).

Эмульсия – дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости
(дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в
большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой - вещество,
состоящее из слабополярных молекул.

Гидроэлеватор– насос струйного типа для подъёма и перемещения по трубопроводу
жидкостей и гидросмесей. Работа основана на использовании энергии струи воды,
подводимой к насадке под напором. Проходя с большой скоростью через проточную
часть струя воды создаёт при вылете из насадки перепад давления. Это вызывает
поступление в смесительную камеру транспортируемого материала. Из смесительной

6

камеры струя рабочей жидкости увлекает образующуюся гидросмесь в диффузор. В
диффузоре скорость движения гидросмеси снижается, но повышается её давление за
счёт перехода части кинетической энергии струи в потенциальную энергию потока,
чем и обеспечивается перемещение гидросмеси по трубопроводам. Гидроэлеватор не
имеет движущихся частей и прост в конструктивном исполнении, но его кпд не
превышает 20—25%.

Гидроэлеваторы применяются для транспортировки материалов на незначительные
расстояния (до нескольких сотен метров), при гидромеханизации горных и
строительных работ, для удаления шламов на обогатительных фабриках, шлака и золы
в котельных и на электростанциях, для транспортировки песка и гравия.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит цель изучения курса?
2. Как со временем меняются условия водоотлива?
3. Что такое водоотлив?
4. Что такое водоотведение и чем оно отличается от водоотлива?
5. Для чего применяются гидроэлеваторы и эрлифты?
6. Для чего применяется совместная работа насосов на сеть?
7. Каковы последствия зашламленности трубопроводов?
8. Каковы последствия зашламленности водосборника?

Краткие итоги

Рассмотрели цели и задачи курса
Ознакомились с основными средствами и схемами водоотлива, которые будут
изучены

7

Предпусковая заливка насоса

Изучаются основные способы и схемы предпусковой заливки насосов,водоотливные
установки с баковыми аккумуляторами и заливки из трубопроводов.

2.1 Основные способы заливки насосов

Способы заливки насосов условно можно разделить на постоянные и предпусковые.

Рис. 2.1.  Постоянные способы заливки

Рис. 2.2.  Предпусковые способы заливки

Как видно из самого названия, предпусковые способы заливки используются для
заливки трубопроводов, на практике обычно используется подпитывающий насос
малой мощности и его цель состоит только в создании столба жидкости необходимого
для успешной работы насоса.

8

Постоянные способы заливки используются в процессе работы насосов. Очень
большой интерес представляет использование погружных насосов, струйных аппаратов
и подкачивающих насосов, более подробно данную методику рассмотрим при работе
водоотливной установки с подпором на входе. Суть данного способа состоит в
создании напора на входе в насос менее мощным насосом, при этом он имеет
аналогичную производительность что и основной насос. При постоянных способах
заливки достигается уменьшение кавитации. Из практики кавитация - это не что иное,
как “закипание воды”, в трубопроводах возникает образование воздушных пузырьков,
как следствие в зоне образования пузырьков происходит их схлопывание и скол
материала со стенок трубопроводов.

При заливке погружными вертикальными насосами вода к рабочим колесам поступает
с подпором, что создает благоприятные условия для их эксплуатации. Способ заливки
прост и надежен, но уход и контроль за насосами несколько затруднены.

Автоматизированные водоотливные установки с погружными насосами нашли
широкое применение на участковых и перекачных водоотливах шахт и рудников.

При сифонном способе - вода с вышележащего горизонта подводится по специальной
сифонной трубке к насосу, благодаря чему обеспечивается его постоянное заполнение
при стоянке. На всасывающем трубопроводе должен быть установлен приемный
клапан, а на сифонной трубке - обратный. Этот способ заливки также отличается
простотой и надежностью.

Сифонный способ заливки насосов может быть осуществлен и при применении
гидрорегуляторов, которыми вода перепускается из нагнетательного трубопровода или
от постороннего источника водоснабжения в специальный бак, а из него - в насос.

При использовании баковых аккумуляторов (БА) – используют однокамерные баковые
аккумуляторы, монтируемые на всасывающей линии насосов. Баковый аккумулятор
представляет собой герметически закрытый цилиндрический сосуд - бак с двумя
патрубками, с помощью которых он монтируется на всасывающем трубопроводе. При
этом бак располагается на 50-100 мм выше насоса в горизонтальном положении.
Внутри бака между патрубками приваривается труба, так, что между ней и нижним
патрубком образуется узкая кольцеобразная щель (сопло).

При заливке из нагнетательного трубопровода – происходит заливка трубопровода
преимущественно ручным способом, но возможно и применение автоматизации. Суть
способа уже понятна из самого названия.

2.2 Водоотливная установка с баковым аккумулятором (БА)

В автоматизированных установках нашли широкое распространение для заливки
однокамерные баковые аккумуляторы, монтируемые на всасывающей линии насосов.
Баковый аккумулятор (рис.2.3) представляет собой герметически закрытый
цилиндрический сосуд - бак 3 с двумя патрубками с помощью которых он монтируется
на всасывающем трубопроводе. При этом бак располагается на 50-100 мм выше насоса
в горизонтальном положении. Внутри бака между патрубками приваривается труба 2

9

так, что между ней и нижним патрубком образуется узкая кольцеобразная щель
(сопло).

Рис. 2.3.  Водоотливная установка с баковым аккумулятором

Для обеспечения первоначального пуска насоса бак (и насос) заполняется водой из
нагнетательного трубопровода 6 через обводную трубку 5 или штуцер уравнительной
трубки 4. При включении насоса, вода из бака с большой скоростью проходит через
кольцевую щель, в результате чего вместе с водой захватывается воздух, поступающий
из верхней части бака и всасывающего трубопровода 1. По мере нарастания
разрежения всасывающий трубопровод и баковый аккумулятор заполняются водой из
водосборника. Так как водо-воздушная смесь, выбрасываемая насосом, имеет
давление, недостаточное для открытия обратного клапана 7, на время пуска
управляемый вентиль 9 открыт и смесь сбрасывается в водосборник. По окончании
пуска управляемый вентиль закрывается и вода направляется по нагнетательному
трубопроводу. Клапан в приемной сетке обычно не ставится, поэтому при остановке
насоса вода уходит из всасывающего трубопровода, оставаясь в баке аккумулятора.
Уравнительная трубка служит для предотвращения после остановки насоса ухода воды
из бака вследствие избыточного давления со стороны насоса и разрежения со стороны
всасывающего трубопровода. Задвижка 8 постоянно открыта.

Область применения баковых аккумуляторов ограничивается в основном перекачным и
вспомогательным водоотливом. Мощные насосы с большим диаметром всасывающего
трубопровода должны иметь баки больших размеров, что затрудняет их размещение в
камере.

2.3 Заливка насоса из нагнетательного трубопровода

Изобразим на рис.2.4 наиболее распространенную схему заливки.

10