Способ регулирования режима работы водоотливной установки Российский патент 2023 года по МПК E02D19/00 F04D15/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при управлении шахтными и карьерными водоотливными установками, работающими при положительной высоте всасывания.

Известен способ регулирования режима работы водоотливной установки, включающий изменение производительности водоотливной установки по притоку, управление рабочими параметрами насоса и поддержание жидкости в водосборнике на верхнем уровне с помощью частотно-регулируемого электропривода насоса (Сташинов Ю.П., Боченков Д.А., Волков В.В. Технические и энергетические аспекты применения регулируемого электропривода на главных водоотливных установках шахт / Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - №S8. - С. 202-209).

Недостатками указанного способа являются ограниченный диапазон регулирования производительности водоотливной установки и высокая стоимость частотных преобразователей большой мощности.

Известен способ регулирования режима работы водоотливной установки, включающий изменение производительности водоотливной установки по притоку, управление рабочими параметрами насоса и поддержание жидкости в водосборнике на верхнем уровне путем подачи воздуха во всасывающий трубопровод, расположенный ниже уровня откачиваемой насосом жидкости (Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: учебник для вузов. - М.: Недра, 1987. - С. 207-211).

К достоинствам известного способа регулирования, принятого за прототип, относятся простота технической реализации, минимальная геометрическая высота всасывания при работе насоса, что позволяет снизить затраты энергии на подъем воды и существенно уменьшить вероятность возникновения критической кавитации, малая требуемая емкость водосборника, минимальная частота включений и выключений насосного агрегата и, как следствие, повышение надежности и срока службы электромеханического оборудования водоотливной установки, упрощение ее обслуживания, снижение затрат на заливку насоса перед пуском и на слив воды из трубопроводов при остановах насоса, особенно в холодное время года.

Однако данный способ не получил широкого применения на практике из-за сложности настройки рабочего режима на величину текущего водопритока и невозможности обеспечить работу насоса с постоянным значением подачи, соответствующим максимальному или близкому к нему значению КПД.

Основным недостатком способа при его применении в шахтах или карьерах является ограниченный диапазон регулирования производительности водоотливной установки, так как при относительном расходе воздуха q, превышающем 0,15÷0,18, нарушается устойчивая работа центробежного насоса, появляется опасность разрыва водяного столба во всасывающем трубопроводе, снижается КПД.

Задачей изобретения является расширение диапазона регулирования режима работы водоотливных установок.

Достигается это тем, что в способе регулирования режима работы водоотливной установки, включающем изменение производительности водоотливной установки по притоку, управление рабочими параметрами насоса и поддержание жидкости в водосборнике на верхнем уровне путем подачи воздуха во всасывающий трубопровод, расположенный ниже уровня откачиваемой насосом жидкости, согласно изобретению, изменение производительности водоотливной установки и рабочих параметров насоса обеспечивают перепуском части расхода жидкости из нагнетательного трубопровода на вход насоса через перепускной трубопровод с регулирующим клапаном, при перепуске жидкости выделяют из нее воздух и удаляют его в окружающую атмосферу.

Отличительные признаки - перепуск части расхода жидкости из нагнетательного трубопровода на вход насоса через перепускной трубопровод с регулирующим клапаном обеспечивает более существенное снижение производительности водоотливной установки с сохранением минимальной геометрической высоты всасывания насосов, регистрируемое при этом увеличение подачи насоса за счет сокращения потерь напора в нагнетательном трубопроводе способствует возврату режима работы насоса в исходное, оптимальное положение; разделение газовой и жидкой фаз в перепускном трубопроводе и удаление выделенного воздуха в окружающую атмосферу уменьшает газовую составляющую жидкости, поступающей в насос, что также благоприятно влияет на восстановление его оптимальных рабочих параметров.

Предлагаемый способ поясняется графически, где 1 - водосборник; 2 - всасывающий трубопровод; 3 - нагнетательный трубопровод; 4 - насос; 5 - воздуховод; 6 - кран; 7 - верхний уровень жидкости; 8 - перепускной трубопровод; 9 - регулирующий проходной клапан; 10 - воздухоотделитель; 11 - воздушный клапан.

Способ регулирования режима работы водоотливной установки можно реализовать следующим образом.

Подъем поступающей в водосборник 1 воды из шахты или карьера на поверхность осуществляют по трубопроводной сети, составленной из всасывающего 2 и нагнетательного 3 трубопроводов, с помощью центробежного насоса 4 (или нескольких насосов, соединенных последовательно или параллельно), работающего в области оптимальных или близких к оптимальным подач при положительной высоте всасывания.

Для обеспечения работы водоотливной установки на приток к всасывающему трубопроводу 2 ниже уровня откачиваемой насосом 4 воды присоединен воздуховод 5 с краном 6.

После заполнения водосборника 1 до верхнего допустимого уровня 7 запускают в работу насос 4 и открывают кран 6, обеспечивая подвод воздуха по воздуховоду 5 в насос за счет разности давлений Δр на поверхности воды и во всасывающем трубопроводе 2 в точке подвода воздуха. При уменьшении уровня воды в водосборнике вследствие избыточной производительности насоса или снижения притока перепад давлений Δр возрастает, что приводит к увеличению количества подаваемого в насос воздуха и, как следствие, к соответствующему снижению его подачи. Наоборот, повышение уровня воды с ростом притока приводит к снижению количества подаваемого в насос воздуха и к увеличению его подачи. В идеальном случае подача работающего насоса должна быть равной притоку.

Однако, как было отмечено выше, впуск атмосферного воздуха во всасывающий тракт водоотливной установки позволяет безопасно снижать ее производительность не более чем на 15%. Этого снижения недостаточно для регулирования по притоку водоотливных установок карьеров и шахт, производительность которых, согласно требованиям безопасности, назначается из условия откачки суточного притока за 20 ч, т.е. с минимальным запасом 20%.

Для расширения диапазона регулирования режима работы водоотливной установки часть ее расхода, предварительно насыщенного воздухом до 3÷5%, направляют по перепускному трубопроводу 8 обратно на вход насоса 4. Подача насоса при этом увеличится за счет снижения потерь напора в нагнетательном трубопроводе 3 и приблизится к оптимальным значениям, а производительность водоотливной установки в целом - уменьшится. Расход воды в линии рециркуляции 8 и производительность водоотливной установки регулируют с помощью клапана 9.

Для восстановления исходных, оптимальных рабочих параметров насоса 4 необходимо уменьшить долю газовой составляющей в перемещаемой жидкости. Для этого разделяют газовую и жидкую фазы в воздухоотделителе 10, установленном на линии рециркуляции 8, после чего выпускают отделенный воздух в окружающую атмосферу через воздушный клапан 11.

Колебания притока в водосборник 1 водоотливная установка компенсирует в большинстве случаев без постороннего вмешательства с сохранением исходной высоты всасывания насоса за счет автоматического изменения расхода воздуха, подводимого во всасывающий трубопровод 2 через воздуховод 5. При значительном увеличении или уменьшении притока требуется очередная настройка производительности водоотливной установки с помощью клапана 9.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение диапазона регулирования режима работы водоотливных установок с сохранением минимальной геометрической высоты всасывания насосов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при управлении шахтными и карьерными водоотливными установками, работающими при положительной высоте всасывания. Техническим результатом предлагаемого решения является расширение диапазона регулирования режима работы водоотливных установок с сохранением минимальной геометрической высоты всасывания насосов. Для достижения этого результата в известном способе регулирования режима работы водоотливной установки, включающем изменение производительности водоотливной установки по притоку, управление рабочими параметрами насоса и поддержание жидкости в водосборнике на верхнем уровне путем подачи воздуха во всасывающий трубопровод, расположенный ниже уровня откачиваемой насосом жидкости, согласно изобретению, изменение производительности водоотливной установки и рабочих параметров насоса обеспечивают перепуском части расхода жидкости из нагнетательного трубопровода на вход насоса через перепускной трубопровод с регулирующим клапаном, при перепуске жидкости выделяют из нее воздух и удаляют его в окружающую атмосферу. 1 ил.

Способ регулирования режима работы водоотливной установки, включающий изменение производительности водоотливной установки по притоку, управление рабочими параметрами насоса и поддержание жидкости в водосборнике на верхнем уровне путем подачи воздуха во всасывающий трубопровод, расположенный ниже уровня откачиваемой насосом жидкости, отличающийся тем, что изменение производительности водоотливной установки и рабочих параметров насоса обеспечивают перепуском части расхода жидкости из нагнетательного трубопровода на вход насоса через перепускной трубопровод с регулирующим клапаном, при перепуске жидкости выделяют из нее воздух и удаляют его в окружающую атмосферу.