В журнале и на сайте «Золотодобыча» в 2018 г. была опубликована моя статья «Как выбрать насос и трубу для водоснабжения промывочных установок». Статья вызвала отклики, были и критические замечания, которые в основном сводились к тому, что статья имеет большой объём и сложна для понимания. Так как тема актуальна, то есть смысл к ней вернуться с учётом выданных замечаний. Сразу замечу, что коротко и просто изложить решение задачи водоснабжения промприбора затруднительно.
Итак, надо выбрать насос и трубу для водоснабжения промприбора. И насос, и труба должны обеспечить максимальное извлечение золота при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах на подаче воды.
Параметры насоса и диаметр трубы зависят от:
- производительности промприбора, его типа, и схемы обогащения;
- свойств песков (промывистость, ванунистость, грансостав);
- геодезического перепада между отметками забора воды и её выдачи в процесс;
- протяжённости водовода.
Эти показатели могут изменяться как в течение одного сезона, так и по годам. Желательно иметь такой насос и трубу, при которых можно было бы обеспечить необходимые параметры водоснабжения при изменяющихся горнотехнических условиях.
В настоящей статье вопрос обоснования величины подачи воды (Q, м3/ч) и напора у насоса (Н, м) не рассматривается. Эта проблема требует отдельного анализа.
Учитывая изменчивость горнотехнических условий переработки песков, следует для водоснабжения принимать наихудший вариант, при котором Q и Н максимальны. В то же время система водоснабжения должна без каких-либо переделок работать и при наименьших Q и Н.
Дальнейшее рассмотрение задачи проведём на примере насоса 1Д1250-63. Он относится к насосам с двухсторонним всасом (тип Д) и по своей характеристике находит широкое применение на практике. Характеристика насоса приведена на рис. 1.
Рис. 1. Характеристика насоса 1Д1250-63.
Частота вращения n = 1450 об/мин.
Дк — диаметр колеса
Насос поставляется, как правило, в виде насосных агрегатов (установок) с двумя видами привода: с асинхронными двигателями с постоянными оборотами и с дизелем с возможностью изменения оборотов от 800 до 2200 об/мин.
Из теории центробежных насосов известно, что при изменении оборотов его характеристики изменяются следующим образом [1]:
где
n1 — обороты насоса с известными Q1, Н1 и N1 (мощность, кВт);
n2 — изменённые обороты с новыми параметрами насоса (Q2, H2, N2).
Кроме изменения оборотов, параметрами насоса можно управлять и заменой рабочего колеса на другой диаметр. На рис. 1 показаны характеристики насоса для трёх диаметров колеса.
В каждом конкретном случае Q и H насоса при постоянных оборотах будут находиться в точке пересечения его характеристики с характеристикой сети, которая зависит от геодезического перепада между отметками выпуска воды на промприборе и поверхности водоёма, а также от степени закрытия задвижки на напорной линии. На рис. 1. показана произвольная характеристика сети.
Для смонтированного промприбора характеристику сети можно изменять лишь степенью открытия напорной задвижки. При закрытии задвижки характеристика сети становится круче, и точка пересечения двух характеристик на графике будет сдвигаться влево. То есть при любом положении задвижки показатели насоса Q и H будут располагаться на линии характеристики насоса.
Главным преимуществом насосных агрегатов с дизельным приводом является возможность плавного изменения оборотов рабочего колеса, что позволяет получить принципиально иной вид характеристики насоса.
На рис. 2 представлены характеристики насосного агрегата 1Д1250-63 с дизельным приводом для трёх диаметров колёс. Характеристики построены по формулам (1). При этом значения n1, Q1, H1 и N1 взяты из рис. 1. Ограничивающие обороты приняты равными 1000 и 1800 об/мин.
Рис. 2. Характеристика насоса 1Д1250-63
при изменении оборотов от 1000 до 1800 об/мин.;
а) Дк — 455 мм; б) Дк — 418 мм; в) Дк — 390 мм
Сравнивая рисунки 1 и 2, видно, что характеристика насоса с дизельным приводом представлена не линией, как при электроприводе, а площадью (рабочей зоной). Такая характеристика позволяет изменять Q и H в широком диапазоне при наименьших затратах энергии.
Оценим эти преимущества на следующем примере. Требуется подать воду с расходом 900 м3/ч и напором у насоса 35 м. На электроприводе для заданного расхода и диаметра колеса 455 мм напор составит 69 м, а потребляемая мощность 210 кВт (см. рис. 1). Такой напор по технологической потребности не нужен и приводит лишь к повышенному расходу электроэнергии. Можно заменить рабочее колесо на диаметр 390 мм, что позволит снизить напор до 46 м, а потребляемую мощность до 170 кВт (см. рис. 1). Если же через несколько дней потребуется из-за изменения горнотехнических условий увеличить расход, то вновь потребуется остановка на замену рабочего колеса.
На дизельном агрегате, не меняя диаметр колеса (Дк = 455 мм), можно получить заданные Q и H изменением оборотов насоса. Пользуясь представленными графиками и формулами (1), приближённо определим обороты, обеспечивающие заданные Q и H.
На рис. 3 представлен вспомогательный график (фрагмент рис. 2а) для необходимых расчётов, выполняемых в следующем порядке:
Рис. 3. Вспомогательный график к расчёту
оборотов насоса при Q = 900 м3/ч и Н = 35 м
- на графике наносится точка а, соответствующая Q2 = 900 м3/ч и H2 = 35 м;
- через точки о и а проводится прямая до пересечения в точке б с
характеристикой насоса при n1 = 1450 об/мин.;
- для расчётов по формулам (1) принимаем следующие параметры насоса (см. рис. 3):
n1 = 1450 об/мин., Q1 = 1200 м3/ч, H1 = 64 м, N1 = 260 кВт;
n2 = х, Q2= 900 м3/ч, H2 = 35 м, N2 = х;
- определяем по формуле (1) n2 через изменение расхода:
- определяем n2 через изменение напора:
То есть при оборотах около 1080 об/мин. будет достигнут требуемый режим работы насоса, при котором потребляемая мощность составит:
Потребляемая в этом варианте мощность на 63 кВт меньше, чем при электроприводе с оборотами 1450 об/мин. и Дк = 390 мм. Как уже указывалось выше, параметры насоса определяют точкой пересечения характеристик насоса и сети. При достаточном диаметре трубы нужная точка пересечения характеристик достигается положением задвижки на напорной линии.
На практике можно не проводить изложенные расчёты. Они приведены для доказательства широких возможностей дизельного привода. Достаточно подобрать необходимые обороты и степень закрытия задвижки по визуальной оценке расхода и напора.
Дизельные насосные установки (ДНУ) на базе насосов типа Д обычно поставляются с мощностью двигателя, рассчитанной на штатные обороты асинхронных двигателей (980, 1450, 2900 об/мин.). Поэтому для повышения Q и H сверх обозначенных в паспорте ДНУ «разогнать» насос не удается. Нужна дополнительная мощность дизеля.
Разберём этот случай на примере. Имеется ДНУ-1250/63 с двигателем ЯМЗ 8503/10 мощностью 290 кВт, обеспечивающим подачу 1300 м3/ч и напор 63 м. Возникла необходимость увеличить подачу до 1600 м3/ч и напор до 70 м. Эту точку можно нанести на рабочую зону на рис. 3. Потребляемую мощность насоса при этих параметрах можно определить по упрощённой эмпирической формуле:
N = Q × H × 0,0035 = 1600 × 70× 0,0035 = 392 кВт.
То есть при имеющемся двигателе указанные параметры мы не достигнем. Из этого следует, что при заказе ДНУ следует ориентироваться на максимально возможные Q и H, которые могут потребоваться в производстве.
Коротко о диаметре трубы водовода. При его определении рекомендуется принимать в качестве критерия скорость движения воды в трубе (V) — она не должна превышать 3 м/с. Потери напора за счёт трения воды на 100 м длины водовода (i) определяются по формуле (2):
где dтр — внутренний диаметр трубы, м.
То есть потери напора возрастают нелинейно от скорости в квадрате. Излишние потери напора требуют дополнительного расхода дизтоплива и, соответственно, затрат. Так, при расходе воды 1100 м3/ч и длине водовода 100 м затраты на водоснабжение при сезоне 140 суток будут меньше на 2,1 млн руб, если трубу диаметром 300 мм заменить на 400 мм. Из этого следует, что не стоит экономить на диаметре трубы — потеряешь больше, чем сэкономишь.
Для удобства лучше заменить одну трубу большого диаметра на два- три плоскосворачиваемого рукава меньшего диаметра.
Рекомендации
1. Для водоснабжения промприбора целесообразно использовать дизельные насосные агрегаты, которые способны обеспечить необходимые для обогащения расход и напор воды в широком диапазоне при минимальных затратах.
2. При заказе ДНУ следует ориентироваться на максимально возможные Q и H, которые могут потребоваться в производстве.
3. Диаметр водовода желательно принимать с таким расчётом, чтобы скорость движения воды не превышала 3 м/с.
Литература
1. Киселёв П.Г. Справочник по гидравлическим расчётам. М.:Госэнергоиздат. 1957. 352 с.
2. Шевелёв Ф.А. Таблицы для гидравлического расчёта стальных, чугунных, асбестоцементных и пластмассовых водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1970. 112 с.
-5+3
Комментарии, отзывы, предложения
Дракон, 19.05.24 08:37:59
Электрический насос удобнее и проще. А уж регулирование расхода и давления без проблем автоматизируется силами частотного преобразователя, в том числе и автоматический ввод в работу резервного насоса.
Нет сетевой электроэнергии, ставь ДЭС и пользуйся. Тем более помимо насоса есть куча оборудования и потребностей в электроэнергии.
Дизельные насосные установки нужны для внеплановых работ, когда заранее необходимость насоса в этом месте предугадать сложно.
Я могу ошибаться но рекомендация: Для водоснабжения промприбора целесообразно использовать дизельные насосные агрегаты, которые способны обеспечить необходимые для обогащения расход и напор воды в широком диапазоне при минимальных затратах, несколько устарела. Да, лет двадцать назад частотник может и были дорогим оборудованием, но сегодня это фактически ширпотреб.
Трудоголик-алкоголик, 19.05.24 16:02:04
Позволю себе высказать некоторые соображения по данному вопросу:
Автор убедительно раскрывает преимущества дизельных насосных установок (ДНУ) с возможностью плавного регулирования подачи и напора. Это действительно эффективное решение, особенно для удаленных месторождений без сетевого электроснабжения.
Однако комментаторы справедливо указывают на современную тенденцию перехода к электрическим насосам с частотным регулированием при наличии возможности обеспечить стабильную подачу электроэнергии (сетевая или от ДЭС, не важно). Такие установки также обладают гибкостью, позволяют автоматизировать процессы подачи воды.
На мой взгляд, однозначно отдать предпочтение одному виду оборудования было бы неверно. Все зависит от конкретных горно-технических условий каждого месторождения.
Одним из ключевых факторов является возможность подвести сетевую энергию или организовать централизованное, либо поприборное электроснабжение требуемой мощности для всех энергопотребителей. Если такой возможности нет, то ДНУ могут стать единственным разумным выбором.
Даже при наличии сетевой энергии стоит рассматривать ДНУ в том числе как экстренное использование в непредвиденных ситуациях и форс-мажорах.
Немаловажны также вопросы доступности обслуживания и ремонта дизельных насосных установок, мобильности оборудования при перебазировании на новые участки и пр.
Подводя итог, выбор насосного оборудования, как мне кажется, должен осуществляться по результатам тщательного технико-экономического анализа, учитывающего все факторы каждого конкретного проекта. Универсального решения, подходящего везде, к сожалению, не существует. Главное - обеспечить надежность и эффективность водоснабжения промприборов при минимизации совокупных затрат.
Так выпьем же за мудрость в выборе оптимальных технических решений!
Магадан , 20.05.24 02:00:52 — Коллеге
Выпить - это легко. Сделать выбор - сложнее. Таскать за насосом провода, когда часто переезжаешь, неохота, но солярку зато возить не надо каждый день... В общем, думать надо.
Студент, 21.05.24 09:55:42
Если электричество нужно прибору (а это обычное дело сейчас), то, по-моему, лучше общую ДЭС и электрический насос вроде логично получается. Электрик все равно нужен и таскать провода тоже нужно. Интересное дело. Об этом редко говорят, а расходы на энергоснабжение приличные. А ведь солярка - тоже золото. Лишнее сжег - все равно, что золото потерял.
Автор, 21.05.24 11:37:02 — Студенту
Моя рекомендация по целесообразности использования дизельных насосных установок (ДНУ) относится в основном к объектам без централизованного электроснабжения, количество которых значительно больше, чем имеющих его.
Экономические показатели двух вариантов привода насоса для этого случая рассмотрим на примере насоса 1Д1250-63.
КАПВЛОЖЕНИЯ
Дизельный привод - стоимость ДНУ1Д1250-63 - 3,3 млн руб.
Электрический привод - стоимость ДЭС 350 кВт (самой дешевой) - 2,7 млн руб.
- стоимость насосного агрегата на раме - 1,6 млн руб.
- стоимость частотного преобразователя - 0,9 млн руб.
Итого: 5,2 млн руб.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ
У ДНУ эти затраты будут ниже, чем у конкурента за счёт более высокого КПД.
КПД дизеля (средний) у ДНУ - 0,42
КПД конкурента равен произведению трёх КПД: дизеля ДЭС (0,42), электродвигателя насоса (0,85) и частотного преобразователя (0,98). Суммарный КПД равен 0,35.
Разные КПД сказываются на расходе дизтоплива. На выработку одного кВч-ч энергии дизель расходует 0,25 кг дизтоплива. При потребляемой мощности ДНУ
300 кВт за час работы потребуется 75 кг топлива, за сутки (20 ч) - 1500 кг.
В варианте с электродвигателем расход ДТ будет на 7% больше и составит 1605 кг или на 105 кг (122 л) больше. При продолжительности сезона 150 суток перерасход ДТ по второму варианту составит 122*150= 18300 л. К перерасходу ДТ следует добавить и перерасход масла. Общий перерасход за сезон в деньгах будет
около 2 млн руб.
ОРГАНИЗАЦИЯ водоснабжения
Монтаж водоснабжения с ДНУ и перестановка промприбора упрощаются (меньше агрегатов, нет кабелей)
Да, любому промприбору нужна ДЭС, но это другая мощность.
Да, к ДНУ надо подвозить дизтопливо, но главные его потребители - горнотранспортное оборудование, которое ежесуточно заправляется автобензозаправщиком. Он заправит и ДНУ.
При наличии централизованного электроснабжения насосный агрегат без частотного преобразователя увеличит годовые затраты более чем на 10 млн руб.
Магадан , 23.05.24 02:33:45 — Автору
Спасибо за хороший пример расчета. Но из 5,2 млн надо ДЭСку на промприбор из затрат вычесть. Или добавить ДЭС - 50 (100) к затратам на ДНУ.
Дракон, 23.05.24 05:29:45
Хороший расчет, если подгонять под нужный результат.
КПД дизельного генератора 0,7-0,8.
Суммарный КПД связки генератор-насос 0,58-0,67, что минимум в 1,3 раза выше дизельной насосной установки.
Студент, 23.05.24 08:43:56 — Автор и всем
Спасибо, хотя еще не совсем разобрался. Мне бы вариант 3.
1.Все электро. Одна ДЭС большая (с ЯМЗ-240?) + 2 частотника + 2 электродвигателя (на скруббере и насосе) + провода туда и сюда.
С другой стороны:
2. Одна ДЭС маленькая + 1 частотник (только на скруббер) + Дизельная насосная установка и проводов поменьше.
3. Все без электро. Читал, что кто-то делал прибор с вращением бочки от небольшого дизеля. Тогда ДНУ самый раз и жизнь будет без проводов и частотников.
Частотники я еще не видел. Читал, что "новая жизнь". Но как оно в практике?
Автор, 24.05.24 08:43:18 — Дракон, 23.05.24
Уважаемый Дракон, уточняю КПД комплекса: дизельный привод (ДП) — асинхронный генератор (АГ) — частотный преобразователь (ЧП) — асинхронный двигатель насоса (АД). По справочным данным КПД каждого аппарата равен: ДП — 0,42; АГ — 0,85; ЧП — 0,98; АД — 0,85. Общий КПД комплекса равен: 0,42 0,85 0,98*0,85= 0,30. В предыдущем расчёте я упустил КПД асинхронного генератора. Благодаря Вашему замечанию это упущение я устраняю. Таким образом, расход топлива на дизельной насосной станции будет на 12% меньше, чем рассмотренном комплексе.
Автор, 24.05.24 08:45:12 — Студент, 23.05.24
Промприоры с дизельным приводом выпускаются по спецзаказу. Обычно это приборы бочечного типа.
Лучше принять вариант 2. Электроэнергия на приборе нужна и на сварочные работы, и на освещение. Даже чай вскипятить. В этом варианте частотник не нужен.
Автор, 24.05.24 08:47:08 — Магадан , 23.05.24
В капвложениях стоимость ДЭС для насоса принята равной 350 кВт, так как по требованиям к эксплуатации ДЭС с непрерывным режимом работы её мощность должна быть больше на 20% потребляемой мощности насоса. То есть на насос будет подаваться мощность 350*0,8= 280 кВт. Если будет общая ДЭС, то к 350 кВт надо добавить мощность промприбора, умноженную на 1,2.
Студент, 24.05.24 13:43:12 — Автору
Спасибо, с интересом прочитал комментарии и ваши ответы. Очень полезная у вас статья. Без маленькой ДЭСки, действительно не обойдешься.
Сотрудник, 25.05.24 17:29:48
Интересно, что у Черемнова в статье:
https://zolotodb.ru/article/13199
энергообеспечение все электрическое:
Промывочный прибор оборудован автономной ДЭС- 30 кВт с топливным баком, обеспечивающим круглосуточную работу без дозаправки в течении одной недели. Для плавного пуска и раскрутки виброгрохота используется частотный преобразователь.
Промприбор комплектуется:
- электрической насосной станцией производительностью 630-730 м3/ч с частотным регулятором; подача технологической воды на прибор производится по двум гибким пожарным шлангам диаметром 150 мм;
Практик , 26.05.24 10:13:29
ДЭС-30 кВт прямо на приборе - хороший вариант, все на месте, провода не болтаются. На бочке хорошо, а на ГИСе ? тряска как сказывается на ДЭСку?
Старатель, 28.05.24 01:37:33 — Практик
Как тряска сказывается на двигатель автомобиля на бездорожье? Ситуация схожая. Нормально ДЭС чувствует себя на промприборе на базе ГИС.
Техрук, 01.06.24 07:43:33
Правильно в статье написано, электронасос хорош только там, где есть дешевая электроэнергия от общей сети.
Василий, 13.06.24 11:13:31 — Техрук, 01.06.24
Так это, наверное, почти все знают, особенно проектировщики. А кто не знает, пусть платит.
Студент, 18.05.24 14:43:11 — Автору
Сейчас электрические насосы ставятся с частотным регулированием оборотов. Когда недалеко есть ЭЭ, то это проще, по-моему. Может, я ошибаюсь? Буду благодарен за разъяснение.