RU2800737C1

RU2800737C1 - Method of regulating operating mode of drainage installation

Info

Publication number: RU2800737C1
Application number: RU2023100933A
Authority: RU
Inventors: Андрей Степанович Морин; Виталий Иванович Мигунов; Александр Сергеевич Нюхневич; Никита Олегович Савельев
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-07-27

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: invention can be used in the management of mine and quarry dewatering plants operating at a positive suction height. In a known method for controlling the operating mode of a sump unit, including changing the productivity of the sump unit in terms of inflow, controlling the operating parameters of the pump and maintaining the liquid in the sump at an upper level by supplying air to the suction pipeline located below the level of the liquid pumped out by the pump, according to the invention, the change in the productivity of the dewatering unit and the operating parameters of the pump is ensured by bypassing a part of the liquid flow from the discharge pipeline to the pump inlet through the bypass pipeline with a control valve, when the liquid is bypassed, air is released from it and removed to the surrounding atmosphere.

EFFECT: expanded range of regulation of the operating mode of drainage units while maintaining the minimum geometric suction height of the pumps.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при управлении шахтными и карьерными водоотливными установками, работающими при положительной высоте всасывания.The invention relates to the mining industry and can be used in the management of mine and quarry dewatering plants operating at a positive suction height.

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).A known method of controlling the operating mode of the sump installation, including changing the performance of the sump installation for inflow, controlling the operating parameters of the pump and maintaining the liquid in the sump at the upper level using a frequency-controlled electric drive of the pump (Stashinov Yu.P., Bochenkov D.A., Volkov V .V. Technical and energy aspects of the use of a controlled electric drive at the main drainage installations of mines / Mining Information and Analytical Bulletin - 2009. - No. S8. - P. 202-209).

Недостатками указанного способа являются ограниченный диапазон регулирования производительности водоотливной установки и высокая стоимость частотных преобразователей большой мощности.The disadvantages of this method are the limited range of regulation of the performance of the drainage installation and the high cost of high power frequency converters.

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).A known method of controlling the operating mode of the sump installation, including changing the productivity of the sump installation for inflow, controlling the operating parameters of the pump and maintaining the liquid in the sump at the upper level by supplying air to the suction pipeline located below the level of the liquid pumped out by the pump (Geyer V.G., Timoshenko G. M. Mine ventilation and drainage installations: a textbook for universities. - M.: Nedra, 1987. - S. 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.The advantages of the known method of regulation, adopted as a prototype, include the simplicity of technical implementation, the minimum geometric suction height during pump operation, which reduces the energy costs for lifting water and significantly reduces the likelihood of critical cavitation, the small required capacity of the sump, the minimum frequency of turning on and off the pump the unit and, as a result, increase the reliability and service life of the electromechanical equipment of the dewatering plant, simplify its maintenance, reduce the cost of filling the pump before start-up and draining water from pipelines when the pump stops, especially in the cold season.

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.However, this method has not been widely used in practice due to the complexity of setting the operating mode to the value of the current water inflow and the impossibility of ensuring the operation of the pump with a constant flow value corresponding to the maximum efficiency value or close to it.

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.The main disadvantage of the method when it is used in mines or quarries is the limited range of regulation of the productivity of the dewatering plant, since with a relative air flow rate q exceeding 0.15÷0.18, the stable operation of the centrifugal pump is disturbed, there is a danger of rupture of the water column in the suction pipeline, efficiency decreases.

Задачей изобретения является расширение диапазона регулирования режима работы водоотливных установок.The objective of the invention is to expand the range of regulation of the mode of operation of drainage installations.

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.This is achieved by the fact that in the method for controlling the operating mode of the dewatering installation, which includes changing the productivity of the dewatering installation in terms of inflow, controlling the operating parameters of the pump and maintaining the liquid in the water collector at the upper level by supplying air to the suction pipeline located below the level of the liquid pumped out by the pump, according to the invention, the change in the productivity of the dewatering plant and the operating parameters of the pump is ensured by bypassing a part of the liquid flow from the discharge pipeline to the pump inlet through the bypass pipeline with a control valve, when the liquid is bypassed, air is released from it and removed to the surrounding atmosphere.

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.Distinctive features - bypassing a part of the liquid flow from the discharge pipeline to the pump inlet through the bypass pipeline with a control valve provides a more significant decrease in the performance of the dewatering plant while maintaining the minimum geometric suction head of the pumps, while the increase in the pump flow recorded by reducing the pressure loss in the discharge pipeline contributes to the return operating mode of the pump to the initial, optimal position; the separation of the gas and liquid phases in the bypass pipeline and the removal of the released air into the surrounding atmosphere reduces the gas component of the liquid entering the pump, which also favorably affects the restoration of its optimal operating parameters.

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.The proposed method is illustrated graphically, where 1 - sump; 2 - suction pipeline; 3 - discharge pipeline; 4 - pump; 5 - air duct; 6 - crane; 7 - upper liquid level; 8 - bypass pipeline; 9 - control valve; 10 - air separator; 11 - air valve.

Способ регулирования режима работы водоотливной установки можно реализовать следующим образом.The way to control the mode of operation of the drainage installation can be implemented as follows.

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.The rise of water entering the catchment 1 from a mine or a quarry to the surface is carried out through a pipeline network composed of suction 2 and discharge 3 pipelines, using a centrifugal pump 4 (or several pumps connected in series or in parallel), operating in the region of optimal or close to optimal delivery at positive suction lift.

Для обеспечения работы водоотливной установки на приток к всасывающему трубопроводу 2 ниже уровня откачиваемой насосом 4 воды присоединен воздуховод 5 с краном 6.To ensure the operation of the drainage installation for inflow, an air duct 5 with a tap 6 is connected to the suction pipeline 2 below the level of the water pumped out by the pump 4.

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.After filling the water collector 1 to the upper allowable level 7, the pump 4 is put into operation and the valve 6 is opened, providing air supply through the air duct 5 to the pump due to the pressure difference Δр on the water surface and in the suction pipeline 2 at the air supply point. With a decrease in the water level in the water collector due to excessive pump performance or a decrease in inflow, the pressure drop Δp increases, which leads to an increase in the amount of air supplied to the pump and, as a result, to a corresponding decrease in its supply. On the contrary, an increase in the water level with an increase in inflow leads to a decrease in the amount of air supplied to the pump and to an increase in its supply. Ideally, the flow of a running pump should be equal to the inflow.

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%.However, as noted above, the inlet of atmospheric air into the suction tract of the dewatering plant makes it possible to safely reduce its productivity by no more than 15%. This decrease is not enough to control the inflow of drainage installations of open pits and mines, the productivity of which, according to safety requirements, is assigned from the condition of pumping out the daily inflow for 20 hours, i.e. with a minimum margin of 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.To expand the range of regulation of the operating mode of the dewatering installation, part of its flow rate, previously saturated with air up to 3 ÷ 5%, is sent through the bypass pipeline 8 back to the inlet of the pump 4. The pump flow will increase by reducing the pressure loss in the discharge pipeline 3 and will approach the optimal values, and the performance of the dewatering plant as a whole will decrease. The water flow in the recirculation line 8 and the performance of the drainage system are controlled by valve 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.To restore the original, optimal operating parameters of the pump 4, it is necessary to reduce the proportion of the gas component in the transported liquid. To do this, the gas and liquid phases are separated in the air separator 10 installed on the recirculation line 8, after which the separated air is released into the surrounding atmosphere through the air valve 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.Fluctuations in the inflow to the water collector 1, the dewatering unit compensates in most cases without outside intervention while maintaining the original suction height of the pump by automatically changing the air flow supplied to the suction pipeline 2 through the air duct 5. With a significant increase or decrease in inflow, the next adjustment of the performance of the dewatering installation is required using valve 9.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение диапазона регулирования режима работы водоотливных установок с сохранением минимальной геометрической высоты всасывания насосов.The technical result of the proposed solution is to expand the range of regulation of the operating mode of drainage installations while maintaining the minimum geometric suction height of the pumps.

Claims

A method for controlling the operating mode of a dewatering plant, which includes changing the productivity of the dewatering installation in terms of inflow, controlling the operating parameters of the pump and maintaining the liquid in the water collector at the upper level by supplying air to the suction pipeline located below the level of the liquid pumped out by the pump, characterized in that changing the productivity of the dewatering installation and operating parameters of the pump are ensured by bypassing a part of the liquid flow from the discharge pipeline to the pump inlet through the bypass pipeline with a control valve, when the liquid is bypassed, air is released from it and removed to the surrounding atmosphere.