Тема 3.4. Трубопровід водовідливних установок

3.4.1. Матеріали і з’єднання труб.

3.4.2. Арматура трубопроводів. Прокладка труб.

3.4.3. Розрахунок трубопроводів.

3.4.1 Для виготовлення трубопроводів застосовують стальні стандартні безшовні гарячедеформовані труби. Для запобігання корозії поверхні труб застосовують антикорозійне полімерне покриття або захисна краска.

Для перекачування води з підвищеною кислотністю внутрішні поверхні труб захищають свинцевим, пластмасовим або дерев’яним покриттям.

Перспективним є застосування поліетиленових і вініпластових труб. Існує досвід їх експлуатації при 1,5 …2 МПа.

Між собою труби, а також з фасованими частинами з’єднуються за допомогою фланців і болтів. Рухомі фланці 1 (рис. 52 а) впираються в наварні кільця труб 2 і стягуються болтами 3. Між кільцями вставляють прокладку з гуми, при великих напорах застосовують м’які метали.

3.4.2. На підвідному трубопроводі встановлюють приймальну сітку з клапаном, на напірному – засув, зворотній клапан і компенсатори.

Приймальна сітка 1 (рис.52 б) і клапан 2 з’єднані в одне ціле. Для з’єднання з підвідним трубопроводом сітка має фланець 3. Клапан буває шарнірним, тарілковим, кульовим, сумарна площа отворів в сітці повинна бути в 3 – 4 рази більша площі поперечного перерізу трубопроводу.

Засув (рис. 52 б) складається з запірної частини 1, нарізного шпинделя 2, кришки 3, сальника 4, маховичка 5 і фланців 6 для з’єднання з трубами.

Рис. 52. Фланцеве з’єднання і арматура трубопроводу

Зворотній клапан (рис.52 г) складається з корпуса 1 з фланцями 2, кришки 3 і шарнірного клапана 4.

У випадку зміни температури в стволі для значної довжини трубопроводу в ньому виникають температурні напруження, для усунення яких застосовують телескопічні сальникові компенсатори (рис. 52, д). Він складається з двох труб, які входять одна в другу. Сальникова набивка із просмоленої пеньки або шкіри утримується втулкою 4.

У місці виходу трубопроводу в ствол встановлюється опорне коліно (рис. 53, а). для розвантаження трубопроводу від власної ваги, його ділять на ділянки по 150 – 250 м. Кожна ділянка у нижній частині має опорний стілець (рис. 53, б), а у верхній частині – компенсатор. Труби підтримують також хомутами (рис. 53, в), які виключають згин. Відстань між хомутами залежить від діаметра труби. Для діаметру 100 мм – 8 м, 150 – 12, 200 – 15, 250 – 19,5, 300 – 22,5.

Для прокладання трубопроводів використовують фасонні частини. На поворотах – коліна, в місцях розгалужень – трійники, для переходу на інший діаметр – конусні переходи.

Рис. 53. Пристрої для кріплення труб у стволі: а – опорне коліно; б – опорний стілець; в – хомут.

Трубопроводи у виробках прокладаються так, щоб вони були доступні для огляду і ремонту.

В насосній камері є 2 напірних трубопроводи, які закільцьовані колектором. Кожен із трьох тру трьох насосів має свій підвідний трубопровід. Напірні трубопроводи насосів оснащені зворотними клапанами і під’єднані до колектора. Для великих притоків води передбачається 3 напірних стави і 5 насосів.

З насосної камери напірні стави виходять в похилий з’єднувальний ходок, далі в трубне відділення ствола шахти. Прокладання труб включає в себе: підготовку, доставку, монтаж труб та апаратури. А також випробовування і складання документації по здачі в експлуатацію.

Трубопроводи через кожні 200 м повинні бути заземлені.

3.4.3. Під час розрахунку трубопроводу визначають діаметр напірного і підвідного трубопроводів, втрати напорів і товщину стінок.

Оптимальний діаметр трубопроводу визначають за формулою

d_опт = k 0,0131 Q ^0,476, (43)

де k – коефіцієнт, який залежить від числа напірних трубопроводів (k = 1 – для двох трубопроводів k = 0,752 – для трьох), Q – оптимальна подача в м³/год.

По знайденому діаметру вибирають стандартні труби по табл. 5 [1]. Діаметр підвідного трубопроводу приймають на 25 – 50 мм більшим.

Втрати напору розділяють на втрати напору по довжині і місцеві втрати у фасонних частинах і арматурі трубопроводу.

Втрати напору по довжині визначають за формулою:

, (44)

де l - коефіцієнт гідравлічного тертя. Для труб, що були в експлуатації, його можна визначити за формулою Шевелева

l = 0,021/d ^0,3, (45)

де l – довжина труби, d – внутрішній діаметр труби, м, v – швидкість води, м/с, g = 9,8 м²/с – прискорення вільного падіння.

Місцеві втрати напору визначаються за формулою

, (46)

де x - коефіцієнт місцевого опору, який залежить від виду опору, визначається по таблицях.

Сумарні втрати напору визначаються за формулою

S h = (l_n × l_n /d_n + Sx _n)×v_n ²/2× g + (l _н × l_н / d_н + Sx _н)× v_н ²/2× g. (47)

Напір насоса H = H_г + S h. (48)

Товщина стінки труби

d = 100 (k ₁ D p + (a ₁+ a₂) T)/(100 – k_C ), (49)

де k ₁ = 2,27 для сталі 20, k ₁ = 2,52 для сталі Ст. 3, D – зовнішній діаметр труби, м, p – тиск, МПа, a₁ – швидкість корозійного зношування зовнішньої поверхні труби (у випадку ведення вибухових робіт в шахті a₁ = 0,25 мм/рік, у випадку їх відсутності a₁ = 0,15 мм/рік). a₂ – швидкість корозійного зношування внутрішньої поверхні труб (a₂ = 0,1 – для нейтральних і лужних вод, a₂ = 0,2 для вод з кислотним показником рН = 6…7, a₂ = 0,4 – для рН = 5…6). Т – кількість років служби трубопроводу. k_С – коефіцієнт, який враховує мінусовий допуск товщини стінки (k_С = 15% для товщини стінки до 15 мм, k_С = 12,5 % для товщини стінки від 15 до 30 мм).

Контрольні запитання до теми 3.4:

3.4.1.1.Які матеріали застосовують для виготовлення трубопроводів?

3.4.1.2. Як з’єднуються між собою ділянки труби?

3.4.1.3. Яка арматура застосовується на підвідному трубопроводі?

3.4.1.4. Яка арматура застосовується на напірному трубопроводі?

3.4.1.5. Як кріпляться труби в стволі?

3.4.1.6. Який оптимальний діаметр труби, якщо продуктивність Q = 300 м³/год.?

1. 0,28 м, 2. 0,198 м, 3. 0,09 м.

3.4.1.7. Як визначаються втрати напору?

3.4.1.8. Як визначається товщина стінки труби?