Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

Л.Г. Дроздова

СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ И УСТАНОВКИ

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим

центром в качестве учебного пособия для студентов специальностей

150402 «Горные машины и оборудование», 130403 «Открытые горные

работы», 130404 «Подземная разработка месторождений полезных

ископаемых», 130405 «Обогащение полезных ископаемых»,

130406 «Шахтное подземное строительство» вузов региона

Владивосток

2007

УДК 622.002.5.001.2

Д 75

Дроздова, Л.Г. Стационарные машины: учеб. пособие. – Влади-

восток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 157 с.

В пособии рассматриваются вопросы проектирования подъемных ус-

тановок шахт и рудников, водоотливных и вентиляторных установок, ком-

прессорных станций. Приведены справочные данные по выбору механиче-

ского и электрооборудования вышеперечисленных установок.

Предназначено для студентов горных специальностей.

Рецензенты:

А.И. Агошков, генеральный директор научно-производ-ственного

проектно-конструкторского объединения «Экогеопроект», д-р техн. наук,

профессор;

А.К. Витюк, главный инженер ОАО «ДальВостНИИпроектуголь», канд.

техн. наук;

А.В. Жуков, зам. директора по НР ИЭУ ДВГТУ, д-р техн. наук, про-

фессор.

Печатается с оригинал-макета, подготовленного автором

ISBN

Л.Г. Дроздова, 2007

ДВГТУ, изд-во ДВГТУ, 2007

Предисловие

Проводимые реформы системы образования выдвигают на первый

план усиление самостоятельной работы студентов. Хорошее знание теории

конструкции стационарных машин не может быть гарантией правильного

решения практических вопросов, поэтому решение задач по проектирова-

нию стационарных машин и установок способствует формированию у сту-

дентов логического мышления, лучшему пониманию теории и установле-

нию связи с практикой.

Развитие этого направления в обучении требует создания соответст-

вующей учебной литературы. Основными учебниками для студентов спе-

циальности 150402 «Горные машины и оборудование» являются книги,

подготовленные большим коллективом московских профессоров под ре-

дакцией Н.Г. Картавого, А.П. Гришко.

В предлагаемом учебном пособии приведены задачи проектирования

по основным разделам стационарных установок – дисциплины, изучающей

сложные, дорогостоящие и энергоёмкие вентиляторные, пневматические,

водоотливные и подъёмные установки без которых невозможна эффектив-

ная добыча полезных ископаемых.

В век компьютерных технологий все приведённые в пособии задачи

могут быть решены на персональном компьютере. Примеры решения при-

ведены после каждой соответствующей главы. Решение вышеизложенных

задач позволит повысить уровень теоретической и профессиональной под-

готовки будущих специалистов.

Введение

Среди установок, от которых зависит надёжность, безопасность и

эффективность работы горного предприятия, одно из главных мест при-

надлежит стационарным машинам и установкам. Они характеризуются

сложностью конструкций и большой энергоёмкостью (на их долю прихо-

дится до 70% всей потребляемой на горном предприятии энергии) и пред-

ставляют собой комплексы энергомеханического оборудования, предна-

значенного для подъёма полезного ископаемого и пустых пород на по-

верхность, подъёма и спуска людей, материалов, оборудования (подъём-

ные установки); осушения месторождений полезных ископаемых и откач-

ки воды из горных выработок на поверхность (водоотливные установки);

искусственного проветривания горных выработок и создания нормальных

атмосферных условий на горном предприятии (вентиляторные установки);

получения пневматической энергии – энергии сжатого воздуха, исполь-

зуемой при работе горных комбайнов, отбойных и бурильных молотков,

лебёдок, вентиляторов местного проветривания, участковых насосов и др.

(компрессорные установки).

История создания и развития стационарных машин и установок

взаимосвязана с развитием горного дела, и одним из первых учёных по-

святивших горному и горнозаводскому промыслу свои работы был М.В.

Ломоносов.

В 1754 г. членом русской Академии наук Л. Эйлером было выведено

основное уравнение центробежного колеса, имевшее большое значение в

развитии турбомашин.

В 1832 г. горный инженер А.А. Саблуков (1783 – 1857 гг.) изобрёл и

применил на Чагирском медном и серебряном руднике (Алтай) центро-

бежный вентилятор, а в 1835 г. – центробежный насос. В ΧΙΧ веке профес-

сорами Петербургского горного института А.И. Узатисом (1814 – 1875 гг.),

П.А. Олышевым (1817 – 1896 гг.), И.А. Тиме (1838 – 1920 гг.) и другими

были разработаны основные положения горной механики как науки.

Благодаря работам академиков М.М. Федорова (1867 – 1945 гг.) и

А.П. Германа (1874 – 1954 гг.) были созданы теоретические основы всех

разделов горной механики (вентиляторных, водоотливных, пневматических

и подъёмных установок), получившие дальнейшее развитие в трудах чл.–

кор. АН СССР А.С. Ильичева (1898 – 1952 гг.), акад. В.С. Пака (1888 – 1965

гг.), проф. В.Б. Уманского (1905 – 1947 гг.), проф. Г.М. Еланчика и др.

На основе вихревой теории крыла Н.Е.Жуковского (1847 – 1921 гг.)

советские учёные ЦАГИ создали теорию осевых вентиляторов и рацио-

нальную конструкцию их.

В конструировании надёжных центробежных насосов большую роль

сыграли труды акад. Г.Ф. Проскуры, разработавшего вихревую теорию

центробежных насосов, которая явилась дальнейшим развитием вихревой

теории крыла Н.Е. Жуковского.

На основе теории пневматических установок, в которую внёс боль-

шой вклад проф. А.С. Ильичев, созданы надёжные конструкции поршне-

вых и центробежных компрессоров.

Для развития теории шахтных подъёмных установок большое значе-

ние имело выведенное в 1913 г. акад. М.М. Федоровым основное динами-

ческое уравнение подъёмных систем, которое явилось аналитической ос-

новой при проектировании подъёмных установок. В 1925 – 1930 гг. были

проведены исследования по нахождению наивыгоднейшего режима рабо-

ты подъёмной машины, благодаря которым стало возможным провести ти-

пизацию и стандартизацию подъёмного оборудования. Позже решались

важные вопросы об аппаратуре управления и защиты, об автоматизации

управления подъёмными машинами, над которыми работали горняки,

электрики и машиностроители. Достигнутые успехи в области стационар-

ных установок являются результатом коллективного творчества научно –

исследовательских и проектных институтов – ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского,

ИГМ и ТК им. М.М. Федорова, ВНИИГидромаш, ЛенНИИхиммаш, Дон-

гипрошахт, Гипроуглемаш, Гипронисэлектрошахт – и машиностроитель-

ных заводов.

Раздел 1

КАНАТНЫЕ ПОДЪЁМНЫЕ УСТАНОВКИ

Назначение, классификация и устройство

подъемных установок

Основы проектирование шахтных подъемных

установок

Задачи и примеры расчета механического обо-

рудования подъемных установок

Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ

И УСТРОЙСТВО ПОДЪЁМНЫХ УСТАНОВОК

1.1. Назначение подъёмных установок

Подъемные установки предназначены для выдачи на поверхность

добываемого угля и получаемой при проходке горных выработок породы,

быстрого и безопасного спуска и подъема людей, транспортирования кре-

пежного леса, горно-шахтного оборудования и материалов. При помощи

подъемной установки производятся также осмотр и ремонт армировки и

крепления ствола шахты. На крупных шахтах, как правило, имеются две –

три действующие подъемные установки, и каждая из них предназначена

для определенных целей (выдачи угля, спуска-подъема людей, выдачи по-

роды и т. д.), а не является резервом другой. От надежной, бесперебойной

и производительной работы шахтного подъема зависит ритмичная работа

всей шахты в целом, поэтому к подъемным установкам (из всего комплек-

са электромеханического оборудования шахты) предъявляют особые тре-

бования в отношении надежности и безопасности работы.

Подъемные машины являются наиболее мощными из всего стационар-

ного оборудования на шахте. Мощность электропривода подъемной машины

достигает 1000 кВт, а крупных – 2000 кВт и выше. Электропривод подъем-

ных установок потребляет до 40% всей электроэнергии, расходуемой шахтой.

Скорость движения подъемных сосудов в стволе достигает 15 – 20

м/сек (54 – 72 км/час), т. е. близка к скорости движения железнодорожных

составов. Так как такая скорость развивается на коротких расстояниях

(равных длине шахтного ствола), подъемные машины должны иметь на-

дежное управление и безотказно действующие тормозные устройства.

1.2. Классификация подъёмных установок

Общее устройство основного оборудования подъемных установок и

конструкция входящих в ее состав элементов весьма многообразны, что

определяется в первую очередь разнообразием горно-технических усло-

вий, в которых функционируют подъемные установки, а также многообра-

зием конкретных функций, которые на них возлагаются. Среди последних

особо выделяют характер поднимаемых и опускаемых шахтных грузов.

Второй фактор, определяющий разнообразие конструкций подъемных

установок, связан с их основной эксплуатационной особенностью – циклич-

ностью действия. Причем указанная цикличность является особой и харак-

теризуется малой длительностью рабочего цикла, когда паузы между дви-

жениями соизмеримы с длительностью движения, а в общей продолжитель-

ности движения существенную долю занимают периоды неустановившихся

движений, связанных с разгоном и остановом подъемной системы.

При таком режиме работы подъемной системы мощность ее привода,

расход энергии, а следовательно, и экономика канатного подъема в значи-

тельной степени зависят от инерционных нагрузок, возникающих в перио-

ды неустановившихся движений. Стремление уменьшить отрицательное

влияние указанных инерционных нагрузок на экономику канатного подъе-

ма, а также нагрузок от собственного веса элементов подъемной системы

определяет во многих случаях выбор конструкций отдельных элементов и

общее устройство подъемной установки.

Основными признаками, по которым классифицируют канатные

подъемные установки, являются нижеследующие.

Назначение подъемной установки. По этому признаку подъемные

установки подразделяются на следующие:

а) главные или грузовые, служащие для подъема полезного ископае-

мого на шахтах или обслуживающие основные грузопотоки вскрышных

пород и полезного ископаемого на карьерах;

б) вспомогательные (людские и грузолюдские), служащие для подъ-

ема и спуска людей, материалов и оборудования, а также для подъема из

шахты сопутствующих горных пород;

в) временные или проходческие, используемые только на период

строительства шахтного ствола, а в ряде случаев и для проходки основных

выработок околоствольного двора.

Расположение относительно земной поверхности. По этому при-

знаку выделяют два типа подъемных установок:

а) подземные, располагаемые в шахтных стволах;

б) открытые, располагаемые, как правило, на нерабочих бортах

карьеров.

Угол наклона трассы подъемника. По этому признаку подъемные

установки подразделяются на два основных типа:

а) вертикальные, которые имеют преимущественное применение

при подземной разработке месторождений и размещаются в вертикальных

шахтных стволах;

б) наклонные, размещаемые на бортах карьеров или в наклонных

шахтных стволах.

Среди наклонных подъемных установок особо выделяют крутона-

клонные с углом наклона трассы 60° и более, а также пологие, угол накло-

на трассы которых не превышает 25°.

Тип подъемного сосуда. Этот признак в большой степени определя-

ет характер взаимодействия канатного подъема с другими звеньями транс-

портного комплекса горного предприятия, а также вид погрузочно-

разгрузочных операций на стыках транспортных звеньев. По этому при-

знаку различают три типа подъемных установок:

а) клетевые;

б) скиповые;

в) бадьевые.

При клетевом подъеме погрузочно-разгрузочные операции заключа-

ются в простом обмене груженых и порожних транспортных сосудов (ва-

гонеток, автосамосвалов) на перегрузочных пунктах.

При скиповом подъеме перегрузка горной массы из средств приза-

бойного транспорта в скипы выполняется, как правило, через посредство

бункеров, так же, как и разгрузка скипов на поверхности. Использование

перегрузочных бункеров достаточно большой вместимости обеспечивает

относительную независимость работы канатного подъема во взаимодейст-

вии с другими звеньями транспортного комплекса. Однако при этом имеет

место увеличение общей высоты подъема, а также необходимы дополни-

тельные капитальные затраты, связанные с сооружением бункеров.

Бадьи как подъемные сосуды используются только на проходческих

подъемных установках при строительстве шахтных стволов.

Количество подъемных сосудов, приводимых в движение одной

подъемной машиной. По этому признаку подъемные установки можно

подразделить на три типа:

а) двухсосудные, которые предполагают приведение в движение од-

новременно двух сосудов одной подъемной машиной (груженый сосуд

поднимается, порожний в это же время опускается);

б) однососудные без противовеса, когда подъемная машина приво-

дит в движение одну ветвь каната с присоединенным к нему подъемным

сосудом (рис.1.1, а);

в) однососудные с противовесом, в которых к концу одной из двух

ветвей канатов вместо сосуда подвешивается противовес (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1. Схемы подъемных установок: а – однососудной;

б – однососудной с противовесом

Тип канатоведущего органа подъемной машины. По этому при-

знаку, отражающему способ передачи движущего усилия канату, подъем-

ные установки подразделяются на два класса:

а) барабанные, для которых характерна жесткая связь между кана-

том и навивочным органом (барабаном), а приведение каната в движение

производится путем его навивки па поверхность барабана или свивки с

указанной поверхности;

б) со шкивами трения, когда канат огибает канатоведущий орган и

не связан с ним жестко, а приводится в движение посредством сил трения

между поверхностью шкива и поверхностью прижатого к шкиву каната.

В зависимости от формы навивочной поверхности барабаны могут

быть постоянного радиуса навивки (цилиндрические барабаны) и пере-

менного радиуса (двойные конические и бицилиндроконические). В свою

очередь, шкивы трения подразделяют на одноканатные и многоканатные.

В последнем случае подъемный сосуд подвешивается к комплекту из не-

скольких канатов, приводимых в движение одним многоканатным шкивом

трения (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема многоканатной подъёмной установки

Степень загруженности головных канатов действием концевого

усилия. По этому признаку можно выделить три типа подъемных установок:

а) одноканатные с загруженным головным канатом, когда конце-

вой груз в виде груженого подъемного сосуда полностью воздействует на

головной канат, определяя основную долю формируемого в нем тягового

усилия;