Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК

Исходными данными для проектирования вентиляторных установок

шахт и рудников являются:

– количество воздуха, необходимое для проветривания шахт, м

/с;

min

max

– максимальная и минимальная депрессия (или соответст-

вующие эквиваленты отверстия) вентиляторной сети;

категория шахты по газу и пыли.

При проектировании необходимо:

выбрать наиболее выгодную установку, т.е. вентилятор и способ его

регулирования на основе технико-экономического сравнения возможных

вариантов;

определить режимы работы вентилятора при максимальном и мини-

мальном эквивалентных отверстиях;

установить способ регулирования и выполнить расчеты, связанные с

регулированием рабочих режимов вентилятора;

определить резерв производительности вентилятора;

определить мощность приводного двигателя вентилятора и средне-

годовой расход электроэнергии;

выбрать пускорегулирующую аппаратуру, аппаратуру управления,

средства контроля, кабели;

рассчитать калориферную установку и выбрать для нее оборудование.

6.1. Выбор вентилятора и способа его регулирования

Для выбора вентилятора на сводные графики областей промыш-

ленного использования шахтных вентиляторов главного проветривания

(рис. 6.1÷6.4) наносят точки с координатами (

min

,HQ

) и (

max

,HQ

) и вы-

бирают вентилятор, в область промышленного использования которого

входят эти точки.

Заданным условиям могут соответствовать более двух вентиляторов. С

экономической точки зрения наиболее выгодным является вентилятор, для ко-

торого годовые затраты с учетом капитальных вложений минимальны.

При выборе способа регулирования определенного типоразмера вен-

тилятора нужно руководствоваться следующим положением.

В том случае, если обе расчетные точки входят в область промыш-

ленного использования одного вентилятора при данной частоте его враще-

ния и числе лопаток рабочих колес, то регулирование рабочего режима

следует предусматривать только поворотом НА – направляющего аппарата

(у центробежных вентиляторов ВЦ и ВЦД) или поворотом лопаток рабо-

чих колес в сочетании с тонким регулированием лопатками СНА – спрям-

ляющее-направляющим аппаратом (у осевых вентиляторов).

Если в область промышленного использования вентилятора входит

только точка с координатами (

max

min

), которая находится вне этой

области, то следует предусмотреть дополнительное грубое (ступенчатое)

регулирование изменения частоты вращения вентилятора, путем замены

приводного двигателя на другой, с иными оборотами и мощностью (у ВЦ и

ВЦД) или снятием половины лопаток на втором рабочем колесе (у ВОД).

В случае необходимости существенного изменения подачи и давле-

ния вентилятора, он может быть оборудован регулируемым приводом

(асинхронно-вентильным каскадом). Однако прибегать к такому способу

регулирования следует, как правило, только в тех случаях, когда перечис-

ленные выше способы не в состоянии обеспечить экономичное регулиро-

вание режима работы во всем диапазоне изменения необходимых подачи и

давления.

В том случае, если для обеспечения необходимых подачи и давления

подходят два или более вентиляторов разных типоразмеров, то вентиля-

торную установку следует оборудовать такими вентиляторами и приводом,

при которых приведенные затраты на сооружение и эксплуатацию венти-

ляторной установки получают наименьшими:

ΜΡΒΒΗ

Э О

, (6.1)

где

– нормативный коэффициент эффективности капитальных вло-

жений (

= 0,15 год

-1

);

– капитальные затраты на вентиляторную ус-

тановку (стоимость строительных сооружений, механического оборудо-

вания, электропривода, аппаратуры амортизации, а также их монтажа), р.;

– стоимость эксплуатации вентиляторной установки, включающая

амортизационные отчисления по каждому из перечисленных выше эле-

ментов установки

, стоимость электроэнергии, потребляемой установ-

кой –

, обслуживания –

, ремонтов и наладок, материалов

р./год.

Способ регулирования рабочих режимов предусмотрен конструкци-

ей вентилятора. Расчеты по регулированию заключаются в определении

числа ступеней регулирования и рабочих режимов на этих ступенях, а

также продолжительности работы на каждой из ступеней.

Для установления числа ступеней регулирования необходимо на аэ-

родинамическую характеристику вентилятора наложить характеристики

вентиляторной сети при

max

min

Рис. 6.1. Сводные графики областей промышленного использования шахтных

осевых вентиляторов

Рис. 6.2. Сводные графики областей промышленного использования шахтных

вентиляторов местного проветривания

Рис. 6.3. Сводные графики областей промышленного использования шахтных

центробежных вентиляторов главного проветривания

100

101

Характеристики вентиляторной сети строятся по точкам, получен-

ным путем вычисления напора –

с учетом различных значений произ-

водительности –

от 0 до 1,25 требуемой производительности. Соединив

точки заданных режимов прямой линией, находят число ступеней регули-

рования по точкам пересечения этой линии с аэродинамическими характе-

ристиками вентилятора (рис. 6.7÷6.15).

6.2. Определение резерва подачи вентилятора

Резерв производительности вентилятора устанавливают как отноше-

ние производительности вентилятора, определяемой точками пересечения

характеристик вентиляционной сети с правой граничной характеристикой

вентилятора, к заданной производительности.

Для реверсивных вентиляторов необходимо определять производи-

тельность при реверсировании вентиляционной струи.

По ПБ она должна быть не менее 60% от производительности при

нормальной работе.

6.3. Определение мощности вентилятора и среднегодового

расхода электроэнергии на проветривание

Мощность вентилятора (на его валу) может быть вычислена по фор-

мулам:

1000

min

⋅

;

1000

max

⋅

. (6.2)

Пользуясь формулой (6.2) по

max

min

определяют максимальную и

минимальную мощности на валу вентилятора, по значениям которых вы-

бирают тип и мощность привода вентилятора. В случае применения асин-

хронных двигателей при

6,0

max

min

рекомендуется принимать два

двигателя на различные периоды работы вентиляторной установки. При

этом мощность каждого из них принимается по максимальному давле-

нию вентилятора в пределах каждого периода работы двигателя. Син-

хронный двигатель всегда принимается один на весь срок службы вен-

тилятора.

Учитывая возможные изменения сопротивления выработок шахты,

мощность двигателя обычно принимают с некоторым запасом (10-15%).

Среднегодовой расход электроэнергии вентиляторной установки оп-

ределяют по формуле

365243600

стрдп

max

min

⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

=Ε

ηηηηη

, (6.3)

102

где

max

min

– соответственно минимальная и максимальная мощности

на валу вентилятора, кВт;

−

– к.п.д. редуктора;

– к.п.д.

двигателя, значение которого берется из каталога;

тр

– к.п.д.

трансформатора (в случае установки двигателя низкого напряжения);

−

– к.п.д. электрической цепи;

−

– к.п.д. регули-

рования.

Удельный расход электроэнергии на 1 т добычи определяется по

формуле

, (6.4)

где

– годовая производительность шахты.

Выбор электрооборудования, аппаратуры автоматизации, вспомога-

тельных устройств, аппаратуры управления и других элементов вентиля-

торной установки производится на основании их технических характери-

стик по справочникам и каталогам.

6.4. Вентиляторные установки проветривания карьеров

6.4.1. Схемы и эксплуатационные параметры

установок главного проветривания карьеров

Вентиляторная установка главного проветривания обеспечивает воз-

духообмен и нормальные атмосферные условия во всех выработках или в

большей части выработок карьера.

Загрязнение атмосферного воздуха карьеров происходит из-за выде-

ления пыли и вредных газов при буро-взрывных, выемочно-погрузочных и

транспортных работах. На большинстве карьеров удаление вредных при-

месей и оздоровление атмосферы в горных выработках осуществляют ес-

тественным воздухообменом с окружающим пространством. Однако при

наличии интенсивных источников загрязнения карьерной атмосферы есте-

ственный воздухообмен оказывается не эффективным. Его возможности

резко снижаются с увеличением глубины карьеров. Поэтому в последние

годы наряду с внедрением различных способов предотвращения выделе-

ние пыли и газов в атмосферу на карьерах все большее распространение

получает искусственное проветривание горных выработок при помощи

вентиляторных установок.

На рис. 6.5 в качестве примера показана одна из возможных схем ис-

кусственного проветривания карьеров. Поток воздуха в прибортовых зонах

карьера, где наблюдается наибольшее выделение пыли и газа, создается

передвижными вентиляторными агрегатами 1 и он направлен ко входу в

вентиляционный шурф 2, связывающий рабочее пространство карьера с

103

подземными выработками 3 дренажной шахты 4. Стационарный вентиля-

торный агрегат 5 отсасывает воздух из дренажной шахты, обеспечивая не-

обходимый перепад давлений и поступление воздуха в вентиляционный

шурф и подземные выработки, как это показано стрелками на рисунке.

В схеме, изображенной на рис. 6.6, искусственное проветривание

карьера обеспечивается двумя вентиляторными установками. Вентилятор-

ный агрегат 1 по трубному каналу 2 подает чистый атмосферный воздух в

застойную зону карьера, а по трубному каналу 3 вентилятор 4 отсасывает

загрязненный воздух.

Рис. 6.5. Схема проветривания карьера

с использованием подземных горных

выработок

Рис. 6.6. Схема проветривания карьера

с использованием стационарных

вентиляционных трубопроводов

Схемы искусственного проветривания весьма разнообразны и зави-

сят от общей конфигурации горных выработок, их глубины, протяженно-

сти карьерного поля, климатических условий, направления и интенсивно-

сти горных работ, а также интенсивности источников выделения пыли и

вредных газов. Подавляющее большинство указанных схем базируется на

применении стационарных или передвижных вентиляторных установок, а

также на их комбинации.

6.4.2. Расчет вентиляторов главного проветривания для карьеров

Исходными данными для расчета и выбора стационарных вентиля-

торов главного проветривания являются расчетные: расход воздуха –

депрессия –

, необходимая для перемещения воздушного потока в кана-

лах внешней сети. Эти величины определяют при проектировании схем

проветривания горных выработок. Если протяженность каналов в сети

вентилятора изменяется в процессе разработки месторождения, то прини-

мают величины максимальной

max

и минимальной

min

депрессий.

Эксплуатационный расчет вентилятора производят по максимальной

max

депрессии внешней сети и выполняют следующим образом.

104

Расход воздуха с учетом относительной негерметичности каналов

внешней сети равен:

QkQ

, (6.5)

где

– коэффициент, учитывающий утечки воздуха через распредели-

тельную арматуру и пр. (

=1,1 – 1,25);

– необходимый расход воз-

духа в каналах внешней сети, м

/с.

Величина коэффициента

принимается большей в тех случаях,

когда проветривание выработок осуществляется через шахтный ствол,

используемый для основных грузовых или вспомогательных спуско-

подъемных операций.

Выбор типа вентилятора позволяет на основе диаграмм полей ра-

бочих режимов путем нанесения на них двух точек, одна из которых

имеет координаты

max

, а другая –

min

определить типо-

размер вентилятора.

Если обе точки попадают в поля рабочих режимов двух типов

вентиляторов, то предпочтение отдается тому, который обеспечивает

необходимые

max

при большей величине кпд. Для выбора наи-

лучшего варианта производят анализ действительных рабочих режимов

вентиляторных установок наложением напорной характеристики внеш-

ней сети на индивидуальные напорные характеристики вентиляторных

агрегатов.

Расчет характеристик внешней сети выполняют при заданных

значениях расчетных депрессий по формулам:

при максимальной депрессии

maxmax

QHR =

; (6.6)

при минимальной депрессии

minmin

QHR =

. (6.7)

Результаты расчета характеристик внешней сети при максималь-

ном и минимальном значениях расчетных депрессий оформляют в виде

таблицы, по которой производят построение указанных напорных харак-

теристик.

Действительный рабочий режим вентиляторной установки опреде-

ляется по точкам пересечения характеристик внешней сети с ветвями

напорных характеристик вентилятора. В указанных точках рабочий ре-

жим вентилятора должен обеспечивать производительность не меньше

расчетной

105

Мощность вентиляторного агрегата определяют по обоим ожидае-

мым режимам работы:

при максимальной депрессии

max

QHN

⋅

−

; (6.8)

при минимальной депрессии

minmin

QHN

⋅

−

, (8.9)

где

max

min

– к.п.д. вентилятора при работе соответственно с макси-

мальной и минимальной депрессиями. Величину кпд определяют по соответ-

ствующим изолиниям на напорной аэродинамической характеристике венти-

лятора (рис. 6.7 – 6.15).

Необходимую мощность привода вентилятора находят по наибольшей

из двух вычисленных величин

с учетом резерва в 15 %.

Окончательный выбор вентилятора производят на основе технико-

экономического сравнения возможных вариантов с анализом эксплуатацион-

ных и капитальных затрат.