Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

125

дух проходит через последующий 7 и конечный 10 охладители. Холодная

вода к охладителям подается циркуляционной насосной установкой 11 по

системе трубопроводов 12. Нагретая вода по трубопроводу 13 поступает в

градирню 14, после охлаждения в которой она снова возвращается в сис-

тему отвода тепла стационарной пневматической установки.

Атмосферный воздух перед поступлением в компрессор очищается

от механических примесей, пройдя через воздухозаборное устройство 1 и

очистную камеру (фильтр) 2. Сжатый воздух проходит очистку в масло-

влагоотделителе 8. Для сглаживания пульсаций, возникающих при цик-

личной подаче сжатого воздуха компрессором, а также для компенсации

колебаний воздухопотребления служит воздухосборник 9.

Рис. 7.1. Принципиальная схема стационарной компрессорной установки

Помимо показанных на схеме элементов в состав пневматической

установки входят: привод с системой автоматического управления и ре-

гулирования режима работы компрессора; пускорегулирующая, запорная

и предохранительная арматура пневматической сети (задвижки, вентили,

обратные и предохранительные клапаны, компенсаторы температурных

изменений длины трубопроводов и др.); контрольно-измерительная аппа-

ратура; система смазки компрессоров и пр.

7.1. Основное оборудование компрессорных станций

пневматических установок

Компрессорные станции стационарных пневматических установок

горных предприятий оборудуются, как правило, компрессорами общего

промышленного назначения, так как необходимое давление сжатого воз-

духа обычно не превышает 8 – 9 бар. Наиболее часто для этих целей ис-

пользуют поршневые и центробежные компрессоры. Ограниченное при-

126

менение в условиях горного производства имеют винтовые компрессоры.

Основные технические параметры поршневых и центробежных компрес-

соров, применяемых на стационарных пневматических установках гор-

ных предприятий, даны в табл. 7.1.

При маркировке прямоугольных компрессоров приняты следующие

обозначения: буквенный индекс ВП - воздушный прямоугольный; первая

цифра перед буквенным индексом - условный номер базы (рамы с криво-

шипно-шатунным механизмом); следующие две цифры перед буквенным

индексом указывают допустимое усилие на штоке в десятках тысяч Нью-

тонов; цифры после буквенного индекса отображают номинальную пода-

чу (м

/мин) и избыточное давление (бар) сжатого воздуха.

Горизонтальные компрессоры маркируются следующим образом:

буквенный индекс М многорядная база; цифра перед буквенным индек-

сом – количество рядов; цифры непосредственно после буквенного ин-

декса – допустимое усилие на штоке в десятках тысяч Ньютонов; через

дефис указаны номинальная подача (м

/мин) и избыточное давление (бар)

компрессора.

Поршневые компрессоры 2М10-50/8 и 4М10-100/8 выполнены по

оппозитной схеме, при которой цилиндры компрессора располагаются по

обе стороны от оси вращения коленчатого вала и имеют взаимно проти-

воположное направление движения шатунно-поршневых групп. Равенст-

во сил инерции поступательно движущихся масс и поршневых сил с про-

тивоположным их направлением в каждой паре цилиндров первой и вто-

рой ступеней обеспечивает высокую степень уравновешенности компрес-

сора, что, в свою очередь, позволяет увеличить частоту вращения колен-

чатого вала и при прочих равных условиях снизить размеры и массу ком-

прессорного агрегата и его фундамента. Все основные узлы обоих гори-

зонтальных компрессоров унифицированы. Компрессоры имеют две ав-

тономные системы смазки. Смазка стенок цилиндров осуществляется

специальным лубрикатором. Для подачи масла к трущимся элементам

механизма движения используется шестеренчатый насос. Производи-

тельность компрессоров регулируется перепуском воздуха с нагнетатель-

ной стороны во всасывающую по байпасу, снабженному перепускным

клапаном с регулятором давления. Для устранения резонансных явлений

во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, в связи с пульсирую-

щей подачей воздуха, перед первой ступенью и после второй ступени

компрессоров устанавливаются специальные буферные емкости. Прямо-

угольные компрессоры марки ВП, как и горизонтальные марки М, имеют

двухступенчатое исполнение. Цилиндры первых ступеней компрессоров

ВП располагаются вертикально, а цилиндры вторых ступеней – горизон-

тально, образуя, таким образом, прямой угол между осями цилиндров.

Прямоугольные компрессоры обладают достаточно высокой степенью

уравновешенности инерционных сил. Шатуны обеих ступеней насажены

на общую шейку коленчатого вала, что обеспечивает компактность ком-

127

прессора, простоту монтажа и надежность в работе. Компрессоры снаб-

жены встроенным электроприводом. Электродвигатель при помощи при-

соединительного фланца крепится консольно к раме компрессора и не

требует соответствующей площади фундамента для его размещения.

Центробежный компрессор (турбокомпрессор) ЦК-115/9 представ-

ляет двухкорпусную шестиступенчатую турбомашину с внешним охлаж-

дением. Каждая ступень компрессора имеет спиральный отвод, а перевод

воздуха из ступени в ступень осуществляется по наружным перепускным

каналам. В первом корпусе компрессора размещены две ступени, во вто-

ром - четыре. Секции низкого и высокого давлений соединены между со-

бой зубчатой муфтой. Компрессор ЦК-115/9, как и все турбокомпрессо-

ры, снабжен повышающим зубчатым редуктором (мультипликатором).

Турбокомпрессоры К-250-61-2 и К-500-61-1 построены по одинако-

вой аэродинамической схеме и на основе полного конструктивного подо-

бия. Каждый из них представляет однокорпусную шестиступенчатую

турбомашину, разделенную на три секции с двумя промежуточными хо-

лодильниками. Перевод воздуха между ступенями секций осуществляется

при помощи лопаточных спрямляющее – направляющих аппаратов, а ме-

жду секциями – по внешним перепускным каналам.

Выбор типа компрессора для стационарных компрессорных стан-

ций обычно производится на основе технико-экономического сравнения

вариантов. Специальными исследованиями установлено, что при расчет-

ной производительности компрессорной станции менее 200 м

/мин наи-

более целесообразны однотипные поршневые компрессоры горизонталь-

ного или прямоугольного типа с номинальной подачей от 10 до 50

/мин. При расчетной производительности компрессорной станции 200 –

500 м

/мин следует применять горизонтальные поршневые компрессоры

4М10 – 10/8 с номинальной подачей 100 м

/мин. При производительности

станции 500 – 1000 м

/мин целесообразны центробежные компрессоры

ЦК-115/9 и К-250-61-2 с подачей соответственно 115 и 250 м

/мин. При

производительности станции более 1000 м

/мин следует ориентироваться

на центробежные компрессоры К-500-61-1 с номинальной подачей возду-

ха 500 м

/мин.

Центробежные компрессоры рекомендуется использовать в ком-

плекте с некоторым количеством (до 25 % от расчетной производитель-

ности компрессорной станции) поршневых, которые включаются в работу

в периоды циклов пониженного воздухопотребления. Кроме того, порш-

невые компрессоры необходимы также для подачи во внешнюю пневма-

тическую сеть некоторого количества масла, чтобы исключить коррозию

внутренних поверхностей труб и вспомогательного оборудования.

Для обеспечения надежной работы компрессорной станции преду-

сматриваются резервные компрессорные агрегаты, количество которых

зависит от типа выбранных компрессоров. Если в качестве рабочих вы-

браны поршневые компрессоры, то при их количестве от 1 до 3 в резерве

128

достаточно иметь один компрессорный агрегат, однотипный с рабочими.

При количестве рабочих поршневых компрессоров 4 – 6 и выше устанав-

ливают два резервных агрегата.

Центробежные рабочие компрессоры при их количестве 1 – 2 ре-

зервируются одним агрегатом, а при трех и более рабочих компрессорах

необходимо иметь два резервных агрегата.

7.2. Вспомогательное оборудование пневматических установок

Воздухосборники – металлические сосуды цилиндрической формы

и вертикального расположения, имеющие вместимость от 0,5 до 25 м

Помимо прямого назначения (гашения пульсаций подачи воздуха ком-

прессором), воздухосборники используют для выделения масла и влаги, а

также для частичного охлаждения воздуха. Технические параметры воз-

духосборников в соответствии с ГОСТ 9028 – 79 представлены в табл.

7.1. Технические параметры масловодоотделителей, встраиваемых в воз-

духосборники, даны в табл. 7.2.

Таблица 7.1

Технические параметры воздухосборников

Толщина

стенки, мм

Воздухо-

сборник

Вмести-

мость, м

Внутренний

диаметр, мм

обе-

чайки

днища

Масса, кг

Подача ком-

прессора,

/мин

В-0,5 0,5 600 4 6 200 3

В-1 1,0 800 5 6 290 6

В-1,6 1,6 1000 5 6 420 3

В-2 2,0 1000 5 6 520 6 – 10

В-3,2 3,2 1200 6 8 795 20

В-4 4,0 1200 6 8 935 30

В-6,3 6,3 1400 6 8 1220 50

В-8 8,0 1600 7 8 1615 -

В-10 10,0 1600 7 8 1950 100

В-16 16,0 2000 8 10 2800 100

В-20 20,0 2000 8 10 3370 -

В-25 25,0 2000 9 12 4615 -

Вместимость воздухосборника (м

) выбирают по производительно-

сти работающего на него компрессора:

сб

6,1

, (7.1)

129

где

– производительность компрессора, м

/мин. Если воздухосборник

один на несколько компрессорных агрегатов, то его необходимая вмести-

мость определяется по суммарной производительности компрессоров,

включая и резервные. Считается, что установка воздухосборников для

гашения пульсаций подачи компрессоров необходима, если их суммар-

ный объем составляет более 20 % от общей вместимости трубопроводов

пневматической сети.

Таблица 7.2

Технические параметры масловодоотделителя

Марка масловодоотделителя

Параметры

У-0,10 У-0,25 У-0,50 У-0,63 У-1,00 У-1,60 У-3,20

Вмести

мость,

0,10 0,25 0,50 0.63 1,00 1,60 3,20

Избыточное

давление, бар

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

Масса, кг

131 304 620 650 840 890 1090

Вместимость

воздухосбор-

ника, м

4,0 6,3 8,0 10,0 16,0 20,0 25,0

Концевые охладители. Расход охлаждающей воды в концевых ох-

ладителях составляет примерно 2 – 2,5 л на 1 м

сжатого воздуха. Техни-

ческие параметры концевых охладителей даны в табл. 7.3

Поршневые компрессоры производительностью 50 и 100 м

/мин ос-

нащаются вертикальными кожухотрубными концевыми охладителями

соответственно марок ХК-50 и ХК-100. На центробежных компрессорах

производительностью 250 и 500 м

/мин устанавливают охладители соот-

ветственно ВОК-250 и ВОК-500. Для уменьшения длины воздухопровода

с высокой температурой концевые охладители следует размещать, воз-

можно, ближе к компрессорам.

Всасывающие фильтры. На пневматических установках горных

предприятий наибольшее распространение получили масляные самоочи-

щающиеся и металлические висциновые фильтры. Общая площадь

фильтров принимается из условия обеспечения скорости движения воз-

духа через фильтр 0,3 – 1,0 м/с или 0,3 – 1,0 м

на каждые 1000 м

/мин

подачи компрессора. Технические параметры сетчатых самоочищающих-

ся фильтров даны в табл. 10.4.

Фильтры марки КТ заправляют маслом с низкой температурой за-

стывания. Смена масла в баке производится при насыщенности масла

пылью 0,15 кг на 1 л. Два раза в год сетки и масляный бак промывают

10 %-ным раствором каустической соды. Начальное сопротивление

130

фильтров составляет 100 Па, степень очистки воздуха – 90 % при средне-

дисперсной пыли и 65 % – при тонкодисперсной.

Таблица 7.3

Технические параметры концевых охладителей

Концевой охладитель

Параметры

ХК-50 ХК-100 ВОК-250 ВОК-500

Поверхность охлажде

ния,

14 34 100 180

Избыточное давление, бар:

воздуха

охлаждающей воды 3 3 2 2

Температура воздуха, °С:

на входе

144

140

на выходе 60 60 36 30

Температура воды, °С 25 25 20 20

Масса, кг 1040 1460 1685 2739

Висциновые фильтры марки Ф выпускают двух типоразмеров: Ф50

и Ф100 соответственно на подачу компрессора 50 и 100 м

/мин. Сопро-

тивление фильтров 50 Па. Площадь фильтрующей поверхности одной

ячейки фильтра – 0,44 м

. Количество ячеек в фильтрах - 2 (Ф50) и 4

(Ф100).

Таблица 7.4

Технические параметры сетчатых самоочищающихся фильтров

Система водоснабжения. Система водяного охлаждения компрес-

сорной станции состоит из промежуточных, последующих и конечных

охладителей сжатого воздуха, водяных рубашек цилиндров, холодильных

элементов масловодоотделителей, охладителей смазочных масел, устано-

вок водоснабжения, регенерации и оборота охлаждающей воды.

Фильтр

Параметры

КТЗО КТ40 КТ60 КТЗО КТ 120

КТ 160

Рабочее сечение, м

3,155 3,94 6,31 7,88 12,62 15,76

Расход воздуха,

/мин

525 655 1050 1310 2100 2630

Количество масла,

кг

290 290 85 585 585 85

Габариты, мм:

толщина 440 440 440 440 440 440

длина 2077 2077 3827 3827 3827 3827

ширина 2775 3275

3275 3275

4775

5775

Масса, кг 600 650 1000 1085 1360 2630

131

Водоснабжение охладителей, как правило, централизованное. При

малом расходе и обеспеченном источнике охлаждающей воды применяют

прямоточные схемы водоснабжения, при которых вода после нагрева в

теплообменниках сбрасывается в водоемы или направляется в системы

теплоснабжения объектов промплощадки предприятия. При циркуляци-

онных схемах водоснабжения насосная станция обеспечивает подачу хо-

лодной и возврат горячей воды по системе трубопроводов для последую-

щего охлаждения.

Количество теплоты (кДж/кг), отводимой водяной рубашкой ци-

линдра компрессора, определяется по формуле

),(

TTC

vтц

−

(7.2)

где п – показатель политропы сжатия воздуха в цилиндре (

= 1,20 ÷

1,25);

= 1,4 – показатель адиабатного сжатия воздуха;

= 0,721

кДж/(кг·К) – изохорная теплоемкость воздуха;

– температура воз-

духа в компрессоре соответственно в начале и конце процесса сжатия, К.

Удельная теплота (кДж/кг), отводимая в промежуточных, после-

дующих и концевых охладителях пневматической установки,

),(

кнртх

ТТСq −=

(7.3)

где

= 1,005 кДж/(кг·К) - изобарная теплоемкость воздуха;

—

температура воздуха соответственно в начале и конце пути движения в

охладителях, К.

Полное удельное количество теплоты (кДж/кг), отводимое в ком-

прессорном агрегате:

а) для поршневых компрессоров –

тхтцтк

qzqq

; (7.4)

б) для центробежных компрессоров –

тхтк

, (7.5)

где

— число цилиндров в поршневом компрессоре.

Полное количество теплоты, отводимой системой охлаждения ком-

прессорного агрегата в единицу времени (кДж/ч),

QqE

тквсT

, (7.6)

где ρ – 1,2 кг/м

– плотность воздуха при нормальных атмосферных ус-

ловиях, а Q - производительность компрессора, м

/мин.

Расчетный расход (м

/ч) охлаждающей воды на один компрессор-

ный агрегат

)(

21 ввв

ов

ttC

−

(17.7)

132

где С

= 4,2 кДж/(кг·К) – теплоемкость охлаждающей воды, а

в1

в2

температура охлаждающей воды соответственно на входе и на выходе

системы охлаждения. При достаточном расходе перепад температуры ох-

лаждающей воды между входом и выходом должен быть не более 15 °С.

Температура воды не более + 25 °С на входе и + 40 °С на выходе из сис-

темы охлаждения.

При циркуляционных системах водоснабжения вода от компрес-

сорных станций поступает на охлаждение в градирню или брызгальный

бассейн.

Брызгальные бассейны просты в строительстве и эксплуатации и

требуют небольших затрат на их сооружение. Однако они обладают низ-

кой теплоотдачей, зависящей от направления и скорости ветра. Поэтому

для районов с продолжительными штилями в летнее время применение

брызгальных бассейнов не рекомендуется.

Необходимая площадь брызгальных бассейнов составляет в сред-

нем от 0,8 до 1,3 м

на 1 м

охлаждаемой в час воды. При исчислении на-

грузки на 1 м

бассейна это составит 0,8 м

/ч для небольших и до 1,3 м

/ч

для больших бассейнов.

На пневматических установках горных предприятий для охлажде-

ния воды используются также открытые градирни башенного типа высо-

той 15 – 20 м, представляющие собой сооружение, состоящее из резер-

вуара охлажденной воды, оросительного устройства с рештаками для раз-

брызгивания воды и вытяжной башни для циркуляции охлаждающего

воздуха за счет естественной тяги или принудительного наддува. Круп-

ные компрессорные станции оснащаются вентиляторными секционными

градирнями, обеспечивающими глубокое охлаждение воды.

Машинный зал компрессорной станции обязательно оборудуется

приточно-вытяжной системой вентиляции; один вентилятор нагнетает

воздух в машинный зал, другой отсасывает его по системе воздушных

коллекторов-распределителей.

133

134

Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ

УСТАНОВОК

Пневматическая установка представляет собой компрессорную

станцию в сочетании с внешней воздухопроводной сетью. Комплект обо-

рудования, включающий рабочие машины: компрессоры, привод, аппара-

туру энергоснабжения и автоматизации, вспомогательное оборудование –

называют компрессорной станцией.

Компрессорные станции устанавливаются на сравнительно не-

большом расстоянии от стволов шахт и рудников. К потребителям пнев-

моэнергии станций воздух поступает по общей пневматической сети,

представляющей собой разветвленную систему трубопроводов, проло-

женных по вертикальным, наклонным и горизонтальным выработкам.

Исходными данными для проектирования пневматических устано-

вок являются:

план ведения горных работ;

число, род и техническая характеристика потребителей воздуха и

распределение их по сменам и участкам шахты;

режим работы и годовая производительность шахты;

стоимость электроэнергии;

наличие воды для охлаждения и другие данные.

В процессе проектирования пневматических установок необходимо:

установить требуемую производительность компрессорной станции;

выбрать тип и число компрессоров, двигатели к ним;

установить давление сжатого воздуха на выходе компрессорной

станции;

составить схему воздухопроводной сети и рассчитать ее;

произвести технико-экономические расчеты по определению капи-

тальных затрат на оборудование и монтаж пневматической установки,

определить проектную стоимость 1 м

воздуха и расход его на 1 т добычи,

расход электроэнергии на 1 т добычи и на 1 м

воздуха.

8.1. Расчет производительности компрессорной станции

Производительность компрессорной станции определяется как сум-

ма расходов сжатого воздуха потребителями в наиболее загруженный пе-

риод суток и расхода на утечки воздуха через неплотности в магистраль-

ном воздухопроводе и местах присоединения потребителей. Указанный

период устанавливают в соответствии с организацией горных работ по

графикам работы добычных и подготовительных участков. В расчете

учитывают износ, неоднородность работы и степень загрузки потребите-

лей.