Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

145

среднемесячную температуру июля;

= 1,02 - коэффициент, учитываю-

щий возможность повышения давления по сравнению с расчётным;

1,05 - коэффициент расхода воздуха неучтенного потребителями;

- номер

группы однотипных потребителей;

–

расход воздуха одним потребите-

лем данной группы;

– количество однотипных потребителей;

- коэф-

фициент износа, связывающий увеличение расхода воздуха с износом по-

требителей;

- коэффициент давления, учитывающий зависимость расхо-

да воздуха от его давления;

- коэффициент загрузки, показывающий из-

менение расхода воздуха потребителем при отклонении фактической на-

грузки от номинальной и при регулировании;

- коэффициент включения,

т.е. использования потребителя во времени;

- коэффициент сменности,

показывающий, что работающих потребителей меньше подключенных к

пневмосети (при проектировании новых компрессор станций принимают

= 1, т.е. предусматривая возможность самого напряженного периода -

работы всех потребителей одновременно;

пр

= 0,5 м

/мин — предельно

допустимые утечки на присоединии одного потребителя;

пр

- количество

присоединённых потребителей;

пр

- коэффициент отклонения фактиче-

ского давления в местах присоединения потребителей от допустимого

среднего избыточного

и.пр

= 0,4 (при проектировании новых компрессор-

ных станций принимают

пр

= 1);

ут

— предельно допустимые значения

утечек сжатого воздуха на 1 км магистрального воздухопровода [прини-

мают равными: от компрессора до главного квершлага включительно

3,0 м

мин·км

)

при среднем по длине избыточном давлении 0,6 МПа; для

воздухопроводов групповых и участковых штреков 4

мин·км

)

при

средних избыточных давлениях по длине соответственно 0,5 и 0,4 МПа;

длина одного из указанных выше участков магистрального воздухопрово-

да;

ут

— коэффициент отклонения фактического давления сжатого возду-

ха на участках магистрального воздухопровода от допустимого среднего

по длине давления. При проектировании новых компрессорных станций

ут

= 1.

Упростив данную формулу, получим

(

)

[

]

.7,2..

1 утутпрпрпрiопi

пi

iопiпic

IkVkпVkпVkпVkсVк ∑++∑⋅+∑=

µϕ

Необходимые для расчетов данные о потребителях сжатого воздуха

приведены в табл. 4.1, 4.2.

Расчеты по первому слагаемому и подкоренному выражению даны в

табл. 4.3.

Производительность компрессорной станции на горизонте при ко-

эффициенте сезонности

= 1 :

146

в конце работ

(

)

(

)

[

]

;/385

118411,131755,005,1957,201,21305,102,11..

минм

сVк

=⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅=

в начале работ

(

)

[

]

=⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅= 11,131755,005,1957,201,21305,102,11..сVк

312м

/мин;

Расход воздуха на утечки:

в конце работ на горизонте

3,29100

385

1841,13755,0

⋅

=∑

кут

% ,

в начале работ на горизонте

1,13100

312

1,13755,0

⋅

=∑

кут

% .

Таблица 4.1

Потребители Коэффициенты

Наименование

Число

Номинальный

расход воздуха

потребителем

, м

/мин

пi

·k

пi

·k

Комбайны 3 48 0,52 0 74,88 0

Лебёдки

комбайнов

3 21 0,53 0 33,39 0

Отбойные

молотки

39 1,1 0,65 0,14 27,89 6,61

Бурильные

молотки

12 4,3 0,33 0,2 17,03 44,38

Маневровые

лебёдки

6 14 0,08 0,06 6,72 70,56

Породо-

погрузочные

машины

6 35 0,07 0,01 14,7 73,5

Вентилято-

ры мест

ного

проветрива-

ния

6 8 0,8 0 38,4 0

Итого: 75 213,01 195,05

Среднее значение расхода воздуха на утечки за период работы на го-

ризонте 21,2 %.

3. Тип и число компрессоров. Для компрессорных станций произво-

дительностью до 500 м

/мин применяют поршневые компрессоры, более

147

500 м

/мин – как правило, центробежные компрессоры. При выборе коли-

чества компрессоров следует учитывать снижение их производительности

вследствие износа. Коэффициент износа

принимается для поршневых

компрессоров производительностью 50

/мин

и 100 м

/мин

равным соот-

ветственно 0,9 и 0,95; центробежных производительностью 250 м

/мин и

500 м

/мин – соответственно 0,87 и 0,94.

Резерв компрессоров принимают из расчета на один – два работаю-

щих один резервный; на три – пять работающих – два резервных; на 6 – 12

работающих – три резервных.

По расчетной производительности компрессорной станции

к.с.

385 м

/мин принимаем шесть компрессоров 4М10-100/8 производительно-

стью 100 м

/мин, из которых в работе будут четыре: в начале и конце работ

на горизонте. Два компрессора резервные.

Таблица 4.2

Потребители

Коэффициенты

Наименование Число

Номинальный

расход воздуха

потребителем

/мин

пi

Участок 2-3

Комбайны 3 48 0,52 0 74,88 0

Лебёдки ком-

байнов

3 21 0,53 0 33,39 0

Отбойные

молотки

17 1,1 0,65 0,14 12,16 2,88

Бурильные

молотки

8 4,3 0,33 0,2 11,35 29,58

Маневровые

лебёдки

4 14 0,08 0,06 4,48 47,04

Породо-

погрузочные

машины

4 35 0,07 0,01 9,8 49

Вентиляторы

местного про-

ветривания

4 8 0,8 0 25,6 0

Итого: 43 171,66 128,5

При коэффициенте износа

= 0,95 производительность работаю-

щих компрессоров составит 4 · 100 · 0,95 = 380 м

/мин

4. Расчет воздухопроводной сети. Цель расчета воздухопроводной сети

– определение давления сжатого воздуха у компрессорной станции, при ко-

тором каждый из потребителей пневмоэнергии имеет гарантированное рабо-

чее давление.

148

При расчете схему воздухопроводной сети разбиваем на участки, на-

чало и конец каждого из которых определяем точками разветвления сети.

Для всех участков последовательно рассчитываем количество воздуха,

проходящего по участку; необходимые диаметры труб; потери давления.

По линии с наибольшим падением давления от самого удаленного потре-

бителя до компрессора с учетом потерь давления в гибких воздухопрово-

дах и рабочего давления у потребителя находим необходимые давления у

компрессорной станции.

Участок 1 – 2. Расход воздуха на этом участке равен производитель-

ности компрессорной станции, т.е.

1 - 2

= 385 м

/мин.

Расходы воздуха на участках сети определяем по вышеприведенной

формуле. В табл. 4.2 находим первое слагаемое и подкоренное выражение

данной формулы применительно к участку 2 – 3.

Участок 2 – 3. Количество присоединений

пр

= 43; длина подклю-

ченного воздухопровода квершлага 400 м, штреков – 12 км.

(

)

(

)

[

]

./290112414,03435,05,1287,266,17105,102,11

минмV =⋅⋅+⋅⋅+⋅++⋅=

−

В дальнейших расчетах исходим из того, что комбайновые участки I,

II и IV имеют идентичное оборудование; это относится и к участкам III, V

и IV, где применяются отбойные молотки. Следовательно,

;/95290385

322152

минмVVV =−=−=

−−−

;/482/

52455

минмVVVV

abа

≈===

−−−−

(

)

(

)

;/813482903/

432433

минмVVVVV

abbа

≈−=−===

−−−−−

./8148

4443

минмVVV

bа

=+=+=

−−−

Если оборудование добычных и проходческих участков не идентич-

но, то расходы воздуха на участках сети следует рассчитывать так же, как

для участка 2 – 3.

Оптимальные диаметры труб находим по рис. 4.2.

Рис. 4.2. Номограмма для определения оптимального диаметра труб

149

150

Эквивалентная длина при определении расчетной длины

участков

сети принята равной 10 % от фактической. Средняя плотность (кг/м

) воз-

духа на всех участках сети принята одинаковой и вычислена по формуле

ср

пск

ср

рр

где

к.с

абсолютные давления у компрессорной станции и потребите-

лей, МПа;

= 287 Дж/(кг · К) - газовая постоянная воздуха;

= 273 + 20=

= 293 К - средняя температура сжатого воздуха в сети.

Принимая избыточное давление у наиболее удаленного потребителя

0,5 МПа и максимально возможные потери давления 0,2 МПа, получим

давление у компрессорной станции 0,7 МПа. Следовательно

(

)

./32,8

293

287

106,08,0

мкг

ср

⋅⋅

⋅+

Скорость (м/с) движения воздуха в трубах

ср

ρπ

где

= 1,293 кг/м

- плотность воздуха при нормальных условиях;

расход воздуха на участке сети, м

/мин;

d -

внутренний диаметр труб уча-

стка сети, м, тогда для участка 1 – 2:

./61,8

32,8384,014,360

385293,14

смV =

⋅⋅⋅

⋅

−

Рассчитанные

для

всех

участков

скорости

приведены

таблице

Па

дение

давления

(Па)

на

участке

сети

ср

р∆ ρλ=

где

= 0,0334 -

коэффициент

гидравлического

трения

тогда

для

участка

1-2:

МПар 01475,01032,8

61,8

384,0

550

0334,0

=⋅⋅⋅=∆

−

Вычисленные для всех участков падения давления приведены в таб-

лице 4.3.

По данным таблици, потери давления от компрессора до самого уда-

ленного участка по наиболее напряженной линии магистрального воздухо-

провода

1-2-3-4-b

МПар

117,008625,001053,000498,001475,0

∆

∑

Потери давления (МПа) с учетом потерь в гибких воздухопроводах

(шлангах)

151

шм

ррр ∆+∆∑=∆∑

где

∆р

- допустимые потери давления в гибких воздухопроводах, МПа;

в воздухопроводах приемников, расположенных на штреке длиной 5 – 15м,

∆р

= 0,03 ÷ 0,05 МПа; в воздухопроводах молотковой лавы длиной 100 –

150 м

∆р

= 0,05 ÷ 0,08 МПа; в воздухопроводах комбайнов, щитовых аг-

регатов длиной 120 – 180 м

∆р

= 0,08 ÷ 0,12 МПа.

В конце линии

1 – 2 – 3 – 4 – b

расположен комбайновый участок.

Принимая

∆р

= 0,08 МПа, получим

,197,008,0117,0 МПар

∆

∑

что меньше допустимого

Σ∆р

= 0,2 МПа.

При

Σ∆р

> 0,2 МПа необходимо увеличить диаметр труб, особенно

на протяженных участках сети.

С учетом избыточного давления у потребителя

= 0,5 МПа необходи-

мое избыточное давление у компрессорной станции принимаем

к.с

0,7 МПа.

Технико

экономические

показатели. Принимаем 20 ч работы ком-

прессоров в сутки и 300 рабочих дней в году.

Средняя производительность компрессорной станции в период рабо-

ты на горизонте

(

)

./5,3482/312385

минмV

ср

=+=

Среднегодовая выработка (м

) сжатого воздуха

,60

дчсрГ

nnVV

т.е.

.1046,125300205,34860

мV

⋅=⋅⋅⋅=

Работа, затраченная на сжатие 1 м

воздуха, по формуле

.2421301

4,12

14,1

1,0

8,0

1101,0

14,1

4,1

11.

Дж

Vр

адк













−

⋅

−













⋅⋅

−













−













−

Потребляемая мощность

.498

9,09,0601000

100242130

601000

кВт

мi

минадк

⋅⋅⋅

⋅

ηη

Компрессор

10-100/8

поставляется комплектно с электродвигате-

лем СДК

2-17-26-12

мощностью 630 кВт,

= 500 об

мин, напряжением

6000 В.

152

Годовой расход (кВт · ч) электроэнергии

. дч

сд

нвГ

ηη

∑

где

в.н

= 1,02 ÷ 1,04 – коэффициент расхода электроэнергии на подачу ох-

лаждающей воды и вспомогательные нужды (освещение, питание генера-

торов возбуждения, вентиляция и т.д.);

ΣN

– суммарная расчётная мощ-

ность двигателей компрессоров, работающих одновременно, кВт;

–

к.п.д. двигателя;

– к.п.д. электрической сети.

В числовом выражении

.1054,1430020

95,09,0

4984

04,1

чкВт

⋅⋅=⋅

⋅

Расход сжатого воздуха на 1 т угля

V =

т.е.

./6,104

102,1

1046,125

тмV

⋅

Расход электроэнергии на 1 т угля

т.е.

./12,12

102,1

1054,14

тчкВтW

⋅=

⋅

Расход электроэнергии на 1 м

воздуха

W =

т.е.

./116,0

1046,125

1054,14

мчкВт

⋅=

⋅

153

Вопросы для самопроверки

1. Опишите теоретический процесс работы поршневого компрессора.

2. Как графически изображается изменение состояния воздуха изо-

термическим, адиабатным и политропным процессами?

3. Многоступенчатое сжатие. Каковы пределы сжатия, его теорети-

ческая диаграмма?

4. Что входит в основное оборудование компрессорных станций?

5. Назовите конструктивные узлы поршневого компрессора. Как ра-

ботает поршневой компрессор?

6. Что представляет собой вспомогательное оборудование ком-

прессорных станций?

7. Перечислите исходные данные для проектирования компрессор-

ных станций.

8. Каковы основные этапы проектирования компрессорных станций?

9. Нарисуйте и объясните теоретическую диаграмму поршневого

компрессора.

10. Какие электроприводы применяются на компрессорных станци-

ях?

154

Библиографический список

1. Алексеев В.В. Рудничные насосные, вентиляторные и пневматиче-

ские установки. – М.: Недра, 1983. – 380 с.

2. Алексеев В.В. Стационарные машины. – М.: Недра, 1999. – 415 с.

3. Борохвич А.И. Стационарные машины и установки на открытых

горных разработках. – М.: Недра, 1979. – 287 с.

4. Будов В.М. Насосы АЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 402 с.

5. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установ-

ки. – М.: Изд-во МГГУ, 2004. – 325 с.

6. Завозин Л.Ф. Шахтные подъемные установки. – М.: Недра, 1975. –

364 с.

7. Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Лопастные насосы для абра-

зивных гидросмесей. – М.: Машиностроение, 1978. – 222 с.

8. Картавый Н.Г. Шахтные стационарные установки. – М.: Недра,

1978. – 262 с.

9. Лопастные насосы / Под общ. ред. Л.П. Грянко, А.Н. Папира – Л.:

Машиностроение, 1975. – 430 с.

10. Никулин В.Б. Машинист насосных установок угольных шахт и

карьеров. – М.: Недра, 1972. – 247 с.

11. Петухов А.И. Горная механика. – М.: Недра,1985. – 316 с.

12. Песвианидзе А.В. Расчет шахтных поъемных установок. – М.: -

Недра, 1992. – 249 с.

13. Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990. – 253 с.

14. Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. – М.: Недра,

1983. – 303 с.

15. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт /

Под общ. ред. А.М. Карпова, М.А. Патрушева – М.: Недра, 1975. – 237 с.

16. Смородин Е.С., Верстаков Г.В. Шахтные стационарные машины

и установки. – М.: Недра, 1985. – 279 с.

17. Соломахова Т.С. Центробежные вентиляторы. – М.: Маши-

ностроение, 1989. – 173 с.

18. Стационарные установки шахт / Под общ. ред. Б.Д. Братченко. –

М.: Недра, 1977. – 406 с.

19. Тихонов Н.В. Горная механика. – М.: Недра, 1979. – 312 с.

20. Хаджиков Р.Н. Горная механика. – М.: Недра, 1982. – 406 с.

21. Хаджиков Р.Н. Сборник примеров и задач по горной механике. –

М.: Недра, 1989. – 197 с.

22. Хохловкин Д.М., Гуревич Л.С. Насосы участкового и забойного

водоотлива. – М.: Недра, 1970. – 119 с.

23. Центарский И.А. Горная механика. – М.: Недра, 1975. – 277 с.

24. Чиняев И.А. Лопастные насосы. – Л.: Машиностроение, 1973. –

179

с.