Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

155

Оглавление

Предисловие 3

Введение 4

Раздел 1. КАНАТНЫЕ ПОДЪЕМНЫЕ УСТАНОВКИ 6

Глава 1. Назначение, классификация и устройство подъемных

установок 7

1.1. Назначение подъемных установок 7

1.2. Классификация подъемных установок 7

1.3. Устройство подъемных установок 12

Глава 2. Основы проектирования шахтных подъемных установок 15

2.1. Расчет скиповой двухконцевой подъемной установки 16

2.1.1. Расчет и выбор емкости подъемного сосуда 16

2.1.2. Расчет и выбор подъемного каната 17

2.1.3. Расчет и выбор подъемной машины 19

2.1.4. Расположение подъемных установок относительно

ствола шахты 20

2.1.5. Расчет кинематики подъемных систем 23

2.1.6. Расчет динамики подъемных систем 25

2.1.7. Определение расхода энергии 27

2.2. Расчет клетевой подъемной установки 28

Задачи и примеры расчета механического оборудования

подъемных установок 39

Вопросы для самопроверки 47

Раздел 2. ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ 49

Глава 3. Назначение, классификация и устройство водоотливной

установки 50

3.1. Общее устройство водоотливных установок 51

Глава 4. Основы проектирования водоотливных установок

горных предприятий 54

4.1. Выбор технологической схемы стационарного водоотлива 54

4.2. Выбор числа насосных агрегатов в насосной камере 55

4.3. Выбор типа насоса 58

4.4. Расчет и выбор трубопровода 60

4.5. Определение рабочего режима водоотливной установки 66

4.6. Проверка рабочего режима на кавитацию 66

4.7. Определение необходимой мощности электродвигателя

насоса 67

4.8. Определение экономических показателей водоотливной

установки 67

156

4.9. Аппаратура автоматизации водоотливных установок 67

4.10. Эксплуатационные расчеты основного оборудования

карьерных водоотливных установок 68

Задачи и примеры расчета водоотливных установок 84

Вопросы для самопроверки 87

Раздел 3. ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ УСТАНОВКИ ГЛАВНОГО

ПРОВЕТРИВАНИЯ 88

Глава 5. Назначение, классификация и устройство вентиляторных

установок 89

5.1. Назначение и классификация вентиляторных установок 89

5.2. Общее устройство вентиляторных установок главного

проветривания 91

5.3. Аэродинамические характеристики вентиляторов 93

Глава 6. Проектирование вентиляторных установок 96

6.1. Выбор вентилятора и способа его регулирования 96

6.2. Определение резерва подачи вентилятора 101

6.3. Определение мощности вентилятора и среднегодового

расхода электроэнергии на проветривание 101

6.4. Вентиляторные установки проветривания карьеров 103

6.4.1. Схемы и эксплуатационные параметры установок

главного проветривания карьеров 102

6.4.2. Расчет вентиляторов главного проветривания

для карьеров 103

Задачи и примеры расчета вентиляторных установок 115

Вопросы для самопроверки 122

Раздел 4. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ 123

Глава 7. Назначение, общее устройство пневматических установок 124

7.1. Основное оборудование компрессорных станций

пневматических установок 125

7.2. Вспомогательное оборудование пневматических установок 128

Глава 8. Проектирование пневматических установок 134

8.1. Расчет производительности компрессорной станции 134

8.2. Расчет воздухопроводной сети 137

8.3. Расчет мощности компрессора и выбор приводного

двигателя 139

8.4. Расчет и выбор охлаждения компрессоров 139

8.5. Расчет и выбор воздухосборника 140

8.6. Расчет и выбор фильтров 141

Задачи и примеры расчета пневматических установок 144

Вопросы для самопроверки 153

Библиографический список 154

157

Дроздова Людмила Григорьевна

Стационарные машины и установки

Учебное пособие

Редактор В.В. Сизова

Техн. редактор Н.М. Белохонова

Компьютерная верстка Б.В. Макишина

Подписано в печать . Формат 60х84/16

Усл.печ.л. 9,1. Уч-изд. л. 7,24.

Тираж 100 экз. Заказ .

Издательство ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10

Типография издательства ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10

Раздел 2

ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ

Назначение, классификация и устройство

водоотливной установки

Основы проектирования водоотливных устано-

вок горных предприятий

Задачи и примеры расчета водоотливных

установок

Глава 3. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И УСТРОЙСТВО

ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

Разработка месторождений полезных ископаемых, как правило, со-

провождается поступлением в горные выработки подземных и поверхно-

стных вод, а также инфильтрационных вод из рек и поверхностных водо-

емов. Наличие воды в разрабатываемых горных массивах и ее приток в

горные выработки затрудняют условия работы людей и машин, а в ряде

случаев существенно сказываются на физических свойствах горных пород,

приводя к снижению устойчивости горных массивов, ухудшению качества

добываемого полезного ископаемого. Поэтому производство горных работ

открытым и подземным способами в большинстве случаев требует прове-

дения комплекса мероприятий по полному или частичному осушению раз-

рабатываемых горных массивов, исключению или уменьшению водопри-

тока в горные выработки, а также сбору и отводу поступающей в выработ-

ки воды.

Указанный комплекс мероприятий на строящемся или действующем

горном предприятии выполняется специальной системой осушения (дре-

нажной системой), включающей в себя сеть специальных дренажных вы-

работок и технических средств по сбору и отводу подземных и поверхно-

стных вод.

Необходимым составным элементом дренажной системы является

водоотливная установка – комплекс энергомеханического оборудования,

служащий для откачки подземных и поверхностных вод из дренажных

горных выработок шахт и карьеров.

По характеру взаимодействия с откачиваемой жидкостью в составе

любой водоотливной установки выделяют два главных элемента: силовой

насосный, или вакуум-насосный агрегат, служащий для преобразования

механической энергии в энергию движущейся жидкости, и трубопровод-

ную (внешнюю) сеть – систему каналов, по которым жидкость перемеща-

ется от водосборных сооружений к водоотводным. Поступая в насос, жид-

кость получает необходимый запас энергии, который расходуется при ее

перемещении в каналах внешней сети.

В состав водоотливной установки, обеспечивая необходимую надеж-

ность и эффективность работы основного оборудования, входят также сле-

дующие элементы: пускорегулирующая и предохранительная арматура

(задвижки, вентили, переключатели потоков, обратные и предохранитель-

ные клапаны, воздуховыпускные устройства – вантузы, компенсаторы

температурных изменений длины трубопроводов, гасители и компенсато-

ры гидравлических ударов); контрольно-измерительная аппаратура (ма-

нометры, вакуумметры, расходомеры, индикаторы движения жидкости,

уровнемеры, реле заливки насосов и пр.); системы ручного и автоматиче-

ского управления приводом насоса с комплектом электроизмерительной

аппаратуры.

По назначению водоотливные установки подразделяют на главные

(центральные), вспомогательные (участковые) и временные (проходче-

ские). К главным относятся установки, предназначенные для перехвата и

откачки всего или большей части ожидаемого притока воды в горные вы-

работки. При большой протяженности шахтных и карьерных полей может

использоваться несколько главных водоотливных установок. Однако из-

вестны также примеры эффективного использования одной главной уста-

новки для откачки воды из дренажных систем группы близлежащих шахт.

Вспомогательные установки служат для местного водопонижения в от-

дельных забоях и для откачки воды с участков, расположенных ниже водо-

сборника главной водоотливной установки. Временные установки исполь-

зуются в период проходки капитальных горных выработок строящегося

предприятия или в период чрезвычайных ситуаций по водопритоку.

По расположению основного оборудования относительно осушаемо-

го массива водоотливные установки подразделяют на зумпфовые, основ-

ное оборудование которых располагается вне осушаемого массива у водо-

сборника относительно большой емкости, скважинные и иглофилътро-

вые. На скважинных установках силовое насосное оборудование располо-

жено непосредственно в осушаемом массиве, в котором пройдена скважи-

на соответствующих размеров. На иглофильтровых установках основная

часть силового оборудования расположена вне осушаемого массива, а в

скважину помещена только водозаборная его часть.

Водоотливные установки подразделяют также на стационарные,

полустационарные и передвижные. К последним относят вспомогатель-

ные установки, перемещаемые по мере продвижения забоев. Полустацио-

нарные установки изменяют свое местоположение периодически через от-

носительно большие интервалы времени, по мере продвижения фронта

горных работ и по глубине разрабатываемого массива.

Общее устройство водоотливных установок

Зумпфовые водоотливные установки имеют наибольшее распростра-

нение на горных предприятиях. Отличительным признаком таких устано-

вок является наличие зумпфа-водосборника относительно больших разме-

ров, который аккумулирует воду, поступающую в него из горных вырабо-

ток самотеком по дренажным каналам.

По местоположению водосборника относительно дневной поверхно-

сти зумпфовые водоотливные установки подразделяются на открытые и

подземные, или шахтные. Первые применяются только для водоотлива на

карьерах, а вторые – на шахтах и подземных рудниках, а также на карьерах

при подземном способе осушения карьерных полей.

Водосборники шахтных водоотливных установок представляют со-

бой систему горных выработок, разделенную на две-три части (секции).

Секции отделены от приемного колодца бетонными перемычками, обору-

дованными перепускными клапанами. Это позволяет попеременно отклю-

чать секции водосборника и производить их чистку. Водосборник откры-

той водоотливной установки обычно представляет собой котлован удли-

ненной пирамидальной формы.

Выполняя функции приемных резервуаров и отстойников для освет-

ления воды, водосборники одновременно являются и регулирующими ем-

костями, компенсирующими разницу между притоком воды из горного

массива и расходом откачивающих ее насосов.

Возможны четыре варианта расположения насосов относительно во-

досборника и уровня воды в нем (рис. 3.1). Наиболее часто насосы распо-

лагают около водосборника выше уровня воды (рис. 3.1, а). Насос 4 соеди-

нен с водосборником 1 посредством всасывающего трубопровода 3 и за-

борного наконечника 2, снабженного предохранительной сеткой, которая

предотвращает попадание в насос крупных механических включений. При

работе водоотливной установки вода перемещается по нагнетательному

трубопроводу (ставу) 5 к водоотводному устройству 7 на поверхности, в

которое она свободно изливается через сбросной наконечник 6.

Размещение насосов на высоте 4 – 5 м над уровнем воды в водосбор-

нике и 1 – 1,5 м над почвой прилегающих к насосной камере горных выра-

боток в определенной степени предохраняет насосную станцию от аварий-

ного затопления и не требует специальной гидроизоляции ее помещения.

Однако для откачки воды с относительно большой глубины необходимы

насосы с повышенной всасывающей способностью. У центробежных насо-

сов, наиболее часто используемых на водоотливных установках, с увели-

чением номинальной производительности, как правило, уменьшается вса-

сывающая способность. Кроме того, при таком расположении насосов не-

обходима их предварительная заливка перед очередным пуском.

Откачка воды из затопленных шахт и открытых котлованов часто про-

изводится насосными станциями, располагаемыми на плаву на специальных

понтонах. По мере откачки воды и понижения ее уровня опускается и плаву-

чая насосная станция. В таких случаях насосы соединяют с магистральным

участком трубопровода посредством гибких или шарнирно - поворотных труб.

Условия всасывания воды насосами значительно улучшаются при их

расположении у водосборника ниже уровня воды в нем (рис. 3.1, б). Водо-

отливные установки с таким расположением насосов часто называют ус-

тановками с заглубленными насосными станциями. Помещение насосной

станции в этом случае имеет специальную гидроизоляцию от водосборни-

ка и близлежащих горных выработок.

Разновидностью предыдущего варианта является расположение на-

соса под водой – погружение (рис. 3.1, в). При этом варианте используют-

ся специальные насосы с вертикальной ориентацией приводного вала.

Крупные модели указанных насосов изготовляют с удлиненным привод-

ным валом, обеспечивающим передачу насосу 4 крутящего момента от

двигателя 8, смонтированного над водосборником 1.

Рис. 3.1. Расположение насосов относительно водосборника:

а) выше уровня воды; б) ниже уровня воды; в) погружной насос;

г) на специальных подвесках

Малые модели насосов, используемые на вспомогательных установ-

ках, имеют погружной электродвигатель, размещаемый вместе с насосом

под водой в зумпфе на нагнетательном ставе или на специальных подвес-

ках (рис. 3.1, г).

Недостатком насосов погружного типа с удлиненным приводным ва-

лом является сложность их ремонтного обслуживания в стесненных усло-

виях, в связи с чем в последнее время на водоотливных установках под-

земного типа от такого расположения насосов отказываются.

Глава 4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДООТЛИВНЫХ

УСТАНОВОК ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Целью проектирования водоотливных установок является выбор со-

временных технических средств водоотлива с учётом максимальной эко-

номичности откачки воды на поверхность.

В задачи проектирования входят выбор схемы водоотлива, насоса

(тип, основные параметры, число), подбор диаметров всасывающего и на-

гревательного трубопроводов, графическое определение режима работы

водоотливной установки, определение мощности на валу насоса, выбор

электродвигателя, определение расхода электроэнергии.

Для расчёта водоотливных установок необходимы следующие ис-

ходные данные:

притоки воды: нормальный

Q и максимальный

max

, м

/ч;

геометрический напор насосной установки, т.е. полная высота водо-

подъема по вертикали

H , м;

физико-химическая характеристика откачиваемой воды.

Исходя из условий принятых схем вскрытия и околоствольного дво-

ра, намечается место расположения насосной камеры и водосборников,

определяется место слива воды на поверхности. Это позволяет проектиро-

вать гидравлические схемы, устанавливать геометрические высоты всасы-

вания и нагнетания, длины подводящего и напорного трубопроводов, оп-

ределять количество и перечень трубопроводной арматуры.

4.1. Выбор технологической схемы стационарного водоотлива

При ведении горных работ на одном горизонте откачка воды на

дневную поверхность может осуществляться центральной

водоотливной

установкой – общей для нескольких, рядом расположенных шахт (рудни-

ков) при условии обеспечения стока воды в главный водосборник одной из

них; главной

водоотливной установкой (рис. 4.1, а), при этом вода из всех

горных выработок собирается в главный водосборник шахты (рудника), а

из него откачивается на поверхность; главной и участковыми

водоотлив-

ными установками, когда на шахтах (рудниках) малой глубины залегания

месторождения воду из отдельных участков, удалённых от околоствольно-

го двора, нельзя самотёком собрать в главный водосборник; главной и пе-

рекачными водоотливными установками, перекачивающими воду из отда-

лённых участков в главный водосборник.

В глубоких шахтах (рудниках), когда напор одного насоса при мак-

симальном числе рабочих колёс недостаточен для откачки воды на днев-

ную поверхность, применяют последовательную работу насосов, установ-

ленных в одной насосной камере (рис.4.1, б) или ступенчатую схему водо-

отлива (рис. 4.1, в, г), в последнем случае (рис. 4.1, в) водоотливные уста-

новки, расположенные на разных горизонтах, имеют отдельные водосбор-

ники. Насосы, установленные в нижнем горизонте, перекачивают воду в

верхний промежуточный водосборник. В случае применения схемы, изо-

бражённой на рис. 4.1, г, насосы работают без промежуточного водо-

сборника. Сравнивая последние две схемы, следует отдать предпочтение

схеме с промежуточным водосборником, при которой работа насосов бо-

лее надёжна, безопасна и происходит при меньших давлениях воды.

При разработке двух горизонтов с притоками воды на каждом из них

наибольшее распространение получили три схемы:

с расположением на каждом горизонте главной водоотливной уста-

новки, откачивающей воду на дневную поверхность (рис. 4.2, а);

с перекачкой воды вспомогательной установкой с нижнего горизонта

на верхний, и последующей откачкой её с верхнего горизонта на дневную

поверхность главной водоотливной установкой (рис. 4.2, б);

c припуском воды с верхнего горизонта на нижний и откачкой всей во-

ды на дневную поверхность главной водоотливной установкой (рис. 4.2, в).

Каждая из приведённых схем имеет свои достоинства и недостатки,

которые должны приниматься во внимание при окончательном выборе

схемы на основе технико-экономических расчётов по приведённым годо-

вым затратам. В зависимости от конкретных горно-геологических условий

данного горного предприятия для сравнения обычно принимают 2 – 3 ва-

рианта. Если окажется, что варианты будут равноценными (т.е. их стоимо-

сти отличаются не более чем на 5%), то при окончательном выборе схемы

водоотлива учитываются технические параметры – надёжность, безопас-

ность, удобство обслуживания, минимальный объём горно-проходческих

работ, работ по креплению насосных камер, водосборников и других вы-

работок.

4.2. Выбор числа насосных агрегатов в насосной камере

Для шахт и рудников с нормальным притоком воды менее 50 м

/ч в

насосной камере устанавливаются два насосных агрегата: рабочий и ре-

зервный, а с притоком воды более 50 м

/ч – не менее трёх насосных агрега-

тов: рабочий, резервный, ремонтный. При притоках воды, превышающих

подачу одного агрегата, применяется совместная параллельная работа на-

сосов. При числе насосов более трёх – количество резервных насосов

должно равняться количеству рабочих, а количество насосов в ремонте –

не менее 25% от общего их количества.