Кумыкова Т.М. Водоотливные, вентиляторные и пневматические установки
Подождите немного. Документ загружается.
5.5. Определение резерва производительности вентилятора
Для определения резерва производительности выбранного вентилятора
в период максимального расхода воздуха необходимо на его
аэродинамические характеристики наложить характеристику вентиляционной
сети шахты, определив ее по формуле
2
421
min
.в.с
в.с
А
Q
,Н
, (59)
где Н
с.в
и Q
c.в
– соответственно давление и расход воздуха в сети.
Абсцисса точки пересечения этой кривой с верхней или правой
границей зоны промышленного использования вентилятора показывает
значение максимально возможной производительности вентилятора Q
max
.
Резерв производительности вентилятора Q устанавливают как
отношение производительности вентилятора, определяемой точкой
пересечения характеристики вентиляционной сети с правой граничной
характеристикой вентилятора, к заданной производительности:
%
Q
Q
Q
ш
max
1001
. (60)
Вентилятор должен иметь не менее чем 20%-ный резерв
производительности.
5.6 Определение мощности и выбор электродвигателя для
каждой ступени регулирования. Среднегодовой расход
электроэнергии
Мощность двигателя вентилятора определяется для каждой ступени
регулирования по формуле
1000
max min.
max.min
НQ
N
(61)
где Q, Н
max
, Н
min
, принимаются из графика рабочего режима.
Затем по каталогу для требуемого режима подбирается двигатель и
проверяется запас мощности по формуле
151101 ,,
N
N
k
max min,
(62)
где N – мощность двигателя по каталогу, кВт;
N
(min, max)
– мощность двигателя, определенная по ступеням регулирования.
При необходимости после первой ступени регулирования может быть
предусмотрена замена двигателя.
Среднегодовой расход электроэнергии определяется в диапазоне
рабочих режимов на каждой ступени регулирования по формуле
рсдсрп
дчсрср
Г
nnНQ
W
1000
(63)
где Q
ср
= ( Q
max
+Q
min
) / 2 – среднее значение производительности, м
3
/с;
Н
ср
= ( Н
max
+ Н
min
) / 2 – среднее значение давления, Па;
ср
– средний к.п.д. вентиляторной установки;
п
= 0,90,95 – к.п.д. передачи;
д
= 0,850,95 – к.п.д.двигателя;
с
= 0,950,98 – к.п.д. электрической сети;
р
= 0,80,9 – к.п.д. регулирования, учитывающий все связанные с ним
затраты энергии;
n
ч
– число рабочих часов вентилятора в сутки;
n
д
– число дней работы вентилятора в году.
5.7 Расчет калориферной установки
Количество воздуха m
п
, кг/с, которое необходимо подогреть от
наружной температуры t
нар
до заданной t
под
определяется по формуле
нарпод
нарсм
п
tt
tt
mm
, (64)
где m – общее количество подаваемого в шахту воздуха, кг/с;
t
см
– температура смеси,
0
С.
Нагрев воздуха производится до 60-70
0
С, чтобы смесь его с холодным
воздухом, поступившим из атмосферы, имела температуру +2
0
С /3/.
При t
нар
= -25
0
С и t
под
=+70
0
С, t
см
=+2
0
С.
Количество подаваемого в шахту воздуха определяется по формуле
В
Qm
, (65)
где - плотность воздуха кг/м
3
( = 1,29 кг/м
3
);
Q
В
– производительность вентилятора, м
3
/с.
Расход тепла при подогреве воздуха Q
к.т
, кДж/ч
нарсмРт.к
ttСmQ 3600
, (66)
где С
Р
=1,005 кДж/кг
0
С – массовая теплоемкость воздуха при постоянном
давлении.
Объем воздуха V
0
, м
3
/ч, подаваемый калориферным вентилятором при
0
0
С, 101,3 кПа и плотности
0
=1,293 кг/м
3
,
0
3600
п
0
m
V
(67)
Тот же объем при t
см
273
1
0
см
t
VV
(68)
Требуемое количество пара D
к
, кг/ч, для калориферной установки с
учетом 10% потерь в паропроводе
српарв
т.к
к
ttс
Q,
D
11
, (69)
где с
в
= 4,19 кДж/кг
0
С – теплоемкость воды (конденсата);
t
пар
– температура пара (таблица 6),
0
С;
t
ср
– средняя температура воздуха в калориферах (полусумма
температур наружного и подогретого воздуха),
0
С.
Таблица 6 – Температура пара в зависимости от его избыточного давления
Избыточное
давление
пара, мПа
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,50 0,55 0,6 0,7
Температура
пара,
0
С
138,9 143,6 147,9 151,8 155,8 158,8 161,9 165,0 170,4
6 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ
КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
6.1 Общие положения
Исходными данными для расчета являются: годовая
производительность шахты или рудника, глубина рабочего горизонта,
количество сжатого воздуха, технические параметры его потребителей, место
их установки (определяют по плану горных работ) и графики их работы в
течение суток.
При проектировании устанавливают производительность
компрессорной станции, выбирают число компрессоров и их тип, а также
двигатели и пусковую аппаратуру для них, рассчитывают и подбирают
сечение воздухопроводной сети, рассчитывают технико-экономические
показатели.
6.2 Определение производительности компрессорной станции
Производительность компрессорной станции определяется как сумма
расходов сжатого воздуха потребителями в наиболее загруженный период
суток и расхода на утечки воздуха через неплотности в магистральном
воздухопроводе и местах присоединения потребителей.
Производительность компрессорной станции V
КС
, м
3
/мин, можно
определить по формуле /3/
z
i
ПРПРУТiЗiИiПiПOPKC
nVVkkVnkkV
1
....
, (70)
где k
Р
– коэффициент резерва производительности компрессорной станции
на неучтенные потребители (k
Р
= 1,051,1);
k
О
– средневзвешенный коэффициент одновременности работы
потребителей (отношение числа работающих а данный момент потребителей
к общему числу их, которые должны находиться в работе);
i – номер группы однотипных потребителей;
z – число групп однотипных потребителей;
n
П
– число однотипных потребителей;
V
П
– номинальный расход воздуха одним потребителем данной группы
при непрерывной его работе, м
3
/мин (таблица 7);
k
И
– коэффициент, учитывающий увеличение расхода воздуха в связи с
износом потребителей (k
И
= 1,151,2);
k
З
– коэффициент загрузки, учитывающий изменение расхода воздуха
потребителями при отклонении фактической нагрузки от номинальной и при
регулировании (k
З
= 1 – для комбайнов и их лебедок, бурильных и отбойных
молотков, буросбоечных станков; k
З
= 0,25 – для погрузочных машин; k
З
= 0,7
– для вентиляторов местного проветривания; k
З
= 0,8 – для маневровых
лебедок;);
V
УТ
– допустимые утечки через неплотности на 1 км магистрального
трубопровода (V
УТ
= 3 м
3
/мин);
- длина магистральног трубопровода по шахте, км;
V
ПР
– допустимые утечки через неплотности в месте присоединения
одного потребителя к воздухопроводу (V
ПР
= 0,4 м
3
/мин);
n
ПР
– число мест присоединений потребителей.
В среднем утечки воздуха на 1 км воздухопровода без деления их на
утечки в магистральном трубопроводе и в местах присоединения
потребителей можно принимать 45 м
3
/мин.
Таблица 7 – К определению производительности компрессорной станции
Наименование горного оборудования
и механизмов
Паспортное
давление воздуха,
МПа
Расход воздуха
одним
потребителем, м
3
/
мин
Комбайн 0,5 32
Лебедки комбайнов 0,5 16
Отбойные молотки 0,5 1,4
Бурильные молотки 0,5 3,5
Перфоратор ПТ-36 0,5 4,2
Перфоратор ПР-27 0,5 3,6
Минибур 0,6 22,8
Миниматик 0,6 18
Каводрилл 0,6 15
ЖЛХ (буровой станок) 0,6 15
Соло 0,6 12
Бурильная колонковая установка
БКУ-50М, 0,6 12
Колонковая бурильная установка
КБУ-80 0,6 13,2
Самоходный буровой станок ПБУ-
80М 0,5 16,2
Самоходный буровой станок СБУ-
55/85 0,5 30
Бурильная установкаУБШ-208 0,5 30
Маневровая лебедка 0,5 10
Погрузочная машина 0,5 22
Вентилятор местного проветривания 0,5 4,7
Средневзвешенный коэффициент одновременности работы
потребителей определяется в зависимости от средневзвешенного
коэффициента включения работающих потребителей k
В
и общего числа
потребителей n (рисунок 2).
Рисунок 2 – Коэффициент одновременности работы потребителей
сжатого воздуха
Коэффициент включения
z
i
ЗiИiПiПi
z
i
BiЗiИiПiПi
z
i
i
z
i
iСР
B
kkVn
kkkVn
V
V
k
1
1
1
max
1
.
, (71)
Коэффициент включения отдельного потребителя (относительное
машинное время его работы) принимается равным: для комбайнов, их
лебедок и вентиляторов местного проветривания – 1; для бурильных
молотков – 0,65; для буросбоечных станков – 0,5; для породопогрузочных
машин и отбойных молотков – 0,4; для маневровых лебедок – 0,05.
6.3 Выбор типа и числа компрессоров
Выбор производится следующим образом: при производительности
компрессорной станции 200500 м
3
/мин принимают поршневые
компрессоры 4М10-100/8, при 5001000 м
3
/мин – центробежные
компрессоры К-250, при большей производительности – центробежные
компрессоры К-500.
Число резервных компрессоров принимают на 1-2 работающих – 1
резервный, на 4-6 работающих – 2 резервных, на 3 работающих – 1 резервный
при поршневых и 2 резервных при центробежных компрессорах.
6.4 Определение давления сжатого воздуха у компрессорной станции
Давление сжатого воздуха у компрессорной станции Р
К.С
, МПа,
устанавливается как сумма давления у потребителей и потерь давления в
магистральном воздухопроводе и шлангах.
При ориентировочных расчетах
ШМПCK
РРPP
.
, (72)
где Р
П
– избыточное давление у потребителей, принимается равным 0,5 МПа;
Р
М
– средние удельные потери давления в магистральном трубопроводе
(Р
М
= 0,03 МПа/км);
- длина воздухопровода от компрессорной станции до самого
удаленного потребителя, км;
Р
Ш
– суммарные потери давления в шлангах (Р
Ш
= 0,03 МПа).
6.5 Расчет воздухопроводной сети
1. В соответствии со схемой вскрытия месторождения составляют
схему воздухопроводной сети. Точкам разветвления и концевым точкам
воздухопровода присваивают цифровые или буквенные обозначения,
разбивая таким образом схему на отдельные участки.
В курсовой работе использовать схему вскрытия месторождения,
представленную на рисунке 3. На рисунке показаны стволы шахты (глубиной
Н), квершлаги северный (N) и южный (S), разрабатываемые пласты К
3
, К
4
и
К
6
, расстояния между ними. Длины по простиранию до границ шахтного поля
в каждую сторону от квершлага принять по 2500 м (участки 4-а; 4-в; 3-а; 3-в;
5-а и 5-в на рисунке 1.В (приложение В)).
Рисунок 3 – Схема вскрытия месторождения
2. На схему воздухопровода (рисунок 1.В, приложение В) наносят
фактические длины участков
Ф
. Учет сопротивлений в арматуре и фасонных
частях трубопровода производится увеличением фактической длины на 10%,
т.е.
ФP
1.1
.
3. По формуле (70) определяют расходы воздуха на каждом участке и
полученные значения их указывают на схеме.
4.Зная расходы воздуха на участках, по номограмме (рисунок 4,а)
определяют оптимальные диаметры труб d
ОПТ
в зависимости от давления у
компрессоров Р
К.С
и затем выбирают стандартные трубы большего диаметра
d; диаметры труб указывают на схеме.
5. В зависимости от расхода воздуха и давления Р
К.С.
по номограмме
(рисунок 4,б) определяют оптимальные удельные потери давления Р
УД
,
МПа/км, для всех участков сети. Умножением удельных потерь на расчетные
длины участков получают оптимальные потери давления на этих участках,
т.е.
РУДОПТ
РP
(73)
а – оптимальный диаметр труб при Р
К.С.
= 0,7 МПа (1) и Р
К.С
= 0,5 МПа (2);
б – оптимальные удельные потери давления при Р
К.С.
= 0,7 МПа (1), Р
К.С.
= 0,6
МПа (2); Р
К.С.
= 0,5 МПа (3); Р
К.С.
= 0,4 МПа (4)
Рисунок 4 – Номограммы для расчета воздухопровода
6. Для всех участков сети вычисляют скорость движения воздуха
,
м/с, по формуле
СР
d
V
2
0
60
4
, (74)
где
О
– плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м
3
(
О
= 1,293 кг/
м
3
);
V – объемный расход воздуха при нормальных условиях, м
3
/мин.
Можно считать, что средняя плотность сжатого воздуха на всех
участках воздухопровода одинакова и равна
СР
ПСК
СР
СР
СР
ТR
РР
ТR
Р
2
.
, (75)
где Р
К.С
и Р
П
– абсолютные давления соответственно у компрессорной
станции и у потребителей, Па;
Т
СР
– средняя температура воздуха в сети, К; можно считать, что
температура воздуха по всей сети одинакова и равна температуре
окружающего воздуха в выработках; в расчетах принимают Т
СР
= 293 К
(20
0
С);
R – газовая постоянная воздуха, R = 287 Дж/(кгК).
7. Вычисляют потери давления Р, МПа, на всех участках сети по
формуле
6
2
10
2
СР
P
d
P
, (76)
где - коэффициент гидравлического трения (при расчетах шахтных
воздухопроводов принимают = 0,0334);
Р
– расчетная длина участка воздухопровода, м, равная сумме
фактической и эквивалентной длин.
Полученные значения Р наносят на схему. В расчете должно быть
соблюдено условие РР
ОПТ
. При нарушении этого условия следует
принять трубы большего диаметра.
Все полученные результаты по пунктам 2-7 сведите в таблицу 8.
8. Суммируют потери давления на участках сети от компрессора до
самого удаленного потребителя и затем, складывая полученный результат с
давлением потребителей и потерями в шлангах (0,03 МПа), окончательно
устанавливают величину давления воздуха на выходе компрессорной
станции.