Соловьев В.С., Смородин А.С. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

В.С.СОЛОВЬЕВ, А.С.СМОРОДИН

СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

И УСТАНОВКИ

Учебное пособие

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2002

УДК7681.637+7621.65:622.012.2(075.80)

ББК 39,9 7

7С602

Изложены теория, физические основы работы, эксплуатации, выбора и

проектирования шахтных вентиляторных, водоотливных и пневматических

установок. Приведены классификация, принципы действия, устройство и

особенности работы шахтных стационарных установок.

Пособие предназначено для студентов специальности 170100 «Горные

машины и оборудование» и 180400 «Электропривод и автоматика промышленных

установок и технологических комплексов».

Научный редактор проф. Б.С.Маховиков

Рецензенты: кафедра машиноведения и машиностроения Северо-

Западного государственного заочного технического ун-та; В.К.Кожин (ОАО

«СПбГипрошахт»).

СоловьевВ.С.

С602. Стационарные машины и установки: Учеб. пособие7/7В.С.Соловьев,

А.С.Смородин; Санкт-Петербургский государственный горный институт

(технический университет). СПб, 2002. 887с.

ISBN75-94211-084-0.

УДК[621.63+621.65]:622.012.2 (075.80)

ББК39.9

ISBN75-94211-084-0  7Санкт-Петербургский горный

институт7им.7Г.В.Плеханова, 20027г.

ВВЕДЕНИЕ

Из большого и сложного разнообразия электромеханического

оборудования современного горного предприятия особое место

занимают горно-шахтные стационарные установки, в частности,

водоотливные, вентиляторные и пневматические.

Увеличение размеров горных предприятий, переход к

разработке более глубоких горизонтов, развитие комплексной

механизации и автоматизации технологических процессов горного

дела обуславливают непрерывный рост мощности шахтных

вентиляторов, насосных и компрессорных агрегатов.

Шахтные водоотливные установки служат для удаления воды,

поступающей в выработки при разработке подземных месторождений.

Притоки воды зависят от горно-геологических условий, времени года,

способа разработки и колеблются в широких пределах от 1 до 367т

воды на каждую тонну добываемого полезного ископаемого. Глубины,

из которых откачивается вода, достигают порой 15007м и более [3].

Разработка подземным способом, особенно на больших

глубинах, сопровождается выделением газов, вредных для дыхания

людей и взрывоопасных по составу. Количество свежего воздуха,

необходимого для проветривания выработок, рассчитывают по числу

людей в шахте, выделению метана, углекислого газа и др. В угольных

шахтах на каждую тонну угля необходимо подавать от 5 до 157т

воздуха при давлении от 500 до 700 [3]. Воздух в шахту подается

непрерывно. По Правилам безопасности главная вентиляторная

установка не должна останавливаться более 107мин и быть

высоконадежной.

На шахтах СНГ установлено более 307тыс. электронасосных

агрегатов общей мощностью более 27млн7кВт, потребляющих

ежегодно свыше 67млрд7кВтч электроэнергии. В эксплуатации

находится более 2000 главных и вспомогательных вентиляторов,

потребляющих ежегодно свыше 57млрд7кВтч электроэнергии [3].

Применение пневматической энергии в горной

промышленности обусловлено большей безопасностью по

сравнению с электрической, особенно на шахтах с пластами крутого

падения и внезапными выбросами угля и газа.

На рудниках при бурении крепких пород сжатый воздух

часто является единственным видом энергии, несмотря на низкий

КПД пневматических сетей. Пневматические установки являются

весьма энергоемкими и сложными по обслуживанию.

Стационарные установки всегда были и остаются главными

потребителями электрической энергии на шахте. Расход

электроэнергии ими составляет 50-807% общешахтного потребления

всего электромеханического оборудования [4]. Поэтому задача

дальнейшего подъема эксплуатационной экономичности горно-

шахтных стационарных агрегатов является весьма актуальной. Для

решения этой задачи горным инженерам необходимо повышать

технический уровень установок, в частности, их КПД,

совершенствовать системы регулирования и привода, улучшать

технологические схемы установок и системы автоматизации их

работы, решать вопросы увеличения сроков непрерывной работы

агрегатов без текущего и капитального ремонтов.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ,

ВОДООТЛИВНЫХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

1.1. Основные элементы шахтных стационарных установок

Вентиляторная установка (рис.1) состоит из вентилятора 5,

воздухопровода (комплекс подземных выработок 1, шахтные стволы

2 и 6, вентиляционный канал 3) и двигателя 4. Воздух перемещается

под действием разности давлений – атмосферного и в канале73 перед

вентилятором. Ввиду малого перепада давлений воздух в теории

вентиляторных установок рассматривается как несжимаемое текучее.

Шахтная водоотливная установка (рис.2) состоит из насоса 3 с

электродвигателем 4, всасывающего 1 и напорного 2 трубопроводов.

Принцип работы аналогичен вентиляторной установке, так как в ней

также происходит истечение несжимаемой жидкости в атмосферу.

Рис.2. Схема шахтной водоотливной установки

Рис.1. Схема шахтной вентиляторной установки

Пневматическая установка (рис.3) состоит из компрессора72

с двигателем73, воздухопроводов75, потребителей сжатого воздуха 6

(перфораторы, пневмодвигатели и др.) и вспомогательного

оборудования: воздушного фильтра 1, воздухосборника 4,

охладителей воздуха77, воды и др.

Отличительной особенностью компрессорных установок

является наличие потребителей пневмоэнергии и сжимаемость

транспортируемого текучего.

1.2. Классификация машин

для транспортирования текучего

Для того, чтобы любое текучее могло перемещаться с

преодолением высоты, противодавления и сопротивлений движению,

оно должно обладать запасом энергии, равной сумме работ на

Рис.3. Схема рудничной компрессорной установки

подъем, преодоление противодавления, сопротивление движению и

на создание кинетической энергии.

Генератором для создания запаса энергии являются

специальные машины, которые разделяются по давлению и

принципу работы [3].

1.7По степени повышения давления 77



(где



–

конечное и атмосферное давления):

7при 771,1 – вентиляторы; вентилятор, работающий с

превышением давления над атмосферным, называется

нагнетательным, а с давлением меньше атмосферного –

всасывающим;

7при 1,177773 – воздуходувки;

7при 773 – компресоры; обычно для шахтных

компрессоров 7=79-12;

7при 7780 – насосы.

2.7По принципу транспортирования текучего:

7лопастные – центробежные и осевые турбомашины,

вихревые насосы;

7объемные – поршневые и ротационные машины (с

пластинчатым или винтовым ротором);

7струйные – гидроэлеваторы, эжекторы и инжекторы, в

которых запас энергии в транспортируемом текучем создается

смешением его с другим, рабочим текучим, обладающим значительно

большей энергией.

3.7Особый класс устройств представляют собой эрлифты, в

которых текучее перемещается с одного уровня на другой за счет

работы расширения сжатого воздуха.

1.3.Конструктивные схемы машин

для транспортирования текучего

Лопастные машины представлены тремя основными

группами – центробежными, осевыми и вихревыми.

Широкое применение в горной промышленности лопастные

машины получили за счет простоты конструкции, компактности,

высокого КПД и удобства комбинирования с приводом от

электродвигателя.

Схема центробежной машины представлена на рис.4. Она

состоит из рабочего колеса 3 с лопатками 1, закрепленного на валу 5,

подводящего устройства 2, спирального улиткообразного отводящего

устройства 4 и диффузора 6.

При вращении рабочего колеса текучее, находящееся в

межлопастном пространстве, под действием лопастей приходит во

вращательное движение. Перемещаясь под действием центробежной

силы, текучее получает приращение полной энергии (суммы

потенциальной и кинетической энергии) и поступает в

спиралевидный отвод, в котором кинетическая энергия потока

частично преобразуется в потенциальную (статический напор,

давление), а в диффузоре статический напор еще более возрастает.

За счет резкого перепада давлений на выходе и входе с колеса в его

центре создается разряжение и поток текучего непрерывного

подается к колесу.

В осевой машине (рис.5) поток текучего параллелен оси

вращения рабочего колеса, насаженного на вал 5 и вращаемого в

цилиндрическом кожухе 6. Рабочее колесо осевой турбомашины

состоит из втулки 1 с закрепленными на ней под углом лопатками 2 .

Плавный подвод потока текучего к рабочему колесу обеспечивается

с помощью коллектора 3 и переднего обтекателя 4. Для

Рис.4. Схема центробежной машины

раскручивания потока за рабочим колесом устанавливается

спрямляющий аппарат 8. Выход из осевой машины заканчивается

кольцевым диффузором 7.

Назначение отводящего устройства 7 и 8 – собрать поток,

выходящий с большой скоростью из рабочего колеса, преобразовать

его кинетическую энергию в потенциальную энергию давления и

отвести текучее к нагнетательному патрубку.

В горной промышленности осевые турбомашины

применяются в основном в качестве вентиляторов. Для получения

больших конечных напоров используют многоступенчатые и осевые

турбомашины.

Схема и способ действия вихревой машины поясняются на

рис.6. Текучее поступает через патрубок 1 на периферию рабочего

колеса с лопатками 2 и, получая от

них энергию при движении по

концентрическому каналу 3,

отводится в напорный патрубок 4.

Характерной особенностью

вихревого колеса является подвод и

отвод текучего на периферии

рабочего колеса.

Рис.5. Схема осевой турбомашины

Рис.6. Схема вихревой машины