Курсовой проект. Основы проектирования горных машин и оборудования - файл n1.doc

Курсовой проект. Основы проектирования горных машин и оборудования
Скачать все файлы (518 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc518kb.12.01.2014 12:53скачать

n1.doc

  1   2



Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный горный университет
Курсовой проект

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ГОРНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ




Выполнил

студент гр. ГМЭ-5-2 Ямщиков В.А.

Проверил

профессор, д.т.н. Тимухин С.А.

Екатеринбург


2007

СОДЕРЖАНИЕ

1. Проектирование главной вентиляторной

установки 4
2. Проектирование водоотливной установки 12
3. Проектирование компрессорной установки 22
Список литературы 32

1. Проектирование главной вентиляторной установки
1.1. Исходные данные

Для условий шахты необходимо рассчитать и выбрать главную вентиляторную установку (ГВУ) отвечающую следующим требованиям:

минимальная депрессия вентиляционной сети Рмин = 100 Па;

максимальная депрессия вентиляционной сети Рмах = 500 Па;

потребность шахты в воздухе Qш = 20 м3/с;

способ проветривания – всасывающий.

1.2. Расчёт требуемой подачи вентилятора

Требуемая подача вентилятора главного проветривания, определяется по формуле [1];

, м3

где – коэффициент, учитывающий 20% запаса подачи вентилятора; – коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные здания и каналы вентилятора. Для оборудованного клетью ствола = 1,25 .

, м3

1.3. Выбор типа вентилятора главного проветривания

По графикам аэродинамических характеристик вентиляторов, выпускаемых машиностроительными заводами для рудников и шахт предприятий горной, угольной и других отраслей промышленности принимаем вентиляторную установку с вентиляторами ВОД-11П.

Аэродинамические сопротивления шахтной вентиляционной сети для начального и конечного периодов эксплуатации вентилятора имеют следующие параметры:

- для минимального значения депрессии:



- для максимального значения депрессии:



Построим характеристику вентиляционной сети для начального и конечного периодов эксплуатации вентилятора. Построение производим по уравнениям:

, Па

Расчёт значений давления по данным уравнениям приведен в таблице:

, м3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pшmin, Па

0

28

111

250

444

694

1000

1361

1778

2250

2778

Pшmax, Па

0

56

222

500

889

1389

2000

2722

3556

4500

5556


Графическим методом определяем режим работы вентилятора главного проветривания (рис.1):



Рис. 1. Режим работы вентилятора главного проветривания

Для первой точки пересечения характеристики и сети: Q=33 м3/с, P=2700 Па, =0,70, для второй точки - Q=34 м3/с, P=2300 Па, =0,65 при частотах вращения рабочего колеса вентилятора 1000 об/мин.

Подача вентилятора регулируется изменением угла установки лопаток рабочего колеса.
1.4. Расчёт и выбор электропривода вентилятора

Номинальная мощность электропривода для наиболее трудного периода проветривания, соответствующего максимальной депрессии шахтной вентиляционной сети:

, кВт

где – подача, статическое давление и к.п.д. вентилятора, соответствующие максимальной депрессии ШВС; - коэффициент запаса мощности электродвигателя (=1,11,2); - к.п.д. приводного двигателя ().

кВт

В качестве привода для вентилятора ВОД-11П принимаем асинхронный электродвигатель типа А103-6 мощностью 160 кВт [5], работающий по схеме асинхронного вентильного каскада.

1.5. Электроснабжение ГВУ

Выбор схемы электроснабжения ГВУ осуществляется в зависимости от основных факторов: места расположения ГВУ, категорийности с точки зрения бесперебойности питания главных вентиляторов, напряжения питания основного привода, вида принятого привода вентилятора.

При установке главного вентилятора на промышленной площадке или крыле шахты категории 1 и 2, сверхкатегорийной и опасной по внезапным выбросам, каждая из вентиляторных установок питается от взаиморезервируемых секций шин распределительного устройства РУ-6(10) кВ главной понизительной подстанции (ГПП). На рис. 5.2 приведена схема питания высоковольтных приводных электродвигателей ГВУ.



Рис. 2. Схема питания высоковольтных приводных электродвигателей ГВУ
Запрещается присоединение к этим линиям каких-либо ответвлений или перемычек. Допускается сооружение на фланге шахты для нужд проветривания подстанции 110(35)/6(10)/0,4 кВ со 100% резервированием при наличии технико-экономического обоснования.

К собственным нуждам ГВУ предъявляются аналогичные требования по бесперебойности питания, т.е. они запитываются двумя кабельными линиями от разных секций шин РУ-0,4 кВ ГПП или любой другой двухтрансформаторной подстанции с запиткой каждого из трансформаторов от разных секций шин РУ-6(10) кВ ГПП.
1.6. Выбор компоновочной схемы ГВУ

Для вентилятора главного проветривания принимается типовая компоновочная схеме ГВУ, разработанной проектным институтом в соответствии с требованиями правил безопасности.

В комплект ГВУ входит два вентиляционных агрегата, нагнетательный канал, двери подводящего и выходного каналов, отсекающая ляда, сопряжение главного канала с вентиляционным стволом, здание вентиляторной установки, аппаратура автоматизации УКАВ-2.

Здание ГВУ выполняется из огнестойких материалов, однопролетные, каркасные, прямоугольного сечения в плане. Обычно здания сооружаются из типовых сборных железобетонных элементов. В зданиях размещается оборудование ГВУ. Для уменьшения занимаемой площади в зданиях устраиваются внутренние балконы для размещения части электрооборудования и аппаратуры автоматизации, а также подвалы для размещения маслостанции. В стенах предусматриваются монтажные проемы для прохода электродви­гателей и крупных узлов вентиляторов, а в верхней части - грузо­подъемные краны или тали. Здание оборудуется крышными вентиляторами для нагнетательной вентиляции, которые включаются при остановке обоих вентиляторов во избежание проникновения в зда­ние загазованного воздуха. Все фундаменты выполняются на месте, монолитными железобетонными из качественного бетона.

Вентиляционные каналы, кроме обводного, располагаются ниже уровня земли, а обводные - выше блокируются с главным каналом. Каналы прямоугольного или квадратною сечения, мо­нолитные железобетонные, редко - металлические сборные. Для удаления конденсата каналы прокладываются с уклоном не менее 0,01 в сторону ствола.

Для осмотра и очистки, а также контрольных измерений рас­хода воздуха в каналы имеется ход с поверхности в виде верти­кального колодца со скобами, сообщаемый в нижней части через дверь (люк) со всасывающим каналом, верхнее отверстие колодца перекрыто съемной крышкой. В целях безопасности перед сопряже­нием канала со стволом, а также перед вентилятором должны устанавливаться ограждающие решетки высотой не менее 1,5 м.
1.7. Выбор типа сопряжения воздухоподводящего канала со стволом шахты

Выбранный тип сопряжения канала со стволом шахты должен обеспечивать наименьшие потери давления в данном входном элементе ГВУ и как можно более равномерное поле скоростей в воздухопроводящем канале.

Для ствола, не предназначенного для подъема, принимаем более рациональный тип сопряжения – поворотное колено со скруглениями внешними и внутренними кромками.



Рис. 3. Поворотное колено
После выбора типа сопряжения по графической зависимости определяют минимально допустимую, с точки зрения получения на входе в вентилятор равномерной структуры потока, длину воздухоподводящего канала. При этом коэффициент неравномерности воздушного потока:



где МАКС =15 м/с –максимальная скорость в сечении канала;

СР =МАКС/=10/1,25=8м/с – средняя скорости в сечении канала.

Геометрическая длина воздухоподводящего канала:

, м

где - относительная длина канала, м;

Dr – гидравлический диаметр канала (приближенно может быть принят равным диаметру рабочего колеса вентилятора), м, Dr = 1100 мм = 1,10 м.

м

Так как допустимая длина канала по ПБ не должна быть меньше 15 м, то принимаем м.

Для практических расчетов на кафедре Горной механики разработаны номограммы для определения оптимальной скорости ОПТ , м/с в каналах ГВУ.

При следующих параметрах: lк=15м, QV=330 и по монограмме определим оптимальную скорость в каналах ГВУ ОПТ = 17 м/с

где - КПД вентиляторного агрегата.

По оптимальной скорости воздуха определим площадь поперечного сечения главного и реверсивного каналов FК по формуле:

, м2

где QV – требуемая подача ВГП, м3/с.

м2

Принимаем квадратную форму поперечного сечения каналов, которая обеспечивает наименьшие аэродинамические сопротивления из всех прямоугольников.

Угол разветвления тройника каналов принимаем 40 градусов.

1.8. Расчёт среднегодового расхода электроэнергии и удельного энергосбережения вентиляторной установки

Среднегодовой расход электроэнергии по ГВУ определяется по формуле:



где QСР , РSVср , ?Sср – среднее значение подачи, м3/с; статического давления, Па; статического КПД вентилятора за весь срок его службы (принимается по графику аэродинамической характеристики вентилятора, совмещенному с характеристиками вентиляционных сетей); Т – число часов работы вентилятора в году (Т=8760 ч); ?ПР – КПД электродвигателя, ?ПР =0,948; ?С – КПД электрической сети (в зависимости от удаления ГВУ от подстанции и рабочего напряжения принимают равным 0,95…0,98); ?Р – КПД регулирования (принимают равным 0,8…0,9).



1.9. Выбор аппаратуры автоматизации и контроля

Для контроля нормальной работы ГВУ комплектуются унифицированной аппаратурой автома­тизации, разработанной институтами Гипроуглеавтоматизация и Донгипроуглемаш совместно с Харьковским электромеханическим заводом (ХЭМЗ). Комплект этой аппаратуры с условным наимено­ванием УКАВ-2 (или его модификации УКАВ-2М и УКАВ-22) вклю­чает 13 станций и один пульт управления, конструктивно выпол­ненные в виде вертикальных шкафов управления нормального ис­полнения одностороннего или двустороннего обслуживания серии ШГС. Климатическое исполнение У и ХЛ, категория размещения 4 - для работы при окружающей температуре от +5 до +35 °С. На­пряжение питания цепей управления 220 В с частотой 50 Гц.

Аппаратура изготовляется в исполнении общего назначения, питается от сети переменного тока напряжением 380 или 220 В.

Устройство УАВШ предназначено для автоматизации ГВУ и обеспечивает управление и контроль реверсивных и нереверсив­ных вентиляторов главного проветривания угольных шахт с высо­ко или низковольтным электроприводом. Аппаратура выпускается в двух модификациях в зависимости от удаленности диспетчерско­го пункта от вентилятора: модификация I - до 10 км, II - до 2 км.

1.10. Правила безопасности при проектировании и эксплуатации вентиляторной установки

Вентиляторные установки должны быть расположены на поверхности земли у устья герметически закрытых шахт, штолен. Способ прроветивания может быть нагнетательным, всасывающим или нагнетательно-всасывающим.

Вентиляторные каналы установок должны осматриваться не реже одного раза в месяц и периодически очищаться и иметь ход с поверхности.

Вентиляционные устройства (двери, перемычки, шлюзы, кроссинги, регуляторы и др.) должны обеспечивать максимальную герметичность при любых режимах проветривания. Их конструкция должна исключать возможность разгерметизации и короткого замыкания вентиляционных струй. В выработках, соединяющих воздухоподающие и вентиляционные стволы, должны устанавливаться каменные, бетонные или другие перемычки, выполненные из негорючих материалов.

Каждая вентиляторная установка должна оборудоваться аппаратурой дистанционного управления и контроля, предусмотренной типовым проектом. Вентиляторные установки, необорудованные аппаратурой дистанционного управления и контроля, должны обслуживаться машинистом.

Подземные выработки должны проветриваться только непрерывно действующими вентиляторами главного проветривания и вспомогательными вентиляторами главного проветривания, установленными на поверхности или по проекту, согласованному с Госгортехнадзором

ГВУ должны быть оборудованы реверсивными устройствами, позволяющими производить не более чем за 10 мин изменение направления вентиляционной струи поступающей в выработки, при чём количество воздуха, проходящего по выработкам после реверсирования должно составлять не менее 60% от расхода воздуха, проходящего по ним в нормальном режиме.

ГВУ всех шахт должны иметь две независимые электросиловые линии от электроподстанции или электростанции, одна из которых является резервной.

Разрешается применять электрооборудование в нормальном исполнении для вентиляторных установок на поверхности шахт опасных по газу и пыли, при условии обеспечения герметичности диффузора и примыкающего к нему каналу в случае расположения их в электромашинном отделении. Здание ГВУ должно иметь постоянное и резервное освещение, при автоматизированном (диспетчерском) управлении оно должно быть закрыто.
2. Проектирование водоотливной установки
2.1 Исходные данные для проектирования водоотливной установки.

Нормальный приток воды на горизонте QH = 50 м3/час.

Максимальный приток воды на горизонте Qmax= 250 м3/час.

Водородный показатель Нр=5.

Глубина водоотливного горизонта Нг=150 м.
5.2.2 Предварительный выбор насоса.

Требуемая подача насоса:



Ориентировочный напор насоса Н' определяется геодези­ческой высотой подачи воды:



В связи с тем, что максимальный приток составляет 250 м3/ч, то принимаем насос с большей производительностью. По каталогам принимаем насос типа ЦНСК 180-170 со следующими характеристиками:

Напор, м

170

Мощность, кВт

132

Допустимая высота всасывания, м

4,5

Подача насоса в пределах рабочей характеристики, м3

130-220

Масса, кг

855

Напор создаваемый одним колесом при номинальной производительности, м

43

КПД, %

0,70

Необходимое число рабочих ко­лес



Принимаем 4 рабочих колеса.

Выбранный насос проверяется на устойчивость работы



где: Н0 - напор выбранного насоса при нулевой подаче, м.

Для секционных насосов:



где: НКО - напор на одно колесо при нулевой подаче, м.



Условие выполняется.

2.3. Определение параметров трубопроводов

Расчет трубопроводов проводится для всасывающего и на­гнетательного участков и заключается в определении их диа­метров, толщины стенок, длин отдельных участков, скорости движения воды, потерь давления на участках и в местных со­противлениях. Расчет проводится для наибо­лее удаленного насоса. Трубопроводы обязательно снабжаются обратными клапанами, первый распо­лагается сразу после насоса, остальные через 150-200 м по вертикали.

Нагнетательный трубопровод.

Внутренний диаметр нагнетательного трубопровода dH оп­ределяется по формуле:



где: QH- номинальная подача насос, м3/ч;

VH -движения воды в нагнетательном ставе, реко­мендуется принимать Vн = 1,5 -2,5, м/с.

Принимаем стандартный трубопровод: внутренний диаметр 198 мм, наружный диаметр 205 мм, толщина стенки 7 мм.

Определяется фактическая скорость движения воды в ста­ве:



Толщина стенки трубопровода определяется его прочно­стью и давлением воды в ставе и рассчитывается по формуле:



где: Р - расчетное давление в трубопроводе, МПа, опреде­ляется расчетным давлением при испытании трубопровода



где: рабочее давление в трубопроводе

?доп - допускаемое напряжение металла трубопровода, для Сталь 20:



Всасывающий трубопровод.

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода dВС оп­ределяется по формуле:



где: Vвс –скорость движения воды во всасывающем ставе, реко­мендуется принимать Vвс = 1,5 м/с.

Принимаем стандартный трубопровод: внутренний диаметр 345 мм, наружный диаметр 377 мм, толщина стенки 16 мм.



Рис. 4. Расчетная схема трубопровода.

Определяется фактическая скорость движения воды в ста­ве:



Потери в трубопроводе ?Н определяются в соответствии с расчетной схемой (рис.4) по формуле:



где: n - количество однотипных фасонных частей трубопро­вода;

? - коэффициент сопротивления i -ой фасонной части;



? - коэффициент гидравлического трения:







L - фактическая длина соответственно всасывающего и нагнетательного трубопровода, м;

d ст - стандартный внутренний диаметр соответственно вса­сывающего и нагнетательного трубопровода, м;

Vф - фактическая скорость движения воды, соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, м/с.





Таким образом, минимально необходимый действительный напор насоса Нм будет равен:

2.4. Определение действительного режима водоотливной установки

Уравнение характеристики сети трубопровода для точки режима работы насоса:



где Rтр - суммарный коэффициент сопротивления сети тру­бопровода:.



По данному уравнению рассчитаем и построим характеристику водоотливной сети. Расчет сведен в таблицу.

Таблица 3.

Q, м3

0

50

100

125

150

175

200

225

H, м

150

151

153

155

157

160

173

186

Наложив характеристику сети трубопроводов на характеристику насоса определяем фактический режим работы насоса (рис.5).



Рис.5. Режим работы насоса.

Режим работы насоса: Qф = 180 м3/ч, Нф = 160 м, ?ф = 0,75.

Qф > Qmin ; Нф > Нтреб > Нм и ?ф > 0,9 ?мах значит выбранный насос удовлетворяет заданным условиям эксплуатации.

2.5. Расчет необходимой мощности и выбор типа привода.

Мощность электродвигателя на валу определяется по формуле:



По мощности и паспортной частоте вращения вала насоса (n = 1475 мин-1) выбираем двигатель ВАО2280S-4 мощностью 132 кВт, с синхронной частотой вращения 1500 мин -1 и напряжением питания 380 В.

2.6. Определение технико-экономических показателей насосной установки.

Годовой расход электроэнергии Ег определяется по формуле:



где kс = 1,05, коэффициент, учитывающий расход электроэнергии на освещение насосной камеры, сушку электродвигателей и др;

?дв = 0,87 – КПД электродвигателя по паспорту;

?с = 0,95 – КПД электрической сети;

kн = 1, kм = 1 – соответственно количество насосов, работающих при откачке нормального и максимального притоков;

Тн, Тм – соответственно число часов работы насосов по откачке нормального и максимального притоков;

Nн = 245, Nм = 120 – соответственно число рабочих суток в году по откачке нормального и максимального притоков.

Действительное число часов работы насоса по откачке нормального притока



Условие Тн < 20 часов выполняется.



Условие Тм < 24 часов не выполняется, поэтому предусматриваем включение резервного агрегата на откачку максимального притока.



Годовой расход электроэнергии



Удельный расход электроэнергии на водоотлив:



2.7. Выбор аппаратуры контроля и управления насосными установками.

Для контроля и управления насосными установками можно использовать комплект аппаратуры УАВ, так как он позволяет управлять работой насосной установки с числом насосов до 6 с высоковольтными асинхронными двигателями с короткозамкнутыми роторами.

Комплект аппаратуры УАВ обеспечивает:

автоматическое управление насосами по уровню воды в водосборниках;

ручное управление насосами во время ремонтных работ;

возможность пуска и останова насосных агрегатов с диспетчерского пульта независимо от уровня воды в водосборнике;

автоматическое отключение насоса при достижении водой нижнего уровня;

различные виды защит.

2.8. Очистка шахтных вод и водосборников.

Одним из способов снижения затрат по очистке водосборников является уменьшение их заиливания. Для этой цели применяют предварительные отстойники, которые представляют собой бассейны, имеющие форму усеченной пирамиды. В предварительном отстойнике осаждается значительная часть твердых частиц, так как в длину он не превышает 10…15 метров. Предварительные отстойники проектируются для осаждения частиц размером 0,1 мм и более, так как они представляют наибольшую опасность для насосов. Осаждение частиц размером более 0,1 мм происходит при скорости движения воды в отстойнике Vсо не более 100 мм/с. Задавшись шириной отстойника В = 3 метра, определим его остальные размеры.



где h – глубина проточного слоя, равная глубине уровня воды в подводящей канавке.

Определим длину L0 предварительного отстойника:



где ?0 – гидравлическая крупность частиц размером 0,1…0,2 мм, которую можно принять равной 9,6 мм/с;

? – коэффициент, учитывающий наличие в гидросмеси частиц различной крупности, можно принять равным 1,4;

? – вертикальная составляющая скорости, равная 0,01Vсо.

Объем нижней части отстойника Wн определяется по количеству твердого, выпадающего из воды в течении суток:



где qт – коэффициент объемной концентрации твердого в шахтной воде, который можно принять равным 0,003.

2.9. Требования правил безопасности к насосным установкам.

Установка главного водоотлива должна оборудоваться насосами, общая производительность которых в три раза больше максимального суточного притока воды и иметь три группы насосных установок: в работе, в резерве и ремонте. Рабочие насосы, установленные в камере главного водоотлива, должны обеспечивать откачку воды максимального суточного притока за 20 часов.

Установка главного водоотлива должна оборудоваться двумя напорными трубопроводами (ставами), один из которых является резервным.

Емкость водосборника главного водоотлива должна быть рассчитана не менее чем на 4 часовой нормальный приток.

Насосная камера главного водоотлива должна быть расположена около шахтного ствола и соединятся с ним ходком, который выводится в ствол на высоте не ниже 7 м от уровня пола насосной камеры и с околоствольным ходком, который должен герметически закрываться.

Установка главного водоотлива запитывается от двухцепной ЛЭП (потребитель 1 категории).

  1   2
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации