Файл: Курсовой проект (направление подготовки 21. 05. 04 Горное дело специализация Горные машины и оборудование).docx

ВВЕДЕНИЕ 3

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 4

1.РАСЧЕТ НАСОСНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ 6

Минимальная подача: 6

Выбор труб и водоотливной арматуры 7

Внутренний диаметр труб 8

Определение характеристики сети 9

Нахождение рабочей точки насосной установки 11

Годовой расход электроэнергии на водоотлив 12

Расчет проходческой вентиляторной установки 14

Расчет пневматической установки горноразведочных работ 16

Список литературы: 25

ВВЕДЕНИЕ

Среди установок, от которых зависит надёжность, безопасность и эффективность работы горного предприятия, одно из главных мест принадлежит стационарным машинам и установкам.

Они характеризуются сложностью конструкций и большой энергоёмкостью (на их долю приходится до 70% всей потребляемой на горном предприятии энергии) и представляют собой комплексы механического оборудования, предназначенного для подъёма полезного ископаемого и пустых пород на поверхность, подъёма и спуска людей, материалов, оборудования (подъёмные установки); осушения месторождений полезных ископаемых и откачки воды из горных выработок на поверхность (водоотливные установки); искусственного проветривания горных выработок и создания нормальных атмосферных условий на горном предприятии (вентиляторные установки); получения пневматической энергии – энергии сжатого воздуха, используемой при работе горных комбайнов, отбойных и бурильных молотков, лебёдок, вентиляторов местного проветривания, участковых насосов и др. (компрессорные установки).

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тематика курсового проектирования предусматривает выбор оборудования для насосных, вентиляторных и пневматических установок, определение оптимальных режимов работы машин в заданных горно-геологических условиях и повышения их эксплуатационной надежности.

Исходные данные

Для насосной водоотливной установки

Общие данные	Насосы
H, м	,	,	м	м	м	Местные сопротивления на участке
						1	2	3

где,

- нормальный приток в водосборник системы главного водоотлива,

;

- максимальный приток в весенне-осенний период,

;

H

- высота, на которую необходимо откачать воду (обычно равна глубине шахты), м.

Для проходческой вентиляторной установки

- длина тупиковой выработки – L=300 м;

- сечение выработки – S=7,5

;

- расход ВВ за 1 цикл – А=34 кг;

- время проветривания выработки – t = 30 мин.;

- количество человек, работающих в забое – m=3 чел.

Для пневматической установки для горно-разведочных работ

Длина трубопроводов: АВ=0,8 км; ВС=1,3 км; СЕ=0,95 км; СD=1,1 км; ВF=1 км; FК=1,85 км; FJ=1,75 км.

Количество потребителей в пунктах потребления: K – НКР = 2;

D – ППН = 5; J – ПТ = 5; E – ПР = 4.

1.РАСЧЕТ НАСОСНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

Схема водоотливной установки приведена на рис.1.

рис. 1. Схема трубопроводов к расчету насосной установки

где, I - всасывающий участок трубопровода; II - участок трубопровода с арматурой в насосной камере; III - участок трубопровода в наклонном ходке, стволе шахты и на поверхности; 1 - клапан приемный; 2 - сетка; 3 - колено сварное составное; 4 - переходник; 5 - задвижка; 6 - обратный клапан; 7 - тройник; l1 – l3 - длины участков трубопроводов.

Минимальная подача:

Q_MIN = 24Q^H_ПР/20= =192, м³/ч

Q^H_ПР– нормальный приток в водосборник системы главного водоотлива, м³/ч;

Ориентировочный напор насоса:

H' = H_Ш/η= м

360 м

где η- к.п.д. трубопровода, обычные пределы изменения - 0,9 - 0,95.

Определение марки насоса:

В приложении 2. Стр. 97 На графике насосов ЦНС ставим точку с координатами Q_MIN и H' на график рабочих зон характеристик насосов. Эта точка попадает под значеия ЦНС 180-85...425

Из справочной литературы выписываем основные характеристики выбранного насоса ЦНС:

напор на одного колесо Нк = 42,5 м
напор на одно колесо при нулевой подаче Н_К⁰ = 47,5 м;
номинальное значение к.п.д. η_Н= 0,7
предельно допустимая высота всасывания h_доп.^вс= 5 м.

Число рабочих колес насоса

Z = H'/Н_К=

Напор насоса при нулевой подаче:

Н₀ = ZН_К⁰=9 *47,5=427,5 м

Проверяем выбранный насос на устойчивость рабочего режима. Рабочий режим считается устойчивым, если выполнено условие:

Н_Ш< 0,95 Н₀=0,95⋅427,5

340 < 406,125

Рабочий режим устойчивый

Выбор труб и водоотливной арматуры

Первый участок - всасывающий трубопровод

Определим его внутренний диаметр, исходя из экономически выгодной скорости воды

d_ВН1 = (4Q_MIN/3600πυ_ТР1)^1/2= =0,274м

где υ_ТР1- скорость воды во всасывающем трубопроводе.

По ГОСТ 8732-78 принимаем трубы с внутренним диаметром
d_ВН1 =299 мм, толщиной стенки 10, 20, 50мм.

Второй участок - нагнетательный трубопровод в насосной камере и трубном ходке.

Внутренний диаметр труб

d_ВН2 = (4Q_MIN/3600πυ_ТР2)^1/2= =0,2126 м

где υ_ТР2 - скорость воды в нагнетательном трубопроводе.

По ГОСТ 8732-78 принимаем трубы с d_ВН2 =219 мм, толщина стенки 10,20,50мм

ГОСТ 8732-78 Бесшовные горячедеформированные

Н_н = Нк * Z = 382,5

Расчетное давление в трубопроводе

Р_р= 1,25 * ρ * Н_н* 10^-6 = 1,25 * 1020 * 9,8 * 382,5 * 10^-6 = 4,77 Мпа

Расчетная толщина стенки трубы из условия прочности δ

₀(мм):

δ₀= 1000 * Р_р * d_{и(м) /}0,8*σ_вр= 1000 * 4,77 * 0,299/ 0,8 * 350 = 5,09 мм

В напоре:

δ₀= 1000 * 4,77 * 0,219 / 0,8 * 350 = 3,73 мм

Толщина стенки трубы с учетом ее срока службы δ_т(мм):

δ_{т =} (α_н+ α_{в) Тр} = (0,15+0,4) * 10 = 5,5 мм
Т_р = 1 * 10 = 10 лет.

Трубопровод в стволе со свежим воздухом или в любом стволе:

α₁= 0,15 мм /год

Кислотная вода при рН = 5 – 6

α₂= 0,4 мм/год

Расчетная толщина стенки трубы δ (мм).

δ₁= 100*(δ₀+ δ_т) / (100-К_д)
δ₁= 100*(5,09+ 5,5) / (100-15)= 12,4 мм

По таблице П4.2 стр. 117 толщина по указанному диапазону составляет 13 мм.

δ₂= 100*(3,73+ 5,5) / (100-15)= 10,85 мм

По таблице П4.2 стр. 117 толщина по указанному диапазону составляет 11 мм.

Определение характеристики сети

Характеристика внешней сети водоотливной установки имеет вид:
Рис.1 Графическая характеристика работы насоса

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Q^2

400

1600

3600

6400

10000

14400

19600

25600

32400

40000

48400

57600

67600

RQ^2

4E-14

2E-13

4E-13

7E-13

1E-12

2E-12

3E-12

4E-12

5E-12

6E-12

7E-12

340

Нс (Насос)

429,75

438,75

447,75

439,65

430,65

427,5

414

405

382,5

351

324

279

243

47,75

48,75

49,75

48,85

47,85

47,5

42,5

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,625

0,65

0,635

0,625

0,6

0,535

Нв доп

0,55

0,5

0,425

0,4

0,3

0,2

0,1

Определение характеристики сети водоотливной установки имеет вид:

Н_с = Н_ш+RQ²где R = R₁ + R₂ + R₃

R = 3,91272*10^-18+ 6,40301*10^-17+3,94708*10^-17 = 1,07414*10^-16

1 участок:

R₁ = A_ДЛ1l₁ + A_МЕС1∑ξ₁=7.7446⋅10^-24⋅15+7.9849⋅10^-19⋅4,9

=3,91272*10^-18

где A_ДЛ1 - коэффициент сопротивления по длине трубопровода

A_ДЛ1 = 8λ₁/(3600²π²gd_ВН1⁵)= =7.7446⋅10^-24
λ₁ = 0,0195/(d_ВН1)^1/3= =0,0029
A_МЕС1 = 8/(3600²π²gd_ВН1⁴)= =7.9849⋅10^-19

∑ξ₁=3,7+0,6*2 = 4,9 (согл. Стр. 143 Dy = 300).

участок:

R₂=A_ДЛ2l₂+A_МЕС2∑ξ₂=7.72318⋅10^-20⋅340+2,7773⋅10^-18⋅13,6

=6,40301*10^-17

где A_ДЛ2 - коэффициент сопротивления по длине трубопровода

A_ДЛ2 = 8λ₂/(3600²π²gd_ВН2⁵)= =7.72318*10^-20
λ₂ = 0,0195/(d_ВН2)^1/3= =6,09
A_МЕС2= 8/(3600²π²gd_ВН2⁴)= =2,7773⋅10^-18

∑ξ₁=0,6*3+1,5+0,3+10=13,6 (согл. Стр. 143 Dy = 300).

3 участок:

R₃=1,1A_ДЛ3l₃+A_МЕС3∑ξ₃=1,1*7.72318⋅10^-20⋅190+2,7773⋅10^-18⋅8,4

=3,94708*10^-17

где A_ДЛ3 - коэффициент сопротивления по длине трубопровода

A_ДЛ3 = A_ДЛ2 =8λ₂/(3600²π²gd_ВН2⁵)= =7.72318*10^-20
A_МЕС3= A_МЕС2= 8/(3600²π²gd_ВН2⁴)= =2,7773⋅10^-18

∑ξ₃=0,6*4+1,5*4=8,4 (согл. Стр. 143 Dy = 300).

Нахождение рабочей точки насосной установки

На графике в одном масштабе строится действительная характеристика насоса для n рабочих колес и характеристика сети H_C, рис. 1. Рабочая точка является точкой пересечения характеристики сети и индивидуальной напорной

характеристики насоса (точка А).

Получена точка с координатами:

Q_P= 203 м³/ч

H_P= 351 м

η_P = 0,7

h^ВС= 4,8

Действительная высота всасывания:

h^ВС_ДЕЙ = h^ВС + R₁Q_Р²=4,8 +3,91272⋅10^-18⋅203²=4,8 м

Необходимо выполнение условия:

h^ВС_ДЕЙ<Н^ВС_ДОП

4,8 <5

всасывание будет проходить без кавитации.

Расчетная мощность электродвигателя

N_P = kQ_PH_Pρg/3600*1000η_P =

= 305,115 кВт

где k = 1,1 – коэффициент запаса; ρ =1000– плотность воды.

Принимаем к установке электродвигатель ВАО2 – 450А-4 мощностью N_ДВ =320 кВт; η_ДВ = 0,921; n =1500 об/мин; Электродвигатель взял из учебного пособия Л.Г. Абрамова Стационарные машины Расчет водоотливных установок ГП.

Время работы насосов в сутки при откачке нормального и максимального при-

токов

Т_Н = 24Q^H_ПР/Q_P= 24*160/203=18,916 ч

Т_MAX = 24Q^MAX_ПР/Q_P= 24*210/203= 24,827 ч

Годовой расход электроэнергии на водоотлив

Е = к_ЭN_ДВ(305Т_Н + 60Т_MAX)/kη_ДВη_С = 1,05*320*(305*18,916+ 60*24,827)/1,1 *0,921*0,96 = 2,5078*10⁶ кВт*ч

где к_Э = 1,05 – коэффициент дополнительных затрат энергии; η_С = 0,96 – к.п.д. сети

Расход электроэнергии на 1 м³ откаченной воды

е = к_ЭN_ДВ/Q_Pη_ДВη_С= 1,05*315/203*0,94*0,96= 1,80553 кВт ч/м³

Расчет проходческой вентиляторной установки

Исходные данные:

длина тупиковой выработки – L=300, м; сечение выработки – S=7,5, м2; расход ВВ за 1 цикл – А = 34, кг; время проветривания выработки – t = 30 мин; в забое работают m = 3 человек.

Определение необходимого количества воздуха на забое (QЗ).

Количество воздуха по числу людей, одновременно работающих в забое

Q_З = 6m = 6*8=18, м³/мин = 0,3 м³/сек

где 6 м3/мин - норма воздуха на одного работающего.

Количество воздуха по минимальной скорости воздушной струи

Q_З = Sυ_MIN = 7,5*0,4 = 3 м³/с

где υ_MIN = 0,4 м/с - минимальная скорость воздушной струи при мокром бурении одним перфоратором.

Количество воздуха, исходя из разбавления вредных газов, образовавшихся после взрыва по формуле В. Н. Воронина для нагнетательного способа проветривания, опре-деляется

Q