Файл: Эксплуатационный расчет транспортных и стационарных машин.docx
Добавлен: 02.05.2024
Просмотров: 126
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
– диаметр всасывающего трубопровода, м; Sxвс=3,5-7,0 - сумма коэффициентов местных сопротивлений всасывающего трубопровода; uвс – скорость движения воды во всасывающем трубопроводе, м/с
Если увеличение диаметра не дает нужного эффекта, то уменьшают геометрическую высоту всасывания, максимально допустимое значение которой определяют по формуле:
Если Нвс.доп£3,5 м, то сооружается насосная станция заглубленного типа, в которой насосы размещаются ниже уровня воды в водосборнике.
По полученным данным окончательно принимаем насос типа ЦНСК 500-800 с последовательным режимом работы.
5.6. Расчет трубопровода на гидравлический удар
Повышение давления в трубопроводе до величины Dр при гидроударе определяется по выражения проф. Н.Е. Жуковского
где r = 1,02-1,04 кН/м3 - плотность перекачиваемой вода; u - фактическая скорость; с=1200 м/с - скорость распространения упругой волны давления в воде.
Номинальное расчетное давление вода в трубопроводе:
где Нр – расчетный напор, м.
Максимальное давление, которое должен выдержать трубопровод, определяется по выражению:
Минимальную толщину стенки трубопровода определяем по выражению:
где Д – внутренний диаметр трубопровода, мм; sр – допускаемое напряжение материала трубопровода разрыву, которое составляет 25-30 % временного сопротивления sв, Па.
5.7. Электропривод водоотливной установки
5.7.1. Расчет мощности и выбор типа электродвигателя насоса
Мощность на валу электродвигателя насоса определяется для действительного режима работы насоса по формуле:
где Qнд,Ннд,hн – соответственно действительная производительность напор и КПД насоса; g - плотность шахтной воды, g = 1050 кг/м3.
Мощность электродвигателя:
Исходя из рассчитанной мощности двигателя Nдв=1518 кВт, применяем электродвигатель типа ДАЗ14-59-4МУХЛ4 с мощностью N=1600 кВт; частота вращения n=1500 об/мин; cosφ=0,86; КПД = 0,95
Для мощных водоотливных установок в условиях глубоких шахт и обводненных рудных месторождений используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором во взрывобезопасном исполнении.
Таблица 5.2.
Характеристика ДАЗ14-59-4 МУХЛ4
Для подключения и пуска в работу в приводе высоковольтных двигателей применяем распределительные устройства нормального исполнения типа РВНО-6.
5.8. Автоматизация водоотливных установок
После выбора типа электродвигателя принимается пусковая и защитная аппаратура с обоснованием выбора схемы автоматизации и краткого описания принципа работы автоматизированной установки.
Автоматическое управление работой водоотливных установок должно удовлетворять следующим основным требованиям:
1. Обеспечивать слежение за уровнем воды в водосборнике.
2. Обеспечивать заливку насоса перед пуском.
3. Пуск и остановка насоса должны производится автоматически в зависимости от положения уровня воды в приемном колодце или водосборнике.
4. Должен осуществляться контроль за производительностью, напором, нагревом подшипников, загрузкой двигателя.
5. В случае неисправности рабочего насоса или резкого увеличения притока воды, резервный насос должен автоматически включаться в работу.
6. В автоматизированной водоотливной установке должна быть предусмотрена возможность ручного управления как для целей опробования и наладки, так и на случай выхода из строя элементов автоматического управления.
5.9. Водосборники и насосные камеры водоотливных установок
5.9.1. Общие сведения о водосборниках и насосной камере
водоотливной установки
Шахтные водоотливные установки включают водосборник и насосную камеру, соединенную ходками с околоствольным двором и шахтным стволом.
Водосборники предназначены для сбора воды поступающей из горных выработок.
Водосборник и насосная камера главной водоотливной установки, как правило, располагаются в околоствольных выработках руддвора на свежей струе у клетьевого ствола.
Насосные камеры обычно примыкают к камере центральной подземной электроподстанции горизонта и независимо от ее расположения должна иметь два выхода. Один, наклонный, выходит в выработку околоствольного двора и снабжается герметическими и решетчатыми дверями. В шахтах с большим притоком в этом ходке сооружается водонепроницаемая перемычка с герметичной дверью. Второй, наклонный ходок проходится к стволу под углом 20-30о и в месте сопряжения с ним он заканчивается горизонтальной площадкой на высоте не менее 7 метров от головки рельса руддвора.
Размеры обоих ходков должны быть рассчитаны на прокладку нагнетательных трубопроводов, электрокабелей и возможности выдачи через него в ствол оборудования из насосной станции, для чего в нем монтируется рельсовый путь и устанавливается лебедка, а для передвижения обслуживающего персонала – лестницы.
Размеры насосной камеры определяются габаритами насосных агрегатов, их количеством, размещением и применяемыми грузоподъемными средствами. Наибольшее распространение получили насосные камеры с продольным расположением насосных агрегатов. Для облегчения монтажно-демонтажных работ в насосной камере устанавливается электрическая таль или тельфер.
5.9.2. Обоснование объемов водосборника
Размеры водосборников определяются часовым притоком и длительностью откачки воды. Емкость водосборника (Vвд) главной водоотливной установки согласно ФЗ должна соответствовать не менее чем 4-часовому нормальному притоку, а участковых – 2-часовому притоку.
Следовательно, объем главного водосборника составит:
где, Qн– нормальный водоприток в шахту; B - ширина водосборника м; L - длина водосборника, м; h - глубина водосборника, м.
Длина водосборника определяется по формуле:
где S – сечение выработки водосборника, м2.
Сечение выработки под водосборник принимается равным типовому сечению однопутевого штрека, а при ёмкости водосборника более 1500 м3 – двухпутевого. Крепление горных выработок водосборников не выполняется при их проходке в устойчивых породах крепостью f = 14-16 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.
Зная объем водосборника Vв.сб и учитывая поперечное сечение одно или двухпутевого штрека определяют длину водосборника.
5.9.3 Определение основных размеров насосной камеры
Длина насосной камеры:
где пн - число насосов в камере, м; lф - длина фундамента, м; В = 0,8-1,5 - расстояние между фундаментами, м; l1 = 2,0-8,5 - расстояние между стенкой и фундаментом со стороны выхода трубопровода в ствол шахты, м; l2 = 7,5 м - расстояние между стенай и фундаментом для ремонта насосных агрегатов, м; l3 = 8-10 м - расстояние в насосной камере для размещения дренажных насосов.
Длина фундамента:
м, (5.34)
где lн - длина рамы насоса, м; lдв - длина двигателя насоса, м; lп=0,2 - припуск на одну сторону фундамента:
Ширина насосной камеры:
м, (5.35)
где в1 – ширина фундамента насоса, м; в2, в3 - расстояния между насосами и стенкой камеры, м.
Высота насосной камеры:
(5.36)
где h1 - высота фундамента над полом, м; h2 - высота насоса, м; h3 - высота верхней точки насоса до зева крюка грузоподъемного механизма, м; h4 - расстояние от зева крюка грузоподъемного механизма до перекрытия камеры, м.
5.10. Расчет расхода и стоимости электроэнергии
Расчет годового расхода электроэнергии:
где Qн, Qmax – соответственно нормальный и максимальный
суточные водопритоки, м3/сут; Но.н,hо.н - ожидаемый номинальный напор, м, и КПД насосов при откачке нормального водопритока; zн, zт - количество дней в году соответственно с нормальным и максимальным водопритоком; Но.м, hо.м - ожидаемый максимальный напор, м, и КПД насоса при откачке максимального водопритока.
5.10.1 Расчет затрат на электроэнергию
Затраты на электроэнергию определяются по формуле:
где Cуд – удельная стоимость 1 кВт×ч, руб.
Удельный расход электроэнергии, кВт /м3, отнесенный к единице объема откачиваемой жидкости, определяется по формуле:
6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ
6.1. Описание схемы проветривания и выбор типа вентилятора
Схема проветривания рудника диагональная. По вспомогательным стволам, находящимся на флангах рудного тела, свежий воздух подается и далее поступает в выработки крыльев шахты, омывает очистные забои, оттуда через вентиляционные штреки направляется к вентиляционному стволу, находящемуся на главной промплощадке.
Способ проветривания нагнетательный, так как применяется в шахтах не опасных по взрыву газа и пыли. На таких рудниках главные вентиляторные установки могут состо-ять из одного агрегата с резервным электроприводом.
Выбор вентилятора главного проветривания производится по графику промышлен-ного использования центробежных вентиляторов. Выбор центробежных вентиляторов обоснован тем, что они являются более производительными по сравнению с осевыми.
По расходу воздуха Qвозд=485 м3/с, по максимальным и минимальным депрессиям, hmin = 235 мм.вод.ст.=235/0,102=2303,92 Па, hmax=485 мм.вод.ст.=485/0,102=4852,94 Па,
на рис.6.1. отстраиваем 2 точки. Точка 1 (4852;2303,92) попадает в зону вентиляторов
ВЦД-47,5У/485 и ВЦД-47,5/490-250, а точка 2(485;4852,94) попадает в зону вентилятора ВЦД-47,5/490-250. Выбираем вентилятор ВЦД-47,5/490-250, так как он обеспечивает работу вентилятора при минимальной и максимальной депрессии.
Производительность вентилятора, м3/
Рис.6.1. Сводный график зон промышленного использования центробежных и осевых вентиляторов.
6.2.Расчет и построение характеристик вентиляционной сети в начале и конце эксплуатации рудника, шахты
Вентиляционной сетью вентиляторов главного проветривания являются горные выработки.
Определим величину эквивалентного отверстия, определяемого по выражениям:
-для начала эксплуатации:
-для конца эксплуатации:
Если увеличение диаметра не дает нужного эффекта, то уменьшают геометрическую высоту всасывания, максимально допустимое значение которой определяют по формуле:
Если Нвс.доп£3,5 м, то сооружается насосная станция заглубленного типа, в которой насосы размещаются ниже уровня воды в водосборнике.
По полученным данным окончательно принимаем насос типа ЦНСК 500-800 с последовательным режимом работы.
5.6. Расчет трубопровода на гидравлический удар
Повышение давления в трубопроводе до величины Dр при гидроударе определяется по выражения проф. Н.Е. Жуковского
где r = 1,02-1,04 кН/м3 - плотность перекачиваемой вода; u - фактическая скорость; с=1200 м/с - скорость распространения упругой волны давления в воде.
Номинальное расчетное давление вода в трубопроводе:
где Нр – расчетный напор, м.
Максимальное давление, которое должен выдержать трубопровод, определяется по выражению:
Минимальную толщину стенки трубопровода определяем по выражению:
где Д – внутренний диаметр трубопровода, мм; sр – допускаемое напряжение материала трубопровода разрыву, которое составляет 25-30 % временного сопротивления sв, Па.
5.7. Электропривод водоотливной установки
5.7.1. Расчет мощности и выбор типа электродвигателя насоса
Мощность на валу электродвигателя насоса определяется для действительного режима работы насоса по формуле:
где Qнд,Ннд,hн – соответственно действительная производительность напор и КПД насоса; g - плотность шахтной воды, g = 1050 кг/м3.
Мощность электродвигателя:
Исходя из рассчитанной мощности двигателя Nдв=1518 кВт, применяем электродвигатель типа ДАЗ14-59-4МУХЛ4 с мощностью N=1600 кВт; частота вращения n=1500 об/мин; cosφ=0,86; КПД = 0,95
Для мощных водоотливных установок в условиях глубоких шахт и обводненных рудных месторождений используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором во взрывобезопасном исполнении.
Таблица 5.2.
Характеристика ДАЗ14-59-4 МУХЛ4
| Степень защиты | IP43 |
| Форма исполнения | IM7321 |
| Способ охлаждения | ICO161 |
| Режим работы | S1 |
| Мощность, кВт | 1600 |
| Частота вращения , об./мин. | 1500 |
| КПД , % | 95,7 |
| К-нт мощности | 0,86 |
| Масса ,кг. | 17600 |
Для подключения и пуска в работу в приводе высоковольтных двигателей применяем распределительные устройства нормального исполнения типа РВНО-6.
5.8. Автоматизация водоотливных установок
После выбора типа электродвигателя принимается пусковая и защитная аппаратура с обоснованием выбора схемы автоматизации и краткого описания принципа работы автоматизированной установки.
Автоматическое управление работой водоотливных установок должно удовлетворять следующим основным требованиям:
1. Обеспечивать слежение за уровнем воды в водосборнике.
2. Обеспечивать заливку насоса перед пуском.
3. Пуск и остановка насоса должны производится автоматически в зависимости от положения уровня воды в приемном колодце или водосборнике.
4. Должен осуществляться контроль за производительностью, напором, нагревом подшипников, загрузкой двигателя.
5. В случае неисправности рабочего насоса или резкого увеличения притока воды, резервный насос должен автоматически включаться в работу.
6. В автоматизированной водоотливной установке должна быть предусмотрена возможность ручного управления как для целей опробования и наладки, так и на случай выхода из строя элементов автоматического управления.
5.9. Водосборники и насосные камеры водоотливных установок
5.9.1. Общие сведения о водосборниках и насосной камере
водоотливной установки
Шахтные водоотливные установки включают водосборник и насосную камеру, соединенную ходками с околоствольным двором и шахтным стволом.
Водосборники предназначены для сбора воды поступающей из горных выработок.
Водосборник и насосная камера главной водоотливной установки, как правило, располагаются в околоствольных выработках руддвора на свежей струе у клетьевого ствола.
Насосные камеры обычно примыкают к камере центральной подземной электроподстанции горизонта и независимо от ее расположения должна иметь два выхода. Один, наклонный, выходит в выработку околоствольного двора и снабжается герметическими и решетчатыми дверями. В шахтах с большим притоком в этом ходке сооружается водонепроницаемая перемычка с герметичной дверью. Второй, наклонный ходок проходится к стволу под углом 20-30о и в месте сопряжения с ним он заканчивается горизонтальной площадкой на высоте не менее 7 метров от головки рельса руддвора.
Размеры обоих ходков должны быть рассчитаны на прокладку нагнетательных трубопроводов, электрокабелей и возможности выдачи через него в ствол оборудования из насосной станции, для чего в нем монтируется рельсовый путь и устанавливается лебедка, а для передвижения обслуживающего персонала – лестницы.
Размеры насосной камеры определяются габаритами насосных агрегатов, их количеством, размещением и применяемыми грузоподъемными средствами. Наибольшее распространение получили насосные камеры с продольным расположением насосных агрегатов. Для облегчения монтажно-демонтажных работ в насосной камере устанавливается электрическая таль или тельфер.
5.9.2. Обоснование объемов водосборника
Размеры водосборников определяются часовым притоком и длительностью откачки воды. Емкость водосборника (Vвд) главной водоотливной установки согласно ФЗ должна соответствовать не менее чем 4-часовому нормальному притоку, а участковых – 2-часовому притоку.
Следовательно, объем главного водосборника составит:
где, Qн– нормальный водоприток в шахту; B - ширина водосборника м; L - длина водосборника, м; h - глубина водосборника, м.
Длина водосборника определяется по формуле:
где S – сечение выработки водосборника, м2.
Сечение выработки под водосборник принимается равным типовому сечению однопутевого штрека, а при ёмкости водосборника более 1500 м3 – двухпутевого. Крепление горных выработок водосборников не выполняется при их проходке в устойчивых породах крепостью f = 14-16 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.
Зная объем водосборника Vв.сб и учитывая поперечное сечение одно или двухпутевого штрека определяют длину водосборника.
5.9.3 Определение основных размеров насосной камеры
Длина насосной камеры:
где пн - число насосов в камере, м; lф - длина фундамента, м; В = 0,8-1,5 - расстояние между фундаментами, м; l1 = 2,0-8,5 - расстояние между стенкой и фундаментом со стороны выхода трубопровода в ствол шахты, м; l2 = 7,5 м - расстояние между стенай и фундаментом для ремонта насосных агрегатов, м; l3 = 8-10 м - расстояние в насосной камере для размещения дренажных насосов.
Длина фундамента:
м, (5.34)где lн - длина рамы насоса, м; lдв - длина двигателя насоса, м; lп=0,2 - припуск на одну сторону фундамента:
Ширина насосной камеры:
м, (5.35)где в1 – ширина фундамента насоса, м; в2, в3 - расстояния между насосами и стенкой камеры, м.
Высота насосной камеры:
(5.36)где h1 - высота фундамента над полом, м; h2 - высота насоса, м; h3 - высота верхней точки насоса до зева крюка грузоподъемного механизма, м; h4 - расстояние от зева крюка грузоподъемного механизма до перекрытия камеры, м.
5.10. Расчет расхода и стоимости электроэнергии
Расчет годового расхода электроэнергии:
где Qн, Qmax – соответственно нормальный и максимальный
суточные водопритоки, м3/сут; Но.н,hо.н - ожидаемый номинальный напор, м, и КПД насосов при откачке нормального водопритока; zн, zт - количество дней в году соответственно с нормальным и максимальным водопритоком; Но.м, hо.м - ожидаемый максимальный напор, м, и КПД насоса при откачке максимального водопритока.
5.10.1 Расчет затрат на электроэнергию
Затраты на электроэнергию определяются по формуле:
где Cуд – удельная стоимость 1 кВт×ч, руб.
Удельный расход электроэнергии, кВт /м3, отнесенный к единице объема откачиваемой жидкости, определяется по формуле:
6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ
6.1. Описание схемы проветривания и выбор типа вентилятора
Схема проветривания рудника диагональная. По вспомогательным стволам, находящимся на флангах рудного тела, свежий воздух подается и далее поступает в выработки крыльев шахты, омывает очистные забои, оттуда через вентиляционные штреки направляется к вентиляционному стволу, находящемуся на главной промплощадке.
Способ проветривания нагнетательный, так как применяется в шахтах не опасных по взрыву газа и пыли. На таких рудниках главные вентиляторные установки могут состо-ять из одного агрегата с резервным электроприводом.
Выбор вентилятора главного проветривания производится по графику промышлен-ного использования центробежных вентиляторов. Выбор центробежных вентиляторов обоснован тем, что они являются более производительными по сравнению с осевыми.
По расходу воздуха Qвозд=485 м3/с, по максимальным и минимальным депрессиям, hmin = 235 мм.вод.ст.=235/0,102=2303,92 Па, hmax=485 мм.вод.ст.=485/0,102=4852,94 Па,
на рис.6.1. отстраиваем 2 точки. Точка 1 (4852;2303,92) попадает в зону вентиляторов
ВЦД-47,5У/485 и ВЦД-47,5/490-250, а точка 2(485;4852,94) попадает в зону вентилятора ВЦД-47,5/490-250. Выбираем вентилятор ВЦД-47,5/490-250, так как он обеспечивает работу вентилятора при минимальной и максимальной депрессии.
Производительность вентилятора, м3/
Рис.6.1. Сводный график зон промышленного использования центробежных и осевых вентиляторов.
6.2.Расчет и построение характеристик вентиляционной сети в начале и конце эксплуатации рудника, шахты
Вентиляционной сетью вентиляторов главного проветривания являются горные выработки.
Определим величину эквивалентного отверстия, определяемого по выражениям:
-для начала эксплуатации:
-для конца эксплуатации: