Реферат. 500 рублей Нига. Эксплуатационный расчет транспортных и стационарных машин
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ РУДНИЧНОЙ ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ 5.1. Выбор схемы водоотлива шахты Исследованиями и опытом эксплуатации водоотливных установок рудников и шахт установлено, что при технико-экономическом сравнении вариантов водоотлива рудников и шахт, одноступенчатая схема является наиболее экономичной. Поэтому применяем одноступенчатую схему (рис 5.1). Откачка воды из водосборника на поверхность обеспечивается одним насосным агрегатом.  Рис. 5.1. Одноступенчатая схема водоотливной установки 1 – всасывающий трубопровод; 2 – насос; 3 – нагнетательный трубопровод; 4 – сливной трубопровод; 5 – водоотливная канавка; Нвс – геодезическая высота всасывания насоса; Нн – высота нагнетания; Нсл – высота слива воды на поверхность. 5.2. Определение расчетных параметров водоотливной установки 5.2.1. Определение водопритока в шахту Нормальный суточный приток воды в шахту определяется по формуле:  где  годовая производительность шахты, т/год;  коэффициент водообильности;  количество календарных дней в году.Максимальный суточный приток воды в шахту в весенне-осенний период составит:  где  коэффициент кратности водопритока.5.2.2. Определение расчетной подачи (производительности) насоса Расчетная часовая производительность насоса по нормальному водопритоку:  где  нормативное число часов в сутки для откачки суточных водопритоков,. для рудных месторождений, разрабатываемых подземным способом, для карьеров, а также для дренажных шахт устанавливаемое ФЗ.Расчетная часовая производительность насоса по максимальному водопритоку:  5.2.3. Определение напора насоса Расчетный напор насосной станции определяется по формуле:  где  расчетная геодезическая высота подъема воды;  коэффициент полезного действия (К.П.Д.) трубопровода.  геодезическая высота всасывания насоса;  высота нагнетания принимаемая равной глубине шахты, м;  высота слива (переподъема) воды на поверхности.5.3 Выбор типа и количество насосов Выбор типа насоса производятся по расчетным значениям Qр [п. 5.2.2] и Нр [(п. 5.2.3]. Для этого необходимо на сводный график рабочих зон промышленного использования насосов (рис. 5.2, [2, 3]) нанести точку с координатами Qр и Нр и определить тип насоса.  Рис. 5.2. График зон промышленного использования насосов При  и  выбираем насос ЦНСК-500-800.Расчетные параметры для дальнейшего расчета выбираются по индивидуальной характеристике насоса при максимальном КПД. Индивидуальная характеристика представлена на рис.5.3. При ηmax=75%, Qн=500 м3/с; Нр.к.=92 м; Нвс=3 м.  Рис 5.3 Индивидуальная характеристика насоса ЦНСК-500 - 800. Количество колес для обеспечения подачи напора на глубине шахты определяем по выражению:  колес. (5.7)Количество насосов для откачки суточного водопритока по нормальному водопритоку:  . (5.8)где Qн - производительность насоса, м3/с. Количество насосов для откачки суточного водопритока по максимальному водопритоку:  . (5.9)Помимо рабочих насосов, на насосной станции предусматривается резервные насосы и насосы, находящиеся в ремонте. В горнорудной промышленности, согласно требованиям ФЗ, приняты следующие соотношения насосных агрегатов в главной водоотливной установке. Рабочие - 1; в резерве - 1; в ремонте - 1; всего - 3. 5.4 Обоснование количества нагнетательных ставов и составление гидравлической системы Центральная и главная водоотливные установки шахт должны иметь не менее двух нагнетательных трубопроводных ставов (рабочий и резервный) по требованиям ФЗ. Для водоотливной установки с тремя насосами, из которых один постоянно действующий, а также при откачке нейтральных вод должно предусматриваться два нагнетательных трубопроводных става. Принимаем три нагнетательных става. 5.4.1. Составление гидравлической схемы водоотливной установки  Рис. 5.4. Типовые гидравлические схемы водоотливной установки шахты для откачки нейтральных (рис. а) вод: 1-насос; 2-обратный клапан; 3-всасывающьй трубопровод; 4-задвижка; 5-напорный трубопровод; 6-сливной трубопровод; 7-отстойники; 8-манометр; 9-трубопровод в трубном ходке. 5.4.2. Расчет характеристики внешней сети Характеристика внешней сети водоотливной установки   где Нг – расчетная геодезическая высота, м; Rт – удельное сопротивление трубопровода; Qнас – подача насоса при максимальном К.П.Д., м3/ч где λн , λвс – коэффициент местных гидравлических сопротивлений  (5.12) (5.13)где Dвс, Dн – диаметр трубопровода, м: - всасывающего  (5.14)- нагнетательного  (5.15)где Qр – расчетная производительность насоса, м3/ч; vвс ,vн – рекомендуемая скорость воды во всасывающем и нагнетательном трубопроводе, vвс=0,9-1,2 м/с; vн=2,2 м/с. lн , lвс – длина i-х прямолинейных участков, м: - всасывающего lвс= lвс 1+lвс 2=3+2=5,4 м, (5.14) - нагнетательного  где l1 – длина труб от приемного устройства наиболее удаленного насоса до трубного ходка, м; l2 – длина труб в наклонном ходке, м; l3 – длина труб на поверхности от ствола шахты до места слива, м Эквивалентная длина i-ой арматуры нагнетательного и всасывающего трубопроводов:     где  ,  ,  , ,   ,  ,  ,  гидравлические коэффициенты потерь соответственно в приемной сетке, приемном клапане, обратном клапане, угловом колене, закругленном колене, задвижке, тройнике. ,  , ,  ,  число обратных клапанов, угловых колен, закругленных колен, задвижек, тройников.Удельное сопротивление трубопровода:   Расчет характеристики внешней сети Нс= Нг + Rт.Q2 ведется по уточненной гидравлической схеме водоотливной установки. Для этого определяются Qн, Rт, Нг и задаются расходом Qн в интервале от 0 до 2,0, что позволяет определить Нс для каждого значения Qн. Результаты расчета сводятся в табл.5.1 Таблица 5.1 Данные расчета внешней сети
Действительный режим работы насосной установки определяется графически (см. рис.5.5) как точка пересечения (т.А) напорной характеристики Н=f(Q) и характеристики внешней сети Нс. По координатам точки А определим действительные значения подачи (Qд=458 м3/ч) и напора (Нд=706), а также К.П.Д. – (hд=67%), допустимая вакуумметрическая высота всасывания (Нвакнд=4,3).  Рис.5.5. Определение действительного режима работы насосной установки при 9 рабочих колёсах. 5.5. Проверка действительного режима работы водоотливной установки Проверка действительного режима работы водоотливной установки выполняется по следующим параметрам: - на обеспечение расчетной подачи:  , (5.18) -на устойчивость:  (5.19  где Н0 - напор, развиваемый насосом при нулевой подаче, определяется по индивидуальной напорной характеристике; - на экономичность:  (5.20 , ,где hmax - максимальный КПД насоса, определяемый по индивидуальной характеристике; на время откачки нормального водопритока:  на время откачки максимального водопритока:  Водоотливная установка проверяется также на отсутствие режима кавитации по выражению:  (5.23) где Нвак.д – вакуумметрическая высота всасывания в действительном режиме работы насоса, м,  где Нвс - геометрическая высота всасывания насоса, м; λвс - коэффициент местных гидравлических сопротивлений; Двс – 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:  Уравнение характеризующие вентиляционную сеть рудника, шахты: -в начале эксплуатации:  -в конце эксплуатации:  Расчет характеристик вентиляционной сети рудника в начале и конце эксплуатации приведен в табл. 6.1, задаваясь значениями от  = 0 до = 2 .Таблица 6.1. Расчет характеристик вентиляционной сети рудника
 Рис 6.2.Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦД-47,5/490-250 6.3. Определение углов установки лопаток рабочих колес и статических К.П.Д. вентилятора главного проветривания в процессе эксплуатации Угол установки лопаток рабочих колес и значение статического К.П.Д. в начале эксплуатации Ɵ=25; η=0,5. Угол установки лопаток рабочих колес и значение статического К.П.Д. в конце эксплуатации Ɵ=0; η=0,77 6.4. Определение резерва производительности вентилятора главного проветривания Резерв производительности вентилятора главного проветривания - в начале эксплуатации, %  (6.6)- в конце эксплуатации, %  (6.7)6.5. Выбор способа регулирования и регулирование режима работы вентилятора главного проветривания Выбор способа регулирования обосновывается тем, что: 1-ый случай - если обе точки с координатами ( , hmin) и ( , hмах) входят в зону промышленного использования вентилятора при данной скорости его вращения, то регулирование режима работы следует предусматривать только поворотом лопастей рабочего колеса (у осевых вентиляторов) или поворотом лопаток направляющего аппарата (у центробежных вентиляторов);2-ой случай - если же в зону промышленного использования вентилятора входит только точка с координатами ( , hmin), а вторая находится вне этой зоны, то нужно предусмотреть дополнительно грубое регулирование – изменением частоты вращения вентилятора путем замены электродвигателя.6.6. Определение продолжительности периода работы вентилятора главного проветривания на рекомендуемых режимах Продолжительность работы вентилятора по периодам: - режим работы от т.Мˈ до т.Б (рис. 6.2) - закручивание потока СНА по направлению вращения рабочего колеса (1-й период):  (6.8)- режим от т.Б до т. М” – закручивание потока СНА против вращения РК (2-й период):  6.7. Электропривод вентилятора, автоматизация и электроснабжение вентиляторной установки Мощность на валу электродвигателя вентилятора, кВт: - в начале эксплуатации:  кВт (6.10)- в конце эксплуатации:  кВт, (6.11)если  , то при асинхронном двигателе принимается один двигатель большей мощности.Принимаем электродвигатель типоразмера ДАФЗ-16-94-8УХЛ4 мощностью N=5000кВт, частота вращения 750 мин-1, КПД 96,2%. 6.8. Расход электроэнергии на проветривание рудника, шахты Среднегодовой расход электроэнергии на проветривание рудника, шахты ориентировочно определяется по формуле:   кВт.ч, (6.12)где дв – К.П.Д. двигателя, дв= 0,94-0,95; сети – К.П.Д. электрической сети, сети= 0,95-0,98; Nдн – количество рабочих дней в году, Nдн= 365. Удельный расход электроэнергии на тонну добычи на проветривание рудника, шахты:   (6.13)Удельный расход воздуха на тонну добычи:   7,91т.возд/сутки. (6.14)где G – 460 вес воздуха, подаваемого вентилятором, т/год; возд - объемный вес воздуха, возд = 1,2 кгс/м. 7. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ПНЕВМОСНАБЖЕНИЯ РУДНИКА Таблица 7.1. Технические характеристики потребителей сжатого воздуха на каждой стрелке
|
