Глава V проектирование пневматических установок

Основные положения при проектировании пневматических установок

При проектировании пневматических установок необходимо:

1) установить необходимую производительность компрессорной стации;

2) выбрать тип и число компрессоров, двигатели к ним;

3) установить давление сжатого воздуха на выходе компрессорной станции;

4) составить схему воздухопроводной сети и рассчитать ее;

5) сделать технико-экономические расчеты по определению капитальных затрат на оборудование и монтаж пневматической установки, определить проектную стоимость 1 м³ воздух и затрата его на 1 т добычи, затрату электроэнергии на 1 т добычи, и на 1м³ воздух.

1. Производительность компрессорной станций определяется как сумма затрат сжатого воздуха потребителями в наиболее загруженный период поры и затраты на истоки воздуха через неплотности в магистральному воздухопроводе и местах присоединения потребителей. Указанный период устанавливают соответственно организации горных работ из график работы добычных и подготовительных участков. В расчета учитывают снос, не одновременность работы и степень загрузки потребителей.

Производительность компрессорной станции!

(175)

где k_р = 1,05...1,1 — коэффициент резерва производительности компрессорной станции на неучтенные потребители; к — средневзвешенный коэффициент одновременности работы потребителей; коэффициент одновременности работы — отношение числа работающих в данный момент потребителей к общему числу их, что должны находиться в работе; i — номер группы однотипных потребителей; z — число групп однотипных потребителей; n_п— число однотипных потребителей; V_n — номинальная затрата воздуха одним потребителем данной группы при непрерывной его работе, м³/мин; k_и = 1,15...1,2— коэффициент, который учитывает увеличение затраты воздух в связи с сносом потребителей; k_з— коэффициент загрузки, которая учитывает изменение затраты воздух потребителями при отклонении фактической погрузки от номинальной и при регулировании;

⁰ 10 20 30 050 100 200 300

Рис.124.Коэффициент одновременности работы потребителей сжатого воздуха

для комбайнов и их лебедок, бурильных и отбойных молотков, буросбоечных станков, гировозов — 1, для породопогрузочных машин — 0,25, вентиляторов местного проветривания — 0,7, маневровых лебедок — 0,8; V_ут = 3 м³/мин — допустимые истоки через неплотности на 1 км магистрального трубопровода; l-длина магистрального воздухопровода по шахте, км; V_пр=0,4м³/мин— допустимые истоки через неплотности в месте присоединения одного потребителя к воздухопроводу; n_пр — число мест присоединений потребителей.

В среднему истоки воздух на 1 км воздухопровода без распределения их на истоки в магистральном трубопроводе и в местах присоединения потребителей можно принимать 4...5 м³/мин.

Средневзвешенный коэффициент одновременности работу потребителей определяется в зависимости от средневзвешенного коэффициента включения работающих потребителей кв и общего числа потребителей n (рис. 124).

Коэффициент включения

(176)

Коэффициент включения отдельного потребителя (относительное машинное время его работы) принимается равной; для комбайнов, их лебедок и вентиляторов местного проветривания — 1; для бурильных молотков — 0,65; для буросбоечных станков — 6,5; для породопогрузочных машин и отбойных молотков — 0,4;

для гировозов — 0,3; для маневровых лебедок — 0,05.

2. Выбор типа и числа компрессоров производится в такой способ: при производительности компрессорной станции 200 ... 500 м³/мин принимают поршневые компрессоры 4М10-100/8, при 500 ... 1000м³/мен--центробежные компрессоры К-250, при большей производительности — центробежные компрессоры К-500.

Число резервных компрессоров принимают; на 1-2 работающих — 1 резервный, на 4-6 работающих — 2 резервных, на 3 работающих — 1 резервный при поршневых и 2 резервных при центробежных компрессорах.

3. Давление сжатого воздуха у компрессорной станции рК.С (МПа) устанавливается как сумма давления у потребителей и потерь давления в магистральному воздухопроводе и шлангах. При ориентированных расчетах

р_к.с.=р_п+∆р_м l +∆р_ш (177)

где р_п — избыточное давление у потребителей, принимается равным 0,5 МПа; ∆р_м = 0,03 МПа/км — средние удельные потери давления в магистральном трубопроводе; l — длина воздухопровода от компрессорной станции к самому изъятому потребителю, км; ∆р_ш == 0,03 МПа— суммарные потери давления в шлангах.

4.Расчет воздухопроводной сети;

1) в соответствия с схемой раскрытия месторождения составляют схему воздухопроводной сети. Точкам разветвления и конечных точек воздухопровода присваивают цифровые или буквенные обозначения, разбивая в такой способ схему на отдельные участки;

2) на схему наносят фактические длины участков l_ф; учет сопротивлений в арматуре и фасонных частях трубопровода вырабатывается увеличением фактической длины на 10 %, то есть 1р == 1,1l_ф;

3) по формуле (175) определяют затраты воздуха на каждом участке и полученные значения их указывают на схеме;

4)'зная затраты воздуха на участках, по номограмме (рис. 125, а) определяют оптимальные диаметры труб d_опт. в зависимости от давления у компрессоров р_кс и потом выбирают стандартные трубы большего диаметра d диаметры труб указывают на схеме;

5) в зависимости от затраты воздуха и давления р_кс по номограмме (рис. 125, б) определяют оптимальные удельные потери давления ∆руд (МПа/км) для всех участков сети. Умножением удельных потерь на расчетные длины участков получают оптимальные потери давления на этих участках, то есть ∆р_опт ⁼ ∆руд l_р;

6) для всех участков сети вычисляют скорость движения воздух по формуле (165). По формуле (164) вычисляют потери давления Ар на всех участках сети. Полученные значения ∆р наносятся на схему. В расчета

должно быть соблюдено условие ∆р<∆р_опт. При нарушении этого условия следует принять трубы большего диаметра;

Рис. 125. Номограммы для расчета воздухопровода:

а — оптимальный диаметр труб при р_кс= 0,7 МПа (1) и

р_кс = 0,5 МПа (2);

б-оптимальные удельные потери давления при р_кс=0,7 МПа (1),

Рк.с.=0,6МПа(2), р_кс,=0,5МПа(3) и

р_кс=0,4МПa (4)

7) подытоживают потери давления на участках сети от компрессора к самому изъятому потребителю иd потом, составляя полученный результат с давлением у

потребителей и потерями в шлангах (0,33 МПа), окончательно устанавливают величину давления воздух на выходе компрессорной станции.

5. Технико-экономические показатели. Основными показателями оценки для экономичности пневматической установки есть:

затрата электроэнергии на 1 м³ ; затрата воздуха на 1 т уголь воздуха и на 1 т уголь, стоимость 1 м³ воздух. Годовая выработка сжатого воздуха (м³)

(178)

где n и n_д — число часов работы компрессора в пору и светал работы компрессора в году.

Годовая затрата электроэнергии (квт-ч)

(179)

где k=1,02...1,04 — коэффициент, который учитывает затрата электроэнергии на подачу охлаждающей воды и на вспомогательные нужды (освещение, питание генераторов нарушения, вентиляция и т.д.); -суммарная расчетная мощность двигателей компрессоров, которые работают одновременно, кBт; , = 0,85...0,9 η_д =0,95 — к.п. д. соответственно двигателя и электрической сети.

Зная V_г и W_г и годовую производительность шахты А, определяют затрата сжатого воздуха на 1 т уголь, а также затрата электроэнергии на 1 т уголь и на 1 м³ воздух.

Стоимость 1 м³ воздух определяется по годовым эксплуатационным затратам, куда входят: сумма амортизационных отчислений, стоимость электроэнергии, фонд заработной платы обслуживающего персонала, стоимость материалов и охлаждающей воды, стоимость ремонтов. Эти затраты определяются по существующим нормативам.

Пример расчета пневматической установки

Рассчитать пневматическую установку для шахты с годовойпроизводительностью 1 млн. т угля,

разрабатывающей крутые пласты на глубине 400 м от поверхности земли.

Пневматическая энергия применяется для угольных комбайнов и их лебе­док, бурильных и

отбойных молотков, маневровых лебедок, породопогрузочных машин и вентиляторов местного

проветривания.

На схеме вскрытия угольного месторождения (рис. 126 а) показаны стволы шахты, квершлаги

северный (N) и южный (S), разрабатываемые пласты , и , расстояния между ними.

Длины по простиранию до .границ шахтного поля в каждую сторону от квершлага — 3000 м.

На участках I, II и IV (рис. 126, б) работают комбайны и по два отбойных и по два отбойных

молотка, а на участках 3,5 и 6 – по 11 отбойных молотков.На каждом участке, кроме того, работают

К определению производительности компрессорной станции

Таблица 1

Потребители		Номинальный расход воздуха потребителем ; /мин	Коэффициенты			Максимальный расход воздуха	Средний расход воздуха
Наименование	Число		Изно- са	Загру-зки	Включ-ения
Комбайны Лебедки комбайнов Отбойные молотки Бурильные молотки Маневровые лебедки Погрузочные машины Вентиляторы местного проветриваня	3 3 39 6 6 6 6	32 16 1.4 3.5 10 22 47	1.2 1.2 1.15 1.15 1.2 1.15 1.0	1 1 1 1 0.8 0.25 0.7	1 1 0.4 0.65 0.05 0.4 1	115.2 57.6 62.8 24.2 57.6 38 19.7	115.2 57.6 25.1 15.7 2.9 15.2 19.7
Итого:	69					375,1	251,4

бурильный молоток ,одна породопогрузочная машина ,одна маневровая лебедка и один вентилятор.

Р а с ч е т.

1. Производительность компрессорной станцииопределим на основании расчетов, выполненных в табл. 1, по данным которой устанавливаем максимальный и средний расход сжатого воздуха потребителями, считая, что в наиболее загруженную смену работают все участки одновременно.

Средневзвешенный коэффициент включения по формуле (176)

Средневзвешенный коэффициент одновременности работы потребителей при п= 69

и k_B = 0,67 по рис. 124 равен k₀ = 0,82.Производительность компрессорной станции в конце

работ на горизонте по формуле (175)

1,1·0,82∙375,1+3·19,1+ +0,4·69=423,2 /мин

То же в начале работ на горизонте

1,1·0,82∙375,1 + 3·1,1 + 0,4∙69 = 369,2 /мин

Расход воздуха на утечки в конце работ на горизонте

Тоже в начале работ на горизонте

%

Среднее значение расхода воздуха на утечки за период работы на горизонте — 14,3 %.

2.Тип и число компре с c о р о в. Исходя из расчетной производительности

компрессорной станции V_K, _с = 423,2 м⁸/мйн и имея в виду изменение характеристик компрессоров

в процессе эксплуатации, а также возможное увеличение числа и мощности потребителей,

принимаем семь компрессоров 4М10-100/8, из которых в работе будут четыре в начале работ на

горизонте и пять в конце работ, остальные компрессоры — резервные.

Резерв производительности компрессорной станции равен ((700 — 400)/400) X 100= 75 % в

начале работ на горизонте и ((700 —500)/500)-100= 40% в конце работ. В среднем за период

работ на горизонте резерв равен 57,5 %.

Мощность двигателей для компрессоров, определенная по формуле (130),равна 457 кВт.

Компрессор 4М10-100/8 поставляется заводом комплектно с синхронным

двигателем СДК2-17-26-12К мощностью 630 кВт, n= 500 об/мин,напряжением 6000 В.

3. Необходимое избыточное давление сжатого воздуха

на компрессорной станции при рабочем давлении у потребителей Рп ⁼ 0,5 МПа определяем

по формуле (177)

Рк. с = Рп +0,03 l+ 0,03 = 0,5+ 0,03·3,9+ 0,03 = 0,647 МПа.

Принимаем р_к.c= 0,65 МПа.

4.Расчет воздухопроводной сети. В соответствии со схе­мой вскрытия

месторождения (см. рис. 126, а) составлена схема воздухопроводной сети (см. рис, 126, б).

Определяем расход воздуха на отдельных участках воздухопровода.

Участок 1—2. Расход воздуха на этом участке равен производительности

компрессорной станции, т. е. V1-2 = 423 м³/мин.

Для упрощения дальнейших расчетов в табл. 2 определены максимальные и средние

расходы воздуха на участках 2—3 и 3—а.По данным табл. 2 определяем расход воздуха на

всех участках сети.

Участок 2—3: число потребителей п_пр = 39.

Средневзвешенный коэффициент включения

Средневзвешенный коэффициент одновременности по рис. 124 k_{0= 0.9}

Количество протекающего по участку 2—3 воздуха:

V₂-3 = 1,1.0,9·293,3 + 3∙12,4 + 0,4·39 = 343 м³/мин.

Участок 3— а: п_пР = 8; l = 3 км; k_B = 67,8 / 84,1 =0.806; k₀₌0,96.

Количество протекающего по участку 3—а воздуха:

V₃-a= 1,1∙0,96·84,1 +3.3 + 0,4∙8 = 101,0 м³/мин.

В дальнейших расчетах для упрощения их исходим из того, что комбайновые участки

/, // и IV имеют идентичное оборудование; это относится и к участкам ///, V и VI, на которых

применяются отбойные молотки.

Потребители		Номиналь- ный расход воздуха Vп,м³/мин	Коэффициенты			Максимальный ра- сход возду- ха Vmax, м³/мин	Сред-ний расход воздуха Vcp м³/мин
Наименование	Чи-сло nп		Износа kи	Загрузки kз	Включен. kв
Участок 2-3: Комбайны Лебедки комбайнов Отбойные молотки Бурильные молотки Маневровые лебедки Погрузочные машины вентиляторы	3 3 17 4 4 4 4	32 16 1.4 3.5 10 22 4.7	1.2 1.2 1.15 1.15 1.2 1.15 1	1 1 1 1 0.8 0.25 0.7	1 1 0.4 0.65 0.05 0.4 1	115.2 57.6 27.3 16.1 38.4 25.3 13.2	115.2 57.6 10.9 10.5 1.9 10.1 13.2
итого	39					293.3	219.4
Участок 3-а: Комбайны Лебедки комбайнов Отбойные молотки Бурильные молотки Маневровые лебедки Погрузочные машины вентиляторы	1 1 2 1 1 1 1	32 16 1.4 3.5 10 22 4.7	1.2 1.2 1.15 1.15 1.2 1.15 1	1 1 1 1 0.8 0.25 0.7	1 1 0.4 0.65 0.05 0.4 1	38.4 19.2 3.22 4.03 9.6 6.32 3.29	38.4 19.2 1.29 2.62 0.48 2.53 3.29
Итого	8					84.1	67.8

Следовательно:

V₂-5 = V₁-₂ — V₂-₃ =423 - 343 = 80 м^а/мин.

Если оборудование добычных и проходческих участков не идентично то расходы воздуха

следует считать так же, как для участков 2—3 и 3—а.

Таблица3

Участок по рис.126	Расход воздуха на участке V, м³/мин	Оптимальный диаметр труб dОПТ, мм	Стандартный диаметр труб d, мм	Фактическая длина участков труб lФ, м	Расчетная длина с учетом эквивалентной длины lР, м	Скорость воздуха в трубе V, м/с	Расчетные потери давления на участке р, МПа	Удельные потери давления РУД, Мпа/км	Оптимальные потери давления на участке РОПТ, МПа
1-2 2-3 3-4 2-5 4-а 4-в 3-а 3-в 5-а 5-в	423 343 141 80 40 101 101 101 40 40	375 345 240 200 150 215 215 215 150 150	432 384 259 205 154 227 227 227 154 154	500 150 250 200 3000 3000 3000 3000 3000 3000	550 165 275 220 3300 3300 3300 3300 3300 3300	7.74 7.95 7.2 6.51 5.77 6.7 6.7 6.7 5.77 5.77	0.0102 0.0036 0.0074 0.0061 0.0957 0.0875 0.0875 0.0875 0.0957 0.0957	0.0245 0.025 0.0272 0.0285 0.0305 0.0282 0.0282 0.0282 0.0305 0.0305	0.0135 0.0041 0.0075 0.0063 0.101 0.0931 0.0931 0.0931 0.101 0.101

Определяем диаметры труб и потери давления на всех участках воздухо проводной сети

(табл. 3). Оптимальные значения удельных потерьдавления и диаметров труб принимаем по рис.

125; скорости движения воздуха втрубах — по формуле (165). Эквивалентная длина для

определения расчетной длины уча­стков сети принята равной 10 % от фактической. Расчетные

потери давления вы­числены по формуле (164).

Средняя плотность воздуха на всех участках сети принята одинаковой и опре­делена по формуле

(166) при Т_ср = (273 + 20) = 293 К

_л _ Рср _

РСР — ~Бт ~

где р_к.с и — абсолютные давления у компрессорной станции и у потребителей, МПа.

По данным табл. 3 потери давления от компрессора до самого удаленного потребителя по линии /—2—3—4—а равны

= 0,0102 + 0,0036 + 0,0074 + 0,0957 = 0,117 МПа.

Избыточное давление на выходе компрессорной станции

= 0,5 + 0,117 + 0,03 = 0,647 МПа.

Принимаем окончательно ранее установленное по формуле (177) давлений Рк. с = 0,65 МПа.

5. Технико-экономические показатели.

Принимаем 20 ч работы компрессоров в сутки и 300 рабочих дней в году.

Средняя производительность компрессорной станции в период работ на горизонте

2222221аацуцуацуацуауацацуааууцу

среднегодовая выработка сжатого воздуха

Годовой расход электроэнергии

При указанной в задании производительности шахты 1 мил. Т угля в год расход сжатого воздуха на 1 тону угля равен 142 м³ ,расход электроэнергии на 1 т угля - 14,22кВт·ч и на 1 м³ воздуха – 0.1кВт∙ч.

73