Стационарные машины

дух проходит через последующий 7 и конечный 10 охладители. Холодная вода к охладителям подается циркуляционной насосной установкой 11 по системе трубопроводов 12. Нагретая вода по трубопроводу 13 поступает в градирню 14, после охлаждения в которой она снова возвращается в сис- тему отвода тепла стационарной пневматической установки.

Атмосферный воздух перед поступлением в компрессор очищается от механических примесей, пройдя через воздухозаборное устройство 1 и очистную камеру (фильтр) 2. Сжатый воздух проходит очистку в масло- влагоотделителе 8. Для сглаживания пульсаций, возникающих при цик- личной подаче сжатого воздуха компрессором, а также для компенсации колебаний воздухопотребления служит воздухосборник 9.

Рис. 7.1. Принципиальная схема стационарной компрессорной установки

Помимо показанных на схеме элементов в состав пневматической установки входят: привод с системой автоматического управления и ре- гулирования режима работы компрессора; пускорегулирующая, запорная и предохранительная арматура пневматической сети (задвижки, вентили, обратные и предохранительные клапаны, компенсаторы температурных изменений длины трубопроводов и др.); контрольно-измерительная аппа- ратура; система смазки компрессоров и пр.

7.1. Основное оборудование компрессорных станций пневматических установок

Компрессорные станции стационарных пневматических установок горных предприятий оборудуются, как правило, компрессорами общего промышленного назначения, так как необходимое давление сжатого воз- духа обычно не превышает 8 – 9 бар. Наиболее часто для этих целей ис- пользуют поршневые и центробежные компрессоры. Ограниченное при-

125

менение в условиях горного производства имеют винтовые компрессоры. Основные технические параметры поршневых и центробежных компрес- соров, применяемых на стационарных пневматических установках гор- ных предприятий, даны в табл. 7.1.

При маркировке прямоугольных компрессоров приняты следующие обозначения: буквенный индекс ВП - воздушный прямоугольный; первая цифра перед буквенным индексом - условный номер базы (рамы с криво- шипно-шатунным механизмом); следующие две цифры перед буквенным индексом указывают допустимое усилие на штоке в десятках тысяч Нью- тонов; цифры после буквенного индекса отображают номинальную пода- чу (м3/мин) и избыточное давление (бар) сжатого воздуха.

Горизонтальные компрессоры маркируются следующим образом: буквенный индекс М многорядная база; цифра перед буквенным индек- сом – количество рядов; цифры непосредственно после буквенного ин- декса – допустимое усилие на штоке в десятках тысяч Ньютонов; через дефис указаны номинальная подача (м3/мин) и избыточное давление (бар) компрессора.

Поршневые компрессоры 2М10-50/8 и 4М10-100/8 выполнены по оппозитной схеме, при которой цилиндры компрессора располагаются по обе стороны от оси вращения коленчатого вала и имеют взаимно проти- воположное направление движения шатунно-поршневых групп. Равенст- во сил инерции поступательно движущихся масс и поршневых сил с про- тивоположным их направлением в каждой паре цилиндров первой и вто- рой ступеней обеспечивает высокую степень уравновешенности компрес- сора, что, в свою очередь, позволяет увеличить частоту вращения колен- чатого вала и при прочих равных условиях снизить размеры и массу ком- прессорного агрегата и его фундамента. Все основные узлы обоих гори- зонтальных компрессоров унифицированы. Компрессоры имеют две ав- тономные системы смазки. Смазка стенок цилиндров осуществляется специальным лубрикатором. Для подачи масла к трущимся элементам механизма движения используется шестеренчатый насос. Производи- тельность компрессоров регулируется перепуском воздуха с нагнетатель- ной стороны во всасывающую по байпасу, снабженному перепускным клапаном с регулятором давления. Для устранения резонансных явлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, в связи с пульсирую- щей подачей воздуха, перед первой ступенью и после второй ступени компрессоров устанавливаются специальные буферные емкости. Прямо- угольные компрессоры марки ВП, как и горизонтальные марки М, имеют двухступенчатое исполнение. Цилиндры первых ступеней компрессоров ВП располагаются вертикально, а цилиндры вторых ступеней – горизон- тально, образуя, таким образом, прямой угол между осями цилиндров. Прямоугольные компрессоры обладают достаточно высокой степенью уравновешенности инерционных сил. Шатуны обеих ступеней насажены на общую шейку коленчатого вала, что обеспечивает компактность ком-

126

прессора, простоту монтажа и надежность в работе. Компрессоры снаб- жены встроенным электроприводом. Электродвигатель при помощи при- соединительного фланца крепится консольно к раме компрессора и не требует соответствующей площади фундамента для его размещения.

Центробежный компрессор (турбокомпрессор) ЦК-115/9 представ- ляет двухкорпусную шестиступенчатую турбомашину с внешним охлаж- дением. Каждая ступень компрессора имеет спиральный отвод, а перевод воздуха из ступени в ступень осуществляется по наружным перепускным каналам. В первом корпусе компрессора размещены две ступени, во вто- ром - четыре. Секции низкого и высокого давлений соединены между со- бой зубчатой муфтой. Компрессор ЦК-115/9, как и все турбокомпрессо- ры, снабжен повышающим зубчатым редуктором (мультипликатором).

Турбокомпрессоры К-250-61-2 и К-500-61-1 построены по одинако- вой аэродинамической схеме и на основе полного конструктивного подо- бия. Каждый из них представляет однокорпусную шестиступенчатую турбомашину, разделенную на три секции с двумя промежуточными хо- лодильниками. Перевод воздуха между ступенями секций осуществляется при помощи лопаточных спрямляющее – направляющих аппаратов, а ме- жду секциями – по внешним перепускным каналам.

Выбор типа компрессора для стационарных компрессорных стан- ций обычно производится на основе технико-экономического сравнения вариантов. Специальными исследованиями установлено, что при расчет- ной производительности компрессорной станции менее 200 м3/мин наи- более целесообразны однотипные поршневые компрессоры горизонталь- ного или прямоугольного типа с номинальной подачей от 10 до 50 м3/мин. При расчетной производительности компрессорной станции 200 – 500 м3/мин следует применять горизонтальные поршневые компрессоры 4М10 – 10/8 с номинальной подачей 100 м3/мин. При производительности станции 500 – 1000 м3/мин целесообразны центробежные компрессоры ЦК-115/9 и К-250-61-2 с подачей соответственно 115 и 250 м3/мин. При производительности станции более 1000 м3/мин следует ориентироваться на центробежные компрессоры К-500-61-1 с номинальной подачей возду- ха 500 м3/мин.

Центробежные компрессоры рекомендуется использовать в ком- плекте с некоторым количеством (до 25 % от расчетной производитель- ности компрессорной станции) поршневых, которые включаются в работу в периоды циклов пониженного воздухопотребления. Кроме того, порш- невые компрессоры необходимы также для подачи во внешнюю пневма- тическую сеть некоторого количества масла, чтобы исключить коррозию внутренних поверхностей труб и вспомогательного оборудования.

Для обеспечения надежной работы компрессорной станции преду- сматриваются резервные компрессорные агрегаты, количество которых зависит от типа выбранных компрессоров. Если в качестве рабочих вы- браны поршневые компрессоры, то при их количестве от 1 до 3 в резерве

127

достаточно иметь один компрессорный агрегат, однотипный с рабочими. При количестве рабочих поршневых компрессоров 4 – 6 и выше устанав- ливают два резервных агрегата.

Центробежные рабочие компрессоры при их количестве 1 – 2 ре- зервируются одним агрегатом, а при трех и более рабочих компрессорах необходимо иметь два резервных агрегата.

7.2. Вспомогательное оборудование пневматических установок

Воздухосборники – металлические сосуды цилиндрической формы и вертикального расположения, имеющие вместимость от 0,5 до 25 м3. Помимо прямого назначения (гашения пульсаций подачи воздуха ком- прессором), воздухосборники используют для выделения масла и влаги, а также для частичного охлаждения воздуха. Технические параметры воз- духосборников в соответствии с ГОСТ 9028 – 79 представлены в табл. 7.1. Технические параметры масловодоотделителей, встраиваемых в воз- духосборники, даны в табл. 7.2.

Вместимость воздухосборника (м3) выбирают по производительно-

128

где Q – производительность компрессора, м3/мин. Если воздухосборник один на несколько компрессорных агрегатов, то его необходимая вмести- мость определяется по суммарной производительности компрессоров, включая и резервные. Считается, что установка воздухосборников для гашения пульсаций подачи компрессоров необходима, если их суммар- ный объем составляет более 20 % от общей вместимости трубопроводов пневматической сети.

Таблица 7.2

Технические параметры масловодоотделителя

Концевые охладители. Расход охлаждающей воды в концевых ох- ладителях составляет примерно 2 – 2,5 л на 1 м3 сжатого воздуха. Техни- ческие параметры концевых охладителей даны в табл. 7.3

Поршневые компрессоры производительностью 50 и 100 м3/мин ос- нащаются вертикальными кожухотрубными концевыми охладителями соответственно марок ХК-50 и ХК-100. На центробежных компрессорах производительностью 250 и 500 м3/мин устанавливают охладители соот- ветственно ВОК-250 и ВОК-500. Для уменьшения длины воздухопровода с высокой температурой концевые охладители следует размещать, воз-

можно, ближе к компрессорам.

Всасывающие фильтры. На пневматических установках горных предприятий наибольшее распространение получили масляные самоочи- щающиеся и металлические висциновые фильтры. Общая площадь фильтров принимается из условия обеспечения скорости движения воз- духа через фильтр 0,3 – 1,0 м/с или 0,3 – 1,0 м2 на каждые 1000 м3/мин подачи компрессора. Технические параметры сетчатых самоочищающих- ся фильтров даны в табл. 10.4.

Фильтры марки КТ заправляют маслом с низкой температурой за- стывания. Смена масла в баке производится при насыщенности масла пылью 0,15 кг на 1 л. Два раза в год сетки и масляный бак промывают 10 %-ным раствором каустической соды. Начальное сопротивление

129

Висциновые фильтры марки Ф выпускают двух типоразмеров: Ф50 и Ф100 соответственно на подачу компрессора 50 и 100 м3/мин. Сопро- тивление фильтров 50 Па. Площадь фильтрующей поверхности одной ячейки фильтра – 0,44 м2. Количество ячеек в фильтрах - 2 (Ф50) и 4 (Ф100).

Таблица 7.4

Технические параметры сетчатых самоочищающихся фильтров

Система водоснабжения. Система водяного охлаждения компрес- сорной станции состоит из промежуточных, последующих и конечных охладителей сжатого воздуха, водяных рубашек цилиндров, холодильных элементов масловодоотделителей, охладителей смазочных масел, устано- вок водоснабжения, регенерации и оборота охлаждающей воды.

130

Водоснабжение охладителей, как правило, централизованное. При малом расходе и обеспеченном источнике охлаждающей воды применяют прямоточные схемы водоснабжения, при которых вода после нагрева в теплообменниках сбрасывается в водоемы или направляется в системы теплоснабжения объектов промплощадки предприятия. При циркуляци- онных схемах водоснабжения насосная станция обеспечивает подачу хо- лодной и возврат горячей воды по системе трубопроводов для последую- щего охлаждения.

Количество теплоты (кДж/кг), отводимой водяной рубашкой ци- линдра компрессора, определяется по формуле

где п – показатель политропы сжатия воздуха в цилиндре (n = 1,20 ÷ 1,25); k = 1,4 – показатель адиабатного сжатия воздуха; Сv = 0,721 кДж/(кг·К) – изохорная теплоемкость воздуха; Т1 и Т2 – температура воз- духа в компрессоре соответственно в начале и конце процесса сжатия, К.

Удельная теплота (кДж/кг), отводимая в промежуточных, после- дующих и концевых охладителях пневматической установки,

где Ср = 1,005 кДж/(кг·К) - изобарная теплоемкость воздуха; Тн и Тк — температура воздуха соответственно в начале и конце пути движения в охладителях, К.

Полное удельное количество теплоты (кДж/кг), отводимое в ком- прессорном агрегате:

а) для поршневых компрессоров –

где z — число цилиндров в поршневом компрессоре.

Полное количество теплоты, отводимой системой охлаждения ком-

где ρ – 1,2 кг/м3 – плотность воздуха при нормальных атмосферных ус- ловиях, а Q - производительность компрессора, м3/мин.

Расчетный расход (м3/ч) охлаждающей воды на один компрессор- ный агрегат

131

где Св = 4,2 кДж/(кг·К) – теплоемкость охлаждающей воды, а tв1 и tв2 - температура охлаждающей воды соответственно на входе и на выходе системы охлаждения. При достаточном расходе перепад температуры ох- лаждающей воды между входом и выходом должен быть не более 15 ° С. Температура воды не более + 25 °С на входе и + 40 ° С на выходе из сис- темы охлаждения.

При циркуляционных системах водоснабжения вода от компрес- сорных станций поступает на охлаждение в градирню или брызгальный бассейн.

Брызгальные бассейны просты в строительстве и эксплуатации и требуют небольших затрат на их сооружение. Однако они обладают низ- кой теплоотдачей, зависящей от направления и скорости ветра. Поэтому для районов с продолжительными штилями в летнее время применение брызгальных бассейнов не рекомендуется.

Необходимая площадь брызгальных бассейнов составляет в сред- нем от 0,8 до 1,3 м2 на 1 м3 охлаждаемой в час воды. При исчислении на- грузки на 1 м2 бассейна это составит 0,8 м3/ч для небольших и до 1,3 м3/ч для больших бассейнов.

На пневматических установках горных предприятий для охлажде- ния воды используются также открытые градирни башенного типа высо- той 15 – 20 м, представляющие собой сооружение, состоящее из резер- вуара охлажденной воды, оросительного устройства с рештаками для раз- брызгивания воды и вытяжной башни для циркуляции охлаждающего воздуха за счет естественной тяги или принудительного наддува. Круп- ные компрессорные станции оснащаются вентиляторными секционными градирнями, обеспечивающими глубокое охлаждение воды.

Машинный зал компрессорной станции обязательно оборудуется приточно-вытяжной системой вентиляции; один вентилятор нагнетает воздух в машинный зал, другой отсасывает его по системе воздушных коллекторов-распределителей.

132

Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Пневматическая установка представляет собой компрессорную станцию в сочетании с внешней воздухопроводной сетью. Комплект обо- рудования, включающий рабочие машины: компрессоры, привод, аппара- туру энергоснабжения и автоматизации, вспомогательное оборудование – называют компрессорной станцией.

Компрессорные станции устанавливаются на сравнительно не- большом расстоянии от стволов шахт и рудников. К потребителям пнев- моэнергии станций воздух поступает по общей пневматической сети, представляющей собой разветвленную систему трубопроводов, проло- женных по вертикальным, наклонным и горизонтальным выработкам.

Исходными данными для проектирования пневматических устано- вок являются:

план ведения горных работ; число, род и техническая характеристика потребителей воздуха и

распределение их по сменам и участкам шахты; режим работы и годовая производительность шахты; стоимость электроэнергии; наличие воды для охлаждения и другие данные.

В процессе проектирования пневматических установок необходимо: установить требуемую производительность компрессорной станции; выбрать тип и число компрессоров, двигатели к ним; установить давление сжатого воздуха на выходе компрессорной

станции; составить схему воздухопроводной сети и рассчитать ее;

произвести технико-экономические расчеты по определению капи- тальных затрат на оборудование и монтаж пневматической установки, определить проектную стоимость 1 м3 воздуха и расход его на 1 т добычи, расход электроэнергии на 1 т добычи и на 1 м3 воздуха.

8.1. Расчет производительности компрессорной станции

Производительность компрессорной станции определяется как сум- ма расходов сжатого воздуха потребителями в наиболее загруженный пе- риод суток и расхода на утечки воздуха через неплотности в магистраль- ном воздухопроводе и местах присоединения потребителей. Указанный период устанавливают в соответствии с организацией горных работ по графикам работы добычных и подготовительных участков. В расчете учитывают износ, неоднородность работы и степень загрузки потребите- лей.

134