Стационарные машины

среднемесячную температуру июля; φ = 1,02 - коэффициент, учитываю- щий возможность повышения давления по сравнению с расчётным; µ = 1,05 - коэффициент расхода воздуха неучтенного потребителями; i - номер группы однотипных потребителей; Vп – расход воздуха одним потребите- лем данной группы; nп – количество однотипных потребителей; kи - коэф- фициент износа, связывающий увеличение расхода воздуха с износом по- требителей; kд - коэффициент давления, учитывающий зависимость расхо- да воздуха от его давления; kз - коэффициент загрузки, показывающий из- менение расхода воздуха потребителем при отклонении фактической на- грузки от номинальной и при регулировании; kв - коэффициент включения, т.е. использования потребителя во времени; kп - коэффициент сменности, показывающий, что работающих потребителей меньше подключенных к пневмосети (при проектировании новых компрессор станций принимают kп = 1, т.е. предусматривая возможность самого напряженного периода - работы всех потребителей одновременно; Vпр = 0,5 м3/мин — предельно допустимые утечки на присоединии одного потребителя; ппр - количество присоединённых потребителей; kпр - коэффициент отклонения фактиче- ского давления в местах присоединения потребителей от допустимого среднего избыточного ри.пр = 0,4 (при проектировании новых компрессор- ных станций принимают Vут — предельно допустимые значения утечек сжатого воздуха на 1 км магистрального воздухопровода [прини- мают равными: от компрессора до главного квершлага включительно 3,0 м3/(мин·км) при среднем по длине избыточном давлении 0,6 МПа; для воздухопроводов групповых и участковых штреков 4 м3/(мин·км) при средних избыточных давлениях по длине соответственно 0,5 и 0,4 МПа; I - длина одного из указанных выше участков магистрального воздухопрово- да; kут — коэффициент отклонения фактического давления сжатого возду- ха на участках магистрального воздухопровода от допустимого среднего по длине давления. При проектировании новых компрессорных станций

kут = 1.

Упростив данную формулу, получим

Vк.с. = kcϕ[μ (∑Vпi ппi kо1i + 2,7 × ∑V 2пi ппi kо2i + Vпрппрkпр )+ ∑VутIkут ].

Необходимые для расчетов данные о потребителях сжатого воздуха приведены в табл. 4.1, 4.2.

Расчеты по первому слагаемому и подкоренному выражению даны в табл. 4.3.

Производительность компрессорной станции на горизонте при ко- эффициенте сезонности kc = 1 :

145

в конце работ

Vк.с. = 1×1,02[1,05(213,01 + 2,7 × 195,05 + 0,5 × 75 ×1)+ (3 ×1,1×1 + 4 ×18 ×1)]=

=385 м3 / мин;

вначале работ

Vк.с. = 1×1,02[1,05(213,01 + 2,7 × 195,05 + 0,5 × 75 ×1)+ 3 ×1,1×1]= 312м3/мин;

2. Расход воздуха на утечки:

в конце работ на горизонте

∑Vут.к = 0,5 × 75 + 3 ×1,1 + 4 ×18 100 = 29,3 % , 385

в начале работ на горизонте

Среднее значение расхода воздуха на утечки за период работы на го- ризонте 21,2 %.

3. Тип и число компрессоров. Для компрессорных станций произво- дительностью до 500 м3/мин применяют поршневые компрессоры, более

146

500 м3/мин – как правило, центробежные компрессоры. При выборе коли- чества компрессоров следует учитывать снижение их производительности вследствие износа. Коэффициент износа kV принимается для поршневых компрессоров производительностью 50 м3/мин и 100 м3/мин равным соот- ветственно 0,9 и 0,95; центробежных производительностью 250 м3/мин и 500 м3/мин – соответственно 0,87 и 0,94.

Резерв компрессоров принимают из расчета на один – два работаю- щих один резервный; на три – пять работающих – два резервных; на 6 – 12 работающих – три резервных.

По расчетной производительности компрессорной станции Vк.с. = 385 м3/мин принимаем шесть компрессоров 4М10-100/8 производительно- стью 100 м3/мин, из которых в работе будут четыре: в начале и конце работ на горизонте. Два компрессора резервные.

Таблица 4.2

При коэффициенте износа kV = 0,95 производительность работаю- щих компрессоров составит 4 · 100 · 0,95 = 380 м3/мин.

4. Расчет воздухопроводной сети. Цель расчета воздухопроводной сети

– определение давления сжатого воздуха у компрессорной станции, при ко- тором каждый из потребителей пневмоэнергии имеет гарантированное рабо- чее давление.

147

При расчете схему воздухопроводной сети разбиваем на участки, на- чало и конец каждого из которых определяем точками разветвления сети. Для всех участков последовательно рассчитываем количество воздуха, проходящего по участку; необходимые диаметры труб; потери давления. По линии с наибольшим падением давления от самого удаленного потре- бителя до компрессора с учетом потерь давления в гибких воздухопрово- дах и рабочего давления у потребителя находим необходимые давления у компрессорной станции.

Участок 1 – 2. Расход воздуха на этом участке равен производитель- ности компрессорной станции, т.е. V1 - 2 = 385 м3/мин.

Расходы воздуха на участках сети определяем по вышеприведенной формуле. В табл. 4.2 находим первое слагаемое и подкоренное выражение данной формулы применительно к участку 2 – 3.

Участок 2 – 3 . Количество присоединений ченного воздухопровода квершлага 400 м, штреков – 12 км.

V2−3 = 1×1,02 [1,05 (171,66 + 2,7128,5 + 0,5 × 43)+ (3 × 0,4 ×1 + 4 ×12 ×1)]= 290 м3 / мин.

Вдальнейших расчетах исходим из того, что комбайновые участки I, II и IV имеют идентичное оборудование; это относится и к участкам III, V и IV, где применяются отбойные молотки. Следовательно,

Если оборудование добычных и проходческих участков не идентич- но, то расходы воздуха на участках сети следует рассчитывать так же, как для участка 2 – 3.

Оптимальные диаметры труб находим по рис. 4.2.

Рис. 4.2. Номограмма для определения оптимального диаметра труб

148

Эквивалентная длина при определении расчетной длины Iр участков сети принята равной 10 % от фактической. Средняя плотность (кг/м3) воз- духа на всех участках сети принята одинаковой и вычислена по формуле

ρср = рк.с + рп ,

2RTср

где рк.с и рп - абсолютные давления у компрессорной станции и потребите- лей, МПа; R = 287 Дж/(кг · К) - газовая постоянная воздуха; Тс = 273 + 20= = 293 К - средняя температура сжатого воздуха в сети.

Принимая избыточное давление у наиболее удаленного потребителя 0,5 МПа и максимально возможные потери давления 0,2 МПа, получим давление у компрессорной станции 0,7 МПа. Следовательно,

Скорость (м/с) движения воздуха в трубах

V = 4ρ0V , 60πd 2 ρср

где ρ0 = 1,293 кг/м3 - плотность воздуха при нормальных условиях; V - расход воздуха на участке сети, м3/мин; d - внутренний диаметр труб уча- стка сети, м, тогда для участка 1 – 2:

Рассчитанные для всех участков скорости приведены в таблице. Па- дение давления (Па) на участке сети

р = λ I р v2 ρср , d 2

где λ = 0,0334 - коэффициент гидравлического трения, тогда для участка 1-2:

Dр1−2 = 0,0334 550 × 8,612 ×8,32 ×10−6 = 0,01475 МПа . 0,384 2

Вычисленные для всех участков падения давления приведены в таб- лице 4.3.

По данным таблици, потери давления от компрессора до самого уда- ленного участка по наиболее напряженной линии магистрального воздухо-

провода 1-2-3-4-b:

∑ Dрм = 0,01475 + 0,00498 + 0,01053 + 0,08625 = 0,117 МПа .

Потери давления (МПа) с учетом потерь в гибких воздухопроводах (шлангах)

150

∑ р = ∑ рм + рш ,

где рш - допустимые потери давления в гибких воздухопроводах, МПа;

ввоздухопроводах приемников, расположенных на штреке длиной 5 – 15 м, рш = 0,03 ÷ 0,05 МПа; в воздухопроводах молотковой лавы длиной 100 –

что меньше допустимого ΣΔр = 0,2 МПа.

При ΣΔр > 0,2 МПа необходимо увеличить диаметр труб, особенно на протяженных участках сети.

С учетом избыточного давления у потребителя рп = 0,5 МПа необходи- мое избыточное давление у компрессорной станции принимаем рк.с= 0,7 МПа.

5. Технико-экономические показатели. Принимаем 20 ч работы ком-

прессоров в сутки и 300 рабочих дней в году.

Средняя производительность компрессорной станции в период рабо- ты на горизонте

Vср = (385 + 312)/ 2 = 348,5 м3 / мин.

Среднегодовая выработка (м3) сжатого воздуха

VГ = 60Vсрnчnд ,

т.е. VГ = 60 ×348,5 × 20 ×300 = 125,46 ×106 м3.

Работа, затраченная на сжатие 1 м3 воздуха, по формуле

Компрессор 4М10-100/8 поставляется комплектно с электродвигате- лем СДК 2-17-26-12К мощностью 630 кВт, n = 500 об/мин, напряжением

6000 В.

151

Годовой расход (кВт · ч) электроэнергии

где kв.н = 1,02 ÷ 1,04 – коэффициент расхода электроэнергии на подачу ох- лаждающей воды и вспомогательные нужды (освещение, питание генера- торов возбуждения, вентиляция и т.д.); ΣNк – суммарная расчётная мощ- ность двигателей компрессоров, работающих одновременно, кВт; ηд –

152

Вопросы для самопроверки

1.Опишите теоретический процесс работы поршневого компрессора.

2.Как графически изображается изменение состояния воздуха изо- термическим, адиабатным и политропным процессами?

3.Многоступенчатое сжатие. Каковы пределы сжатия, его теорети- ческая диаграмма?

4.Что входит в основное оборудование компрессорных станций?

5.Назовите конструктивные узлы поршневого компрессора. Как ра- ботает поршневой компрессор?

6.Что представляет собой вспомогательное оборудование ком- прессорных станций?

7.Перечислите исходные данные для проектирования компрессор- ных станций.

8.Каковы основные этапы проектирования компрессорных станций?

9.Нарисуйте и объясните теоретическую диаграмму поршневого компрессора.

10.Какие электроприводы применяются на компрессорных станци-

ях?

153

Библиографический список

1.Алексеев В.В. Рудничные насосные, вентиляторные и пневматиче- ские установки. – М.: Недра, 1983. – 380 с.

2.Алексеев В.В. Стационарные машины. – М.: Недра, 1999. – 415 с.

3.Борохвич А.И. Стационарные машины и установки на открытых горных разработках. – М.: Недра, 1979. – 287 с.

4.Будов В.М. Насосы АЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 402 с.

5.Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установ-

ки. – М.: Изд-во МГГУ, 2004. – 325 с.

6.Завозин Л.Ф. Шахтные подъемные установки. – М.: Недра, 1975. –

364 с.

7.Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Лопастные насосы для абра- зивных гидросмесей. – М.: Машиностроение, 1978. – 222 с.

8.Картавый Н.Г. Шахтные стационарные установки. – М.: Недра, 1978. – 262 с.

9.Лопастные насосы / Под общ. ред. Л.П. Грянко, А.Н. Папира – Л.: Машиностроение, 1975. – 430 с.

10.Никулин В.Б. Машинист насосных установок угольных шахт и карьеров. – М.: Недра, 1972. – 247 с.

11.Петухов А.И. Горная механика. – М.: Недра,1985. – 316 с.

12.Песвианидзе А.В. Расчет шахтных поъемных установок. – М.: -

Недра, 1992. – 249 с.

13.Попов В.М. Водоотливные установки. – М.: Недра, 1990. – 253 с.

14.Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. – М.: Недра, 1983. – 303 с.

15.Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт / Под общ. ред. А.М. Карпова, М.А. Патрушева – М.: Недра, 1975. – 237 с.

16.Смородин Е.С., Верстаков Г.В. Шахтные стационарные машины

иустановки. – М.: Недра, 1985. – 279 с.

17.Соломахова Т.С. Центробежные вентиляторы. – М.: Маши- ностроение, 1989. – 173 с.

18.Стационарные установки шахт / Под общ. ред. Б.Д. Братченко. –

М.: Недра, 1977. – 406 с.

19.Тихонов Н.В. Горная механика. – М.: Недра, 1979. – 312 с.

20.Хаджиков Р.Н. Горная механика. – М.: Недра, 1982. – 406 с.

21.Хаджиков Р.Н. Сборник примеров и задач по горной механике. –

М.: Недра, 1989. – 197 с.

22.Хохловкин Д.М., Гуревич Л.С. Насосы участкового и забойного водоотлива. – М.: Недра, 1970. – 119 с.

23.Центарский И.А. Горная механика. – М.: Недра, 1975. – 277 с.

24.Чиняев И.А. Лопастные насосы. – Л.: Машиностроение, 1973. –

179 с.

154