книги / Расчет шахтных водоотливных и вентиляторных установок

2.Увеличить диаметр всасывающего трубопровода насосной станции и определить новые значения вакуумметрической высоты всасывания насоса Нв.

3.При Qд > Qmin необходимо прикрыть оперативную задвижку настолько, чтобы Qд = Qmin.

4.Применить подпорный насос.

5.Рассмотреть вариант заглубленной насосной станции. Отрицательная величина Нвcд указывает глубину расположения

насосов ниже уровня воды в водосборнике или величину необходимого подпора на входе в насос, располагаемый выше уровня воды

вводосборнике.

1.9.Выбор электродвигателя главной водоотливной установки шахты

Выбор электродвигателя главной водоотливной установки определяется мощностью насоса этой установки.

Мощность насоса главной водоотливной установки на его валу (кВт) определяется по формуле:

Nв =10−3 ρg HдQд . 3600ηд

Расчётная мощность электродвигателя насоса главной водоотливной установки с учетом 10–15 % запаса к мощности на валу насоса (кВт) следующая:

Nр =(1,1...1,15) Nв.

На шахтных водоотливных установках горнодобывающих предприятий широкое распространение получили асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Это связано с относительно постоянной нагрузкой при длительных режимах эксплуатации и сравнительно небольшой пусковой нагрузкой, которая обычно не превышает 30–40 % от номинальной.

В шахтах, не опасных по газу и пыли, на водоотливных установках применяются электродвигатели общего назначения, выпол-

21

ненные в закрытом и брызго-, капле- и влагозащищенном исполнении. Электродвигатели во взрывозащитном исполнении применяют в шахтах, опасных по газу и пыли.

Электродвигатель водоотливной установки выбирается по каталогу, исходя из расчётной электродвигателя и частоты вращения вала насоса. Мощность выбираемого электродвигателя должна быть близка к расчётной мощности. Частота вращения вала выбираемого электродвигателя должна совпадать с частотой вращения вала принятого насоса.

Основные технические характеристики асинхронных электродвигателей общего назначения с короткозамкнутым ротором, применяемых для насосов шахтных водоотливных установок, приведены в приложении 10.

Основные технические характеристики взрывозащищенных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, применяемых для насосов водоотливных установок, приведены в приложении 11.

1.10. Определение энергопотребления главной водоотливной установки шахты

Годовое потребление электроэнергии насосным оборудованием главной водоотливной установки (кВт·ч/год) определяется по формуле:

= 0,92…0,96; ηэд – КПД электродвигателя; Тн, Тм – расчётное число машино-часов работы насосов в сутки соответственно при откачке нормального водопритока и при откачке максимального водопритока, ч:

22

Тн = Qн ;

Qд

Тм = Qmax .

Qд

Дополнительный расход электроэнергии вспомогательным оборудованием насосной станции учитывается коэффициентом 1,05.

Удельный расход электроэнергии определяется как отношение годового потребления электроэнергии насосным оборудованием шахтной водоотливной установки к объему откачиваемой шахтной воды (кВт·ч/м3):

Примеры условных обозначений труб и насосов даны в приложениях 12 и 13.

23

2. РАСЧЁТ УСТАНОВКИ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТЫ

2.1. Требования к установкам главного проветривания шахты

Главные вентиляторные установки шахты должны состоять из двух самостоятельных вентиляторных агрегатов, причем один из них должен быть резервный. Вентиляторы для новых и реконструируемых установок главного проветривания шахты должны быть одного типа и размера.

Производительность главных вентиляторных установок шахты должна определяться проектом с учетом максимального количества воздуха, необходимого для проветривания подземных выработок и объемов на всех стадиях выполнения работ.

Главные вентиляторные установки должны обеспечивать реверсирование вентиляционной струи, поступающей в подземные выработки не более чем за 10 мин. При этом производительность вентиляторной установки должна быть не менее 60 %.

2.2. Исходные данные и порядок расчёта вентиляторов главного проветривания шахты

Исходными данными для расчёта вентиляторов главного проветривания шахты являются:

1) необходимый расход воздуха для проветривания шахты Qв,

м3/с.

2)расчётная депрессия вентиляционной сети шахты:

– максимальная расчётная депрессия hmax, Па;

– минимальная расчётная депрессия hmin, Па.

3)местоположение вентиляторной установки главного проветривания шахты.

Расчёт вентиляторов главного проветривания шахты ведётся

вследующем порядке:

24

1.Определение расчётной подачи вентилятора главного проветривания шахты.

2.Выбор типа вентилятора главного проветривания шахты.

3.Расчёт аэродинамических характеристик внешней сети вентилятора главного проветривания шахты.

4.Графическое определение параметров режима работы вентилятора главного проветривания шахты.

5.Определение резерва производительности вентиляторной установки главного проветривания шахты.

6.Определение расчётной мощности на валу вентилятора главного проветривания шахты.

7.Выбор электродвигателя для вентилятора главного проветривания шахты.

8.Определение среднегодового расхода электроэнергии вентиляторной установки главного проветривания шахты.

2.3.Определение расчётной подачи вентилятора главного проветривания шахты

Расчётная подача вентилятора главного проветривания шахты

(м3/с):

Qр = kуQв,

где kу – коэффициент, учитывающий утечки через шахтный ствол и подводящие каналы вентиляторной установки главного проветривания шахты, kу = 1,10 при расположении вентиляторов на стволах и шурфах, не используемых для подъема; kу = 1,20 при расположении вентиляторов на клетевом стволе; kу = 1,25 при расположении вентиляторов на скиповом стволе; kу = 1,30 при расположении вентиляторов на шурфах, используемых для подъёма и спуска материалов.

2.4. Выбор типа вентилятора главного проветривания шахты

Вентиляторные установки с осевыми вентиляторами имеют более простую конструкцию и проще центробежных вентиляторов в обслуживании. Поэтому применение осевых вентиляторов более

25

предпочтительно. Однако осевые вентиляторы являются низконапорными машинами, что ограничивает область их применения депрессиями до 2500–3000 Па. При больших депрессиях применяют центробежные вентиляторы.

Технические данные центробежных и осевых вентиляторов главного проветривания шахты представлены в приложении 16 и 17.

Выбор вентилятора производят, используя диаграммы полей рабочих режимов вентиляторов (приложение 14). На диаграммы полей рабочих режимов вентиляторов наносят две точки, одна из которых имеет координаты Qр и hmax, а другая точка – Qр и hmin. Выбранному типу вентилятора соответствует область промышленного использования, в которую попадают обе нанесенные точки на диаграммы полей рабочих режимов вентиляторов.

При попадании двух точек одновременно в поля рабочих режимов разных типов вентиляторов выбирают тот вентилятор, который способен реализовать необходимые рабочие режимы вентиляторной установки при большей величине средневзвешенного статического КПД вентилятора. Для этого, используя аэродинамические характеристики предварительно выбранных шахтных вентиляторов, определяют величины статического КПД этих вентиляторов при максимальной и минимальной депрессиях вентиляционной сети шахты.

Средневзвешенный статический КПД вентилятора определяется так:

где ηmax и ηmin – статический КПД вентиляторов соответственно при максимальной hmax и минимальной hmin депрессиях вентиляционной сети шахты при расчётной подаче вентилятора главного проветривания шахты Qр.

26

2.5. Расчёт аэродинамических характеристик внешней сети вентилятора главного проветривания шахты

Аэродинамические характеристики внешней сети вентилятора главного проветривания шахты рассчитывается по уравнению

hc = RcQ2,

где hc – сопротивление внешней сети вентиляторной установки главного проветривания шахты, Па; Q – расход воздуха, м3/с; Rc – обобщенный коэффициент сопротивления внешней сети вентилятора главного проветривания шахты, определяется при максимальной

иминимальной депрессиях вентиляционной сети шахты:

–при максимальной депрессии вентиляционной сети шахты

Rс.max = hQmax2 ;

p

– при минимальной депрессии вентиляционной сети шахты

Rс.min = hQmin2 .

p

Расчёт аэродинамических характеристик вентиляционной сети вентилятора главного проветривания шахты производится по формулам:

– при максимальной депрессии вентиляционной сети шахты

hc.max = Rс.maxQp2 ;

– при минимальной депрессии вентиляционной сети шахты

hc.min = Rс.minQp2 .

Задаваясь несколькими (6–8) значениями Q из интервала от 0 до (1,5–1,6)Qр, определяются значения Нс для каждого из них, и результаты расчёта оформляются в виде табл. 2.1, первая строка которой содержит численные значения подачи Q, а вторая и третья строки –

27

расчётные значения максимальной и минимальной депрессий

hc.max и hc.min.

Таблица 2.1

Результаты расчёта аэродинамических характеристик внешней сети вентилятора главного проветривания шахты

Для удобства расчёта и последующих построений значения подач Q рекомендуется выбирать в виде круглых чисел. Например: 0, 10, 20, 30 и т.д., или 0, 50, 100, 150 и т.д., ориентируясь на параметры и индивидуальную аэродинамическую характеристику выбранного вентилятора главного проветривания шахты.

2.6. Графическое определение параметров режима работы вентилятора главного проветривания шахты

Определение параметров режима работы вентилятора главного проветривания шахты производится графически путём наложения характеристик внешней сети вентилятора главного проветривания

шахты при максимальной hc.max и минимальной hc.min депрессиях, построенных в соответствующем масштабе по результатам расчёта,

проведенного ранее, на аэродинамическую характеристику выбранного вентилятора главного проветривания шахты (приложение 15).

На характеристики внешней сети вентилятора главного провет-

ривания шахты hc.max–Q и hc.min–Q наносят точки 1 и 2, которые соответствуют расчётным режимам (Qр, hmax) и (Qр, hmin) вентилятора

главного проветривания шахты (рис. 2.1).

В качестве примера на рис. 2.1 представлена аэродинамическая характеристика осевого вентилятора главного проветривания шахты.

28

Если установка главного проветривания шахты позволяет осуществлять непрерывное регулирование режима работы, например, путем регулирования частотой вращения рабочего колеса или изменением угла установки лопастей направляющих аппаратов, то вентилятор может обеспечить режимы, определяемые точками 1 и 2. В этом случае частоты вращения или углы установки лопастей направляющих аппаратов, необходимые для обеспечения расчётной подачи Qр, определяют в этих точках.

При непрерывном регулировании параметры рабочих режимов вентилятора (см. точки 1 и 2 на рис. 2.1) следующие:

– при максимальной депрессии (точка 1)

Q1; h1; ηст1; θна1;

– при минимальной депрессии (точка 2)

Q2; h2; ηст2; θна2.

Если вентилятор главного проветривания шахты имеет ступенчатое (дискретное) регулирование, то действительный режим работы вентилятора будет определяться точками 3 и 4 пересечения характеристик внешней сети с ближайшими верхними от точек 1 и 2 ветвями аэродинамических характеристик hст – Q вентилятора главного проветривания.

Параметры рабочих режимов вентилятора главного проветривания при ступенчатом регулировании (точки 3 и 4, см. на рис. 2.1) следующие:

– при максимальной депрессии (точка 3)

Q3; h3; ηст3; θна3;

– при минимальной депрессии (точка 4)

Q4; h4; ηст4; θна4.

Современные вентиляторые установки главного проветривания шахт, как правило, имеют непрерывное регулирование, что позволяет обеспечить необходимые рабочие режимы вентилятора главного проветривания в точках 1 и 2.

30