книги / Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт

Экономические показатели работы установок

Принимая годовые затраты па обслуживание и стоимость вспомогатель­ ных материалов, расходуемых за год, одинаковыми для сравниваемых венти­ ляторных установок, определим приведенные среднегодовые затраты для обеих установок.

Приведенные среднегодовые затраты по вентиляторной установке ВЦ-32 составят

Зх = 45 700+8343+440+0,14.98 300 = 68 245 руб.

Эти же затраты по вентиляторной установке ВОКД-2,4 составят

32 = 47 600+9338+445+0,14 • 130 930 = 75 713 руб.,

т. е. на 7468 руб. больше. Таким образом, рациональной по экономическим соображениям для заданных условий будет установка с вентиляторами ВЦ-32.

Уточнение углов установки лопаток выбранного вентилятора, статического к. п. д. в различные периоды эксплуатации и мощ­ ности приводного электродвигателя производится по характери­ стикам.

новки лопаток рабочих колес, статический к. п. д. и мощность приводного электродвигателя.

По характеристикам вентилятора (рис. 37) определяем:

во второй период при <?Во = 35 м3/с и /гВч = 160 мм вод. ст. угод уста­

Рис. 37. Уточнение параметров выбранного вентилятора

Возможен случай, когда область промышленного использова­ ния ни одного из выпускаемых вентиляторов не будет включать оба заданные крайние положения режимов, например она может включать только максимальный режим hmax и Çmax, а минималь­ ный hm|Пи Çmln будет находиться вне этой области, или наоборот. Тогда некоторый промежуток времени Г, ч, расчетного периода вентилятор должен будет работать с к. п. д. меньше минимально допустимого и затраты З г на электроэнергию при стоимости

Бели бы вентилятор в этом режиме работал с к. п. д., равным не т], а с минимально допустимым Пш1пд>т0 за промежуток вре­ мени Т эти затраты были бы равны

(8.4)

3>= T Ê t H T K "

Разность

будет составлять дополнительные затраты на электроэнергию из-за низкого к. п. д. вентилятора.

Подставив значения З х и 3 2 нз формул (8.3) и (8.4) в (8.5), получим

аналогично для йтаХ и (?ыах

Величина Зэ может иногда значительно превысить затраты Зв на установку другого вентилятора, область промышленного ис­ пользования которого не включает режима hmax и Qmax, но зато включает режимы hm\n и Çmill, что обеспечивает высокий к. п. д. Поэтому в случае, когда

должен решаться вопрос об установке двух вентиляторов, а иногда и больше.

Когда для обеспечения вентиляционного режима принимается несколько одновременно работающих вентиляторов, предпочтение следует отдать центробежным вентиляторам.

8.2. ВЕНТИЛЯТОРЫ Д Л Я СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ

Выбор вентиляторов для совместной работы производится по той же методике, что и для одиночной работы. Однако после выбора вентиляторов, если их напорные характеристики имеют седлообразную форму, необходима проверка устойчивости их совместной работы. Для этого их напорные характеристики на­ кладываются на характеристику сети в местах включения. Если напорные характеристики вентиляторов пересекаются характери­ стиками сети (рис. 38) в одной точке, лежащей на ее рабочей частил

то режимы будут устойчивыми (однозначными). При пересечении характеристик в нескольких точках режимы работы вентиляторов будут неустойчивыми (многозначными).

/

Рис. 38. Схемы к оценке устойчивости совместной работы венти­ ляторов

При двух параллельно включенных вентиляторах проверку можно осуществлять графоаналитическим методом с использова­ нием условий устойчивости:

где R0 — аэродинамическое сопротивление общего участка вен­ тиляционной сети;

hK— значение ординат в точках к (см. рис. 38), соответству­ ющих верхней границе допустимых режимов работы вентиляторов; определяется по формуле

ристик с касательными, проведенными из точек к верхних границ допустимых режимов в сторону минимума напорных характеристик; определяются графически;

Qs — координата точки s.

Координата hs определяется решением системы двух уравнений с двумя неизвестными, одним из которых является напорная

При соблюдении условий (8.9) режимы работы вентиляторов будут устойчивыми.

Если число параллельно включенных вентиляторов больше двух, ввиду сложности и громоздкости графических и вычисли­ тельных работ при использовании графоаналитического метода устойчивость их вентиляционных режимов проверяется с помощью электромоделей (приложение VI) или ЭВМ.

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ И ПОВЫШЕНИЕ ЕЕ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ СХЕМ

9.1РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОВЕТРИВАНИЯ

9.1.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ВРуководстве рассматривается устойчивость направления движения потоков воздуха в диагоналях, связанная с изменением аэродинамических сопротивлений ветвей сети. Под диагональю понимается такая ветвь (выработка), направление движения воздуха в которой может измениться на противоположное при изменении аэродинамического сопротивления других ветвей.

При проектировании новых шахт, реконструкции и вводе новых горизонтов на действующих шахтах, когда принимаются типовые схемы проветривания, устойчивость диагональных струй определяется на основании расчетных данных, приведенных в приложении IV.

При конструировании принципиально новых схем и рекон­ струкции вентиляции шахт с использованием существующей весьма сложной вентиляционной сети необходимо производить детальный расчет устойчивости.

(фиктивные), а также таких, опрокидывание струй в которых не является опасным. Как правило, наиболее опасными следует считать диагонали между струями разного знака, т. е. свежими и исходящими, а также диагонали между струями одного знака, где располагаются различные камеры и последовательно прове­ триваемые объекты (например, очистные забои, конвейерные выработки). Опрокидывание струй в остальных диагоналях не представляет опасности при нормальной работе предприятий.

Таким образом, анализу в первую очередь и главным образом подлежат диагонали между струями разных знаков и одного знака, являющиеся объектами проветривания.

Для выбранных диагоналей находятся ветви, которые могут быть определяющими, т. е. изменение сопротивлений которых в пределах, имеющих место на практике, может привести к опро­ кидыванию потока в диагонали. Определить точно, какая ветвь является определяющей, можно только детальным расчетом. Однако для части ветвей можно сказать заранее, что они не являются определяющими, и тем самым упростить расчеты.

Так, ветвь R 0 уп не является определяющей, если расход воздуха в ней меньше, чем в исследуемой диагонали. Ветвь R 0 ум не является определяющей, если ее депрессия меньше депрессии диагонали.

Определяющими, как правило, являются последовательно при­ мыкающие к концам диагонали две-три ветви, опасные при увели­ чении сопротивления 7?0 ув, или ветви с вентиляционными соору­ жениями, которые становятся опасными при уменьшении сопро­ тивления # 0 ум. Чем дальше от диагонали расположена ветвь, тем меньше ее влияние на устойчивость потока в диагонали при прочих равных условиях. При выявлении определяющих ветвей следует учитывать, что возможная зона разрушения при взрывах, как правило, не превышает 700 м по выработкам шахты в любом направлении от места аварии.

9.1.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ

Критерием или показателем устойчивости вентиляционной струи по направлению является отношение измененного сопро­ тивления R H определяющей ветви, при котором прекращается движение воздуха в диагонали, к его первоначальному сопроти­ влению R H(для ветвей, опасных при увеличении сопротивления), или наоборот (для ветвей, опасных при уменьшении сопроти­ вления):

Показатель устойчивости рассчитывается, как правило, для одной определяющей ветви. В отдельных, исключительных слу­ чаях бывает необходимо сделать это для нескольких (обычно двух) ветвей. В этом случае сопротивлением ветвей, кроме одной, нужно задаться, иначе задача будет иметь множество решений. Напри­

с исходящей струей. Здесь сопротивление открытого шлюза при­ нимается расчетное, а значение показателя /сд определяется для выработки с исходящей струей с обязательным указанием, что этот показатель получен при открытой двери шлюза.

Аэродинамическое сопротивление шлюзов при открытых две­ рях рассчитывается как сопротивление выработки, в которой они установлены, плюс сопротивление дверных проемов (окон). Аэро­ динамическое сопротивление окна определяется по формулам:

Показатель устойчивости определяется на ЭВМ (см. приложе­ ние V), электромоделях (см. приложение VI) или аналитически.

Только в простой диагональной схеме не представляет труд­ ности определить аналитически показатель устойчивости по соот­ ношению сопротивлений. В сложных сетях кц можно определить любым из методов по схеме двойного приближения, однако это очень трудоемко. Непосредственно и наиболее просто показатель устойчивости определяется методом итераций, или последователь­ ных приближений, имеющим простую вычислительную схему:

Д/ — аэродинамическое сопротивление i-n ветви;

sign (&/) — равно + 1 , если направление действия вентилятора противоположно движению воздуха в г-и ветви, и —1 , если они совпадают;

ain а2ц азi — определяются путем подстановки параметров ха­ рактеристики вентилятора в уравнение h = ax.Ç2 + + ci2iQ + а3.;

sign (Qi) — равно + 1 , если направление обхода контура со­ впадает с направлением струи в i-й ветви, и—1 , если они не совпадают.

Значение корня в формуле (9.5) принимается равным нулю, если под корнем мы имеем знак минус.

Формула (9.4) предпочтительнее при расчете на ЭВМ, а (9.5) — вручную.

Порядок расчета следующий.

1. Схема разделяется на ряд независимых контуров. Незави­ симым считается контур, который не является следствием двух и более других контуров, т. е. он имеет хотя бы одну выработку, не входящую в любой другой контур. Число контуров пк опре­ деляется по формуле

где пя — число ветвей в сети; пу — число узлов в сети.

Выбор контуров должен осуществляться так, чтобы изменяемая ветвь и исследуемая диагональ обязательно вошли в один, так называемый определяющий контур: первая — только в этот кон­ тур, вторая — в этот и еще не менее чем в один, а при значитель­ ном разбросе сопротивлений (больше чем в 100 раз) — в как можно большее число их или даже в каждый контур. Желательно,

определяющего контура таким образом, чтобы в диагонали был нулевой режим, т. е. расход воздуха в диагонали прибавляется к расходу в ветвях, направление движения воздуха в которых противоположно таковому в диагонали, и вычитается из расхода воздуха в тех, где направления совпадают.

3. Находятся поочередно поправки расхода воздуха (AQj)

вветвях для остальных контуров по формуле (9.4) или (9.5). Если

вкакой-либо из контуров входит исследуемая диагональ, в кото­ рую вносите^ поправка, то дополнительно должна вноситься поправка и в определяющий контур таким образом, чтобы в ди­ агонали был нулевой режим. Для определяющего контура по­ правки по формуле (9.4) или (9.5) вообще не определяются. Рас­ четы прекращаются при достижении заданной точности.

4.Находится депрессия определяющей ветви Ли согласно

второму закону сетей Œ >/ = 0), составленному для определя­ ющего контура.