Проектный расчет вентиляторных установок главного проветривания

Проект главной шахтной вентиляторной установки включает выбор вентилятора, двигателя к нему, других аппаратов и оборудования, способов регулирования, определение резерва подачи и расхода электроэнергии.

Для выбора вентилятора необходимо иметь данные о расходе воздуха и давлении для шахтной вентиляционной сети в кон­кретные периоды ее эксплуатации на срок службы вентилятора. Сроки службы вентиляторов главного проветривания со­ставляют 14 лет при диаметре рабочего колеса менее 3150 мм и 20 лет — для вентиляторов с диаметром 3 м и более. Расчет вентиляционных параметров расхода Q_m и депрессии р_ш для шахтной сети выполняется в соответствии с ПБ, ПТЭ.

Подача вентилятора с расходом в сети связана зависимостью

Q_B=l,2k_yQ_ш (2.2)

где 1,2 — коэффициент, учитывающий 20%-ный запас подачи;

k_y — коэффициент учета утечек через надшахтные сооружения и вентиляционные каналы.

Коэффициент k_y принимается 1,25 при установке вентиляторов на скиповом стволе; 1,2 —на клетевом; 1,1—на стволах и шурфах, не используемых для подъема, и 1,3 — на шурфах, используемых для подъема и спуска мате­риалов.

Выбор вентиляторных установок проводят по сводному графи­ку рабочих областей. На него наносят график зависимости подачи вентилятора Q от депрессии, определенный на период, равный сроку службы вентилятора. Принимается установка, область промышленного использования которой по­крывает график p_sv=f(Q) полностью. Если последнему условию удовлетворяет несколько вентиляторных установок, то принимает­ся та, для которой приведенные затраты на сооружение и экс­плуатацию будут меньшими.

При выборе способов регулирования вентиляторов необходи­мо учитывать, что конкретные установки рассчитаны на приме­нение определенных способов.

Установки с центробежными вентиляторами, кроме ВЦД-47,5А, оборудованы для регулирования осевыми направляющими аппа­ратами. Их можно также, регулировать однократной заменой двигателя другой частоты.

Рабочий режим вентиляторных установок ВЦД-31,5М и ВЦД-47,5У в зависимости от исполнения может регулироваться осевым направляющим аппаратом или изменением частоты вра­щения в пределах (0,5¸1,0)n_ном. Установка ВЦД-47,5А комплек­туется только регулируемым приводом.

Все вентиляторные установки с осевыми машинами допу­скают регулирование изменением угла установки и снятием ло­паток рабочего колеса. Лопатки снимаются через одну на вто­рой ступени. Обе операции выполняют вручную при остановленном агрегате. Плавное регулирование установок ВОД-21М, ВОД-ЗОМ, ВОД-40М и ВОД-50 осуществляется одновременным поворотом лопаток направляющего аппарата.

При выборе приводного двигателя вентилятора руководству­ются следующими соображениями. Номинальная мощность двигателя вентилятора определяется по формуле:

N_д.н ³ k×N_{в max}, (2.1)

где k – коэффициент запаса мощности;

N_{в max} – максимальная мощность на валу вентилятора при данной частоте вращения.

Максимальная мощность на валу вентилятора N_Bmax при соответствующей ча­стоте вращения принимается следующая:

Вентиляторы мощностью до 200 кВт комплектуются асин­хронными с короткозамкнутым ротором двигателями на напря­жение 380 В.

Остальные вентиляторы комплектуются в зависимости от кон­кретных условий асинхронными с фазным ротором или син­хронными двигателями напряжением 6 кВ.

При выборе вентилятора в соответствии с выражением (2.1) был заложен резерв подачи 20%. Но при эксплуатации уста­новок важно знать, обладает ли и каким конкретно дополнитель­ным резервом подачи установка в соответствующий период. При проектировании обычно ограничиваются определением резерва подачи в наиболее трудный для проветривания период, когда эквивалентное отверстие шахтной сети будет минимальным. Для определения этого резерва на аэродинамическую характеристику принятой вентиляторной установки наносится соответствующая характеристика сети (квадратическая парабола p_ш=R×Q², прохо­дящая через точку с координатами Q, р_{ш mах}, где р_{ш mах} — дав­ление, необходимое для перемещения по сети требуемого расхо­да Q при минимальном эквивалентном отверстии). Абсцисса точ­ки пересечения характеристики сети с верхней границей области промышленного использования вентиляторной установки и яв­ляется максимально возможной подачей Q_max.

Резерв подачи равен

. (2.3)

Среднегодовой расход энергии за период Т лет эксплуата­ции установки

(2.4)

где Q_i — подача вентилятора в i- мпериоде эксплуатации;

p_SVi — статическое давление установки в i -м периоде;

K_i — коэффици­ент сжимаемости воздуха;

t_i — продолжительность работы уста­новки в i- vпериоде;

h_Si, h_дi — к.п.д. статический соответственно установки и двигателя в i- мпериоде;

h_с — к.п.д. электрической сети (в зависимости от расстояния установки до подстанции и рабочего напряжения составляет 0,95—0,98).

Зависимость (2.4) справедлива для случая, когда подача и давление остаются неизменными в течение данного периода. Если режим работы меняется непрерывно, то плавную кривую разбивают на достаточно большое число элементарных времен­ных отрезков и в зависимость (2.4) подставляют данные сред­ней точки отрезка.

На практике часто, учитывая незначительное отклонение кривой h_s=f(t) от линейного закона при постоянной подаче вентилятора и линейном по времени изменении депрессии, пользуются упрощенной формулой для определения среднегодового расхода электроэнергии:

(2.5)

где N_min, N_max – соответственно минимальная и максимальная мощность, потребляемая двигателем из сети, кВт.

При расчете по формуле (2.5) получаем несколько завышенный результат.

Варианты заданий на расчет водоотливной установки

№ п/п

Qн

Qм

Нш

рН

Катег. шахты

a

№ п/п

Qн

Qм

Нш

рН

Катег. шахты

a

вар

м3/сут

м3/сут

м

-

-

град

вар

м3/сут

м3/сут

м

-

-

град

ск

ск

ск

ск

ск

ск

ск

ск

ск

ск

ск

ск

Варианты заданий на расчет вентиляторной установки

№ п/п	Qш	рmin	рmax	№ п/п	Qш	рmin	рmax
вар	м3/с	Па	Па	вар	м3/с	Па	Па

ЛИТЕРАТУРА

1. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. М., Недра, 1987.

2. Гидравлика и гидропривод / Гейер В.Г., Дулин В.С., Боруменский А.Г., Заря А.Н./ Учебник для вузов. М., Недра, 1981.

3. Правила безопасности в угольных шахтах. – ДНАОП1.1.30-1.01-00.- Киев,

2000.- 484 с.

4. Шахтные насосы. Каталог ЦНИЭИуголь. - М., 1979.

5. Создание высокоэкономичных насосов ЦНСШ 300-140...720 для шахтного водоотлива. “Уголь Украины”, №1, 2001.

6. Методические рекомендации по применению средств механизации очистки шахтных водосборных емкостей, ЦБНТИ, Донецк, 1983.

Приложение А

Области промышленного использования (рабочие зоны)

основных шахтных насосов

Приложение Б

Технические и рабочие индивидуальные характеристики насосов ЦНС

Насос ЦНС 105-85...490

Насос ЦНС 180 - 85...425

Насос ЦНСК 180-85...425

Насос ЦНС 180 - 476...680

Насос ЦНС 180-500...900

Насос ЦНС 300 - 120...600

Насос ЦНСК 300-120...600

Насос ЦНС 300-700...1000

Бескавитационная работа насоса в условиях шахтного водоотлива обеспечивается вертикальным подкачивающим насосом ВП-340 с индивидуальным электроприводом.

Насос ЦНС 300-780...1300