Давыдкова Н.С. Стационарные установки шахт (водоотливные,вентиляторные и пневматические установки)
Подождите немного. Документ загружается.
136
Для привода поршневых стационарных компрессоров применяются в основном
синхронные электродвигатели преимущественно серий ДСК и СДК мощностью 200-650 кВт
и для привода турбокомпрессоров – синхронные электродвигатели серий СТМ и СТД
мощностью 1000 – 4000 кВт.
Для автоматизации компрессорных станций, оборудованных поршневыми
компрессорами ВП-10/8, ВП-20/8, ВП-30/8, ВП-50/8, 5Г-100/8, Харьковским
электромеханическим заводом (ХЭМЗ) выпускалась комплектная аппаратура
автоматического управления. Пензенским компрессорным заводом поставляется совместно с
поршневыми компрессорами 4М10-100/8 и 2М10-50/8 аппаратура автоматизации.
Заводом "Энергомаш" с турбокомпрессорами К-250, К-350 и К-500 поставляется
комплектная аппаратура турбокомпрессорных станций. Аппаратура обеспечивает;
- управление компрессорами с подачей управляющего импульса либо оператором,
либо из машинного зала с последующим автоматическим выполнением программы пуска
(останова), а также местное (ручное) управление отдельными механизмами установки;
- регулирование производительности компрессоров и компрессорной станции в
целом;
- контроль технологических параметров – температуры сжатого воздуха, давления
воды в системе охлаждения и масла в системе смазки, производительности и др.;
- защиту турбокомпрессоров, приводящую к их отключению при отклонении
технологических параметров от допустимых значений, коротких замыканиях и перегрузке
двигателя, замыкании на землю обмоток статора, осевом перемещении вала компрессора и т. п.;
- сигнализацию о нормальной работе, предупредительную и аварийную – в
помещении компрессорной и на пульте оператора.
В настоящее время разработана унифицированная аппаратура автоматизации типа
УКАС, предназначенная для автоматического управления шахтными компрессорными
станциями, оборудованными поршневыми и центробежными компрессорами.
137
ЛЕКЦИЯ № 16
7. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СЕТИ
7. 1. Изменение параметров сжатого воздуха при движении по воздухопроводам
При движении воздуха в пневмосети в связи с его охлаждением, гидравлическими
сопротивлениями трубопроводов и наличием утечек через неплотности соединений
отдельных звеньев трубопровода, а также нарушений целостности труб изменяются его
основные параметры: давление, расход и температура.
Охлаждение сжатого воздуха происходит в процессе его движения по
трубопроводам в связи с тем, что его температура после компрессорной станции (100-120°
С) выше температуры окружающей среды в выработках горных предприятий (16-25° С). На
достаточно большом расстоянии от компрессорной станции температура сжатого воздуха в
трубопроводе становится равной температуре окружающей среды. При этом происходит
отдача сжатым воздухом теплоты окружающей среде, сопровождаемая снижением давления
и потерей энергии потоком воздуха.
Сжатый воздух более интенсивно охлаждается на начальных участках трубопровода
и медленнее на последующих.
Гидравлические сопротивления перемещению сжатого воздуха в трубопроводе
приводят к падению давления по длине трубопровода и образованию дополнительной
теплоты, которая также может выделяться в окружающую среду. Сопротивления зависят от
свойств материала трубопровода, числа и качества соединений, диаметра и длины
трубопровода, скорости движения и температуры сжатого воздуха, температуры
окружающего воздуха в горныx выработках. Обычно для определения потерь давления,
обусловленных сопротивлением трубопровода, пользуются известной формулой
2
ср.с.г
V
d
2
l
p ρ
λ
=∆ , (7.1)
где λ – коэффициент сопротивления;
l – длина трубопровода, м;
ρ – плотность сжатого воздуха, кг/м3;
d – диаметр трубопровода,
V
ср
– средняя скорость движения воздуха в воздухопроводе.
По этому уравнению падение давления зависит только от трения, практически же
существенное влияние на снижение давления оказывают теплообмен и турбулентность
потока сжатого воздуxa. Эти факторы учитывают выбором соответствующих значений
138
оэффициента сопротивления λ. Для его расчета применительно к пневмосетям предложен
ряд эмпирических формул, по которым получаются значения коэффициента с той или иной
степенью достоверности, в частности может быть использована формула
3,0
d
021,0
=λ
.
В общем виде зависимость падения давления от скорости или расхода сжатого
воздуха в сети имеет вид
22
cp1.с.г
kQVkp ==∆ , (7.2)
где
cp
5
1
d
l
k
ρ
λ
≡
и
2
2
1
4
d
kk
π
= .
Утечки сжатого воздуха в пневматической сети, м
3
/мин⋅км, могут быть определены
по эмпирической формуле
с
ср.иyут
)p10(kQ = , (7.3)
где k
y
- коэффициент утечек, принимаемый для проектируемых воздухопроводов
0,75-0,9;
2
р
p
.т.к
р.т.н
ср.и
+
= – избыточное среднее давление в воздухопроводе, равное
полусумме давлений в начале и конце воздухопровода, МПа; с - показатель зависимости, для
проектируемых воздухопроводов равный 1,07 – 1,15.
7. 2. Характеристики пневматической сети и режим работы компрессоров
Характеристикой пневматической сети называется зависимость давления р
к
от
расхода Q сжатого воздуха в нагнетательном трубопроводе у компрессорной станции. В
отличие от внешних сетей вентиляторов и насосов пневматические сети наряду с
гидравлическим сопротивлением имеют утечки сжатого воздуха Q
yт
. Однако связанное с
ними падение давления в сети невелико и им можно пренебречь
р
к
= р
п
+ ∆р
г.с.
± р
г
, (7.4)
где р
п
- давление у потребителей;
∆р
г.с
- снижение давления в сети из-за гидравлических сопротивлений;
р
г
- изменение давления из-за геометрической разности между уровнями
расположения компрессора и потребителей.
139
Все составляющие, кроме р
г
, являются функциями расхода сжатого воздуха.
Характеристика пневматической сети складывается из трех компонент (рис. 7.1):
зависимости утечек от давления в сети сжатого воздуха Q
yт
= f
2
(р) (кривая 1);
характеристики потребителей р
п
= f
1
(Q
п
) (кривая 2); характеристики сети по
гидравлическим сопротивлениям ∆р
г. с
= f
3
(Q) (кривая 3).
Рисунок 7.1 – Характеристики пневматической сети
Характеристика потребителей сети р
п
= f
1
(Q
п
) из-за прерывной их работы и
колебаний загрузки приводов в течение смены непрерывно изменяется, поэтому можно
говорить об усредненной характеристике потребителей. Эта характеристика является
обратной расходной характеристике потребителей Q
п
= ψ(p
п
)• Характеристика ∆р
г. с
= f
3
(Q)
аналогична характеристике внешней сети насосов, определяется выражением (7.2).
Сложив абсциссы кривых 1 и 2, получим суммарную характеристику (кривая 4) без
учета гидравлических сопротивлений в пневматической сети. Полная характеристика
пневматической сети (кривая 5) получается сложением ординат кривой 4 и гидравлических
потерь, которые определяются ординатами кривой 5, за вычетом ± р
г
.
Рассмотренный метод построения полной характеристики сети простой, но не
учитывает взаимовлияния давления р
п
и расхода Q
c
воздуха потребителем, гидравлических
сопротивлений и утечек на давление р
к
и расхода Q сжатого воздуха в нагнетательном
трубопроводе и поэтому не позволяет определять действительные характеристики
пневматических сетей.
Определение действительных характеристик пневматических сетей горных
предприятий представляет сложную задачу, которая может быть решена на основе
использования уравнений газовой динамики и ЭВМ. В настоящее время методика решения
этой задачи до конца не разработана.
На пневматическую сеть обычно одновременно работает параллельно несколько
компрессоров Их суммарная характеристика представляет собой кривую, полученную
140
сложением производительностей компрессоров при одинаковых давлениях т. е. строится по
методу построения характеристик параллельно работающих турбомашин. Рабочий режим
компрессора (компрессоров) определяется параметрами р
р
и Q
р
точки пересечения его
характеристики (суммарной характеристики, кривая 6) с полной характеристикой сети.
Жесткость суммарных характеристик нескольких машин меньше, чем жесткость
индивидуальных характеристик компрессоров, и, следовательно, саморегулирование
компрессорной станции происходит в более широких пределах, чем отдельных
компрессоров.
7. 3. Устройство воздухопроводов
Шахтный воздухопровод состоит из стальных труб, фасонных частей (колен,
конусных переходов, тройников и т. п.) и арматуры. В настоящее время применяют стальные
трубы: бесшовные общего назначения, сварные и газовые. Все трубы и арматура
характеризуются диаметром условного прохода, под которым понимается номинальный
внутренний диаметр в миллиметрах по присоединительным концам. Для воздухопроводов
применяются трубы с условным проходом от 80 до 500 мм.
Трубы между собой и с арматурой соединяются чаще всего фланцевыми
соединениями. Применяются различные конструкции соединений. Основными
требованиями к ним являются герметичность и быстроразъемность. Созданы конструкции
самоуплотняющихся соединений.
На магистралях устанавливаются масловодоотделители и компенсаторы для снятия
напряжений в трубопроводах при изменении их длины вследствие температурных
колебаний.
Для регулирования количества проходящего сжатого воздуха на трубопроводах
устанавливается арматура: задвижки, вентили и обратные клапаны.
Потребители сжатого воздуха соединяются с магистральным металлическим
трубопроводом гибкими резиновыми шлангами диаметром 10-50 мм, длина которых в целях
уменьшения падения давления не должна превышать 20 м.
Для обеспечения бесперебойной работы воздухопроводных сетей в стволе
прокладывают не менее двух трубопроводов.
Вырабатываемый турбокомпрессорами сжатый воздух не содержит паров смазки.
Поступая в трубопроводы, сжатый воздух охлаждается, и содержащаяся в нем влага,
конденсируясь, вызывает коррозию. Для предотвращения этого явления трубопроводы
141
покрывают антикоррозионными покрытиями, снижают влажность воздуха до поступления
его в трубопровод или добавляют в воздух щелочь.
Вырабатываемый поршневыми компрессорами сжатый воздух содержит пары масла,
которые препятствуют коррозии. С этой точки зрения целесообразна совместная работа
центробежных и поршневых компрессоров на пневматическую сеть горного предприятия.
На поверхности трубопроводы должны защищаться от обмерзания.
Вследствие неплотности соединений отдельных звеньев трубопровода, а также
нарушений целостности труб и других причин имеются утечки сжатого воздуха.
Согласно правилам технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт, общие
утечки воздуха в сети не должны превышать 20%.
Потери давления до самого удаленного участка воздухопроводной сети должны
составлять не более 0,2 МПа.