Соловьев В.С., Смородин А.С. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

В.С.СОЛОВЬЕВ, А.С.СМОРОДИН

СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

И УСТАНОВКИ

Учебное пособие

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2002

УДК 681.63 + 621.65:622.012.2(075.80)

ББК 39,9

С602

Изложены теория, физические основы работы, эксплуатации, выбора

и проектирования шахтных вентиляторных, водоотливных и пневматических

установок. Приведены классификация, принципы действия, устройство и осо-

бенности работы шахтных стационарных установок.

Пособие предназначено для студентов специальности 170100 «Гор-

ные машины и оборудование» и 180400 «Электропривод и автоматика про-

мышленных установок и технологических комплексов».

Научный редактор проф. Б.С.Маховиков

Рецензенты: кафедра машиноведения и машиностроения Северо-

Западного государственного заочного технического ун-та; В.К.Кожин (ОАО

«СПбГипрошахт»).

Соловьев В.С.

С602. Стационарные машины и установки: Учеб. посо-

бие / В.С.Соловьев, А.С.Смородин; Санкт-Петербургский государственный

горный институт (технический университет). СПб, 2002. 88 с.

ISBN 5-94211-084-0.

УДК [621.63 + 621.65]:622.012.2

(075.80)

ББК 39.9

ISBN 5-94211-084-0

 Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2002 г.

ВВЕДЕНИЕ

Из большого и сложного разнообразия электромеханиче-

ского оборудования современного горного предприятия особое

место занимают горно-шахтные стационарные установки, в ча-

стности, водоотливные, вентиляторные и пневматические.

Увеличение размеров горных предприятий, переход к

разработке более глубоких горизонтов, развитие комплексной

механизации и автоматизации технологических процессов гор-

ного дела обуславливают непрерывный рост мощности шахтных

вентиляторов, насосных и компрессорных агрегатов.

Шахтные водоотливные установки служат для удаления

воды, поступающей в выработки при разработке подземных ме-

сторождений. Притоки воды зависят от горно-геологических усло-

вий, времени года, способа разработки и колеблются в широких

пределах от 1 до 36 т воды на каждую тонну добываемого полезно-

го ископаемого. Глубины, из которых откачивается вода, достига-

ют порой 1500 м и более [3].

Разработка подземным способом, особенно на больших

глубинах, сопровождается выделением газов, вредных для дыха-

ния людей и взрывоопасных по составу. Количество свежего воз-

духа, необходимого для проветривания выработок, рассчитывают

по числу людей в шахте, выделению метана, углекислого газа и др.

В угольных шахтах на каждую тонну угля необходимо подавать от

5 до 15 т воздуха при давлении от 500 до 700 [3]. Воздух в шахту

подается непрерывно. По Правилам безопасности главная вентиля-

торная установка не должна останавливаться более 10 мин и быть

высоконадежной.

На шахтах СНГ установлено более 30 тыс. электронасос-

ных агрегатов общей мощностью более 2 млн кВт, потребляю-

щих ежегодно свыше 6 млрд кВтч электроэнергии. В эксплуата-

ции находится более 2000 главных и вспомогательных вентиля-

торов, потребляющих ежегодно свыше 5 млрд кВтч электроэнер-

гии [3].

Применение пневматической энергии в горной промыш-

ленности обусловлено большей безопасностью по сравнению с

электрической, особенно на шахтах с пластами крутого падения

и внезапными выбросами угля и газа.

На рудниках при бурении крепких пород сжатый воздух

часто является единственным видом энергии, несмотря на низ-

кий КПД пневматических сетей. Пневматические установки яв-

ляются весьма энергоемкими и сложными по обслуживанию.

Стационарные установки всегда были и остаются главны-

ми потребителями электрической энергии на шахте. Расход элек-

троэнергии ими составляет 50-80 % общешахтного потребления

всего электромеханического оборудования [4]. Поэтому задача

дальнейшего подъема эксплуатационной экономичности горно-

шахтных стационарных агрегатов является весьма актуальной. Для

решения этой задачи горным инженерам необходимо повышать

технический уровень установок, в частности, их КПД, совершенст-

вовать системы регулирования и привода, улучшать технологиче-

ские схемы установок и системы автоматизации их работы, ре-

шать вопросы увеличения сроков непрерывной работы агрега-

тов без текущего и капитального ремонтов.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ,

ВОДООТЛИВНЫХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

1.1. Основные элементы шахтных стационарных установок

Вентиляторная установка (рис.1) состоит из вентилятора

5, воздухопровода (комплекс подземных выработок 1, шахтные

стволы 2 и 6, вентиляционный канал 3) и двигателя 4. Воздух пе-

ремещается под действием разности давлений – атмосферного и в

канале 3 перед вентилятором. Ввиду малого перепада давлений

воздух в теории вентиляторных установок рассматривается как

несжимаемое текучее.

Шахтная водоотливная установка (рис.2) состоит из насо-

са 3 с электродвигателем 4, всасывающего 1 и напорного 2 тру-

бопроводов. Принцип работы аналогичен вентиляторной уста-

новке, так как в ней также происходит истечение несжимаемой

жидкости в атмосферу.

Рис.2. Схема шахтной водоотливной установки

Рис.1. Схема шахтной вентиляторной установки

Пневматическая установка (рис.3) состоит из компрес-

сора 2 с двигателем 3, воздухопроводов 5, потребителей сжатого

воздуха 6 (перфораторы, пневмодвигатели и др.) и вспомога-

тельного оборудования: воздушного фильтра 1, воздухосборни-

ка 4, охладителей воздуха 7, воды и др.

Отличительной особенностью компрессорных устано-

вок является наличие потребителей пневмоэнергии и сжимае-

мость транспортируемого текучего.

1.2. Классификация машин

для транспортирования текучего

Для того, чтобы любое текучее могло перемещаться с

преодолением высоты, противодавления и сопротивлений движе-

нию, оно должно обладать запасом энергии, равной сумме работ

Рис.3. Схема рудничной компрессорной установки

на подъем, преодоление противодавления, сопротивление дви-

жению и на создание кинетической энергии.

Генератором для создания запаса энергии являются спе-

циальные машины, которые разделяются по давлению и прин-

ципу работы [3].

1. По степени повышения давления  



(где



– конечное и атмосферное давления):

 при   1,1 – вентиляторы; вентилятор, работающий с

превышением давления над атмосферным, называется нагнета-

тельным, а с давлением меньше атмосферного – всасывающим;

 при 1,1    3 – воздуходувки;

 при   3 – компресоры; обычно для шахтных ком-

прессоров  = 9-12;

 при   80 – насосы.

2. По принципу транспортирования текучего:

 лопастные – центробежные и осевые турбомашины,

вихревые насосы;

 объемные – поршневые и ротационные машины (с пла-

стинчатым или винтовым ротором);

 струйные – гидроэлеваторы, эжекторы и инжекторы, в

которых запас энергии в транспортируемом текучем создается

смешением его с другим, рабочим текучим, обладающим значи-

тельно большей энергией.

3. Особый класс устройств представляют собой эрлиф-

ты, в которых текучее перемещается с одного уровня на другой

за счет работы расширения сжатого воздуха.

1.3. Конструктивные схемы машин

для транспортирования текучего

Лопастные машины представлены тремя основными

группами – центробежными, осевыми и вихревыми.

Широкое применение в горной промышленности лопа-

стные машины получили за счет простоты конструкции, ком-

пактности, высокого КПД и удобства комбинирования с приво-

дом от электродвигателя.

Схема центробежной машины представлена на рис.4.

Она состоит из рабочего колеса 3 с лопатками 1, закрепленного

на валу 5, подводящего устройства 2, спирального улиткообраз-

ного отводящего устройства 4 и диффузора 6.

При вращении рабочего колеса текучее, находящееся в

межлопастном пространстве, под действием лопастей приходит

во вращательное движение. Перемещаясь под действием цен-

тробежной силы, текучее получает приращение полной энергии

(суммы потенциальной и кинетической энергии) и поступает в

спиралевидный отвод, в котором кинетическая энергия потока

частично преобразуется в потенциальную (статический напор,

давление), а в диффузоре статический напор еще более возрас-

тает. За счет резкого перепада давлений на выходе и входе с ко-

леса в его центре создается разряжение и поток текучего непре-

рывного подается к колесу.

В осевой машине (рис.5) поток текучего параллелен оси

вращения рабочего колеса, насаженного на вал 5 и вращаемого

в цилиндрическом кожухе 6. Рабочее колесо осевой турбомаши-

ны состоит из втулки 1 с закрепленными на ней под углом ло-

патками 2 . Плавный подвод потока текучего к рабочему колесу

обеспечивается с помощью коллектора 3 и переднего обтекателя

4. Для раскручивания потока за рабочим колесом устанавлива-

ется спрямляющий аппарат 8. Выход из осевой машины закан-

чивается кольцевым диффузором 7.

Рис.4. Схема центробежной машины

Рис.5. Схема осевой турбомашины

Назначение отводящего устройства 7 и 8 – собрать по-

ток, выходящий с большой скоростью из рабочего колеса, пре-

образовать его кинетическую энергию в потенциальную энер-

гию давления и отвести текучее к нагнетательному патрубку.

В горной промышленности осевые турбомашины при-

меняются в основном в качестве вентиляторов. Для получения

больших конечных напоров используют многоступенчатые и

осевые турбомашины.

Схема и способ действия вихревой машины поясняются на

рис.6. Текучее поступает через патрубок 1 на периферию рабочего

колеса с лопатками 2 и, получая от них энергию при движении по

концентрическому каналу 3, отводится в напорный патрубок 4.

Характерной особенностью вихревого колеса является подвод и

отвод текучего на периферии рабочего колеса.

Работа объемных машин основана на всасывании и вы-

теснении жидкости твердыми телами (поршнями, пластинами,

зубцами и др), движущимися в рабочих полостях.

На рис.7 показана схема поршневой машины. Цилиндр 4

сопряжен с клапанной коробкой 1, в гнездах которой расположе-

ны нагнетательные клапаны 3 и 6. Поршень 5, движущийся в ци-

линдре возвратно-поступательно, производит попеременно вса-

сывание из трубы 7 и нагнетание в трубу 2. Привод поршня осу-

ществляется от кривошипно-шатунного механизма. Скорость

поршня ограничена действием инерционных сил, поэтому соеди-

нение с высокооборотными двигателями затруднено. Такие маши-

ны обладают пульсирующей по-

дачей, обусловленной периодич-

ностью движения поршня.

Эти обстоятельства

привели к появлению машин

вытеснения вращательного

типа, называемых роторными.

Типичным представителем

этой группы является пла-

стинчатая машина (рис.8).

Рис.6. Схема вихревой машины