Порядок расчета и выбора насосов и трубопроводов

 

       Вентилятор   ВЦВ 36,5   (ВЦВ   -   вентилятор   центробежный   вертикальный) принципиально новый и по компоновочным и по конструктивным решениям. Он имеет вертикальную ось вращения рабочего колеса.

       На рисунке 1.2 показан разрез шахтной вентиляторной установки главного проветривания с вентилятором ВЦВ 36,5. Рабочее колесо 1 состоит из коренного и покрывного дисков с расположенными между ними шестью лопатками трехслойной конструкции, имеющими на выходной части рабочей поверхности профиля участок обратной кривизны. Колесо 1 с помощью плоской ступицы закреплено на центрирующем бурте вала специального двухскоростного электродвигателя 2, подшипники скольжения которого рассчитаны на восприятие осевой нагрузки от массы Рабочего колеса и давления воздушного потока. Лапы двигателя установлены на раме 3, опорные площадки которой крепятся фундаментальными болтами к бетонным колонам, расположенным по периферии спиральной стенки кожуха 4, выполненной в бетоне.

       

 

1 - рабочее колесо; 2 - приводной электродвигатель; 3 - рама; 4 - входной конус с лабиринтным кольцом; 5 - спиральный кожух; 6 - входная коробка; 7 - регулятор вихревого направляющего аппарата; 8 - перепускной канал; 9 - дефлектор; 10 - ляда диффузора; 11 - обводной канал; 12 - ляда реверса; 13 - ляда - переключения; 14 - подводящий канал; 15 - диффузор; 16 - колено диффузора

Рисунок 1.2 - Вентиляторная установка с ВЦВ 36,5

       В вентиляторе ВЦВ 36,5 имеется входной безлопаточный вихревой аппарат, принцип действия которого основан на разделении идущего в вентилятор воздушного потока на транзитный и циркуляционный; первый поступает к рабочему колесу напрямую, а второй через кольцевую полость 8 и отверстия 9 во входном конусе, снабженные дефлекторами, подаются ко входу в колесо закрученными. Положение регулятора обуславливает соотношение транзитного и циркуляционного потоков, требуемую величину скорости закручивания потока на входное колесо, а, следовательно, развиваемое вентилятором давление и потребляемую мощность.

       К преимуществам вихревого направляющего аппарата относится отсутствие в потоке при работе вентилятора на номинальном режиме каких-либо элементов аппарата (регулятор 7 поднят вверх и является продолжением перекрытия канала), кроме того опоры оси регулятора расположены вне воздушного потока, несущего угольную и породную пыль, влагу и т.п. Таким образом, вентилятор ВЦВ 36,5 регулируется ступенчато изменением частоты вращения приводного двигателя (500 либо 600 мин") и бесступенчато на каждой частоте вращения с помощью вихревого направляющего аппарата.

       В вентиляторной установке, изображенной на рисунке 1.2, имеются четыре ляды, осуществляющие переключение с рабочего вентилятора на резервный, и реверсирование воздушной среды. Ляда 10 отделяет вертикальный обводной канал 11 от диффузора; 12 - ляда реверса; 13 - ляды переключения, расположенные во входных каналах каждого из вентиляторов установки. На работающем вентиляторе ляда 13 поднята, а на резервном опущена, что позволяет отсечь резервный вентилятор от работающего и шахтной сети. При нормальной работе установки на всасывание воздух поступает от ствола шахты через всасывающий канал 14, коробку 6 и входной конус 5 к рабочему колесу 1, откуда выбрасывается в спиральный кожух 4 и далее через диффузор 15 и колено 16 в атмосферу.

       1.2.2 Осевые вентиляторы с новыми аэродинамическими схемами позволили заменить двухступенчатые машины на одноступенчатые.

       Осевые вентиляторы BOA состоят из статорной части (кожух, кок, коллектор и диффузор) и валопровода. Кожух имеет вертикальный разъем. Лопатки направляющего аппарата неподвижные профильные. Валопровод состоит из ротора и трансмиссионного вала, соединенных между собой зубчатыми муфтами. Двигатель вентилятора установлен на перекрытии подводящего канала. Моторная муфта совмещена си шкивом тормоза.

       Между рабочим колесом и задней опорой ротора размещен привод поворота лопаток рабочих колес. Схема лопаточных венцов BOA приведена на рисунке 1.3. Регулирование режима работы вентилятора осуществляется поворотом лопаток рабочих колес на углы от 15 до 45°. Рабочее колесо имеет восемь сдвоенных листовых лопаток. Как видно из схемы на рисунке 1.3, при реверсировании воздушной струи лопатки устанавливаются на угол 155° относительно плоскости вращения. Показанная схема весьма эффективна: даже в том случае, когда вентилятор работает на максимальном угле 45° его производительность при реверсе составляет 75 % от номинальной. Принятая в BOA аэродинамическая схема обеспечивает также и рекордный для осевых вентиляторов статический КПД при работе установки с диффузором.

       

Рисунок 1.3 - Схема лопаточных вентиляторов ВОА 
при прямой и реверсивной работе 

   1.4 Расчет и выбор оборудования вентиляционной установки

       Эксплуатационный  расчёт вентиляторной установки  ведётся в сле-дующей последовательности.

   1.4.1 Расчет производительности  вентиляторов. 

Q_в=k_у∙Q_п=1,1·75=82,5 м³/с,

 где: k_у - коэффициент, учитывающий утечки воздуха k_у (k_у = 1,1…1,25). 

1.4.2 Выбор вентилятора.

       По диаграммам полей рабочих режимов, приведенных в справочниках и приложениях БЗ и Б4 методических указаний, производится выбор типа вентилятора путем нанесения на зоны промышленного исполнения вентиляторов экстремальных точек режимов работы вентиляторных установок.

       Если обе точки попадают в рекомендуемые зоны работы двух и более вентиляторов, то предпочтительнее отдается вентилятору, имеющему наибольший КПД.

1.4.3 Расчет характеристик внешней сети вентиляторной установки

       1.4.3.1 Определение численных значений коэффициентов сопротивления вентиляционной сети

а) при максимальной депрессии коэффициент сопротивления сети:

б) при минимальной депрессии коэффициент сопротивления сети:

 
 

1.4.3.2 Расчет напорных характеристик вентиляторной установки 

       Характеристика сети - это зависимость сопротивления сети h от расхода Q, имеющая вид 

h = R-Q²

       Данные расчета h при различных значениях R и Q сводятся в таблицу 1.2.

       Таблица 2.2 - Расчётные данные для характеристики вентиляторной сети 
 

 

   1.4.4 Определение действительного рабочего режима

       Для определения действительного режима работы вентилятора на координатную плоскость (h-Q) наносятся характеристики вентилятора при различных углах установки лопаток рабочего колеса осевого вентилятора или лопаток направляющего аппарата центробежного вентилятора. Затем в таком же масштабе по точкам Q, h_min и h_max из таблицы 1.2 строятся характеристики внешней вентиляторной сети.

       По точкам 1 и 2 (см. приложение А) пересечения характеристик внешней сети с характеристиками вентилятора определяем режим работы близкий к расчетному (Q_в, h_min и h_max). При отсутствии системы подрегулирования вентилятора принимается производительность Q₁, Q₂, соответствующая точкам 1 и 2.

       В тех случаях, когда при помощи лопаточных направляющих аппаратов может быть произведена корректировка напорной характеристики, рабочий режим вентилятора будет определяться подачей Q_в и расчетными дегрессиями h_min и h_max, которым соответствуют точки 3 и 4 на рисунке (Приложение А).

1.4.5 Расчет мощности, потребляемой вентилятором

а) при  максимальной депрессии: 

;

б) при  минимальной депрессии: 

, 

где: η_в - КПД вентилятора, определенный по графикам рисунка по соответствующим рабочим режимам.

       1.4.6 Проверка правильности расчета и выбора вентилятора

       Резерв  производительности и давления вентиляторной  установки оп-ределяются по точкам 5 и 6 - верхней границе рабочего режима вентилятора режима при максимальном угле установки лопаток рабочего колеса. Запас производительности определяется (в процентах):

       а) при максимальной депрессии: 

        ;

       б) при минимальной депрессии: 

       

       Величины  ΔQ₁ и ΔQ₂ не должны быть меньше 20 %. 

       1.4.7 Регулирование рабочего режима

       Регулирование рабочего режима вентиляторной установки  необхо-димо для поддержания его производительности независимо от изменения сопротивления внешней вентиляционной сети, т.е. независимо от изменения его характеристики.

       Требуемые режимы, обеспечивающие необходимую  производительность вентиляторной установки, могут быть достигнуты либо изменением характеристики вентиляционной сети, либо изменением характеристики вентилятора. При применяемом в настоящее время экономичном регулировании рабочего режима вентилятора изменением его характеристики беспрерывному изменению характеристики вентиляционной сети соответствует изменение характеристики вентилятора. Выбираем способ регулирования вентилятора в зависимости от выбранного типа вентилятора (осевого или центробежного).

       1.4.8 Реверсирование вентилятора 

       Как ранее отмечалось согласно требованиям  Правил безопасности реверсирование воздушной  струи должно быть произведено не более, чем за 10 мин, при этом подача воздуха в шахту должна составлять не менее 60 % его подачи при нормальной направлении вентиляционной струи.

       Выбираем  способ реверсирования вентиляционной струи в зависимости от типа выбранного вентилятора (осевого или центробежного). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Порядок расчета и выбора насосов и трубопроводов

водоотливной установки 

2.1. Выбор гидравлической схемы водоотлива

       В соответствии с требованиями правил технической эксплуатации насосных установок и на основании рекомендаций по исходным данным применяется типовая гидравлическая схема шахтного (участкового, местного) водоотлива.

2.2. Расчет параметров насоса

2.2.1.Расчетная подача производительности насосной установки, м /ч

 

где Q_H - нормальный суточный приток воды в шахту, м³ /сут;

Т - нормальное число часов работы в сутки одного насоса для откачки

полного притока воды (Q_H).

Для угольных и сланцевых месторождений при разработке полезного ископаемого подземным способом по правилам безопасности (ПБ) принимается Т =20 ч. Для рудных месторождений с подземной добычей и для всех открытых разработок (карьеров, разрезов, дренажных шахт, коллекторов и т.д.) принимается Т = 20 ч.

2.2.2 Расчетная геодезическая высота подъема воды насосом