Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
КОНТРОЛЬНО-КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине Насосы, вентиляторы, компрессоры и гидравлика систем ТГВ
Задание: Выполнить эксплуатационный расчет и выбор электромеханического оборудования вентиляторной установки главного проветривания
Исходные данные:
• Qр — потребное количество воздуха для вентиляции шахты, 90 м3/с.;
• hmax — максимальная депрессия шахтной сети , 450 даПа;
• hmin — минимальная депрессия шахты, 210 даПа;
• А — добыча полезного ископаемого за год, 0,4 млн.тонн.
Содержание
Задание 2
Содержание 3
Введение 4
1. Основная часть 5
1.1. Расчет и выбор оборудования вентиляционной установки 5
1.1.1 Расчет производительности вентиляторов 5
1.1.2 Выбор вентилятора. 5
1.1.3 Расчет характеристик внешней сети вентиляторной установки 5
1.1.4 Определение действительного рабочего режима 6
1.1.5 Расчет мощности, потребляемой вентилятором 6
1.1.6 Проверка правильности расчета и выбора вентилятора 6
1.1.7 Регулирование рабочего режима 7
2. Технико-экономический расчёт вентиляторной установки 7
3. Схема автоматизации вентиляторной установки 10
Заключение 15
Список использованных источников 16
Введение
В нашей стране подземным способом добывают около 30% металлических руд и горно-химического сырья, однако на подземных работах занято значительно большее количество трудящихся, чем на открытых работах.
Одним из наиболее важных звеньев в комплексной механизации подземной добычи руд является процесс перемещения руды от забоя до поверхности, включая операции выпуска, погрузки, доставки ее в пределах очистного блока и транспорта по магистральным выработкам до ствола шахты. На доставку и транспортирование руды приходится около 50% всех затрат по добыче.
Среди горно-механического оборудования, от которого зависит эффективность и надежность работы горных предприятий, значительную и ответственную часть составляет стационарные машины и установки. Они представляют собой комплексы энергомеханического оборудования, предназначенные для подъема полезного ископаемого и пустых пород на поверхность, подъема спуска людей, материалов и оборудования. Осушение месторождения полезного ископаемого и откачки воды из горных выработок на поверхность, искусственного проветривания горных выработок, выработки сжатого воздуха, который используется в качестве энергоносителя некоторых горных машин и механизмов.
Стационарные установки обеспечивают на горных предприятиях благоприятные условия и эффективность выполнения основных производственных процессов. От надежной и безаварийной работы стационарного оборудования зависят не только производительность труда, но часто и сама возможность ведения горных работ. Выход из строя приводит к нарушению ритма, а иногда и к остановке работы всего горного предприятия. Поэтому к устройству и эксплуатации стационарных установок предъявляются повышенные требования.
1. Основная часть
1.1 Расчет и выбор оборудования вентиляционной установки
1.1.1 Расчет производительности вентиляторов.
Qв=kу∙Qп = 1,1·90=100 м3/с
где: kу — коэффициент, учитывающий утечки воздуха kу (kу = 1,1…1,25).
1.1.2 Выбор вентилятора.
По диаграммам полей рабочих режимов, приведенных в приложениях Б3 и Б4, производим выбор вентилятора путем нанесения на зоны промышленного исполнения вентиляторов экстремальных точек режимов работы вентиляторных установок.
Рис. 1. Поля рабочих режимов центробежных вентиляторов
Примем вентилятор ВЦД-31,5м (600мин-1)
1.1.3 Расчет характеристик внешней сети вентиляторной установки
Определение численных значений коэффициентов сопротивления вентиляционной сети
а) при максимальной депрессии коэффициент сопротивления сети:
б) при минимальной депрессии коэффициент сопротивления сети:
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.
Таблица 1. Расчётные данные для характеристики вентиляторной сети
Параметры сети Расчетные значения параметров при
Q = 0 Q = 0,25∙Qв Q = 0,50∙Qв Q = 0,75∙Qв Q = Qв Q = 1,25∙Qв
Q, м3/с 0 25 50 75 100 125
0 131,5 525 1181 2100 3281
0 281 1125 2531 4500 7031
Рис. 2. Характеристика вентиляционной установки
1.1.4 Определение действительного рабочего режима
Для определения действительного режима работы вентилятора на координатную плоскость (h-Q) наносятся характеристики вентилятора при различных углах установки лопаток направляющего аппарата центробежного вентилятора. Затем в таком же масштабе по точкам Q, hmin и hmax из таблицы строятся характеристики внешней вентиляторной сети.
По точкам 1 и 2 пересечения характеристик внешней сети с характеристиками вентилятора определяем режим работы близкий к расчетному (Qв, hmin и hmax). Принимаем производительность соответствующая точкам 1 и 2.
Q1 = 85 м3/с Q2 = 120 м3/с
1.1.5 Расчет мощности, потребляемой вентилятором
а) при максимальной депрессии:
б) при минимальной депрессии:
где: ηв — КПД вентилятора, определенный по графикам рисунка по соответствующим рабочим режимам.
По [1, прил.1] по наибольшей потребляемой мощности подбираем электродвигатель СДВ-15-39-10 со следующими характеристиками:
— Мощность 800 кВт;
— Частота вращения 600 мин-1;
— Масса 6900 кг
1.1.6 Проверка правильности расчета и выбора вентилятора
Резерв производительности и давления вентиляторной установки оп-ределяются по точкам 5 и 6 (см. рисунок 2.4) — 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:
1.1.7 Регулирование рабочего режима
Модель вентилятора ВЦД-31,5М работает с нерегулируемым приводом от синхронного двигателя СДВ с дополнительной пусковой обмоткой и теми же мощностью и скоростью вращения, что и при регулируемом приводе. Регулирование режимов работы у этой модели осуществляется только с по- мощью лопаток направляющего аппарата.
2. Технико-экономический расчёт вентиляторной установки
Заданным условиям проветривания горного предприятия (Qп, hmax, hmin), могут удовлетворять два и более вентилятора. С экономической точки зрения наиболее выгодным является вентилятор, для которого годовые затраты с учетом капитальных вложений будут минимальными.
Годовые затраты складываются из среднегодовой стоимости потребляемой электроэнергии, амортизационных отчислений по установке, затратам на техническое обслуживание, ремонт, ревизии и наладки, заработной платы обслуживающего персонала, стоимости потери воздуха вследствие утечек.
Среднегодовую стоимость электроэнергии определяют по двухставочному тарифу — за израсходованную активную электроэнергию и за установленную мощность
Сэ = Wг∙kа + Nу∙kу = 6142187·0,6+591·128=3760960 руб.
где Wг — среднегодовой расход электроэнергии (кВт∙ч);
kа — стоимость 1 кВт∙ч электроэнергии (kа величина постоянно изменяющаяся, которую необходимо уточнять при проведении расчетов. Ориентировочно можно принимать kа = 0,6 руб./(кВт∙ч));
Nу — установочная мощность (кВт),
kу — годовая стоимость (ориентировочно можно принимать kу = 128 руб./кВт).
Среднегодовой расход электроэнергии определяется по формуле
где Qср = 0,5(Qmax+Qmin) — среднее значение производительности вентилятора, м3/с; Qср = 0,5(120+85)=103 м3с
Нср = 0,5·(Hmax+Hmin) — среднее значение давления, Па; Нср = 0,5·(3100+3000)=3050 Па
ηср — средний КПД установки;
ηп — КПД передачи от двигателя к вентилятору (если она применяется, ηп =0,90…0,95); ηд -КПД двигателя (ηд =0,85…0,95);
ηс — КПД электрической сети (ηс =0,95);
ηр — КПД регулирования (ηр = 0,80…0,90);
nч и nд — соответственно число рабочих часов в сутки и число рабочих дней в году.
Установочная мощность определяется по формуле
где N — мощность электродвигателя;
cos φ — коэффициент мощности выбранного двигателя (cos φ=0,90…0,98)
Годовую сумму амортизационных отчислений находят по стоимости основных видов оборудования (вентиляторов, электропривода, средств автоматизации), стоимости монтажа, стоимости зданий и сооружений.
Стоимость оборудования устанавливают по номенклатурным спра-вочникам, а стоимость монтажа ориентировочно принимают равной 14 % от стоимости оборудования.
Стоимость зданий и сооружений (вентиляционных каналов) можно определить исходя из их объема, устанавливаемого по наружным размерам (ориентировочно можно принимать 215 руб за 1 м3 объема).
Нормы амортизационных отчислений составляют:
• 12 % — для механического оборудования, аппаратуры управления и пускорегулирующей аппаратуры;
• 7,4 % — для электродвигателей мощностью свыше 100 кВт;
• 3,2 % — для зданий и сооружений.
Среднегодовая стоимость технического обслуживания, текущих ре-монтов и ревизий оборудования относительно не велика и составляет 57000…93000 руб.
Заработанная плата обслуживающего персонала складывается из ос-новной оплаты и различного рода надбавок. При автоматизированных вентиляторных установках заработанную плату в расчетах можно не учи-тывать, т.к. постоянно дежурного персонала установка не имеет, а зара-ботанная плата слесарей, периодически осматривающих установку, отно-сится к общешахтным расходам.
Стоимость материалов можно пренебречь, как величиной незначительной.
Таким образом, среднегодовые затраты при сравнений различных вариантов определяются по формуле
С = Сэ +Са + Е·Су,
где Сэ — среднегодовая стоимость электроэнергии;
Са — годовая сумма амортизационных отчислений;
Е — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (Е=0,14);
Су — суммарная стоимость оборудования, монтажа, зданий и сооружений.
Су = Соб+См+Сзис=3100000+3100000·0,14+1500000=5034000 Руб.
Са = 3100000·((0,12+0,074)/2)+1500000·0,032=348700руб
С = 3760960+348700+0,14·5034000=4814420 руб
При выборе вентилятора кроме экономических соображений необходимо учитывать и другие факторы. Например, при расположении вентиляторной установки в границах населенного пункта целесообразно применять практически бесшумные центробежные вентиляторы.
Удельная стоимость электроэнергии и общая удельная стоимость подачи в шахту 1 м3 воздуха на 1 тонну добытого полезного ископаемого определяется по формулам
где А — добыча полезного ископаемого в год, тонн.
3. Схема автоматизации вентиляторной установки
Система автоматизации вентиляторной установки главного проветривания содержит рабочую станцию диспетчера шахты 1 и рабочую станцию оператора вентиляторной установки 2, связанные между собой и подключенные через концентратор 3 к общему контроллеру 4. Общий контроллер 4 по интерфейсу соединен с контроллерами 5 и 6 вентиляционных агрегатов. К входам общего контроллера подключены датчики параметров воздуха 7, датчики контроля состояния общих механизмов 8 и элементы управления поста
местного управления общими механизмами 9, а к выходам — магнитные пускатели общих механизмов 10 и элементы индикации на посту местного управления общими механизмами 9. К входам контроллеров 5, 6 подключены датчики температуры 11, 12, датчики состояния вспомогательных механизмов 13, 14, элементы управления постов местного управления вентиляторов 15, 16 и счетчики электроэнергии 17, 18. Выходы контроллеров 5, 6 соединены с магнитными пускателями вспомогательных механизмов 19, 20, высоковольтными ячейками двигателей вентиляторов 21, 22 и элементами индикации на постах местного управления вентиляторов 15, 16. К датчикам параметров воздуха 7 относятся датчики температуры, давления и расхода воздуха. К датчикам температуры 11, 12 относятся датчики температуры подшипников и обмоток двигателей вентиляторов. К общим механизмам относятся ляда калорифера и противопожарная ляда, к вспомогательным — отсекающие ляды, тормоза и электронагреватели (на чертеже не показаны).
Система автоматизации вентиляторной установки главного проветривания может функционировать в одном из трех режимов — два автоматизированных (управление с рабочей станции диспетчера шахты 1 или рабочей станции оператора вентиляторной установки 2) и один ручной (с постов местного управления 9, 15, 16), и работает следующим образом. После того, как выбран вид управления, номер рабочего вентилятора и режим его работы (проветривание/реверс) осуществляется запуск вентиляционного агрегата. Для первого вентилятора процесс запуска будет выглядеть следующим образом. Контроллером 5 производится проверка закрытого состояния ляд смежного агрегата по сигналам с датчиков состояния вспомогательных механизмов 14, выдача сигналов на пускатели вспомогательных механизмов 19 для открытия ляд и снятия тормозов. С датчиков состояния вспомогательных механизмов 13 на контроллер 5 поступают сигналы, подтверждающие открытие ляд и снятие тормозов. После этого контроллер 5 включает высоковольтные ячейки 21 первой и, с некоторой задержкой, второй ступеней вентилятора. После поступления на контроллер 5 сигналов «включено» с ячеек 21, вентилятор
считается запущенным. В процессе работы вентилятора датчики температуры 11 осуществляют измерение температуры подшипников и обмоток двигателей вентиляторов, датчики контроля состояния вспомогательных 13 и общих 8 механизмов осуществляют контроль состояния отсекающих ляд, тормозов, электронагревателей, ляды калорифера и отсекающей ляды, датчики параметров воздуха 7 измеряют температуру, расход и давление воздуха. Счетчик электроэнергии 17 предназначен для контроля и учета электроэнергии, потребляемой вентиляционным агрегатом. Вся информация с датчиков 7, 8, 11, 13 и счетчика 17 через контроллеры 4, 5 и концентратор 3 поступает на рабочие станции оператора вентиляторной установки 2 и диспетчера шахты 1 и предоставляется в удобной для восприятия форме. Кроме того, контроллер 5 обеспечивает аварийную сигнализацию и отключение вентиляционного агрегата в случае неисправности ляд, тормозов, электронагревателей, высоковольтных ячеек двигателей вентилятора, перегрева подшипников и обмоток двигателей вентилятора. В случае аварийного отключения рабочего вентиляционного агрегата контроллер 4 обеспечивает автоматический ввод резерва, то есть запуск вентилятора, находившегося в резерве. При выборе второго вентиляторного агрегата система работает аналогичным образом. Посты местного управления 9, 15, 16 предназначены для выполнения наладочных работ.
Предлагаемая система успешно испытана на действующей вентиляторной установке главного проветривания.
В данной системе в качестве рабочих станций диспетчера шахты 1 и оператора вентиляторной установки 2 применены персональные компьютеры типа IBM PC со специально разработанной SCADA-системой. Связь между контроллерами 4, 5, 6 осуществлялась с помощью сети Controller Link.
Опыт эксплуатации системы показал, что технический регламент работы вентиляторной установки соблюдается, работа системы удовлетворяет требованиям промышленной безопасности и обеспечивает выполнение всех заявленных выше функций.
Рис. 3. Схема атоматизации вентиляторной установки главного проветривания УКАВ-М
Заключение
В ходе выполнения данной контрольно-курсовой работы, был осуществлен выбор основного оборудования главной вентиляторной установки шахты.
В качестве основного выбран центробежный вентиляторВЦД-31,5М, с электродвигателем СДВ-15-39-10.
В технико-экономическом разделе рассчитана удельная стоимость электроэнергии и общая удельная стоимость подачи в шахту 1 м3 воздуха на 1 тонну добытого полезного ископаемого, которая составил еэ = 9,4 руб/т, е=12,0 руб/т.
В разделе автоматизации приведена центральная часть схемы автоматизации вентиляторной установки главного проветривания с асинхронным приводом, построенная на основе использования аппаратуры УКАВ-М.
Список использованных источников
1.Бабак Г.А., Бочаров К.П. и др. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: справочник, М. «Недра», 1982, 296 с.
2. ГОСТ 11004-84 Вентиляторы шахтные главного проветривания. Технические условия. Изд-во стандартов.
3. Картавый Н. Г. Стационарные машины: Учебник для вузов. М.: Недра, 1981, 327 с.
