Помощь с контрольно-курсовой работой по гидравлике для ТулГУ, пример оформления

КОНТРОЛЬНО-КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Стационарный машины и механизмы» Задание: Рассчитать и выбрать насосное оборудование и трубопроводы главной водоотливной установки шахты по исходным данным, приведенным в таблице 1.1 Исходные данные: (вариант №9)  Qм — максимальный суточный приток воды в горные выработки в период весенних и осенних паводков, 7600 м3/сут.;  Qн — нормальный суточный приток воды в шахту, 5900 м3/сут.;  Тп — продолжительность весенне-осенних паводков, 87 сут.;  Нст — вертикальная глубина шахтного ствола, 600 м.;  А — годовая производительность шахты, 0,35 млн. т. 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. Выбор насоса и проверка режимных параметров работы насоса. 1.1.1. Минимальная подача насоса. Минимальная подача насоса (откачка нормального суточного притока за 20 часов) определяется по выражению: Qmin=24·Qпр/20, где Qпр = Qн – нормальный суточный приток воды в шахту, м3/сут Qmin=24·5900/20 = 7080 м3/сут 1.1.2. Расчетная геодезическая высота подъема воды насосом. Нг=Нст+Нв+hпс+hпп, где Нст — глубина шахтного ствола — расстояние по вертикали от почвы выработки околоствольного двора по горизонтальной плоскости поверхности, м; Нв — высота всасывания воды насосом — расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в колодце до оси насоса, м (Нв=3 … 6 м); hпс — высота превышения конца напорной трубы над устьем ствола, м, (hпс = 1,5 … 5 м); hпп — превышение оси насоса над уровнем почвы выработки околоствольного двора, м, (hпп = 1,5 … 1,0 м) Нг=600+4+5+1=610м, 1.1.3. Расчетный напор насоса при закрытой задвижке определяют по формуле 0 H 1,15 H 1,15 610 701,5 г      м Предварительно выбираем по сводному графику (рис.3.8) и (табл. 3.1) в соответствии с Qmin=7080 м3/сут = 295 м3/ч и Н’=Нг/η = 610/0,72 = 847м насос ЦНС 300-650…1040, имеющий следующие паспортные характеристики (табл.3.1) (далее уточним количество рабочих колес насоса) Габаритные размеры агрегата приведены в прил.1. 1.1.4. Расчет параметров внешней сети насосной установки. 1.1.4.1. Расчет диаметров трубопроводов насосной установки Внутренний диаметр всасывающего трубопровода: Фактические диаметры труб dв — всасывающего и dн — нагнетательного трубопроводов подбираем по ГОСТ 8731-74, (прил. В1, В2) как ближайшие к расчетным наибольшие значения табличных величин. Толщина стенок труб всасывающего трубопровода принимается минимальной. Толщина стенки нагнетательного трубопровода определяется в зависимости от марки стали и допустимого максимального давления в трубах, которое определяется по уравнению: max г P 0,015  H  0,015610  9,15МПа Принятые диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов сравниваем с конструктивными размерами патрубков принятого насоса. Если размеры всасывающего и нагнетательного патрубков отличают от соответствующих размеров трубопроводов, то устанавливаем переходники (конфузор или диффузор) с конусностью 100 … 250 Согласно (табл. 3.3) для выбранного насоса ЦНС 300-650 всасывающий патрубок имеет диаметр 200 мм, нагнетательный 175 мм. Следовательно, на всасывающей линии устанавливаем конфузор, на нагнетательной диффузор 1.1.4.2. Расчет характеристики трубопроводной сети Расчет потерь напора в местных сопротивлениях и по длине трубопровода ведется по насосу, наиболее удаленного от ствола. 1.1.5. Расчет характеристики насоса. Определение числа Zк рабочих колес выбранного насоса: Принимаем число колес Z, округлив число Zк до целого числа. Окончательно принимаем к установке пятиступенчатый насос ЦНС 300-650 и подбираем электродвигатель 2АЗМП1-800/6000 мощностью 800 кВт, напряжение 6000 В. Индивидуальную напорную характеристику Hн  f Q для одного колеса увеличиваем в Z раз по оси координат и строим на графике характеристику насоса с числом рабочих колес равным Z. При этом цифровые значения производительности Q по оси абсцисс оставляем без изменения. Принимаем напорную характеристику, КПД и вакуумметрическую характеристику одинаковыми для всех насосов данной серии, поэтому на графике оставляем их неизменными. 1.1.6. Определение режима работы насосной установки По результатам расчетов, приведенных в п. 1.1.4, строим характеристику принятого насоса ЦНС 300-650, на координатной плоскости H-Q. Технические характеристики центробежных насосов выбираем по приложению В4. Затем по результатам таблицы 1 строим в одинаковом масштабе характеристику трубопроводной сети. В точке пересечения характеристик М определяем режим работы насосной установки при открытой задвижке: Qф — фактическая подача насоса в сеть, Qф = 305 м3/ч = 0,0847 м3/с; Нф — фактический напор насоса при подаче, Нф = 625 м; ηф — КПД насоса ηф = 69%; Нвак — допустимая вакуумметрическая высота насоса, Нвак =5,2 м. 1.1.7. Проверка режимных параметров работы насоса Устойчивость режима работы насоса проверяется по напору, создаваемому насосом при закрытой задвижке (Q=0): Нг  0,9Нo 610  0,9701,5  631,4 Бескавитационный режим работы обеспечивается правильным выбором высоты всасывания насоса (Нв): Нвак ≥ Нв где: Нвак — допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса, определяемая из графика. 5,2 ≥ 2 Правильность выбора насоса проверяется по числу часов работы насосной установки в период нормального притока (tн): Н н Ф Q t Т Q   226 365 270 (365 87 278) 305 н t       В период максимального притока воды определяется время работы второго насоса, включаемого в работу параллельно с первым насосом: 16 м ф м п м Q Q t Т Q     . 317 305 87 3,29 16 317 м t      1.1.8. Расчет мощности потребляемой насосной установкой Мощность на валу насоса рассчитывается по фактическим рабочим параметрам установки, определяемым из графика: ф ф ф ρ g Q H N 1000 3600 η       , где: ρ — плотность жидкости, кг/м3; Нф — фактический напор, м; 12 Qф — фактическая подача, м3/ч; ηф — фактический КПД. 1000 9,81 305 625 N 753 1000 3600 0,69 кВт        1.1.9 Среднегодовой расход электроэнергии п м н э с 1,05 N (T t t 365) Е η η        , кВт·ч, где: 1,05 — коэффициент, учитывающий расход электроэнергии на освещение камеры, сушку электродвигателя и т.п.; ηэ — КПД электродвигателя; ηс — КПД сети; Тп — число суток максимального притока воды в периоды весенних и осенних паводков. 1,05 753 (3,29 270) Е 260962 0,92 0,9 кВт ч        1.1.10. Расход электроэнергии на 1 м3 откачиваемой воды. 3 н п м п Е 260962 е 0,12 Q (365 Т ) Q Т 226 (365 87) 24 317 87 24 кВт м             Расход электроэнергии на водоотлив, приходящийся на 1 т добычи полезного ископаемого. 6 Е 260962 а 0,75 А 0,35 10     кВт·ч/т, где: А — добыча полезного ископаемого за год, т. 1.2. Автоматизация водоотливных установок Согласно требованиям ПБ, главные водоотливные установки должны быть полностью автоматизированы или управляться с помощью дистанционных или телемеханических систем, а участковые и вспомогательные установки автоматизированы на 80 — 85 %. Автоматизация осуществляется с применением серийно выпускаемой аппаратуры или индивидуального выбора контактной и бесконтактной аппаратуры в 13 зависимости от разнообразных гидрологических и горнотехнических условий шахт. Комплекс автоматического управления обеспечивает бесперебойную работу водоотливной установки. По уровню воды в водосборнике и технологических особенностей водоотлива (постоянная производительность, мало изменяющийся напор и мощность, поочередное включение насосных агрегатов и т.п.) осуществляют контроль основных параметров работы водоотливных установок (уровень воды в водосборниках, подача, напор и вакуум насосов, температурные и электротехнические характеристики насосных агрегатов). Большое распространение для заливки насосов водоотливных установок при положительной высоте всасывания получили баки-аккумуляторы и баки накопители. Баки-накопители для заливки насосов применяют в сочетании с вспомогательным насосом и гидрорегулятором (рис. 1а). Насос может быть подключен к магистралям заливки как непосредственно, так и через бак- накопитель. Бак-аккумулятор (рис. 1.б) применяют для водоотлива с небольшой производительностью. 1.2.1 Аппаратура УАВ Аппаратура УАВ предназначена для автоматизации водоотливных установок с 3 — 16 насосными агрегатами, оборудованными низковольтными или высоковольтными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Схемой предусмотрена возможность применения любого способа заливки, которая дозируется по времени и контролируется реле давления. Насосные агрегаты могут работать при постоянно открытой задвижке на нагнетательном трубопроводе и при одной или двух управляемых задвижках при напряжении 660 В или 380 В. Исполнение аппаратуры рудничное нормальное (РН). Порядок работы устанавливается переключателем, который имеет четыре положения: «В», «П», «А» — соответственно верхний, повышенный и аварийный уровни вода в водосборнике; «Р» — ручное управление. Моторные реле времени, осуществляющие программное управление каждым насосным агрегатом, устанавливают на различные выдержки времени с разницей 10 с, что исключает одновременный пуск и остановку насосных агрегатов. Предусмотрены следующие виды защиты: гидравлическая насосного агрегата по подаче; от перегрева подшипников; привода задвижки при его заклинивании и нулевая. На рисунке 2. показана гидравлическая схема трехагрегатной насосной установки с размещением исполнительных устройств и датчиков, управляемых задвижек аппаратуры для контроля заливки насосов вспомогательным насосом и контроля установки по давлению. При положении переключателя «В» (Автоматическое управление при верхнем уровне воды в водосборнике) его контакты замкнуты в соответствии с диаграммой (приложение В5). При верхнем уровне воды в водосборнике отпирается триод Т1 и включается реле верхнего уровня РУВ, которое самоблокируется через 15 электрод нижнего уровня ЭН. Замыкается цепь управления реле повтори-теля уровня РПУ, которое замыкает цепь управления реле времени РВ, включает пускатель заливочного насоса и подготавливает цепь включе-ния реле РГН. Включается реле времени и осуществляет программу пус-ка насосного агрегата. Через 5 с размыкается контакт РВ-3 в цепи пита-ния реле РПУ, но оно продолжает питаться через свой замкнувшийся ра-нее контакт. Через 80 с замкнется контакт РВ-6, и если контакт РД замк-нут, то включается реле РГН и своими контактами запускает главный на-сос, включает контактор 1К и открывает задвижку, работа которой кон-тролируется концевым выключателем КВО. Одновременно реле РГН шунтирует контакт РД в своей цепи питания, т.к. его контакты в момент включения насоса размыкаются. 1 — байпасная труба; 2 — задвижка с ручным приводом на нагнетательном трубопроводе; 3 — обратный клапан; 4 — электропривод задвижки; 5 — термодатчики для контроля температуры подшипников насоса и электродвигателя; 6 — реле давления; 7 — труба для соединения разгрузочного устройства насоса со всасывающей системой; 8 — нагнетательный трубопровод; 9 — ручной вентиль; 10 — реле производительности; 11 — ручной вентиль в системе заливки насоса; 12 — всасывающий трубопровод; 13 — обратный всасывающий клапан; 14 — заливочный насос; 15 — электродные датчики уровня; 16 — главный насос; 17 — электродвигатель. Рисунок 2. Гидравлическая схема автоматизированных водоотливных установок ВАВ и УАВ с заливкой вспомогательным погружным насосом. 16 Через 180 с размыкается контакт РВ-7, и заливочный насос выключается, еще через 5 с размыкается контакт РВ-1 в цепи двигателя реле времени, и оно останавливается. Кроме того, размыкается контакт РВ-5 в цепях реле защиты РЗ, и реле РГН шунтирует контакт РПН. Если к этому моменту насос разовьет нормальную подачу, то контакт РПН окажется замкнутым и цепи питания указанных реле сохраняются. При откачке воды до нижнего уровня разрывается цепь питания реле РУВ через электрод ЭН. Реле РУВ выключает реле РПУ, шунтирует контакт реле гидравлической защиты РГН и включает контактор 2К пускателя привода задвижки. При закрывании задвижки размыкается контакт КВЗ-1 конечного выключателя ее электропривода в цепи реле РГН, что приводит к остановке основного насоса. Замыкается контакт РГН в цепи реле времени, и последнее приводит свои контакты в исходное положение. Привод задвижки выключается контактом КВЗ-2. Если после пуска насос не разовьет нормальную подачу, то контакты реле РПН размыкаются, реле РГН обесточивается и основной насос выключается. Замыкается контакт РГН в цепи двигателя реле времени РВ, чем обеспечивается работа реле времени до размыкания контакта РВ-4. При размыкании контакта РВ-4 реле РЗ обесточивается и отключает реле времени; при этом замыкается контакт РЗ, который шунтирует контакт VIII переключателя управления. Реле РПУ в блоке управления резервным насосом получает питание, так как на линию 8 попадает управляющий сигнал, и включается резервный насос. Замыкается контакт реле РЗ в цепи сигнальной лампочки ЛН’, сигнализирующей о неисправности первого насосного агрегата. Деблокировка неисправного насосного агрегата осуществляется переключателем в позиции «Ручное управление». Если через 80 с от начала пуска насос окажется незалитым, то контакт реле давления РД будет разомкнут, поэтому при замыкании контакта РВ-6 пуск насоса не произойдет, а реле времени останется включенным до размыкания контакта РВ-4. В дальнейшем схема работает так же, как и при действии 17 гидравлической защиты. Управляемая задвижка защищается тепловыми реле времени РТЗ, включаемыми параллельно катушкам контакторов магнитного пускателя привода. Если за определенный промежуток времени задвижка не закроется (или не откроется), то контакт теплового реле времени РТЗ в цепи реле РЗ разомкнется и отключит неисправный насосный агрегат. Для защиты от перегрева подшипников насосного агрегата предусмотрены термодатчики 1ТД — 4ТД, контакты которых включены в цепь управления реле РЗ. На табло диспетчера шахты передаются световые и звуковые сигналы: работа насоса — световой; неисправность насоса – звуковой и световой; аварийный уровень воды в водосборнике — звуковой и световой. При исправном состоянии насосных агрегатов контакты реле защиты РЗ, включенные последовательно в цепь питания генератора 26 кГц, будут замкнуты и реле 2Р приемника 26 кГц будет включено. При выходе из строя одного из насосных агрегатов в результате потери на-пряжения в одном из блоков размыкается соответствующий контакт РЗ в цепи питания генератора 26 кГц. Реле 2Р на выходе приемника выключается и размыкает свой контакт в цепи промежуточного реле ЗР. Замыкаются также контакты ЗР в цепи сигнального звонка и контакты 2Р в цепи лампы ЛН, сигнализирующей о неисправности водоотливной установки. При устранении неисправности и переводе соответствующего управления на блоке насоса в позицию Р реле 2Р и ЗР включаются, лампа ЛН гаснет и тумблером 1П выключается звонок. На частоте 26 кГц проверяется целость линии связи; при этом тумб-лер 1П переводится в положение «Неисправен насос». При аварийном уровне воды включается реле РУА и замыкается контакт в цепи генератора 14 кГц, на выходе которого включаются реле 1Р и 4Р, а сигнальная лампа ЛА сигнализирует об аварийном уровне воды в водосборнике. При этом включается звонок, который квитируется тумблером 2П. О работе насосов сигнализирует генератор 20 кГц, в цепь которого 18 включены параллельно контакты реле РПН, и при замыкании одного из них на выходе генератора загорается лампа ЛР. Дистанционное управление насосными агрегатами осуществляется кнопками КП и КС в цепи реле РУВ по двум свободным жилам сигнального кабеля. Предусматривается включение и отключение кнопок при верхнем уровне воды в водосборнике (перемычка 43—45 при этом снимается). С помощью кнопок пусковых устройств приводов задвижки производятся пуск и останов основного и вспомогательного насосов при установке переключателя в позицию «Р», автоматическая работа остальных агрегатов при этом не нарушается. 19 Заключение В ходе выполнения данной контрольно-курсовой работы, был осуществлен выбор основного оборудования водоотливной установки шахты. В качестве основного выбран центробежный насос ЦНС 300-650, с высоковольтным электродвигателем 2АЗМВ1-800/6000. Подобраны трубопроводы всасывающей и нагнетательной линий, Дувс = 325мм, Дунагн = 250мм В разделе автоматизации приведены основные положение по автоматизации установки и системы УАВ. 20 Список литературы 1. Автоматизация шахтных вентиляторных установок. Изд. 2-е /Б.Х. Богопольский, М.А. Левин, К.П. Бочаров, К.В. Бакшт М.: Недра 1976 2. ГОСТ 11004-84 Вентиляторы шахтные главного проветривания. Технические условия. Изд-во стандартов. 3. Димашенко А. Д. и др. Шахтные электрические лебёдки и подъёмные машины. М., Недра, 1973. 4. Заводин Л. Ф. Шахтные подъёмные установки. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Недра, 1975, 368 с. Приложение 1 рис.3. Габариты насоса ЦНС 300-650 1 Рис.4. Габаритный чертеж агрегата ЦНС 300-650