книги / Стационарные установки шахт

а

Н,кгс/м2

Рис. 1.7. Сводные графики областей промышленного использования шахтных вентиляторных установок мест­ ного проветривания с осевыми вентиляторами:

а — типа ВМ с электроприводом; б — типа ВМП с пневмопри­

водом

а

при предельном угле установки лопаток рабо­ чего колеса или направляющего аппарата дан­ ного вентилятора, а снизу — линией, прове­ денной через точки, соответствующие 0,5 Яу. ст при данном Q. Для упрощения дальнейших расчетов по определению средневзвешенного к. п. д. верхняя и нижняя граничные кривые заменяются ломаными линиями, имеющими не более двух изломов. Расстояния между левой и правой, верхней и нижней границами раз­ биваются каждое на пять равных частей и через соответствующие деления проводятся верти­ кальные прямые линии или наклонные лома­ ные линии. В центре каждого из 25 полученных четырехугольников, обозначенных на рис. 1.3, б

точками, находятся Q, Яу. ст и Лу. ст» а затем вычисляется средневзвешенный к. п. д. уста­ новки

Схемы отсчетов углов установки лопаток и закрылков лопаток рабочих колес, направля­ ющих и спрямляющих аппаратов осевых и центробежных вентиляторов приведены на рис. 1.8.

Работа вентиляторов на шахтную сеть

Рис. 1.8. Схемы отсчета углов установки лопаток и за­ крылков лопаток рабочих колес, направляющих и спрям­ ляющих аппаратов осевых и центробежных вентиляторов:

а — лопаток рабочих колес 0, промежуточного направляющего

аппарата Эцд. спрямляющего аппарата 0^д осевых вентиля­

торов главного проветривания; б — лопаток направляющего аппарата 6Нд центробежных вентиляторов; в — закрылков

лопаток входного направляющего аппарата 0^д осевых венти­

ляторов местного проветривания типа ВМ; г — закрылков ло­ паток рабочего колеса а3 центробежных вентиляторов ВЦЗ

Шахтные вентиляторные установки главного проветривания и вспомогательные работают на сеть, обладающую рядом специфических осо­ бенностей: в процессе эксплуатации вентилятор­ ной установки происходит изменение сопро­ тивления вентиляционной сети и напора есте­ ственной тяги (а в ряде случаев даже и ее на­ правления), возможно также повышение по­ требного расхода воздуха на проветривание шахты и возрастание поверхностных присосов или утечек воздуха через неплотности в над­ шахтном здании, лядах и других местах — все это влечет за собой отклонение режима работы вентиляторной установки от расчетного. Кроме того, при авариях может возникнуть необхо­ димость в изменении направления воздушной струи в шахте (ее реверсировании).

Перечисленные выше особенности оказывают влияние на работу и устройство шахтных вен­ тиляторных установок. Последние должны быть

* Номенклатура, конструкции, аэродинамические и тех­ нические характеристики, а также сводные графики обла­ стей промышленного использования выпускавшихся ранее вентиляторов типов ВУПД, ВОКД, ВЦ, ВЦО, ВЦД, СВМ и др., которыми оборудовано большое число шахт­ ных вентиляторных установок, приведены в [34, 67J.

ляторами ВОД-21, ВОД-ЗО и ВОД-50 — изме­ нением направления вращения ротора и пово­ рота лопаток промежуточного направляющего и выходного спрямляющего аппаратов на угол соответственно 153 и 158° (рис. 1.10).

Производительность вентиляторов в ревер­ сивном режиме при таких способах реверси­ рования составляет 60—70% от производи­ тельности при нормальной работе.

Выбор главных и вспомогательных вентиляторов

Для выбора главных и вспомогательных венти­ ляторов необходимо иметь данные о потребном расходе воздуха QU1 и депрессии шахты hm

в различные периоды ее эксплуатации. Про­ изводительность вентилятора

QB ^ QlII^B н»

где £в н — коэффициент, учитывающий утечки воздуха через надшахтные сооружения и ка­ налы вентиляторов, принимается для случаев установки вентиляторов на скиповом стволе

ривается не менее чем 20%-й запас по произво­ дительности. При депрессии менее 300 кгс/м2 могут применяться осевые вентиляторы ВОД-11, ВОД-16, ВОД-21, ВОД-ЗО, ВОД-40 и ВОД-50, при депрессии свыше 300 кгс/м2 следует исполь­ зовать только центробежные вентиляторы ВЦ-11, ВШЦ-16, ВЦД-16, ВЦ-25, ВЦ-32, ВЦД-32М и ВЦД-47, при депрессии 150— 300 кгс/м2 могут использоваться как осевые, так и центробежные вентиляторы.

При выборе вентиляторов необходимо стре­ миться к их наибольшей экономичности, для чего следует оценивать их по приведенным годовым затратам с учетом капитальных вло­ жений. Рациональным с экономической точки зрения будет тот вентилятор, для которого приведенные годовые затраты минимальны.

Приведенные среднегодовые затраты

£ = “Ъ + £р "Ь ^об "Ь + ЕЛСЬ

где Сэ — стоимость электроэнергии, расходуе­ мой одной вентиляторной установкой в среднем за год, руб.; Лв — годовые аммортизационные отчисления по вентиляторной установке, руб.; Ср — годовые затраты на текущие ремонты, ревизии и наладки, принимаемые в соответствии с инструкцией [36], руб; Соб — годовые за­ траты на обслуживание, руб.; См — стоимость

= 0,14 — нормативный коэффициент эффектив­ ности капитальных вложений; С1 — стоимость

вентиляторной установки, руб.

Среднегодовая стоимость электроэнергии, рас­ ходуемой в среднем за 7 лет одной вентиля­ торной установкой,

где I — порядковый номер периода эксплуата­ ции вентиляторной установки при неизменном вентиляционном режиме и установленной мощ­ ности привода; Q — производительность вен­ тиляторной установки, м3/с; Яу. ст — статичес­ кое давление вентиляторной установки, кгс/м2; Г,- — количество часов работы установки в i-м периоде; kTi — тариф единицы потребляемой электроэнергии [31], руб./кВт-ч; kT2 — тариф

единицы установленной мощности электродви­ гателей, руб./кВ-А; N — установленная мощ­

ность электродвигателей, кВ • А.

Для примера выберем рациональную венти­ ляторную установку для условий Донбасса с вентиляционными режимами: в первый пе­

работать на всасывание. Эти вентиляционные режимы могут быть обеспечены вентиляторными установками ВЦЗ-32 и ВЦД-32М. Из аэродина­ мических характеристик этих установок на­ ходим статический к. п. д., при котором они будут работать. Установка с вентиляторами

Определяем приведенные среднегодовые за­ траты по установкам. Стоимость электроэнер­ гии, расходуемой в первые семь лет эксплуата­ ции в среднем за год, составит:

для установки ВЦЗ-32

для установки ВЦД-32М

100.200*2 с *“ т [ ' 102.0,72-0,90 8760-0,0068 +

+■Ю215 ;" 50?93 X 8760-0.0068 +

+12,8-1250-7] = 5 3 400 руб.

Ниже приведены экономические показатели,

выраженные в рублях, сравниваемых вентиляторных установок:

Принимая годовые затраты на обслуживание и стоимость вспомогательных материалов, рас­ ходуемых за год, одинаковыми для сравни­ ваемых установок, определим приведенные сре­ днегодовые затраты для них, которые составят:

для установки ВЦЗ-32

С = 49 600 + 15590 + 440 + 0 ,1 4 X

X I76 880 = 90 393 руб;

для установки ВЦД-32М

С" = 53 400 + 27 700 + 440 + 0,14 X

X 368 600 = 133 144 руб.

Таким образом, по экономическим соображе­ ниям рациональной для заданных условий является установка ВЦЗ-32, применение ко­ торой во сравнению с применением установки ВЦД-32М дает годовой экономический эффект в сумме 42 751 руб.

Выбор вентиляторов местного проветривания

Проветривание тупиковых выработок с по­ мощью вентиляторных установок местного про­ ветривания может осуществляться с помощью нагнетательного, всасывающего и комбиниро­ ванного способов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. На угольных и рудных газовых шахтах Правилами безо­ пасности запрещается использование всасы­ вающего и комбинированного способов, вслед­ ствие чего нагнетательный способ проветрива­ ния получил наибольшее распространение.

А-А 6-6

Рис. 1.11. Схема вентиляторной установки местного про­ ветривания

В этом случае вентилятор местного проветри­ вания 1 (рис. 1.11) располагается в выработке,

проветриваемой за счет общешахтной депрес­ сии, а трубопровод 2 — по сечению проветри­

ваемой выработки.

Развиваемое вентилятором давление Н рас­

ходуется на преодоление сопротивления трубо­ провода и проветриваемой выработки. Потери давления при движении воздуха по плотному

где Q — производительность вентилятора, м3/с; R — сопротивление трубопровода (выработки),

кгс-с2/м8;

а — коэффициент аэродинамического сопро­ тивления, кгс-с2/м4; I, dTр — соответственно

длина и гидравлический диаметр трубопровода (выработки), м.

Как известно,

где S — площадь поперечного сечения трубо­ провода (выработки), м2; П — периметр трубо­

провода (выработки), м.

Так как потери давления, связанные с дви­ жением воздуха в трубопроводе, примерно на три порядка превосходят потери давления в вы­ работке той же длины, то последние при расчете вентиляторной установки можно не учитывать.

Коэффициент аэродинамического сопротив­ ления трубопровода удобно определять с по­

щихся при взрыве; количество газов, посту­ пающих из окружающих пород; число одно­ временно занятых на участке людей; пылевой режим. Из полученных результатов выбирают наибольшее значение, .предварительно прове­ рив его по минимально и максимально допусти­ мым скоростям движения воздуха в выработке.

Предположим, что нужно подобрать венти­ лятор местного проветривания, если известно, что Qo = 4 м3/с, I = 1500 м. Схема проветри­

вания нагнетательная, качество сборки хоро­

тики вентилятора ВЦ-7 на рис. 1.79) или два последовательно включенных вентилятора ВМ-6М при угле установки осевого направляю­

для одного и того же трубопровода происходит существенное увеличение коэффициента k (при­

мерно в 1,3— 1,5 раза) и значительное возраста­ ние аэродинамического сопротивления на вели­ чину

нагнетания к всасыванию производится сле­ дующим образом. Трубопровод жесткий и ха­

По формулам (1.5) и (1.6) находим:

При переходе к всасыванию имеем

Таким образом, при переходе от нагнета­ ния к всасыванию расход вентилятора следует

В связи с тем, что области промышленного использования вентиляторов местного провет­ ривания достаточно хорошо перекрывают друг друга и возможна совместная работа несколь­ ких вентиляторов в одной установке, необходи­ мые вентиляционные параметры могут быть обеспечены различными вариантами установок, из которых следует выбрать наиболее рацио­ нальный, обеспечивающий минимальные за­ траты на проветривание в течение всего срока функционирования данной установки.

Как известно, стоимость проветривания вы­ работки за весь срок ее проходки равна

где Стр, Св, Сэ, С0, Сг, См — соответственно затраты на трубопровод, вентиляторы, энер­ гию, силовое оборудование (пускатели, кабели

ипр.), глушители шума и монтаж установки. Затраты на трубопровод составляют

где j — коэффициент, учитывающий затраты на

транспортировку, хранение и навеску трубо­ провода; можно ориентировочно принимать для гибких труб 1,1—1,3, для металлических 1,4— 1,7; fcTP— стоимость 1 м2 трубопровода, руб.; для прорезиненного, ПХВ, металлического за­ водского и кустарного изготовления трубопро­ водов эта величина соответственно равна 1,85; 3,85; 2,22, 4,62 руб.; /а — «амортизационная» длина трубопровода, т. е. та его часть, которая полностью изнршена и должна быть списана на данную проходку, м; Е„ = 0,15 — нор­

мативный коэффициент окупаемости капиталь­ ных затрат, 1/год; ипр — скорость проходки выработки, м/мес; /3 — «заказная» длина тру­ бопровода, т. е. суммарная длина всех труб (с учетом замен), необходимая для проходки данной выработки.

стр. 16), мес; К— 1„ — отношение длины вы-

Vnp* тР

работки к предельной длине трубопровода без замены износившихся его частей; пг — бли­ жайшее меньшее к X целое число.

Общие затраты на вентиляторы

ав — норма амортизационных отчислений на

реновацию и капитальный ремонт вентилятора, 1/год; пъ — максимальное число вентиляторов

в установке; етран = 1,07 — коэффициент, учи­ тывающий транспортные расходы.

Для определения стоимости энергии длина выработки / разбивается на ft (ft ^ 10) равных

где lt — расстояние от вентилятора до конца рассматриваемого участка Д м ; г\ю %B—

к.п. д. вентилятора и двигателя.

Врезультате этих подсчетов определяем стои­ мость энергии за весь срок проходки

шителе; для одной секции ег = (1,01 -г- 1,02), для лгсекций ег=1 4-(0,01ч-0,02) пг; Ыдв— уста­ новленная мощность двигателя, кВт; b — плата

за 1 кВ-А установленной мощности, руб.; Ncр — среднее значение за весь срок проходки

потребляемой мощности, кВт.

Затраты на силовое оборудование составляют

С„ = [S„ (ап + Е„) + aKSK] пв , (1.16)

где Sn> 5 К— стоимость соответственно пуска­ теля и кабелей, руб.; ап — норма амортиза­

ционных отчислений для пускателей, 1/год; ак = 0,33 — коэффициент, учитывающий срок

службы кабелей, 1/год.

Стоимость кабеля, необходимого для подклю­ чения одного вентилятора,

где 5 Г— стоимость одной секции глушителя, руб.; аг — норма амортизационных отчисле­ ний для глушителя, 1/год; пг — число секций

глушителя в установке.