Департамент образования и науки Кемеровской области государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ленинск – Кузнецкий горнотехнический техникум Юридический адрес:652500, Кемеровская область, г.. Ленинск-Кузнецкий ул. Энгельса, дом 6. Тел. 8(384-56)3-36-82 e-mail:fgou-spo-lkgtk@yandex.ru сайт:htt://lkgtk2009.narod.ru http://rosmetod.ru/act/users/sendcompetition Ленинск-Кузнецкий 2014 год ПМ. 01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования МДК.01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование Тема 3.4 Шахтные стационарные установки Методические указания По выполнению расчетной практической работы «Проектирование калориферных установок» Составлена в соответствии с рабочей программой для специальностей 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) 21.02.17- Подземная разработка угольных месторождений. Автор: Васильченко Леонид Александрович – преподаватель спец. дисциплин государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования Ленинск-Кузнецкого горнотехнического техникума. Рецензент: Булдаков Виктор Фёдорович - преподаватель спец. дисциплин государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования Ленинск-Кузнецкого горнотехнического техникума, высшей категории. 2 Содержание стр. Введение 4 1. Методические указания по выполнению самостоятельной работы 5 2. Алгоритм расчета калориферной установки 8 3. Практическая работа 10 4. Приложения 13 5. Заключение 16 6. Литература 17 3 Введение Безопасность ведения горных работ, производительность труда и комфортные условия работы шахтеров зависят от бесперебойного снабжения воздухом подземных выработок. Проветривание горных выработок должно производиться непрерывно действующими вентиляторами, установленными на поверхности у устья герметически закрытых стволов, штолен, шурфов. Вентиляторные установки на поверхности шахт и рудников согласно ПБ в угольных шахтах разделяются на главные и вспомогательные. В шахтах для проветривания тупиковых забоев применяются вентиляторы местного проветривания. К главным установкам относятся стационарные вентиляторные установки , обслуживающие всю шахту в целом или ее часть. Основными типами вентиляторных установок главного проветривания являются центробежные и осевые вентиляторы, отвечающие требованиям эксплуатации шахт и рудников. Вентиляторы главного проветривания являются наиболее производительными по транспортированию воздуха в шахту и энергоемкими установками. Так, на тонну добытого полезного ископаемого подается 4-6т.воздуха и ежегодно расходуется 5-6 млрд. кВт*ч электроэнергии. 4 1. Методические указания по выполнению самостоятельной работы Даннаяработапредназначена для получения навыков расчета калориферных установок студентами. Воздух, поступающий в шахту, зимой необходимо подогревать, чтобы не допустить образования льда от капежа в стволе, предохранить крепление и оборудование ствола от вредного влияния периодического обмерзания и оттаивания, предохранить рабочих от простуды при подъёме и спуске по стволу. Для подогрева воздуха применяются калориферы, обогреваемые обычным паром. Используются два типа калориферных установок: с перемешиванием горячего и холодного воздуха в стволе и с перемешиванием – до поступления в ствол. При первом типе калориферной установки воздуха, нагретым калорифером до 70 градусов, нагревается по каналу, проложенному в земле, калориферным вентилятором в ствол шахты, где смешивается с воздухом, поступающим из атмосферы, причём температура смеси воздуха .должна не менее Рис.1 + 2 градусов Калориферная установка соединяется со стволом шахты каналом. В местах выхода канала в ствол уклон канала увеличивается до 10 град. во избежание выбивания струи горячего воздуха на поверхность. Первый тип калориферной установки не обеспечивает равномерного распределения нагретого воздуха в стволе, не позволяет обогревать примыкающие к стволу помещения техкомплекса и полностью автоматизировать установку. Второй тип калориферной установки не имеет перечисленных недостатков. Воздух через жалюзи всасывающей будки 1 поступает к вентилятору 2, который подаёт его через диффузор 3 на калориферы 4. Нагретый в калориферах воздух в камере 5 смешивается с основным потоком холодного воздуха, поступающего из воздухозаборной будки 6. Смесь воздуха по каналу 7 поступает в ствол. Вентилятор приводится во вращение двигателем8. Перестановка ляд 9 и 10 осуществляется лебёдкой 11. Пар в Рис.2 калориферы подается по паропроводу12. Ляды – для регулирования подачи нагретого воздуха 5 На шахтах наибольшее применение имеют пластичные калориферы, собранные из калориферных элементов (рис.3). Элемент состоит из трубок 1, развальцованных концами в коллекторы 2 и снабженных для увеличения поверхности нагрева пластинками 3, насаженными на расстоянии 5 мм друг от друга. Коллекторы имеют патрубки 4 для прохода пара. Пар протекает внутрь трубок от коллектора к коллектору, воздух омывает наружные поверхности трубок и пластинки. Калориферы изготавливают четырех моделей СМ – самая малая, М – малая, С – средняя, Б – большая. Рис.3 В зависимости от способа подачи подогретого воздуха калориферные установки могут быть безвентиляторные (рис 4) и с нагнетательными вентиляторами (рис 5) А-А Рис. 4 6 Подогретый воздух нагнетательным вентилятором от калориферной установки (рис.5) подается в ствол по специальному бетонному или кирпичному каналу проложенному с уклоном на глубине 1.5-2.0 метра от поверхности земли. Для лучшего перемешивания подогретого воздуха с холодным канал от калориферной установки прокладывают в тангенциальном по отношению к стволу направлении. (Рис. 5) Воздух, всасываемый вентилятором 1 через приточное окно 2, прогоняется через калориферы3, где нагревается паром, подаваемым по трубе4 от котельной. Нагретый до +60/70оС воздух по каналу5 поступает в ствол6, где смешивается с атмосферным воздухом. Конденсат из калорифера отводится по трубе7. Наибольшее распространение для обогрева стволов шахт получили пластинчатые калориферы. Секция такого калорифера состоит из трубок , развальцованных концами в коллекторы и пластин служащих для увеличения поверхности нагрева. Пар подводится по патрубкам коллекторов калориферов. Наружные поверхности трубок по которым протекает пар омываются воздухом,. Секция калорифера могут быть легко соединены для образования калориферов с требуемой поверхностью нагрева. Секции калорифера могут иметь параллельное и последовательное соединение. При параллельном соединении увеличивается пропускная способность калорифера, а при последовательном – температура и сопротивление. Выбирают калорифер по требуемой поверхности нагрева при его наименьшем весе и сопротивлении. 7 2. Алгоритм расчета калориферной установки Практическая работа Тема: «Расчет калориферной установки» Цели: Образовательные:-развивать умение самостоятельно конструировать способ деятельности; Развивающие:- формировать самостоятельность и умение обобщать изученное; Воспитательные:- формировать интерес к выбранной профессии. Задачи: развивать умение самостоятельно решать задачи. Оборудование: методические указания; учебная литература; интернет -ресурсы. Время выполнения практической работы: 90 минут Задание. Произвести расчет калориферной установки . Инструкция по выполнению: -Изучить материал; -Выбрать данные для расчета; -Произвести расчет; -Сделать вывод и записать в отчет -Ответить на контрольные вопросы. Ход работы: -Ознакомиться с инструкцией по выполнению практической работы; -Оформить отчет указав тему и цель практической работы; -Ответить в письменной форме на контрольные вопросы -Сделать вывод по выполненной работе. Алгоритм выполнения расчета: 1. Подбор пластинчатых паровых калориферов. Количество воздуха подогреваемого в калориферной установке 𝑡см −𝑡нар. Gк.у.=γ*Q*60* , кг/ч. (1) 𝑡𝑘.𝑦. −𝑡нар. Где γ- удельный вес воздуха, кг/м3; Q-количество воздуха поступающего в шахту, м3/мин; tcм- температура смеси воздуха в стволе; tнар- температура наружного воздуха; 8 tк.у.- температура воздуха подогретого в калориферной установке. Количество тепла для подогрева воздуха в калориферной установке: Qк.у.=cp*Gк.у.(tк.у.-tнар), ккал/ч, (2) Где ср= 0.24- теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ккал/кг*град. Суммарное живое сечение калориферов F к= 𝐺к.у. 3600𝛾∗𝜗 , м2, (3) Где 𝜗- средняя скорость воздуха в живом сечении калориферов, м/сек. При суммарном живом сечении Fk , большем живого сечения одного калорифера, fk, применяется параллельное соединения нескольких калориферов выбранной модели.(табл 1 приложение) 𝐹𝑘 nk= (4) 𝑓𝑘 2. Подбор калориферного вентилятора Количество воздуха подаваемого вентилятором, Qв= 𝑄к.у. 60∗𝛾0 *(1+ 𝑡 ), м3/мин, 273 (5) Где γ0- удельный вес воздуха при 00 и 760 мм рт. Ст. , кг/м3 t-температураtнар или tк.у. в зависимости от установки вентилятора перед калориферами (нагнетание) или после них (всасывание) Сопротивление пластинчатых калориферов движению воздуха h= 1.50* 0.150 *(𝛾 ∗ 𝜗)1.74мм вод. ст, (6) где 1.50- коэффициент неучтенных сопротивлений; ϑ- средняя скорость воздуха, м/сек; γ- средний удельный вес воздуха 𝑡нар +𝑡к.у. tcp= γ= γ0 2 273 , кг/м3 (7) (8) По полученным Qв и h подбираем калориферный вентилятор и двигатель к нему 273+𝑡 Мощность на валу двигателя для вентиляторной установки: N= 𝑄ℎ 102∗Ƞ∗Ƞп Где Q- производительность м3/сек Н- давление кг/м2 9 Ƞп - к.п.д. передач 3. Практическая работа Задание 1. Подобрать калориферную установку шахты при количестве поступающего в шахту воздуха Q=3000 м3/мин, температуре смеси воздуха в стволе tсм= +20С, наружного воздуха tнар= -250С, подогретого в калориферах воздуха tк.у. =+700С. Решение: 1. Количество воздуха подогреваемого в калориферной установке согласно формуле (1) Gк.у.=γ*Q*60* 𝑡см −𝑡нар. 𝑡𝑘.𝑦. −𝑡нар. = 1.284*3000*60* 2−(−25) = 65 700 кг/ч. (1) 70−(−25) Где γ- удельный вес воздуха, кг/м3; Q-количество воздуха поступающего в шахту, м3/мин; tcм- температура смеси воздуха в стволе; tнар- температура наружного воздуха; tк.у.- температура воздуха подогретого в калориферной установке. 2. Количество тепла для подогрева воздуха в калориферной установке по формуле (2): Qк.у.=cp*Gк.у.(tк.у.-tнар)= 0.24*65700(70+25)= 1497960, ккал/ч, (2) Где ср= 0.24- теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ккал/кг*град. 3. Суммарное живое сечение калориферов при 𝝑= 8м/с (согласно формуле 3) F к= 𝐺к.у. 3600𝛾∗𝜗 ,= 65 700 3600∗1,029∗8 = 2, 21м2, (3) Где 𝜗- средняя скорость воздуха в живом сечении калориферов, м/сек. Принимаем к установке калориферы модель Б4 с живым сечением калорифераfk=0.252 м2и поверхностью нагрева Нк=30м2 (табл.1 приложение) Для установки потребуется параллельное соединение (согласно формуле 4) 𝐹 2.21 nk= 𝑘= = 10 калориферных секций (4) 𝑓𝑘 0.252 4. Производительность калориферного вентилятора (согласно формуле 5) При работе на нагнетание воздуха в калорифере Qв= 𝑄к.у. 60∗𝛾0 *(1+ 𝑡 ), = 273 65700 (1+ 60∗1.293 (−25) 273 )= 770 м3/мин, 10 (5) При работе на всасывание Qв= 𝑄к.у. 60∗𝛾0 *(1+ 𝑡 ), = 273 65700 60∗1.293 (1+ (70) 273 )= 1064 м3/мин. Где γ0- удельный вес воздуха при 00 и 760 мм рт. Ст. , кг/м3 t-температураtнар или tк.у. в зависимости от установки вентилятора перед калориферами (нагнетание) или после них (всасывание) 5. Сопротивление при последовательном соединении 2-х калориферов в секции для увеличения поверхности нагрева при 𝑡нар +𝑡к.у. tcp= 2 = 70−25 2 = 22.50, (6) И средней скорости воздуха в калориферах 𝜗= 8м/с(согласно формуле 7) 6. Сопротивление пластинчатых калориферов движению воздуха h= 1.50* 0.150 *(𝛾 ∗ 𝜗)1.74= 1.50*2*0.150*(8*1.197)1.74= 23мм вод. ст, (7) где 1.50- коэффициент неучтенных сопротивлений; ϑ- средняя скорость воздуха, м/сек; γ- средний удельный вес воздуха более выгодной является установка вентилятора перед калориферами для работы на нагнетание Qв= 770м3/мин и h= 23 мм вод.ст. Принимаем для проектируемой установки центробежный вентилятор с барабанным колесом N0=12 1/2 Ƞ= 0.4. Мощность двигателя определится согласно формуле 8. N= 𝑄ℎ 102∗Ƞ∗Ƞп = 770∗23 = 8квт 60∗102∗0.4∗0,9 11 Контрольные задания и вопросы: Вопросы: 1. Требования предъявляемые вентиляторным установкам? 2. От чего зависит эффективность и надежность работы вентиляторной установки главного проветривания? 3. Обслуживание вентиляторных установок? Задания для самостоятельной работы: Задание 2. Определить количество воздуха , подогреваемого в калориферной установке при Q=2000 м3/мин, температуре смеси воздуха в стволе tсм= 00С, наружного воздуха tнар= -250С, и количество тепла для подогрева воздуха в калориферной установке. Ответ:Q= 930 000 ккал/ч, Gк.у.= 45 600кг/ч Задание 3. Определить суммарное живое сечение калориферов при Q=3600 м3/мин, температуре смеси воздуха в стволе tсм= +20С, наружного воздуха tнар= -300С, подогретого в калориферах воздуха tк.у. =+700С. и 𝜗= 10м/с Ответ: Fk= 2.4 м2. 12 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 УНИФИЦИРОВАННАЯ АППАРАТУРА АВТОМАТИЗАЦИИ ШАХТНЫХ КАЛОРИФЕРНЫХ УСТАНОВОК АКУ-3М Аппаратура автоматизации шахтных калориферов АКУ-3М предназначена для автоматизации шахтных калориферных установок, имеющих в качестве первичного теплоносителя пар или перегретую воду; устанавливается в надшахтных зданиях (помещениях калориферной установки), где допущено применение электрооборудования в исполнении общего назначения, кроме термодатчика ствола ТДС-1, предназначенного для применения в стволах в соответствии с "Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах". Она имеет следующие модификации: АКУ-3.1.1М - для автоматизации калориферных установок по схеме с двумя контурами регулирования и контуром контроля отдельных секций калорифера; АКУ-3.2.1М - для автоматизации калориферных установок по схеме с одним контуром регулирования. Модификации различаются станциями управления и регулирования калорифера: СУРК-4 - для АКУ-3.1.1М; СУРК-4.1 - для АКУ-3.2.1М. Состоит из следующих частей: - станции управления и регулирования калорифера СУРК-4 (СУРК-4.1), предназначенной для обработки поступающей информации, формирования законов регулирования, выдачи команд на исполнительные механизмы и элементы световой и звуковой сигнализации; - блока индикации калорифера БИК-4, предназначенного для воспроизведения аварийных и известительных сигналов о работе калориферной установки в помещении калорифера; - табло калорифера ТК-4, предназначенного для воспроизведения аварийных сигналов в котельной; - термодагчика ствола ТДС-1, предназначенного для отбора информации о температуре воздуха в стволе шахты. Осуществляет: - поддержание на заданном уровне температуры воздуха в стволе шахты и отработанного теплоносителя на выходе из калорифера; - контроль температуры секций калорифера; - формирование и воспроизведение аварийных сигналов в помещении калориферной; - формирование и воспроизведение известительных сигналов в помещении калориферной; - передачу к диспетчерской и в котельную аварийных сигналов. 13 Технические характеристики: Диапазон установок регулирования температуры воздуха в стволе шахты, °С Автоматическая стабилизация температуры воздуха в стволе шахты на заданном уровне при условии гарантированного теплоснабжения с точностью, °С Диапазон уставок регулирования температуры отработанного первичного теплоносителя на выходе из калорифера, °С Автоматическая стабилизация температуры отработанного первичного теплоносителя на выходе из калорифера в режиме гарантированного или лимитированного теплоснабжения с точностью, °С Количество контролируемых точек калорифера, шт, не менее Диапазон уставок контроля температуры секций, °С Допустимое отклонение отработки заданных уставок контроля температуры секций, °С Время опроса датчиков калорифера, с, не более Напряжение питания переменного тока при частоте 50 Гц, В Габаритные размеры, мм, не более: станции управления и регулирования калорифера СУРК-4 станции управления и регулирования калорифера СУРК-4.1 табло калорифера ТК-4 термодатчика ствола ТДС-1 блока индикаций калорифера БИК-4 Масса, кг, не более: станции управления и регулирования калорифера СУРК-4 (СУРК4.1) табло калорифера ТК-4 термодатчика ствола ТДС-1 блока индикаций калорифера БИК-4 14 2-9,9 ±2 20-99 ±8 40 20-90 ±10 500 220 690×450×1300 690×450×900 270×90×250 700×60×50 200×120×320 120(80) 2,2 0,38 1,4 Приложение 2 Технические данные пластинчатых калориферов 15 5. Заключение Учебное пособие по выполнению практической работы по теме: «Проектирование калориферных установок» предназначено для студентов Ленинск-Кузнецкого горнотехнического техникума по специальности 21.02.17 Подземная разработка месторождений полезных ископаемых, 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования в горной промышленности» (по отраслям), при изучении: ПМ. 01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования МДК.01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование Тема 3.4 Шахтные стационарные установки Учебное пособие «Проектирование калориферных установок» может быть использовано для подготовки к учебному процессу преподавателями горных и электромеханических дисциплин, а так же для мастеров производственного обучения при проведении производственной практики. Учебное пособие выполнено в соответствии с требованиям, предъявляемые к учебно-методическим материалам. Преподаватель ГОУ СПО ЛКГТТ В.Ф. Булдаков 16 6. Перечень рекомендуемой литературы: 1.Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика – М; Недра, 2008. – 424 с. 2.Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Сборник примеров и задач по горной механики. -– М; Недра, 1999. – 188 с. 3.Алексеев В.В. Горная механика. – М. Недра, 2007 – 413с. 4.Правило безопасности в угольных шахтах, - М: коллегия Минтопэнерго, Россия 2004. 5.Бабак Г.А. и др. шахтные вентиляторные установки главного проветривания справочник – М. Недра, 2014 6.Дзюбан В.С., Рман Я.С., Маслий А.К. Справочник энергетики угольной шахты. – М.: Недра 2013 7.Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. – М., Недра 2013. 8.Попов В.М. Водоотливные установки (Справочное пособие).-М; Недра 2012. 9.Цетнарский И.А., Кораблёв А.А., Борисенко Л.Д. Горная механика.-М; Недра 2012. 10.Малашкина В.А., Малеев В.Б. Ремонт и эксплуатация стационарного оборудования шахт (Справочник рабочего).-М; Недра 2000. 17