Пример расчета пневматической установки горноразведочных работ

2.3 Пример расчета пневматической установки горноразведочных работ

Вычерчивается схема сети с указанием числа и типа потребителей сжатого воздуха во всех пунктах и длины отдельных участков, рис. .

Определяют период наибольшей нагрузки пневмосети и расход воздуха на всех ее участках.

Исходные данные:

Длина трубопроводов: АВ, м; ВС, м; ВF, м; СЕ, м; СД, м; FК, м; FJ, м.

В пункте К работают 2 пневмоударника типа НКР-100; в пункте J - два телескопных перфоратора типа ПТ-36; в пункте Е - два перфоратора тина ПР-24; в пункте Д - одна погрузочная машина типа ППН-1С.

Характеристики потребляемой пневмоэнергии:

- погрузочная машина ППН-1С (Р_n = 0,6 МПа, q = 11 м³/мин);

- телескопный перфоратор ПТ-36 (Р_n = 0,6 МПа, q = 4,5 м³/мин);

- ручной перфоратор ПР-24 (Р_n =0,6 МПа, q = 3,5 м³/мин)_;

- погружной пневмоударник НКР-100 (Р_n =0,6 МПа, q = 4,3 м³/мин). Определяются объемные расходы воздуха на концевых участках трубопровода по формуле

Q = k_Уq_in_ik_nk₀

где z - число групп однотипных потребителей в пункте потребления; k_У - коэффициент утечек воздуха в распределительной сети, k_У = 1,15-1,20; q_i - номинальный паспортный расход воздуха потребителем i, м³/мин; n_i - число потребителей в группе; k_n - коэффициент увеличения расхода воздуха вследствие износа потребителя, k_n= 1,10-1,15; k₀ - коэффициент одновременности (при n =1- 10, k₀ = 1,00-0,85; при n = 11-30 k₀ = 0,85-0,75) Q_Д, Q_Е, Q_К, Q_J, м³/мин

Для расчета пневматической сети выбираем самый удаленный и нагруженный участок, для нашего примера этим участком является пункт Д, где абсолютное давление воздуха принимается не ниже 0,6 МПа.

Определяем объемный расход воздуха по участкам ЕС, ДС, по формуле

Q_ДС = Q_Д + ∆Q_ДС/2 = Q_Д + (kP_СРl_ДС)/2, м³/мин

Q_ЕС, Q_KF, Q_FJ

Определяем диаметр трубопровода на участке ДС; среднюю температуру сжатого воздуха принимаем 288 К и среднее давление - равным давлению в пункте потребления Д

d_ДС = (0,85-1,1)(Q_ДСТ/P_СР)^1/2, мм

По ГОСТ 8732-78 принимаем стандартные трубы с наружным диаметром…...мм (внутренний диаметр ……мм), после этого рассчитываем фактические потери давления на участке ДС.

Для этого предварительно определяем массовый расход воздуха G (кг/мин), коэффициент сопротивления λ, эквивалентные длины местных сопротивлений и расчетную длину участка

G_ДС = Q_ДСρ = Q_ДСР₀/RT₀, кг/мин

где Р₀ = 101500 кг/см² – атмосферное давление; R = 287 кг с²/м⁴ – аэродинамическое сопротивление трубопровода.

λ_ДС = 0,021/d_ДС^0,3, l_{р ДС} = 1,1 l_ДС, м

Абсолютное давление в точке С, исходя из уравнения

Р_С = (P_Д² + λ_ДСG_ДС²RTl_{р ДС}/225π²d_ДС⁵)^1/2, Па

где Р_Д = 0,6*10⁶ Па.

Таким образом, потери давления на участке ДС

∆Р_ДС = Р_С – Р_Д, МПа

Диаметр трубы на участке СЕ принимается равным диаметру труб участка СД, т. е. d_СЕ = d_ДС мм, тогда давление в точке Е определяется

Р_Е = (P_С² + λ_СЕG_СЕ²RTl_{р СЕ}/225π²d_СЕ⁵)^1/2, Па

G_СЕ = Q_СЕρ = Q_СЕР₀/RT₀, кг/мин

l_{р СЕ} = 1,1 l_СЕ, м

Определяется общий расход воздуха через узловой пункт С и участок СВ.

Q_C = Q_E + Q_Д + ∆Q_СД/2 + ∆Q_СЕ/2, м³/мин

Q_{CВ =} Q_C + ∆Q_СЕ/2, м³/мин

Определяется диаметр на участке СВ, где среднее давление принимается равным Р_СВ

d_СВ = (0,85-1,1)(Q_СВТ/ΔP_СВ)^1/2, мм

По ГОСТ 8732-78 принимаем внешний диаметр трубопровода…….мм (внутренний диаметр……мм).

Определяется давление в точке В

Р_В = (P_С² + λ_СВG_СВ²RTl_{р СВ}/225π²d_СВ⁵)^1/2, Па

G_СВ = Q_СВρ = Q_СВР₀/RT₀, кг/мин

l_{р СВ} = 1,1l_СВ, м

По известным давлениям в точке В и пунктах потребления точки J и К, определяют потерю давления на участке

∆Р_ВJ = Р_В - Р_J, МПа

удельная потеря на этих участках

δ = ∆Р_ВJ/l_ВJ, МПа/км

Потеря давления на участке ВF составит

∆Р_ВF = δl_ВF , МПа

Давление в точке F составит.

P_F = P_B - ∆Р_ВF, МПа

Объемный расход воздуха на участке ВF

Q_BF = Q_K + Q_J + (ΔQ_KF + ΔQ_FJ + ΔQ_BF)/2, м³/мин

Определяется диаметр труб на участке ВF

d_BF = (1,39 10^-3Q_BF²l_ВFT/∆Р_ВFP_СР)^1/2, м

Р_СР = (Р_В = Р_F)/2, МПа

По ГОСТу принимаем наружный диаметр d_BF^Н.

Определяется диаметр труб на участке FJ и KF

d_FJ = (1,39*10^-3Q_J²l_FJT/∆Р_FJP_СР)^1/2, м

P_СР = (P_F + P_J)/2

∆Р_FJ = δl_FJ , МПа

Принимаем стандартный диаметр d_FJ.

На участке KF принимаем диаметр трубы того же размера, что для участка FJ.

Находится диаметр трубопровода на участке ВА, средняя температура сжатого воздуха на этом участке принимается равной Т_СР = 293⁰ К и среднее давление Р_СР равным давлению в точке В.

Q_BА = Q_BF + Q_DC + ΔQ_BA/2, м³/мин

d_ВA = (0,85-1,1)(Q_ВAТ_СР/Р_СР)^1/2, мм

Cтандартный диаметр принимается d_ВA^Н, мм (внутренний d_ВA^ВН, мм).

Определяется рабочее давление у компрессорной станции в точке А.

λ_BA = 0,021/d_ВA^ВН0,3

G_BA = Q_BAР₀/RT, кг/мин

l_{р BA} = 1,1 l_BA, м

Р_A = (P_B² + λ_BAG_BA²RT_CPlр _СЕ/225π²d_BA⁵)^1/2, Па

Удельная энергоемкость сжатия (кДж/м³) при политропном сжатии воздуха

l_ПОЛ = 2nP₁/(n – 1)[(P_A/P₀^{(n – 1)/2n} – 1], кДж/м³

где n = 1,28 – 1,32 – показатель политропы сжатия, зависит от интенсивности отвода тепла в процессе сжатия.

Мощность на валу компрессора

N_B = Q_ABl_ПОЛ/60η_ПОЛη_М, кВт

где η_ПОЛ = 0,8 – к.п.д. политропный; η_М = 0,9 – механический к.п.д.

Мощность, потребляемая из сети

N_C = N_B/η_Пη_Д, кВт

где η_П = 1,0 – к.п.д.; η_Д = 0,92 – к.п.д. двигателя.

Таким образом, принимаем три компрессора марки………………., из которых один резервный.

Удельный расход электроэнергии на выработку 1 м³ воздуха

е = N_C/60Q_AB, кВт ч/м³

Годовой расход электроэнергии приводами компрессорной станции

Е = [k_ЗN_Bbt/η_Пη_Дη_C + (1 - k_З)N_XXbt/η_Пη_Дη_C](1 + k_ОХ + k_ВСП), кВт ч/год

где b – число рабочих дней в году; t – время работы компрессорной станции в сутки, ч;

N_XX = 84 кВт – мощность холостого хода компрессора; k_ОХ = 0,02-0,05 – коэффициент, учитывающий расход энергии на подачу охлаждающей воды; k_ВСП = 0,03 – коэффициент, учитывающий расход энергии на вспомогательные нужды; N_B – мощность на валу двигателя, кВт.