РАСЧЕТ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ БАРАБАНАМИ

1

РАСЧЕТ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ БАРАБАНАМИ

Исходные данные для расчета

годовая производительность А_г=950 тыс. т;

глубина шахты Н_ш=500 м.

1.1 Часовая производительность подъемной установки

, (1.1)

где N=300 - число рабочих дней в году, дней;

t=18– число часов работы подъема в сутки, часов;

С=1,15 – коэффициент неравномерности работы подъемов;

.

1.2 Грузоподъемность скипа для одноканатного подъема

Грузоподъемность скипа для одноканатного подъема для угольных шахт определяется по формуле проф. Г.М. Еланчика:

(1.2)

где θ=10 – пауза между подъемами, сек;

.

Модель скипа 2СН7-1

Грузоподъемность, т (уголь/порода) 5,6

Высота скипа с прицеп. устр. 8625 мм

Ширина, мм 1590

Длина, мм 1850

Тип затвора сект.

Масса с подвесным устр., т 7,54

Общий путь в кривых 2170

Минимальное расстояние между проводниками 1670

1.3 Определение максимальной скорости движения

Число подъемов час:

(1.3)

где Q – подставляется стандартное.

.

Продолжительность одного цикла подъема:

, (1.4)

.

Время движения скипов:

(1.5)

где θ=9 – пауза между подъемами принимается по табл.1, сек;

,

Средняя и максимальная скорости подъема соответственно:

; (1.6)

где - высота подъема, м

h_заг=20 – высота загрузки, м;

h_раз=20 – высота разгрузки скипов на поверхности, м;

α – множитель скорости, для скипов 1,25-1,35;

h_р – превышение рамы скипа над кромкой бункера, из характеристики скипа, ориентировочно для не опрокидных скипов 0,3м.

,

,

1.4 Выбор подъемного каната

Линейная масса каната определяется по формуле:

P=,кг/м, (1.7)

где - масса концевой нагрузки, кг;

Здесь и далее значения Q₀, Q и Q_m необходимо принимать в кг;

γ₀ – фиктивная плотность каната, для линейного касания γ₀=9400кг/м³;

Н₀=H_ш+h_заг+h_к - длина отвеса каната (от точки схода каната со шкива до нижнего положения подъемного сосуда),H₀=557м

m=6,5 – коэф. запасов прочности;

h_пер – высота переподъема, согласно ПБ для скипов и опрокидных клетей h_пер=6м;

P==6,4 кг/м..

Исходя из данных выбирается подъемный канат ЛК-РО 3х36 с характеристиками, p=6,5 кг/м; =41 мм; Q=1100000 Н.

Высота копра h_к при шкивах, расположенных на одной геометрической оси, определяется по формуле:

; (1.8)

.

Высота копра h_к =37 м.

Подъемный канат выбирается по линейной массе и маркировочной группе прочности по ГОСТ 7668-80. Из ГОСТа выписывается диаметр каната d_к, линейная масса Р и суммарное разрывное усилие всех проволок каната Q_z, Н. Выбранный канат проверяется на действительный запас прочности по формулам.

При Н< 600м.

Q_z – суммарное разрывное усилие всех проволок каната,

Q_z=1100000

(1.10)

1.5 Максимальное статическое натяжение ветви каната

Максимальное статическое натяжение ветви каната определяется по формуле:

, (1.11)

.

1.6 Максимальное статическое неуравновешенное окружное усилие

Максимальное статическое неуравновешенное окружное усилие, то есть наибольшая разность натяжений ветвей канатов определяется по формуле:

Н, (1.12)

где q-линейная масса уравновешивающего каната;

.

1.7 Выбор органа навивки

Диаметр барабана подъемной машины и направляющих шкивов, в соответствии с требованиям ПБ, определяют по формуле: для поверхностных подъемов

D_б=D_ш≥79d_k, мм, (1.13)

D_б= D_ш =79·41=3239 мм.

Принимаем, по статическим натяжениям ветвей каната () подьемную машину двухбарабанную с разрезным барабном 2Ц-4х1,8.

Техническая характеристика подъемной машины 2Ц-4х1,8.

Число слоев навивки 2

Диаметр,м 4

Ширина,м 1,8

Статическое напряжение, кН 220

Разность статических напряжений канатов, кН 160

Скорость подъема,м/с 12

Момент инерции машины,т*м² 75

Передаточное число 11,5

Масса машины,т 70

При двухбарабанной машине требуемая ширина каждого барабана:

, (1.14)

где l =30 предназначена для повторного испытания канатов;

z-витки трения(для барабанов футерованных-5);

=2-3мм-зазор между витками каната;

1.8 Выбор схемы расположения подъемной машины ствола шахты

1.8.1. Основные параметры расположения

Одноканатные подъемные машины с цилиндрическим барабаном распо­лагаются в отдельном здании на уровне земли. Типовые схемы пока­заны на рисунке 1.

Рисунок 1- расположение подъемной машины

Из условия несоприкосновения фундаментов подьемной машины, укосины и станка копра, определяется:

(1.15)

Для нормальной конфигурации сооружения желательно выполнить условие

b=(h_к −С₀)² ctgβ + R_ш (1.16)

b=(37-1)1.7+2=63,2, м

Длины струн канатов (расстояния между точками схода со шкива и барабана) определяется по формулам:

,м, (1.17)

где превышения оси подъемной машины над уровнем земли

R-радиус направляющего шкива, R=2м

.

Длина струны согласно ПБ не должна превышать 65м. если больше допустимой, необходимо между зданием подъемной машины и копром ставить мачту с поддерживающими роликами для уменьшения прогиба каната.

Угол наклона струны каната к горизонту φ должен быть в пределах 30-55.

Проверка угла φ производится по формуле:

(1.18)

, , φ≈30.

1.8.2. Углы девиации

Угол девиации согласно ПБ для цилиндрических барабанов должен быть не более . Схемы для определения углов девиации приведены на рис.1.3

Формулы для определения углов девиации:

а) для двухбарабанных машин с расположениям шкивов на одной геометрической оси:

, (1.19)

где а-расстояние между внутренними ребордами барабанов

S-расстояния между центрами сосудов, мм

Угол =0,

1.9 Выбор привода и редуктора

Ориентировочная мощность подъемного двигателя определяется по формуле:

, (1.20)

где К – коэффициент шахтных сопротивлений, для скипов;

η_зп – кпд зубчатой передачи;

ρ – характеристика динамического режима работы;

V - средняя скорость движения;

кВт.

При мощности двигателя до 1250 кВт принимается однодвигательный асин­хронный привод.

Число оборотов двигателя:

, (1.21)

где i-передаточное отношения редуктора принятой машины;

.

По значениям и n выбираем двигатель в соответствии с рекомендациями норм проектирования из характеристики двигателя.

Техническая характеристика электродвигателя АКН2-16-48-12

Номинальная мощность, кВт 630

Ток,А 81

Частота вращения, об/мин 500

Момент инерции ротора, Нм 2205

Действительная максимальная скорость движения сосудов при быстроходных двигателях:

, м/с, (1.22)

м/с.

Тип редуктора выбирается по передаточному отношению и величине

, Н·м, (1.23)

Н·м.

Характеристика редуктора ЦО-18

Расстояния между осями редуктора, м 2,2

Скорость вращения привод. вала, об/мин 570

Маховой момент, приведенный к тихоходному валу, кНм 1000

Передаточное число 11,5

Масса редуктора, т 64

1.9.1 Расчет параметров пятипериодной тахограммы

Принимаем пятипериодную диаграмму скорости, ускорение а₁=1 м/с², замедление а₃=0,75м/с²,скорость U'=U''=1,1м/с.

Максимальная скорость подъема (м/с)

(1.24)

где а_м определяется по формуле:

(1.25)

м/с²

(1.26)

Н_о=557 м

а_м=0,43 м/с²

Ускорение и замедление в разгрузочных кривых и продолжительность движения:

(1.27)

(1.28)

Продолжительность и путь движения скипа с ускорением а₁ :

(1.29)

Продолжительность и путь движения скипа с ускорением а₃:

(1.30)

Путь и продолжительность равномерного движения:

(1.31)

(1.32)

Продолжительность движения подъемных сосудов:

T_P = t'₊ t₁ + t₂ + t₃ + t'' (1.33)

T_P = 4+8,9+42,07+11,87+4=70,8 с

Фактический коэффициент резерва производительности установки :

т/ч. (1.34)

3. Динамика подъемной системы

Принимаем уравновешивающий канат при однократном подъеме при глубоких более 500 м при отношении

(1.35)

Принимаем редуктор Ц0-18 с передаточным числом i=11,5

3. Динамика подъемной установки.

3.1 Масса всех движущихся частей подъемной системы, приведенная к окружности навивки каната:

, кг (1.36)

где Q_п – грузоподъемность скипа, кг;

Q_с – масса скипа с подвесным устройством, кг;

L_пкр – длина подъемного каната, м;

- приведенная масса направляющего шкива, кг;

- приведенная масса барабана, кг;

- приведенная масса редуктора, кг;

- приведенная масса роторов, кг;

Длина подъемного каната:

, м (1.37)

где Н- высота подъема скипа, м;

- высота копра, м;

- диаметр барабана подъемной машины;

- длина струн канатов, м;

кг

Приведенная масса направляющего шкива:

, кг (1.38)

где - маховый момент направляющего шкива;

кг

Приведенная масса барабана:

, кг (1.39)

где - маховый момент барабана;

кг

Приведенная масса редуктора:

, кг (1.40)

где - маховый момент редуктора;

кг

Приведенная масса роторов:

, кг (1.41)

где - маховый момент ротора;

кг

кг

3. Расчет диаграммы усилий и мощности.

Движущее усилие:

(1.42)

откуда

Аналогично находим:

3.1 Эквивалентная мощность двигателя

Эквивалентное усилие:

(1.43)

(1.44)

Что недопустимо в асинхронном двигателе К_под.1,8 в связи с этим принимаем:

Н (1.45)

3.Эквивалентная мощность подъемного двигателя.

кВт (1.46)

(1.47)

N₁=0

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

(1.48)

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

Расход энергии

(1.49)

кВт (1.50)

(1.51)

(1.52)

% (1.53)

2.Расчет водоотливных установок

Исходные данные для расчета:

притоки – нормальный Q_н=210м³/ч и нормальный Q_м=270м³/ч;

Н=500м;

нормальная вода;

срок – 9 лет;

Максимальный приток – 8 недель

1. Минимальная подача насоса

(1.54)

2. Ориентировочный напор насоса

(1.55)

3. Приняв ориентировочную высоту всасывания 3 метра и превышения расположения труб над уровнем устья ствола шахты 1 метр, определяем геометрический напор насоса

(1.56)

Выбираем насос ЦНС 300-120:600

Оптимальная подача 300 м/ч

Число ступеней насоса: 2-10

Напор одного рабочего колеса- 60кН,м

К.П.Д. - 0.71

Синхронная частота вращения двигателем-1500 об/мин

Необходимое число последовательно соеденённых рабочих колёс:

(1.57)

Принимаем z=10.

Оптимальный напор насоса

(1.58)

Окончательно принемаем насос ЦНС 300-600

7. Напор насоса при нулевой подаче

(1.59)

8. Проверяем выбранный насос на наличие рабочего режима и устойчивость, т.е. на соблюдение условий Н_г<0,95Н₀; так как 504≤636, рабочий режим будет устойчивым.

Расчёт трубопровода

Предусматриваем оборудование водоотливной установки двумя напорными трубопроводами, закольцованными в насосной камере в коллектор. Длину подводящего трубопровода примем равной 13 м l= l=13 м. В его арматуру входят приёмная сетка с клапаном и 3 колена.

Приняв длины участков в камере l= 30 м, в трубном ходке l= 35 м и превышение трубного ходка над уровнем околоствольного двора 7 метров определяем длину напорного трубопровода:

L=500+30+35-7=558 м.

Находим оптимальный диаметр для труб

(1.60)

=0,198 м

Принимаем трубы с диаметром 219 мм.

Требуемая толщина стенки (мм):

(1.61)

Принимаем для напорного трубопровода трубы с внутренним диаметром 201 мм.

Для обеспечения большей надёжности всасывания наружный диаметр подводящего трубопровода должен быть на 25-50 мм больше чем у напорного, трубы для него принимаем с внешним диаметром 273 мм, а внутренний диаметр подающего равным 259 мм, так как толщина стенок 9 мм. Диаметр подающего трубопровода принимаем равным диаметру второго напорного трубопровода, т.е мм.

Вычисляем скорость воды в подводящем трубопроводе:

(1.62)

м/с

(1.63)

м/с

Вычисляем коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе и на участке :

(1.64)

(1.65)

Суммарные коэффициенты местных сопротивлений:

(1.66)

(1.67)

(1.68)

Потери напора в подводящем трубопроводе и на участках и :

(1.69)

м

(1.70)

м

(1.71)

м

Суммарные потери в трубопроводе:

м (1.72)

Напор насоса

м (1.73)

м (1.74)

Следовательно H=504+0.00048888 (1.75)

Из полученного уравнения построим таблицу значений H по фиксированным значениям Q. Значения Q принимаем исходя из рабочей характеристики выбранного насоса.

Q,м/ч	0	75	150	225	300	3758
H, м	404	507	515	529	548	573

По графику находим рабочую точку насоса из пересечения характеристик. Получаем Q= 323 м/ч, Н= 578 м, = 0,7.

(1.76)

Проверка вакууметрической высоты всасывания

м (1.77)

Вычисляем мощность двигателя:

(1.78)

кВт

Исходя из полученного значения мощности выбираем двигатель:

Характеристика:

Номинальная мощность 800кВт

Частота 1500 об/мин

КПД,% 0,95

cos=0.9

Находим коэффициент запаса мощности

(1.79)

Число часов работы в сутки при откачивании нормального притока

(1.80)

ч

А при максимальном притоке воды:

(1.81)

ч

Годовой расход электроэнергии:

(1.82)

кВт

кВтА (1.83)

Стоимость энергии:

тг (1.84)

Годовой приток воды:

(1.85)

Удельный расход энергии на 1 м откачиваемой воды:

(1.86)

кВтч/м

Полезный расход электроэнергии на 1 м откачиваемой воды:

(1.87)

кВт ч/м

Вычисляем КПД водоотливной установки:

(1.88)

С другой стороны КПД будет являться:

(1.89)

=0,56 (1.90)

Список литературы

1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. М. Недра, 1988.

2. Песвианидзе А.В. Расчет шахтных подъемных установок. М. Недра, 1986.

3. Попов В.М. Водоотливные установки. М. Недра, 1990.

4. Хаджиков Р.Н. Сборник задач и примеров по горной механике. М. Недра, 1988.

5. Алексеев В.В. Рудничные насосные, вентиляторные и пневматические установки. М. Недра, 1983.