СТАЦИОНАРНЫЕ УСТАНОВКИ.

Вентиляторные установки.

Схема проветривания шахты комбинированная. Свежий воздух подается в шахту по главному стволу 1. Отработанный воздух выдается по вентиляционным стволам 2 и 3 вентиляторами главного проветривания ВЦД-32М. (Техническая характеристика вентилятора ВЦД-32М приведена в таблице 1.)

Установка состоит из резервного вентиляторов с аппаратурой управления, автоматизации и контроля. Так же в состав установки входит вспомогательное оборудование для переключения и реверсирования воздушной струи, главного подводящего и других вентиляционных каналов.

Установка состоит из рабочего и резервного вентиляторов с аппаратурой управления автоматизации и контроля. Также в состав установки входит вспомогательное оборудование для переключения и реверсирования воздушной струи, главного подводящего и других вентиляционных каналов.

Наличие резервного вентилятора обеспечивает максимальную безопасность находящихся в шахте рабочих путем включения его в работу по истечении не более 10 минут после аварийного отключения или остановки для профилактических работ основного вентилятора.

Вспомогательное оборудование установки включает в себя: ляды, с помощью которых открываются или перекрываются вентиляторные каналы; механизмы для открывания и закрывания ляд.

Режим работы вентиляторной установки.

Режим работы вентиляторной установки на сеть определяется положением характеристики сети на характеристику вентиляторной установки. Обе характеристики вычерчиваются на диаграмме в одинаковом масштабе. Точка пересечения характеристики сети с характеристикой статического давления вентиляторной установки определяет режим ее работы. Одна и та же вентиляторная установка может иметь различную подачу в зависимости от сопротивления сети.

(смотри рисунок 1).

С увеличением сопротивления сети подача вентиляторной установки уменьшается, а при уменьшении сопротивления сети увеличивается. Любое изменение сопротивления шахтной сети, вызванное изменением схемы вентиляции, сечения и длины выработок, установка перемычек, закорачивание струй и т.д. приводит к изменению режима работы вентиляторной установки и, следовательно, к изменению подачи воздуха в шахту.

Электропривод вентиляторных установок.

В качестве привода вентилятора используется синхронный двигатель. Несмотря на высокие электротехнические параметры , синхронные электродвигатели , применительно к шахтным вентиляторным установкам имеют ряд недостатков:

 - большие пусковые токи равные 6-7 Iн.

 - длительность пуска.

 - более мощная система пускорегулирующей аппаратуры и электроснабжения.

Совершенствование нерегулируемого электропривода вентиляторов главного проветривания идет по пути более широкого применения высоковольтных асинхронных электродвигателей с фазным ротором, что дает следующие преимущества:

- уменьшение пускового тока до 1.8 Iн., что снижает стоимость линии электропередач и потери напряжения;

- исключает влияние на работу других электроприемников;

- плавный разгон вентилятора с любыми динамическими моментами инерции

вентилятора;

- уменьшение массы как двигателя так и его комплекта, например СДВ 15- 64-10;

Р=1250, m=11,т ; АКН 2-16-69-10; m=8.75, т

- перевод из нерегулируемого режима в регулируемый.

К недостаткам относится малый cos , который устраняется применением

конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности.

 

Параметры	Единица измерения	Численное выражение
1	2	3
Диаметр рабочего колеса	мм	3200
Макс. допустимая скорость	мм	600
Макс. потребляемая мощность (на валу вентилятора)	кВт	1185
Окружная скорость по концам лопаток	м/сек	100.5
Производительность	м3/с	35-305
Статическое давление	Па	500-5100
Параметры оптимального режима
Производительность	м3/с	200
статическое давление	Па	4780
статический к.п.д.	-	0.84

Подъемные установки.

В настоящий момент поле шахты "Заполярная" вскрыто шестью вертикальными стволами, пять из которых оборудовано подъемными установками.

Главный скиповой ствол оборудован двумя подъемными установками - двухскиповой угольной машиной и односкиповой породной машиной.

Угольная установка типа 2Ц-6*2.8:

- кол-во барабанов                                    - 2

- диаметр барабана                                  -6 м

- ширина барабана                                   - 2800 мм

- максимальное статическое натяжение каната   - 5600 кг*с

- скорость подъема                                   - 10 м/с

- кол-во скипов                                  - 2

- грузоподъемность скипа     -             14 т

- мощность эл. Двигателя                        280

Породная установка оснащена машиной типа 2Ц-3.5*1.7-8 и одним скипом грузоподъемностью 5 тонн.

Обе подъемные установки работают с третьего горизонта. Производительность угольной подъемной установки 1880 тысяч тонн в год, горной массы.

Клетевой ствол оборудован двухклетевой подъемной установкой с клетями для подъема трехтонных вагонеток. Установка оборудована подъемной машиной 2Ц-5*2.4 В связи с тем, что расстояние между нулевой площадкой и вторым горизонтом одинаково с расстоянием между вторым и третьим горизонтами, обслуживание второго горизонта возможно любой клетью.

Вентиляционные стволы 1,2,3 оборудованы двухклетевыми подъемными установками служащими для аварийной выдачи людей из шахты.

 

 

Таблица 4.3

Стволы.

Параметры	1	2	3	вспом. клетевой
Тип ПМ	2Ц-	2БМ	БМ	2Ц-5*2.4
	3.5*1.8	2500	2000
		1230-4А	1530-3А
Вес клети, кг	2600	2600	2420	4660
Кол-во людей в клети	15	15	15	28

4.5  Проверочный расчет режима работы водоотливной установки шахты "Заполярная".

На шахте "Заполярная" главная водоотливная установка оборудована в околоствольном дворе горизонта "- 535 м" с одноступенчатой схемой откачки. На этом горизонте в насосной камере смонтировано три насоса ЦНС-300-600. Два в работе, один в ремонте. В настоящее время нормальный водоприток горизонта составляет 125 м3/час.

Исходя из этой величины производится проверочный расчет водоотливной установки горизонта "-535 м".

Исходные данные

- производительность шахты        - 1350 тыс. т/год

- глубина шахты                               - 500 , м

- приток воды в шахте

нормальный                   - 125, м3/ час

максимальный     - 170, м3/час

- количество дней в году

с нормальным притоком       330 дней

с максимальным притоком            - 350дней

- характеристика подземных вод           - рН=8

Выбор насоса

а) Требуемая расчетная подача насоса.

Qр = Тс* Qн/Тр = 24*125/20 = 150, м3/ч

Тс - 24 часа в сутки

 Тр - 20 - время необходимое на откачку суточного притока.

б) Ориентировочный напор насоса.

h вс ор = 4, м - высота всасывания

 Нс = 535, м - геометрическая высота ствола

 h пр = 1,м

Н ор = 1.1 Нг - ориентировочная высота

 Нг = Нс + h вс ор + h пр = 535+4+1 = 540, м

 Н ор = 1.1*540 = 594, м

Выбираем насос ЦНС 300-120-600

 Q опт = 300, м3/ч; Нк = 60, м; Нк = 66.9, м; n = 1500, 1/мин

в) Необходимое число рабочих колес насоса

Zк = Н ор/ Нк = 594/60 = 9.9

 принимаем Zк = 10

г) Оптимальный напор насоса

Н опт = Zк*Н ко = 10*66.9 = 669, м.

д) По условию устойчивой работы

Нг 0.95 Нопт

 Н0.95*669 540 м 635 м

 Следовательно насос будет работать устойчиво.

Расчет трубопровода.

а) Длина напорного трубопровода

lн = l кам + l ход + lг + Нс = 25+20+1+535 = 586, м

б) Оптимальный диаметр трубопровода

D опт = к*0.0131* Qр, где

 к =0.7 - для одного трубопровода

D опт = 0.7*0.131*Q = 0.7*0.131*300 = 0.142, м.

в) Требуемая толщина стенки трубы

б = 100(к1* d опт +(а1+а2) Т )/ 100 - Кс, где

 к1 - коэф. учитывающий прочностные свойства материала труб к1 = 2.21

 а1 = 0.15 - скорость корозионного износа с внешней стороны

 а2 = 0.4, при рН = 8

 Т - срок службы трубы

 Кс = 10 % - минусовой допуск при изготовлении с толщиной до 15 мм

б = 100(2.21*0.142+(0.15+0.4)*10)/100 - 10 = 9.6, мм

принимаем б = 10, мм

г) Диаметр трубопроводов для откачки загрязненных вод увеличивают по сравнению с расчетным на 10 - 15 % . Выбор экономически выгодного диаметра става - сложная задача, решаемая рядом уравнений и экспериментальных исследований.

Выбираем трубопроводы из стандартного ряда с толщиной стенки 10 мм.

Для нагнетательного трубопровода:

dн2 = 273, мм; dвн2 = dн2 - 2б = 273 - 2*10 = 253, мм

Для всасывающего трубопровода, для обеспечения большей надежности всасывания:

dн1 = 351; dвн1 = 331, мм.

д) Скорость воды в подводящем трубопроводе:

V вс = 4Q / 3600 П d вн1 = 4*300 / 3600*3.14*0.25 = 1.7, м/с

е) Суммарные коэффициенты местных сопротивлений в подводящем трубопроводе: приемный клапан с сеткой              - 3.7

 закругленное колено            - 0.6

 конфузор                       - 0.1

       åx = 4.4

    Нагнетательный труборовод :

Две задвижки – 0.25*2 = 0.5

Клапан обратный поворотный – 10.8

Тройник на проход – 0.5

Четыре колена с закруглением 0.4*4 = 1.6

    åx =13.4

ж ) Гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода при длине трубопровода l₁ = 6, м

    а _вс = А_дл l₁ + А_м * åx = (0.0517*6+0.5714*4.4)*10 ^–6 = 2.8*10 ^-6

  Гидравлическое сопротивление нагнетательного трубопровода при длине трубопровода

L₂ = 570, м

    а_н = 1.1А_дл l₂ + А_м * åx = (1.1*0.207*570+1.63*13.4)*10^-6 = 151*10^-6

  Cуммарное сопротивление трубопровода :

    а = (2.8 +151.63)*10^-6 = 154.4*10^-6

з) Характеристика трубопровода (см. схему)

Нт = Нг + аQ

                  

Q 50   100 150 200 250  300 350 400  500

H 540.4 541.5 543.5 546.2 549.7 553.9 559 564.7 578.6

 

д) Характеристика насоса:

Нн = 66.9 + 0.040 Q – 0.00022Q²

h = 0.597*10^-2 Q- 0.146*10^-4 Q² + 0.0096*10^-6 *Q³ 

Q 50   100 150   250   300 350  400 500

H 683.5 687 679.5 631.5 591 539.5 477 319

h 0.26 0.44 0.68 0.729 0.73 0.72  0.66 0.53

 

4.3.3 Выбор мощности электродвигателя.

        

    Nр = k (p*g*Q*H) / (1000*3600*h) = (1050*9.8*300*540)/(1000*3600*0.71)*1.1 = 625,кВт

     Выбираем ближайший в сторону увеличения двигатель по мощности . Таковым является электродвигатель взрывобезопасного исполнения с рабочим напряжением 6000, В.      

 

         ВАО2 –560LА –4

    Р = 800, кВт ; n = 1485, мин ^-1 ;

    h= 0.95 ;  cos j = 0.87

 

5. Коэффициент запаса мощности.

    K_g = N/ Np = 800/625 = 1.23

6. Расчет энергетических показателей.

а) Число часов работы при нормальном режиме откачки

    Тн = (24*125)/300 = 10 часов

При максимальном притоке

    Т м = (24*170)/300 = 13.6 часа

б) Годовой приток воды      

    Агод = 24(125*330+170*35) = 1132800, м³

 в) Годовой расход электроэнергии

Wг = (Q*p*g*H) / (1000*3600*h_н h_дв h_с)* k₁ (n_н * Tн* n_max*T_max) =

= (300*1050*9.8*540) / (3.6*10⁶*0.71*0.95*97)*1.1*(330*10+35*13.6) = 2806050 , кВт*ч

г) Удельный расход электроэнергии на откачку одного метра кубического

    Wу = Wг / Аг = 2806050 / 1132800 = 2.477, кВт ч/ м³

д) Полезный расход энергии на подъем одного кубометра воды

    Wn = (p*g*H) / (3600*10³) = (1050*9.8*540) / (3.6*10⁶) = 1.544, кВт

е) К.П.Д. водоотливной установки

    h^¢_у = Wn / Wy = 1.544/2.477 = 0.62

    h^²_у = h_д h_н h_с = 0.95*0.97*0.71 = 0.654

    h^¢_у » h^²_у

 

 

 

5. ЭЛЕКТРОПРИВОД ВЕНТИЛЯТОРНЫХ , КОМПРЕССОРНЫХ И НАСОСНЫХ УСТАНОВОК.

        Для электроприводов вентиляторов мощностью свыше 1000 кВт с нерегулируемой применяются исключительно синхронные двигатели , до 3200 кВт –асинхронные короткозамкнутые двигатели.

        Электропривод шахтных поршневых компрессоров большой производительности с нерегулируемой скоростью оборудуется тихоходными синхронными двигателями , соединенными с валом компрессора.

        Турбокомпрессоры , в отличие от поршневых , работают с высокой частотой вращения при неизменном моменте на валу , электропривод в этом случае оснащается мощными высокоскоростными синхронными двигателями с повышающей передачей между ними.

        В качестве электроприводов насосов в шахтных участковых и центральных водоотливных установках применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели насосов работают в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой.

       5.1  ЭЛЕКТРОПРИВОД КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК.

        Приводы конвейеров должны обеспечивать регулированные скорости грузонесущего органа при постоянном моменте на его валу , то есть при постоянном натяжении независимо от диапазона регулирования скорости.

                   В качестве электропривода ленточных конвейеров целесообразно применять регулируемый электропривод. Для ленточного конвейера может быть использован электропривод переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором по системе асинхронного вентильного каскада.

5.2  ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРОВОЗНОГО ТРАНСПОРТА.

       Электропривод электровоза должен работать как в двигательном ,

так и в тормозном режиме и быть реверсивным.

                   В качестве электропривода электровозов применяются электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Это позволяет иметь меньшую мощность преобразовательной подстанции , меньшее сечение контактных проводов и кабелей. При одной и той же мощности силовых подстанций на линию может быть выведено большее число подвижного состава.

 5.3  ЭЛЕКТРОПРИВОД ЗАБОЙНЫХ ГОРНЫХ МАШИН.

        В настоящее время в качестве электропривода исполнительных органов комбайнов применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и запускаются прямым подключением к источнику питания.

5.4 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД.

        В настоящее время на шахте «Заполярная» на грузо-людской подъемной установке управление пуском электродвигателя подъемной машины осуществляется путем введения в цепь ротора активного сопротивления.

        Предлагается вместо пусковых сопротивлений применить метод импульсивного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором , что значительно сократит расход электроэнергии на пуск подъемной установки. Регулирование жесткости механической характеристики производится изменением сопротивления в цепи выпрямленного тока импульсным методом.

        В цепь ротора асинхронного двигателя включается неуправляемый выпрямитель , выпрямленное напряжение которого подается на резистор Rd через дроссель L .

        Параллельно этому резистору включен коммутатор , состоящий из двух тиристоров VS1,VS2, двух диодов VD7,VD8 , резистора R1 , индуктивности Lk и источника питания Ик . Тиристорный коммутатор Тк позволит изменять скважность широтно-импульсной модуляции j=t3\Tk ,а следовательно , влиять на среднее значение дополнительного сопротивления Rd согласно выражению:

Где t3 -время включенного состояния тиристора VS1.

t3+t0=Tk -время цикла коммутации.

t0 -время закрытого состояния тиристора VS1.

        Таким образом , регулируя скважность y , можно получить семейство механических характеристик.

         Характеристика 1 соответствует открытому состоянию тиристора .

        Характеристика 2 соответствует закрытому состоянию тиристора .

        Аналитическое выражение механической характеристики асинхронного двигателя с импульсным регулированием в цепи выпрямленного тока ротора описывается выражением:

 

где Ed0-выпрямленное напряжение ротора.

XdB-приведенное к цепи ротора активное сопротивление фазы асинхронного двигателя при S=1.

Id-среднее значение выпрямленного тока.

W0-скорость холостого хода двигателя.

5.5 РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ.

Предлагается произвести расчет и выбор силовых элементов

схемы управления пуском электродвигателя вспомогательной подъемной установки ш. «Заполярная».

                   Параметры двигателя подъемной установки приведены в таблице.

Наименование параметров	Единица                 измерения	Величина
Тип двигателя		АКН16-41-16
Мощность двигателя	кВт	800
Номинальная скорость вращения	об\мин	365
Перегрузочная способность		2,49
Напряжение ротора	В	970
Ток ротора	А	495
КПД двигателя	%	93,8

 

5.6 ВЫБОР ВЫПРЯМИТЕЛЯ.

Вентили неуправляемого мостового выпрямителя

выбираем по среднему значению тока через вентиль и максимальному значению обратного напряжения. Для схемы «Ларионова» среднее значение тока через вентиль:

где Id – среднее значение тока через вентиль.

где y=0,4-скважность

в1,в2-периоды коммутации соответственно в первом и во втором интервалах в относительных единицах

в1=0,278,в2=2,278

I3 – максимальное значение тока в цепи

R1 – суммарное сопротивление в первый интервал времени

                                   R1 = RЭ + R

                        RЭ = 1,75Rдв + 3/ПXдвS

где Rдв , Xдв – активное и индивидуальное сопротивление фазы асинхронного двигателя.

Rдв=щ,93 Ом , Хдв=0,88 Ом , Rэ=2,23Ом , Еd0=1,35Ер=1310 В

U=4 В – суммарное падение напряжения на скользящем контакте и вентилях выпрямленного моста.

 

     Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

                                  Ивmax =1,045Еd0 = 1370 В

      Выбираем шесть вентилей типа В25 с параметрами:

                   Прямой ток – 25А

                   Обратное напряжение 150-1400В

                   Прямое падение напряжения – до 1,35В

                   Обратный ток – до 5А

5.7 ВЫБОР ДОБАВОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ.

Необходимо выбрать такое сопротивление резистора Rd , которое

при неподвижном состоянии двигателя и полностью закрытом состоянии тиристора VS1 создаст момент , равный 0,5 Мн. Тогда имеем Rd=2Rном.

                     W0 

 

                                                                   Rном

                                                 Rd                                                 М

                                          0,5

 

 

                               Rd = 2,32 Ом      

5.8 ВЫБОР ТИРИСТОРОВ.

Тиристоры VS,b,VS2 выбираем по максимальному

значению cреднего выпрямленного тока ротора Imax и допустимому напряжению на тиристоре Итдоп.

                   где Кзап = 1,3-1,8 – коэффициент запаса

                     Id = 347A           Итдоп = 1457В       

                   Выбираем тиристоры Т133-400 с параметрами:

     Прямой предельный ток – 400А

     Повторяющееся напряжение 400-1600В

     Прямое падение напряжения – до 1,75В

     Обратный ток – до 30А

5.9 ВЫБОР КОНДЕНСАТОРА Ск.

Емкость конденсатора Ск во избежание срыва коммутации

Принимаем конденсатор емкостью 50Мкф и напряжением 1500В.

 

 

   6 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ.

Специфика электроснабжения подземных машин и комплексов определяется следующими факторами: ростом глубины горных работ и в связи с этим ухудшением горногеологических условий и все большим удалением источника питания от центров электрических нагрузок, удалением транспортных путей, тенденцией увеличения единичных мощностей подземных и поверхностных установок; соизмеримостью мощности главных двигателей добычных машин с мощностью участковой трансформаторной подстанции от которой они питаются. Все это ведет к увеличению сопротивления шахтной сети и ухудшению условий электроснабжения электродвигателя, особенно с увеличением его мощности.

Указанные факторы, главные из которых - ограниченная мощность короткого замыкания на шинах центральной подземной подстанции, значительное сопротивление низко - и высоковольтных распределителей из - за их большой протяженности и применения асинхронных двигателей - при частых пусках и перегрузках забойных машин являются основными причинами колебаний напряжения в участковых сетях.

Отключения напряжения на шинах подземных распределителей (при U = 660 В) могут находиться в пределах от 12.5 -13.7 % до 13.2 % . Даже в нормальном режиме напряжения на зажимах двигателей горных машин составляет иногда не более 88 - 89 % номинального. Поэтому добиться повышения производительности горных машин можно только путем устранения потерь напряжения в шахтной сети.

В связи с этим можно назвать следующие способы снижения влияния шахтной сети на реальную электровооруженность шахтных машин: увеличение сечения кабелей, глубокий ввод высокого напряжения; применение минусовых отпаек на трансформаторах, раздельный пуск двигателей, перевод машин на электроснабжение повышенным напряжением.

В настоящее время происходит переход на напряжение 1140 В. В перспективе намечается питание передвижных электроприемников напряжением 6000 В.

     6.1   Расчет электроснабжения участка на 1140 В.

 6.1.1 Расчет мощности силового трансформатора очистного забоя и выбор типовой ПУПП.

Для этого составляем таблицу мощностей забойного оборудования.

Потребители	Тип эл.двиг.	Мощность, Рн, кВт	Ток Iн, А	Пуск ток, Iп, А	К.П.Д	cos
1	2	3	4	5	6	7
Комбайн 2ГШ68Б	ЭКВЧ-160-245	160*2	110*2	632	0.9	0.82
Конв. СУОКП	ЭДКОФВ- 53/4	110*2	68.5*2	822	0.87	0.88
Перегр. СП-63	ЭДКОФВ- 43/4	55*2	35*2	450	0.88	0.85
Насосная станц.	ЭДКОФВ- 43/4У2	2*55	35*2	2*230	0.9	0.85
СНТ-32 2 шт.	ВАО61-4-У5	2*13	2*9	2*63	0.86	0.86
Насос орошения	ВАО-72-2-У5	30	18.5	129.5	0.88	0.92
НУМС- 200-Е
"Унезенк"	ВР-200 М2	37	23.7	130	0.92	0.86
1ЛГКН	ВАОФ 62-4 У5	17	11	77	0.89	0.89
1ЛЕП	ВАОФ 62-4 У5	17	11	77	0.89	0.89
Агрегат пусков	АПВИ 1140	4
Агрегат освещ	АОС - 4В	4