1. Инструкции к выполнению курсового проекта
1.1 Общиеположения
Курсовой проект по дисциплине «Стационарныемашины» выполняется студентами специальности «Горные машины иоборудование подземных разработок», «Технология и комплексная механизацияподземной разработки месторождений» и «Обслуживание и ремонтгеологоразведочного оборудования».
При выборе оборудования в процессе курсовогопроектирования студентам необходимо ориентироваться на современные вентиляторы,насосы и компрессоры, выпускаемые отечественной промышленностью для разведки иразработки месторождений полезных ископаемых.
Цель курсового проекта:
а) закрепить и углубить знания, полученные студентами впроцессе изучения курса;
б) научитьстудентов комплексно применять полученные знания при самостоятельном решениитехнических вопросов, связанных с комплексной механизацией основныхпроизводственных процессов при разведке и подземной разработке месторожденийполезных ископаемых, эксплуатацией и модернизацией некоторых узлов установок;
в) воспитать у студентов чувство ответственности запорученную работу и личной инициативы при решении поставленной задачи;
г) подготовить студентов к самостоятельной работе сосправочной литературой, действующими ГОСТами, ведомственными нормативами,инженерными методами расчета, применяемыми в проектных организациях ипромышленности и выработать навыки в составлении расчетно-пояснительныхзаписок.
Конечной целью курсового проектирования являетсяподготовка студентов к выполнению дипломного проекта.
Задания по курсовому проекту (индивидуальные для каждогостудента) разрабатываются руководителями проектов и утверждаются заведующимкафедрой.
Все вопросы, возникающие у студентов в процессепроектирования, разрешаются руководителем проекта.
Выполняемый курсовой проект сдается для проверкируководителю, а затем защищается на комиссии, утвержденной кафедрой.
1.2 Требованияк курсовому проекту
К защите представляются проекты, выполненные всоответствии с заданием на курсовое проектирование в требуемом объеме иоформленные в соответствии с требованиями ЕСКД (1,2,3) и ГОСТ 7-32-84.
Законченная графическая часть проекта и пояснительнаязаписка сдаются руководителю проекта.
Защита проекта назначается через три дня после егопроверки преподавателем.
Все проекты должны быть защищены студентами до начала экзаменационнойсессии.
1.3 Тематика курсового проектирования
Курсовой проект подисциплинам «Стационарные машины» и «Горная механика»выполняется, как правило, применительно к условиям геологоразведочнойэкспедиции или рудника.
Тематика курсовогопроектирования предусматривает выбор оборудования для насосных, вентиляторных и пневматическихустановок, определение оптимальныхрежимов работы машин в заданных горно-геологических условиях и повышенияих эксплуатационной надежности.
Курсовой проект должен содержать элементы самостоятельнойинженерной работы и творческой инициативыстудента, выражающейся в выборе иобосновании оборудования для определенных горно-геологических и горнотехническихусловий.
В проектах должен бытьотражен передовой опыт эксплуатации средств комплексной механизации и автоматизации стационарных машин при разведкеи разработке месторождений полезных ископаемых.
1.4 Объем структур и правила оформления курсовогопроекта
Курсовой проект долженвключать расчетно-пояснительную записку объемом 20-30 страницрукописного текста и графическую часть из двух листов чертежей формата А1 (594 х 841) для РТЭ и одного чертежного листа дляГИР.
1.4.1Расчетно-пояснительная записка
Должна содержать:
Титульный лист.
Задание на курсовойпроект.
Содержание.
Введение.
Расчетно-текстоваячасть,
Заключение.
Список использованныхлитературных источников.
В содержаниипоследовательно перечисляют заголовки разделов, подразделов и приложений (еслиони имеются) и указывают номера страниц, на которых они помещены.
Во введении даетсякраткое изложение современных задач, стоящих перед геологоразведочной игорнорудной промышленностью.
Расчетно-текстоваячасть состоит из общей и специальной части. В общей части проекта студентдолжен осветить следующие вопросы:
горно-геологические игорнотехнические условия экспедиции или рудника;
описание устройств,принципа действия и технических характеристик машин, входящих в схемумеханизации процесса разведки или добычи полезного ископаемого;
обоснование решения оцелесообразности применения оборудования.
В специальной частипроекта должны быть приведены следующие данные:
анализ выбраннойсхемы (насосной, вентиляторной и пневматической) и машины с точки зрения ее соответствия конкретнымусловиям эксплуатации;
выбор основныхпараметров машин для подъема воды, проветривания горных выработок и выработки сжатого воздуха;
составлениематематической модели характеристики внешней сети;
наложениехарактеристики сети на характеристику турбомашины и нахождение рабочих параметров (производительности,мощности, КПД и удельных затрат электроэнергии) в конкретных условияхэксплуатации;
— организация технической эксплуатации оборудования вгеологоразведочной партии или на руднике;
— техникабезопасности, санитарно-гигиенические условия при эксплуатации принятогооборудования.
В заключениипояснительной записки студент должен в краткой форме подвести итоги своей работы: перечислить основныевопросы, решаемые им, сделать необходимые выводы и рекомендации.
В списокиспользованных источников включают все источники, расположенные в порядке появления ссылок в текстерасчетно-пояснительной записки. Сведенияо книгах должны включать фамилию и инициалы автора, заглавие книги, место издания, издательство и год издания,объем в страницах.
Расчетно-пояснительнаязаписка должна быть написана чернилами от руки на одной стороне стандартного листа бумаги, содержать необходимоеколичество схем, рисунков и графиков, иллюстрирующих текст.
Графическая частьпроекта включает следующие элементы:
Общая схема расстановкиоборудования для насосной, вентиляционной и пневматической установки;
Построение общейхарактеристики двух (несколько) параллельно работающих гидравлических машин на общую трубопроводную сеть.
Построение общейхарактеристики двух (нескольких) последовательно работающих гидравлических машин на общую трубопроводную сеть.
Спецификация суказанием составных частей комплекса оборудования, принятого в проекте.
Вычерчивается общийвид узла установки, показывается его общая компоновка и конструкция элементов снеобходимыми разрезами, проекциями, сечениями и спецификацией согласнодействующим ГОСТам.
Вариант выполненияграфической части курсового проекта определяется руководителем проекта в зависимости от задания и темы курсовогопроекта.
1.5 Рекомендуемая литература
1. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки. – М.: МГГУ,2004. – 328 с.
1. Алексеев В.В. Стационарные машины. М., Недра, 1989. 484с.
2. Алексеев В.В., Брюховецкий О.С. Горная механика. М., Недра, 1995, 413с.
3. Алексеев В.В., Шевырев Ю.В., Акимов В.Д. Основы автоматики иавтоматизация горных и геологоразведочных работ. М, Недра, 1998, 454 с.
4. Борохович А.И., Гусев В.В. Стационарные машины и установки на открытыхгорных разработках. М., Недра, 1969.
5. Гланц А.А., Алексеев В.В. Справочник механика геологоразведочных работ.М., Недра, 1987.
6. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливныеустановки. М., Недра, 1987.
2. Методические указания по курсовому проектированию
2.1 Пример расчета насосной водоотливной установки
Исходные данные длярасчета:
QН — нормальный приток в водосборник системы главного водоотлива, м3/ч;
Qmax — максимальный приток в весенне-осенний период,м3/ч;
Н — высота, накоторую необходимо откачать воду (обычно равна глубине шахты), м.
Вода — нейтральная.Схема водоотливной установки приведена на рис. 1. Определение основныхпараметров насосной установки
Минимальная подача определяется, исходя из требованияоткачки нормального суточного водопритока не более чем за 20 ч:
Qmin = 24QH/20, м3/ч
Ориентировочный напорнасоса:
H' = H/η,м
где η — к.п.д. трубопровода, обычные пределы изменения — 0,9 — 0,95.
Определение маркинасоса
Наносим точку скоординатами Qmin и H' насводный график рабочих зон характеристикнасосов ЦНС (см. рис.2). Эта точка попадает в рабочую зону насоса ЦНС. Из табл. 1 приложения выписываем основныехарактеристики насоса ЦНС: напор наодно колесо НК, м; напорна одно колесо при нулевой подаче НК0, м; номинальное значение к.п.д. ηН; предельно допустимая высота всасывания НВСДОП,м. Копируем из приложения графикихарактеристик выбранного насоса.
Число рабочих колеснасоса
Z = H'/НК
Число рабочих колес округляем до целого.
Напор насоса при нулевой подаче
Н0= ZНК0, м
Проверяем выбранный насос на устойчивость рабочего режима. Рабочий режим считается устойчивым, есливыполнено условие
НШ0,95 Н0
/>Выбор труб и водоотливной арматуры
Необходимо длякаждого участка трубопровода выбрать диаметр труб и водоотливную арматуру — задвижки, тройники и т. д. Выбор арматуры производится согласно типовому проекту установки главного водоотлива (рис.1). Первый участок — всасывающий трубопровод.
Определим еговнутренний диаметр, исходя из экономически выгодной скорости воды
dВН1 = (4Qmin/3600πυТР1)1/2,м
где υТР1 — скорость воды во всасывающем трубопроводе.
По ГОСТ 8732-78принимаем трубы d1 = …… мм, с внутренним диаметром dВН1 = ……м, толщиной стенки ……мм (см. табл. 2прил.). Второй участок — нагнетательный трубопровод в насосной камере и трубном ходке.
Внутренний диаметртруб
dВН2 = (4Qmin/3600πυТР2)1/2,м
где υТР2 — скоростьводы в нагнетательном трубопроводе.
По ГОСТ принимаемтрубы с dВН2 =……. м, толщина стенки ……мм (см. табл. 2
/>
Рис. 1. Схематрубопроводов к расчету насосной установки: I — всасывающий участок трубопровода; II — участок трубопровода сарматурой в насосной камере; III — участок трубопровода внаклонном ходке, стволе шахты и наповерхности; 1 — клапан приемный; 2 — сетка; 3 — колено сварное составное;4 — переходник; 5 — задвижка; 6 — обратный клапан; 7 — тройник; /| — /з — длиныучастков трубопроводов.
Третий участок — нагнетательный трубопровод в шахтном стволе и на поверхности. Его диаметр такой же, как и на втором участке.
Определениехарактеристики сети
Характеристикавнешней сети водоотливной установки имеет вид
НС = Н + RQ2
где
R = R1 + R2 + R3
R, R1,R2, R3 — соответственнообщее сопротивление, сопротивление первого, второго и третьего участковсети:
R1 = AДЛ1l1 + AМЕС1∑ξ1
где AДЛ1 — коэффициентсопротивления по длине трубопровода
AДЛ1 = 8λ1/(36002π2gdВН15)
где λ1 — коэффициент гидравлического сопротивления трубы
для новых труб
λ1 = 0,0195/(dВН1)1/3
AМЕС1 — коэффициент к местным сопротивлениям трубопровода
AМЕС1 = 8/(36002π2gdВН14)
∑ξ1 — сумма местных сопротивлений согласно типовому проекту водоотливной установки (см. рис. 1)
второй участок — нагнетательный трубопровод в монтажной камере
R2 = AДЛ2l2 + AМЕС2∑ξ2
третий участок в наклонном ходке, стволе шахты и наповерхности
R3 = 1,1AДЛ3l3
Нахождение рабочейточки насосной установки
На графике в одноммасштабе строится действительная характеристика насоса для n рабочих колес и характеристика сети, рис. 3.Рабочая точка является точкой пересечения характеристики сети и индивидуальнойнапорной характеристики насоса (точка А).
Задаваясь разнымизначениями подачи насоса Q, составляемряд параметров построения характеристики сети НC (см. табл. 1). Получена точка с координатами QP, м3/ч; HP,м; NP, кВт; ηP;hВС.
Действительная высота всасывания
hВСДЕЙ = hВС + R1QР2,м
Необходимо выполнение условия
hВСДЕЙНВСДОП
тогда всасываниебудет проходить без кавитации.
Расчетная мощностьэлектродвигателя
NP = kQPHPρg/3600*1000ηP, кВт
где k = 1,1 – коэффициент запаса;ρ – плотность воды.
Принимаем к установке электродвигатель……… мощностью…….кВт; ηДВ = …….; (см. табл. 4 прил.)
Время работы насосовв сутки при откачке нормального и максимального при-
токов
ТН = 24QH/QP, ч
Тmax = 24Qmax/QP, ч
Годовой расходэлектроэнергии на водоотлив
Е = кЭNДВ(305ТН +60Тmax)/kηДВηС, кВт ч
где кЭ = 1,05 – коэффициент дополнительныхзатрат энергии; ηС = 0,96 – к.п.д. сети
Расход электроэнергиина 1 м3 откаченной воды
е = кЭNДВ/QPηДВηС, кВт ч/м3
/>
Рис. 3.Характеристика внешней сети и насоса ЦНС300 -120 + 600 с одним рабочим колесоми с тремя рабочими колесами.
2.2 Пример расчета проходческой вентиляторной установки
Исходные данные
Длина тупиковойвыработки – Lвыр,м; сечение выработки – S, м2; расход ВВ за 1 цикл – А, кг; время проветривания выработки – t = 30 мин; в забое работают m человек.
Определениенеобходимого количества воздуха на забое (QЗ).
Количество воздуха почислу людей, одновременно работающих в забое
QЗ = 6m, м3/мин
где 6 м3/мин — норма воздуха на одногоработающего рабочего.
Количество воздуха поминимальной скорости воздушной струи
QЗ = Sυmin,м3/с
где υmin = 0,4 м/с — минимальная скорость воздушной струи при мокром бурении однимперфоратором.
Количество воздуха,исходя из разбавления вредных газов, образовавшихся после взрыва по формуле В.Н. Воронина для нагнетательного способа проветривания, определяется
QЗ= (7,8/t)(AS2L2выр)1/3, м3/мин
Таким образом, для расчета принимаем максимальное количествовоздуха.
Диаметрвентиляционных труб выбирается из расчета, чтобы скорость воздуха потрубопроводу не превышала υ = 20м/с
dТР= (4QЗ/πυ)1/2,м
Принимаем диаметрвентиляционного трубопровода, равным из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,8 и 1,0 м. Диаметр трубопровода необходимо округлить дономинального значения внутреннегодиаметра присоединительного патрубка вентилятора. (Технические данные вентиляторов местного проветривания см.табл. 5 прил.).
Проверка надопустимую скорость движения вентиляционной струи по выработке
υВОЗД= QЗ/S > 0,4, м/с
Расстояние от концатрубопровода до забоя должно быть не более
l
Для проветривания необходимо применять брезентовые трубыс длиной звена
l = 10 м.
Коэффициентаэродинамического сопротивления
а = 0,0046 Hc2/м4
Способы проветривания
Выработки большойпротяженности проветриваются с использованием:
одного вентилятора,работающего на общий трубопровод;
каскадной установкивентиляторов (по мере проходки выработки в начале трубопровода устанавливаетсяещё вентилятор рядом с первым и т.д.);
рассредоточеннойустановки вентиляторов.
Проветривание горныхвыработок с помощью одного вентилятора используется на рудных шахтах при проведении выработок большого сечения, используетсятрубопровод диаметром dТР >1,0 м.
Каскадноерасположение вентиляторов используется на газовых шахтах и все механическое, и электрическое оборудованиеустанавливается в одном месте.
Каскадноерасположение вентиляторов
Расчет проветриваниядлинных выработок при каскадном расположении вентиляторов рекомендуется производить по методике Вепрева В. С.
Определяетсяаэродинамическое сопротивление трубопровода по заданному типу труб, их диаметру, длине звеньев,качеству и сборке и полной расчетной длине трубопровода Lm = Lвыр – l, м.
Rm= 6,45aLm/dТР5, H c/м8
Вычисляются коэффициенты потерь (Р) и доставки воздуха (δ)
Р = [1/3kbdТР(Lm/l)√Rм + 1]2
δ = 1/Р
где kb = 0,002 –коэффициент качества сборки трубопровода.
Определяется подача вентиляторной установки на полнуюдлину трубопровода по уравнению
QВ = PQЗ,м3/с
Рассчитываетсямаксимальная депрессия (Па) для полной расчетной длины трубопровода по выражению, если выработканебольшой длины
hmax = RmQВ2,Па
Для довольно протяженной выработки необходимомаксимальную депрессию рассчитывать поуравнению
hmax = РRmQВ2,Па
По индивидуальнымхарактеристикам (см. рис. 4) вентиляторов местного проветривания выбирается вентилятор, который привысоких значениях к.п.д. обеспечивает подачу расчетного количества воздуха сучетом его утечек. Останавливаемся на вентиляторе ВМ……. На индивидуальнойхарактеристике вентилятора ВМ…… източки, соответствующей его подаче QВ, м3/с,восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой. Точка пересечениясоответствует депрессии вентилятора ВМ….., hВ1 = ……, кПа.
Потребное количествовентиляторов для проветривания всей выработки рассчитывается поуравнению
nВ = hmax/hВ1
Принимаем n вентиляторов типаВМ…… в каскаде, работающих последовательно.
При последовательнойработе вентиляторы имеют одинаковую подачу.
Суммарнаяхарактеристика определяется путем суммирования индивидуальных характеристик по депрессии при заданнойобщей производительности (суммирование трех кривых по их ординатам), рис. 4. Рабочийрежим последовательной работы двухвентиляторов соответствует координатам точки А2 на ихсуммарной характеристике (см. рис. 4), т. е. hp2=4500 Па и Qр2 = 210 м3/мин, при работе трех вентиляторов — соответствуеткоординатам точки А3 (hр3 = 5900 Па и Qр3 = 240м3/мин). Ему соответствуют парциальные депрессии: для первоговентилятора I h1= 1967 Па (точка А1) и двух вентиляторов h2 = 3934Па (точка АII). Если один из вентиляторов будет отключен отвентиляционной сети, то режим двухвентиляторов будет соответствовать точке А2 (h2; Q2), а еслибудет работать только одинвентилятор, то его режим будет соответствовать точке AI (h1; Q1).
/>
Рис. 4. График к расчету каскадной установки вентиляторовВМ-5М: I, II, III — характеристики одного, двух и трех вентиляторов; L1 — L4 — характеристики трубопровода при длине соответственно 100 — 400 м
Длина трубопровода,при которой к сети подключается очередной вентилятор, определяется графоаналитическим способом. В осях координат h и Q строятсясуммарные характеристики вентиляторов при их последовательной работе на сеть (I, II, III) и характеристикитрубопроводов (Z1; Z2; Z3; Z4) (рис. 5). Количество воздуха, поступающего наначало каждого трубопровода при индивидуальнойи совместной работе вентилятора на сеть, определяется абсциссой точкипересечения трубопровода с соответствующими характеристиками вентиляторов. Количество воздуха (м3/мин),поступающее к концу 1-го трубопровода, определяется по формуле
Qki = QH/Pi
где QH — количество воздуха, поступающее к началу трубопровода, м3/с .
Данные расчетов сведены в табл. 4.
Таблица 4№
Длина трубопровода, м Zm
Подача вентилятора в начале трубопровода, м3/мин QH Коэф. утечек, Р
Расход воздуха на конце трубопровода, м3/мин, Qкi
QI
QII
QIII
QI
QII
QIII 1 2 3 4
Затем по расчетным данным строятся графики зависимостей QK = f (Zm)(где Zm — длина трубопровода) для вентиляторов (одного, двух и т. д.), по которым находится предельная длина трубопровода дляданного числа работающих вентиляторов, рис. 5.
/>
Рис. 5. График к определению длины трубопровода, прикоторой необходима установка следующего вентилятора в каскаде