Количество воздуха подогреваемого в калориферной установке

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