1. Инструкции к выполнению курсового проекта

1.1 Общие положения

Курсовой проект по дисциплине "Стационарные машины" выполняется студентами специальности "Горные машины и оборудование подземных разработок», «Технология и комплексная механизация подземной разработки месторождений" и "Обслуживание и ремонт геологоразведочного оборудования".

При выборе оборудования в процессе курсового проектирования студентам необходимо ориентироваться на современные вентиляторы, насосы и компрессоры, выпускаемые отечественной промышленностью для разведки и разработки месторождений полезных ископаемых.

Цель курсового проекта:

а) закрепить и углубить знания, полученные студентами в процессе изучения курса;

б) научить студентов комплексно применять полученные знания при самостоятельном решении технических вопросов, связанных с комплексной механизацией основных производственных процессов при разведке и подземной разработке месторождений полезных ископаемых, эксплуатацией и модернизацией некоторых узлов установок;

в) воспитать у студентов чувство ответственности за порученную работу и личной инициативы при решении поставленной задачи;

г) подготовить студентов к самостоятельной работе со справочной литературой, действующими ГОСТами, ведомственными нормативами, инженерными методами расчета, применяемыми в проектных организациях и промышленности и выработать навыки в составлении расчетно-пояснительных записок.

Конечной целью курсового проектирования является подготовка студентов к выполнению дипломного проекта.

Задания по курсовому проекту (индивидуальные для каждого студента) разрабатываются руководителями проектов и утверждаются заведующим кафедрой.

Все вопросы, возникающие у студентов в процессе проектирования, разрешаются руководителем проекта.

Выполняемый курсовой проект сдается для проверки руководителю, а затем защищается на комиссии, утвержденной кафедрой.

1.2 Требования к курсовому проекту

К защите представляются проекты, выполненные в соответствии с заданием на курсовое проектирование в требуемом объеме и оформленные в соответствии с требованиями ЕСКД (1,2,3) и ГОСТ 7-32-84.

Законченная графическая часть проекта и пояснительная записка сдаются руководителю проекта.

Защита проекта назначается через три дня после его проверки преподавателем.

Все проекты должны быть защищены студентами до начала экзаменационной сессии.

1.3 Тематика курсового проектирования

Курсовой проект по дисциплинам "Стационарные машины" и "Горная механика" выполняется, как правило, применительно к условиям геологоразведочной экспедиции или рудника.

Тематика курсового проектирования предусматривает выбор оборудования для насосных, вентиляторных и пневматических установок, определение оптимальных режимов работы машин в заданных горно-геологических условиях и повышения их эксплуатационной надежности.

Курсовой проект должен содержать элементы самостоятельной инженерной работы и творческой инициативы студента, выражающейся в выборе и обосновании оборудования для определенных горно-геологических и горнотехнических условий.

В проектах должен быть отражен передовой опыт эксплуатации средств комплексной механизации и автоматизации стационарных машин при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых.

1.4 Объем структур и правила оформления курсового проекта

Курсовой проект должен включать расчетно-пояснительную записку объемом 20-30 страниц рукописного текста и графическую часть из двух листов чертежей формата А1 (594 х 841) для РТЭ и одного чертежного листа для ГИР.

1.4.1 Расчетно-пояснительная записка

Должна содержать:

Титульный лист.

Задание на курсовой проект.

Содержание.

Введение.

Расчетно-текстовая часть,

Заключение.

Список использованных литературных источников.

В содержании последовательно перечисляют заголовки разделов, подразделов и приложений (если они имеются) и указывают номера страниц, на которых они помещены.

Во введении дается краткое изложение современных задач, стоящих перед геологоразведочной и горнорудной промышленностью.

Расчетно-текстовая часть состоит из общей и специальной части. В общей части проекта студент должен осветить следующие вопросы:

горно-геологические и горнотехнические условия экспедиции или рудника;

описание устройств, принципа действия и технических характеристик машин, входящих в схему механизации процесса разведки или добычи полезного ископаемого;

обоснование решения о целесообразности применения оборудования.

В специальной части проекта должны быть приведены следующие данные:

анализ выбранной схемы (насосной, вентиляторной и пневматической) и машины с точки зрения ее соответствия конкретным условиям эксплуатации;

выбор основных параметров машин для подъема воды, проветривания горных выработок и выработки сжатого воздуха;

составление математической модели характеристики внешней сети;

наложение характеристики сети на характеристику турбомашины и нахождение рабочих параметров (производительности, мощности, КПД и удельных затрат электроэнергии) в конкретных условиях эксплуатации;

- организация технической эксплуатации оборудования в геологоразведочной партии или на руднике;

- техника безопасности, санитарно-гигиенические условия при эксплуатации принятого оборудования.

В заключении пояснительной записки студент должен в краткой форме подвести итоги своей работы: перечислить основные вопросы, решаемые им, сделать необходимые выводы и рекомендации.

В список использованных источников включают все источники, расположенные в порядке появления ссылок в тексте расчетно-пояснительной записки. Сведения о книгах должны включать фамилию и инициалы автора, заглавие книги, место издания, издательство и год издания, объем в страницах.

Расчетно-пояснительная записка должна быть написана чернилами от руки на одной стороне стандартного листа бумаги, содержать необходимое количество схем, рисунков и графиков, иллюстрирующих текст.

Графическая часть проекта включает следующие элементы:

Общая схема расстановки оборудования для насосной, вентиляционной и пневматической установки;

Построение общей характеристики двух (несколько) параллельно работающих гидравлических машин на общую трубопроводную сеть.

Построение общей характеристики двух (нескольких) последовательно работающих гидравлических машин на общую трубопроводную сеть.

Спецификация с указанием составных частей комплекса оборудования, принятого в проекте.

Вычерчивается общий вид узла установки, показывается его общая компоновка и конструкция элементов с необходимыми разрезами, проекциями, сечениями и спецификацией согласно действующим ГОСТам.

Вариант выполнения графической части курсового проекта определяется руководителем проекта в зависимости от задания и темы курсового проекта.

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 и автоматизация горных и геологоразведочных работ. М, Недра, 1998, 454 с.

4. Борохович А.И., Гусев В.В. Стационарные машины и установки на открытых горных 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 водоотливные установки. М., Недра, 1987.

2. Методические указания по курсовому проектированию

2.1 Пример расчета насосной водоотливной установки

Исходные данные для расчета:

Q_Н - нормальный приток в водосборник системы главного водоотлива, м³/ч;

Q_max - максимальный приток в весенне-осенний период, м³/ч;

Н - высота, на которую необходимо откачать воду (обычно равна глубине шахты), м.

Вода - нейтральная. Схема водоотливной установки приведена на рис. 1. Определение основных параметров насосной установки

Минимальная подача определяется, исходя из требования откачки нормального суточного водопритока не более чем за 20 ч:

Q_min = 24Q_H/20, м³/ч

Ориентировочный напор насоса:

H' = H/η, м

где η - к.п.д. трубопровода, обычные пределы изменения - 0,9 - 0,95.

Определение марки насоса

Наносим точку с координатами Q_min и H' на сводный график рабочих зон характеристик насосов ЦНС (см. рис.2). Эта точка попадает в рабочую зону насоса ЦНС. Из табл. 1 приложения выписываем основные характеристики насоса ЦНС: напор на одно колесо Н_К, м; напор на одно колесо при нулевой подаче Н_К⁰, м; номинальное значение к.п.д. η_Н; предельно допустимая высота всасывания Н^ВС_ДОП, м. Копируем из приложения графики характеристик выбранного насоса.

Число рабочих колес насоса

Z = H'/Н_К

Число рабочих колес округляем до целого.

Напор насоса при нулевой подаче

Н₀ = ZН_К⁰, м

Проверяем выбранный насос на устойчивость рабочего режима. Рабочий режим считается устойчивым, если выполнено условие

Н_Ш < 0,95 Н₀

Выбор труб и водоотливной арматуры

Необходимо для каждого 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 его внутренний диаметр, исходя из экономически выгодной скорости воды

d_ВН1 = (4Q_min/3600πυ_ТР1)^1/2, м

где υ_ТР1 - скорость воды во всасывающем трубопроводе.

По ГОСТ 8732-78 принимаем трубы d₁ = ….. мм, с внутренним диаметром d_ВН1 = ……м, толщиной стенки ……мм (см. табл. 2 прил.). Второй участок - нагнетательный трубопровод в насосной камере и трубном ходке.

Внутренний диаметр труб

d_ВН2 = (4Q_min/3600πυ_ТР2)^1/2, м

где υ_ТР2 - скорость воды в нагнетательном трубопроводе.

По ГОСТ принимаем трубы с d_ВН2 =……. м, толщина стенки ……мм (см. табл. 2

Рис. 1. Схема трубопроводов к расчету насосной установки: I - всасывающий участок трубопровода; II - участок трубопровода с арматурой в насосной камере; III - участок трубопровода в наклонном ходке, стволе шахты и на поверхности; 1 - клапан приемный; 2 - сетка; 3 - колено сварное составное; 4 - переходник; 5 - задвижка; 6 - обратный клапан; 7 - тройник; /| - /з - длины участков трубопроводов.

Третий участок - нагнетательный трубопровод в шахтном стволе и на поверхности. Его диаметр такой же, как и на втором участке.

Определение характеристики сети

Характеристика внешней сети водоотливной установки имеет вид

Н_С = Н + RQ²

где

R = R₁ + R₂ + R₃

R, R₁, R₂, R₃ - соответственно общее сопротивление, сопротивление первого, второго и третьего участков сети:

R₁ = A_ДЛ1l₁ + A_МЕС1∑ξ₁

где A_ДЛ1 - коэффициент сопротивления по длине трубопровода

A_ДЛ1 = 8λ₁/(3600²π²gd_ВН1⁵)

где λ₁ - коэффициент гидравлического сопротивления трубы

для новых труб

λ₁ = 0,0195/(d_ВН1)^1/3

A_МЕС1 - коэффициент к местным сопротивлениям трубопровода

A_МЕС1 = 8/(3600²π²gd_ВН1⁴)

∑ξ₁ - сумма местных сопротивлений согласно типовому проекту водоотливной установки (см. рис. 1)

второй участок - нагнетательный трубопровод в монтажной камере

R₂ = A_ДЛ2l₂ + A_МЕС2∑ξ₂

третий участок в наклонном ходке, стволе шахты и на поверхности

R₃ = 1,1A_ДЛ3l₃

Нахождение рабочей точки насосной установки

На графике в одном масштабе строится действительная характеристика насоса для n рабочих колес и характеристика сети, рис. 3. Рабочая точка является точкой пересечения характеристики сети и индивидуальной напорной характеристики насоса (точка А).

Задаваясь разными значениями подачи насоса Q, составляем ряд параметров построения характеристики сети Н_C (см. табл. 1). Получена точка с координатами Q_P, м³/ч; H_P, м; N_P, кВт; η_P; h^ВС.

Действительная высота всасывания

h^ВС_ДЕЙ = h^ВС + R₁Q_Р², м

Необходимо выполнение условия

h^ВС_ДЕЙ < Н^ВС_ДОП

тогда всасывание будет проходить без кавитации.

Расчетная мощность электродвигателя

N_P = kQ_PH_Pρg/3600*1000η_P, кВт

где k = 1,1 – коэффициент запаса; ρ – плотность воды.

Принимаем к установке электродвигатель ……… мощностью…….кВт; η_ДВ = …….; (см. табл. 4 прил.)

Время работы насосов в сутки при откачке нормального и максимального при-

токов

Т_Н = 24Q_H/Q_P, ч

Т_max = 24Q_max/Q_P, ч

Годовой расход электроэнергии на водоотлив

Е = к_ЭN_ДВ(305Т_Н + 60Т_max)/kη_ДВη_С, кВт ч

где к_Э = 1,05 – коэффициент дополнительных затрат энергии; η_С = 0,96 – к.п.д. сети

Расход электроэнергии на 1 м³ откаченной воды

е = к_ЭN_ДВ/Q_Pη_ДВη_С, кВт ч/м³

Рис. 3. Характеристика внешней сети и насоса ЦНС300 -120 + 600 с одним рабочим колесом и с тремя рабочими колесами.

2.2 Пример расчета проходческой вентиляторной установки

Исходные данные

Длина тупиковой выработки – L_выр, м; сечение выработки – S, м²; расход ВВ за 1 цикл – А, кг; время проветривания выработки – t = 30 мин; в забое работают m человек.

Определение необходимого количества воздуха на забое (Q_З).

Количество воздуха по числу людей, одновременно работающих в забое

Q_З = 6m, м³/мин

где 6 м³/мин - норма воздуха на одного работающего рабочего.

Количество воздуха по минимальной скорости воздушной струи

Q_З = Sυ_min, м³/с

где υ_min = 0,4 м/с - минимальная скорость воздушной струи при мокром бурении одним перфоратором.

Количество воздуха, исходя из разбавления вредных газов, образовавшихся после взрыва по формуле В. Н. Воронина для нагнетательного способа проветривания, определяется

Q_З = (7,8/t)(AS²L²_выр)^1/3, м³/мин

Таким образом, для расчета принимаем максимальное количество воздуха.

Диаметр вентиляционных труб выбирается из расчета, чтобы скорость воздуха по трубопроводу не превышала υ = 20 м/с

d_ТР = (4Q_З/πυ)^1/2, м

Принимаем диаметр вентиляционного трубопровода, равным из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,8 и 1,0 м. Диаметр трубопровода необходимо округлить до номинального значения внутреннего диаметра присоединительного патрубка вентилятора. (Технические данные вентиляторов местного проветривания см. табл. 5 прил.).

Проверка на допустимую скорость движения вентиляционной струи по выработке

υ_ВОЗД = Q_З/S > 0,4, м/с

Расстояние от конца трубопровода до забоя должно быть не более

l < 4√S, м

Для проветривания необходимо применять брезентовые трубы с длиной звена

l = 10 м.

Коэффициент аэродинамического сопротивления

а = 0,0046 Hc²/м⁴

Способы проветривания

Выработки большой протяженности проветриваются с использованием:

одного вентилятора, работающего на общий трубопровод;

каскадной установки вентиляторов (по мере проходки выработки в начале трубопровода устанавливается ещё вентилятор рядом с первым и т.д.);

рассредоточенной установки вентиляторов.

Проветривание горных выработок с помощью одного вентилятора используется на рудных шахтах при проведении выработок большого сечения, используется трубопровод диаметром d_ТР >1,0 м.

Каскадное расположение вентиляторов используется на газовых шахтах и все механическое, и электрическое оборудование устанавливается в одном месте.

Каскадное расположение вентиляторов

Расчет проветривания длинных выработок при каскадном расположении вентиляторов рекомендуется производить по методике Вепрева В. С.

Определяется аэродинамическое сопротивление трубопровода по заданному типу труб, их диаметру, длине звеньев, качеству и сборке и полной расчетной длине трубопровода L_m = L_выр – l, м.

R_m = 6,45aL_m/d_ТР⁵, H c/м⁸

Вычисляются коэффициенты потерь (Р) и доставки воздуха (δ)

Р = [1/3k_bd_ТР(L_m/l)√Rм + 1]²

δ = 1/Р

где k_b = 0,002 – коэффициент качества сборки трубопровода.

Определяется подача вентиляторной установки на полную длину трубопровода по уравнению

Q_В = PQ_З, м³/с

Рассчитывается максимальная депрессия (Па) для полной расчетной длины трубопровода по выражению, если выработка небольшой длины

h_max = R_mQ_В², Па

Для довольно протяженной выработки необходимо максимальную депрессию рассчитывать по уравнению

h_max = РR_mQ_В², Па

По индивидуальным характеристикам (см. рис. 4) вентиляторов местного проветривания выбирается вентилятор, который при высоких значениях к.п.д. обеспечивает подачу расчетного количества воздуха с учетом его утечек. Останавливаемся на вентиляторе ВМ……. На индивидуальной характеристике вентилятора ВМ….. из точки, соответствующей его подаче Q_В, м³/с, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой. Точка пересечения соответствует депрессии вентилятора ВМ….., h_В1 = ……, кПа.

Потребное количество вентиляторов для проветривания всей выработки рассчитывается по уравнению

n_В = h_max/h_В1

Принимаем n вентиляторов типа ВМ…… в каскаде, работающих последовательно.

При последовательной работе вентиляторы имеют одинаковую подачу.

Суммарная характеристика определяется путем суммирования индивидуальных характеристик по депрессии при заданной общей производительности (суммирование трех кривых по их ординатам), рис. 4. Рабочий режим последовательной работы двух вентиляторов соответствует координатам точки А₂ на их суммарной характеристике (см. рис. 4), т. е. h_p2 =4500 Па и Q_р2 = 210 м³/мин, при работе трех вентиляторов - соответствует координатам точки А₃ (h_р3 = 5900 Па и Q_р3 = 240 м³/мин). Ему соответствуют парциальные депрессии: для первого вентилятора I h₁ = 1967 Па (точка А₁) и двух вентиляторов h₂ = 3934 Па (точка А_II). Если один из вентиляторов будет отключен от вентиляционной сети, то режим двух вентиляторов будет соответствовать точке А₂ (h₂; Q₂), а если будет работать только один вентилятор, то его режим будет соответствовать точке A_I (h₁; Q₁).

Рис. 4. График к расчету каскадной установки вентиляторов ВМ-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 строятся суммарные характеристики вентиляторов при их последовательной работе на сеть (I, II, III) и характеристики трубопроводов (Z₁; Z₂; Z₃; Z₄) (рис. 5). Количество воздуха, поступающего на начало каждого трубопровода при индивидуальной и совместной работе вентилятора на сеть, определяется абсциссой точки пересечения трубопровода с соответствующими характеристиками вентиляторов. Количество воздуха (м³/мин), поступающее к концу 1-го трубопровода, определяется по формуле

Q_ki = Q_H/P_i

где Q_H - 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 Q_K = f (Z_m) (где Z_m - длина трубопровода) для вентиляторов (одного, двух и т. д.), по которым находится предельная длина трубопровода для данного числа работающих вентиляторов, рис. 5.

Рис. 5. График к определению длины трубопровода, при которой необходима установка следующего вентилятора в каскаде