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.
Содержание
стр.
Введение
|
4
|
Методические указания по выполнению самостоятельной работы
|
5
|
Алгоритм расчета калориферной установки
|
8
|
Практическая работа
|
10
|
Приложения
|
13
|
Заключение
|
16
|
Литература
|
17
|
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.
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
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
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.
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:
Подбор пластинчатых паровых калориферов.
Количество воздуха подогреваемого в калориферной установке
Gк.у.=γ*Q*60* , кг/ч. (1)
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.
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=  , м2, (3)
Где  - 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)
nk= (4)
Подбор калориферного вентилятора
Количество воздуха подаваемого вентилятором,
Qв= *(1+ ), м3/мин, (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 *( )1.74мм вод. ст, (6)
где 1.50- коэффициент неучтенных сопротивлений;
ϑ- средняя скорость воздуха, м/сек;
γ- средний удельный вес воздуха
tcp= , кг/м3 (7)
γ= γ0  (8)
По полученным Qв и h подбираем калориферный вентилятор и двигатель к нему
Мощность на валу двигателя для вентиляторной установки:
N=
Где Q- производительность м3/сек
Н- давление кг/м2
 - 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:
Количество воздуха подогреваемого в калориферной установке согласно формуле (1)
Gк.у.=γ*Q*60*= 1.284*3000*60*  = 65 700 кг/ч. (1)
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.
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.
Суммарное живое сечение калориферов при = 8м/с (согласно формуле 3)
F к= ,= = 2, 21м2, (3)
Где - 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)
nk== = 10 калориферных секций (4)
Производительность калориферного вентилятора (согласно формуле 5)
При работе на нагнетание воздуха в калорифере
Qв=*(1+), =  (1+ = 770 м3/мин, (5)
При работе на всасывание
Qв=*(1+), = (1+ = 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)
Сопротивление при последовательном соединении 2-х калориферов в секции для увеличения поверхности нагрева при
tcp= =  = 22.50, (6)
И средней скорости воздуха в калориферах = 8м/с(согласно формуле 7)
Сопротивление пластинчатых калориферов движению воздуха
h= 1.50* 0.150 *()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= =  = 8квт
Контрольные задания и вопросы:
Вопросы:
Требования предъявляемые вентиляторным установкам?
От чего зависит эффективность и надежность работы вентиляторной установки главного проветривания?
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 = 10м/с
Ответ: Fk= 2.4 м2.
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.
Технические характеристики:
Диапазон установок регулирования температуры воздуха в стволе шахты, °С
|
2-9,9
|
Автоматическая стабилизация температуры воздуха в стволе шахты на заданном уровне при условии гарантированного теплоснабжения с точностью, °С
|
±2
|
Диапазон уставок регулирования температуры отработанного первичного теплоносителя на выходе из калорифера, °С
|
20-99
|
Автоматическая стабилизация температуры отработанного первичного теплоносителя на выходе из калорифера в режиме гарантированного или лимитированного теплоснабжения с точностью, °С
|
±8
|
Количество контролируемых точек калорифера, шт, не менее
|
40
|
Диапазон уставок контроля температуры секций, °С
|
20-90
|
Допустимое отклонение отработки заданных уставок контроля температуры секций, °С
|
±10
|
Время опроса датчиков калорифера, с, не более
|
500
|
Напряжение питания переменного тока при частоте 50 Гц, В
|
220
|
Габаритные размеры, мм, не более:
|
|
станции управления и регулирования калорифера СУРК-4
|
690×450×1300
|
станции управления и регулирования калорифера СУРК-4.1
|
690×450×900
|
табло калорифера ТК-4
|
270×90×250
|
термодатчика ствола ТДС-1
|
700×60×50
|
блока индикаций калорифера БИК-4
|
200×120×320
|
Масса, кг, не более:
|
|
станции управления и регулирования калорифера СУРК-4 (СУРК-4.1)
|
120(80)
|
табло калорифера ТК-4
|
2,2
|
термодатчика ствола ТДС-1
|
0,38
|
блока индикаций калорифера БИК-4
|
1,4
|
Приложение 2
Технические данные пластинчатых калориферов
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 В.Ф. Булдаков
ГОУ СПО ЛКГТТ
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. |
