Компрессорные машины для проведения горно-разведочных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Машины для производства сжатого воздуха

2. Воздухопроводные сети

3. Оборудование стационарных компрессорных установок

4. Использование энергии сжатого воздуха при сооружении горных выработок

Заключение

Список литературы

Введение

Во многих отраслях промышленности наряду с электрической энергией широко используется пневматическая энергия или энергия сжатого воздуха.

Сжатый воздух является одним из основных видов энергии на шахтах и рудниках для приведения в действие бурильных, буросбоечных, добычных, проходческих и погрузочных машин, вентиляторов местного проветривания, насосов, а также в эрлифтных установках при откачке воды и пульпы.

Кроме того, сжатый воздух находит применение для пневмозакладки горных выработок, для приведения в действие толкателей, стопоров, затворов и других устройств технологического комплекса предприятия.

Такое широкое применение пневматической энергии обусловлено высокой степенью безопасности пневматического оборудования, что особенно важно для шахт, опасных по газу или пыли, где применение электрической энергии при подземной разработке ископаемых является опасным при внезапных выбросах угля и газа.

Но вместе с тем пневматическая энергия имеет ряд серьезных недостатков. И, прежде всего, это высокая стоимость по сравнению с электрической энергией, что объясняется большим потреблением электрической энергии компрессорами при производстве сжатого воздуха.

Транспортирование сжатого воздуха от компрессорной станции до пневмоприемников осуществляется по длинным и разветвленным трубопроводам. При этом происходят значительные энергетические потери за счет гидравлических сопротивлений, температурных изменений, колебаний давления в питающих сетях и за счет утечек сжатого воздуха.

1. Машины для производства сжатого воздуха

Компрессор - устройство для повышения давления и перемещения газов. При работе компрессора происходит преобразование электрической энергии в энергию сжатого вещества (газа).

Компрессоры имеют большое разнообразие конструкций и типов, различаются по давлению, производительности, сжимаемой среде, условиям окружающей среды. пневматическая сжатый компрессор горная

Компрессоры используются практически во всех отраслях производства:

- в энергетике;

- в газовой отрасли (агрессивные и взрывоопасные газы);

- в нефтехимической промышленности;

- в химической отрасли;

- в металлургии;

- в электрохимической промышленности;

- в различных добывающих отраслях и т. д.

В зависимости от назначения компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которой они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т.д.).

Различают компрессоры и по роду сжимаемого газа - воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т.д.

Разделяют компрессоры по конечному давлению:

- вакуум-компрессоры - машины, которые откачивают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;

- компрессоры низкого давления предназначены для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;

- среднего давления от 1,2 до 10 МПа;

- высокого давления от 10 до 100 МПа;

- сверхвысокого давления предназначены для сжатия газа выше 100 МПа.

Кроме того, различают компрессоры по способу отвода тепла (воздушное или водяное охлаждение) и по типу приводного двигателя.

По особенностям самого процесса повышения давления, т.е. принципу действия устройства компрессоры подразделяются на объемные и лопастные.

Объемный компрессор - устройство, в котором процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменение давления происходит за счет периодического изменения объема этих камер, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные компрессоры можно разделить по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер на следующие:

- поршневые компрессоры наиболее распространенные из всех компрессоров они, в свою очередь, могут быть различных видов: одинарного или двойного действия, смазываемые или без применения смазки (сухого трения), с разным количеством цилиндров и их расположением (горизонтальным, вертикальным, угловым);

- роторные с вращающим сжимающим элементом. К ним относятся:

· винтовые, конструкция которых запатентована в 1934 г., имеют ведущий и ведомый роторы, вращение которых совершается навстречу друг другу, уменьшая пространство между ними и корпусом. Винтовые компрессоры не имеют клапанов и неуравновешенных механических сил, что дает возможность работать с высокой скоростью вращения вала, т.е. получать большую производительность при малых габаритных размерах. Могут быть безмасляные, безмасляные с нагнетанием жидкости, маслозаполненные.

· спиральные - с неподвижной и подвижной эксцентрической спиралями, установленные со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы образовывались полости с изменяющимся объемом.

· роторно-пластинчатые, рабочим органом которых является эксцентрично установленный в корпусе ротор с пластинами, которые могут перемещаться в радиальном направлении;

- жидкостно-кольцевые, в которых ротор с фиксированными лопатками эксцентрично установлен в корпусе, частично заполненном жидкостью.

Лопастной компрессор - устройство динамического действия, в котором сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. К лопастным компрессорам относятся:

- радиальные (центробежные);

- радиально-осевые (диагональные);

- осевые [3].

На горно-разведочных работах в основном применяются поршневые компрессоры простого действия, двухступенчатые, с водяным и воздушным охлаждением, малой и средней подачи, с любым расположением цилиндров.

В поршневом компрессоре (рис. 1) поршень выполняет возвратно- поступательное движение. При движении поршня вниз происходит всасывание атмосферного воздуха через клапан, а при обратном движении (вверх) происходит сжатие его до тех пор, пока давление в цилиндре не достигнет такого же давления, как и в воздухосборнике, после чего воздух выталкивается в воздухосборник через нагнетательный клапан.

Сжатие воздуха может осуществляться один раз (одноступенчатый компрессор) или более одного раза (многоступенчатый). В многоступенчатых компрессорах воздух засасывается вначале в первый цилиндр (первая ступень), там сжимается, затем выталкивается в промежуточный холодильник, в котором охлаждается до первоначальной температуры и далее засасывается во второй цилиндр (вторая ступень), где снова сжимается и затем выталкивается в воздухосборник.

Рис. 1. Схема поршневых компрессоров простого действия: а - одноступенчатого; б - двухступенчатого; 1, 2 - всасывающий и нагнетательный клапаны; 3 - воздухосборник; 4 - цилиндр; 5 - поршень; 6 - промежуточный холодильник

Поршневые компрессоры классифицируются:

* по способу действия - на компрессоры простого и двойного действия. Простого действия - при прямом движении поршня происходит всасывание, а при обратном - нагнетание; двойного - при движении поршня и в прямом, и в обратном направлении происходит всасывание и нагнетание;

* по числу ступеней сжатия - на одноступенчатые и многоступенчатые:

* по способу установки - на передвижные, стационарные:

* по подаче - на компрессоры малой (до 10 м³/мин), средней (10-30 м³ /мин) и большой (свыше 30 м³/мин) подачи;

* по расположению цилиндров - на горизонтальные, вертикальные и наклонные:

* по способу охлаждения - на компрессоры с воздушным и водяным охлаждением.

Преимущества поршневых компрессоров: надежность в работе, высокий КПД, длительный срок службы, возможность получения высокого давления. Недостатки: значительные размеры и масса, ограниченная подача, наличие воздухораспределительных клапанов, пульсирующая подача воздуха в сеть.

По роду привода передвижные компрессорные установки снабжены двигателями внутреннего сгорания и электрическими.

На передвижных компрессорных установках используются компрессоры малой (до 3 м³/мин) и средней (до 10 м³/мин) подачи низкого (до 1 МПа) давления.

Компрессорные установки располагаются на поверхности. Число их определяется количеством воздуха, необходимого для нормальной работы потребителей. Кроме того, обязательно создается определенный резерв (до 50 % подачи станции).

На каждой компрессорной установке между компрессором и сетью устанавливается воздухосборник, назначение которого сводится к сглаживанию пульсации нагнетаемого воздуха и равномерному питанию их пневматических машин; к улавливанию влаги и масла, находящихся в сжатом воздухе.

Воздухосборники изготовляются из листовой стали, снабжаются предохранительным клапаном и краном для спуска масла и воды. Объем воздухосборника находится по формуле 1.

, (1)

где V_{к. с.} - подача компрессора или компрессорной станции, м³/мин.

2. Воздухопроводные сети

Вырабатываемый компрессором сжатый воздух подается потребителям по воздухопроводной сети (трубопроводам от 20 до 320 мм) и воздухопроводным рукавам (шлангам) диаметром от 10 до 50 мм.

Трубы диаметром до 50 мм соединяются резьбовыми муфтами. При большем диаметре соединение производится фланцами с болтовым соединением. Прокладки в местах соединения труб выполняются из резины, клингерита, асбеста и картона.

Воздух при движении по трубам и шлангам встречает гидравлическое сопротивление, которое вызывает падение давления воздуха в воздухопроводе, и тем больше, чем меньше диаметр воздухопроводов.

Общие допустимые потери давления воздуха в воздухопроводе не должны превышать 10-15 %.

Диаметр труб воздухопровода должен выбираться в соответствии с количеством пропускаемого воздуха на данном участке сети с минимальными потерями давления в сети.

Диаметр трубопровода можно определить, по упрошенной формуле 2:

, (2)

где V - количество воздуха, протекающего по трубопроводу, м³/мин.

Трубопровод на горизонтальных участках следует прокладывать с уклоном не менее 1:200-1:300 в сторону движения воздуха с целью поступления конденсирующейся воды и масла в водоотделитель.

Прокладка жестких воздухопроводов в горизонтальных и наклонных выработках осуществляется на кронштейнах, на подвесках - хомутах, по почве у стенки выработки, противоположной людскому проходу.

В вертикальных выработках (ствол шахт, шурфы) трубы прикрепляются при помощи хомутов к деревянной крепи или расстрелам. Трубопроводы также могут подвешиваться на канатах [1].

3. Оборудование стационарных компрессорных установок

Стационарные компрессорные установки располагаются в зданиях компрессорных станций на обособленных фундаментах, изолированных от фундаментов здания и соседних компрессоров. В соответствии с правилами технической эксплуатации компрессорные станции располагают вдали от источников пыли, на расстоянии не менее 50 м от административных и жилых зданий.

При производительности компрессорной станции до 500 м³/мин целесообразно применять поршневые компрессоры, при большей производительности турбокомпрессоры с минимальным (до 25 % по производительности) числом поршневых компрессоров, необходимых для уменьшения производительности станции в ремонтные смены и для ввода в сжатый воздух масляных паров с целью уменьшения внутренней коррозии воздухопроводов.

Компрессорные станции кроме компрессорных установок снабжаются вспомогательным оборудованием: всасывающими фильтрами, концевыми охладителями, воздухосборниками (при использовании поршневых компрессоров), глушителями шума и насосами.

Помещение компрессорных станций должно иметь центральное отопление, телефонную связь, аварийное освещение, а также противопожарные средства в соответствии с общими правилами противопожарной охраны.

Компрессоры располагают в машинном зале в один ряд с проходами между ними не менее 1,5 м. Воздухосборники и фильтры для приема воздуха обычно выполняют за пределами здания.

Для привода стационарных поршневых компрессоров применяют синхронные электродвигатели преимущественно серий ДСК и СДК мощностью 200-650 кВт, для привода турбокомпрессоров синхронные электродвигатели серий СТМ и СТД мощностью 1000-4000 кВт, для привода винтовых компрессоров передвижных компрессорных установок асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии ВАО на напряжение 660 В, мощностью от 40 кВт (компрессор ЗИФ-ШВ-5) до 160 кВт (компрессор 6ВКМ-25/8).

Для автоматизации компрессорных станций, оборудованных поршневыми прямоугольными компрессорами ВП-10/8, ВП-20/8, ВП-30/8 и ВП-50/8, Харьковским электромеханическим заводом (ХЭМЗ) выпускается комплектная аппаратура автоматического управления. Компрессоры оппозитного исполнения 2М 10-50/8 и 4М 10-100/8 поставляются Пензенским компрессорным заводом совместно с аппаратурой автоматизации.

Заводом "Энергомаш" с турбокомпрессорами К-250, К-350 и К-500 поставляется комплексная аппаратура турбокомпрессорных станций. Аппаратура автоматизации обеспечивает:

- программное или кнопочное управление оператором пуска компрессорных установок;

- регулирование производительности компрессоров или компрессорной станции в целом;

- контроль технологических параметров температуры сжатого воздуха, температуры и давления масла в системе смазки, давления воды в системе охлаждения, производительности и др.;

- защиту компрессоров, приводящую к их отключению при отклонении технологических параметров от допустимых значений, при перегрузках и коротких замыканиях электродвигателей;

- сигнализацию о нормальной работе, предупредительную и аварийную в помещении компрессорной станции и на пульте оператора.

Для магистральных и участковых трубопроводов применяются стальные трубы общего назначения газовые, сварные и бесшовные, соединяемые между собой сваркой, резьбовыми муфтами, фланцевыми или замковыми быстроразъемными соединениями (БРС). В качестве распределительных трубопроводов используют гибкие шланги, длина которых с целью уменьшения потерь давления принимается не более 20 м.

Для снятия напряжений, возникающих при изменении длины труб вследствие температурных изменений, применяются компенсаторы длины (на поверхности дуговые), которые устанавливаются через 200-250 м.

4. Использование энергии сжатого воздуха при сооружении горных выработок

Энергия сжатого воздуха в горном деле находит широкое применение от вентиляции горных выработок до бурения шпуров и транспортировки добываемого полезного ископаемого.

При бурении шпуров пневматические сверла отличаются значительной простотой конструкции, надежностью и безопасностью в работе, а также возможностью плавного регулирования частоты вращения рабочего инструмента, что в ряде случаев делает их более выгодными, чем электрические, и обеспечивает перспективность дальнейшего развития и совершенствования.

Пневмотранспортные установки могут использоваться для транспорта мелкокусковых и пылевидных горных пород и руд. Наиболее широко их используют для доставки закладочных пород.

Основные элементы пневмотранспортных установок: трубопроводы, воздуходувки или компрессоры, закладочные машины и отделители.

Трубопроводы собирают из чугунных или стальных труб диаметром 50-250 мм. Скорость аэросмеси в пневмотранспортных установках достигает 10-20 м/с, что вызывает повышенный износ труб, поэтому используют толстостенные (до 12 мм) трубы. На поворотах внутренние стенки труб футеруют вкладышами из базальта или твердых сплавов.

Питатели, или, как их принято называть, закладочные машины, предназначены для загрузки трубопроводов транспортируемым грузом. Применяют закладочные машины цикличного и непрерывного действия.

Закладочные машины цикличного действия основаны на принципе шлюзования груза при передаче его из загрузочной камеры в камеру высокого давления. В напорный трубопровод груз подается с помощью лопастного питателя,

В питателях барабанного типа транспортируемый груз из загрузочной воронки попадает в ячейки вращающегося барабана, и при сообщении ячеек с напорным трубопроводом груз из них выдувается сжатым воздухом, благодаря чему осуществляется практически непрерывная подача груза [2].

Заключение

Грамотное использование энергии сжатого воздуха может способствовать более выгодному и безопасному проведению горных работ по сравнение с использованием электрической энергии.

Основное преимущество состоит в безопасном проведение горных работ, простоте конструкций пневматического оборудования. Но на данном развитии этого оборудование оно часто не оправдывает материальные затраты на его эксплуатацию. Со временем возможно его модернизация с целью увеличения выгоды от его использования, что может во многом обезопасить и облегчить проведение горных работ.

Список литературы

1. Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок: учебник \ Лукьянов В.Г, Крец В.Г.; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 87 с.

2. Кантович Л.И., Гетопанов В.Н. Горные машины: Учеб. Для техникумов. - М.: Недра, 1989. - 276 с.

3. Абдурашитов С.А. Насосы и компрессоры. - М.: Недра, 1974. - 25 с.

Размещено на Allbest.ru