книги / Стационарные установки шахт

Шахтные компрессорные установки (компрес­ соры) предназначены для выработки сжатого воздуха давлением 4—9 кгс/см2, служащего для питания оборудования с пневматическим приводом: комбайнов, породопогрузочных ма­ шин, вентиляторов местного проветривания, отбойных и бурильных молотков, эрлифтных установок, закладочных машин, устройств пнев­ моавтоматики и др.

Компрессоры широко применяются на шах­ тах с крутыми пластами, где по условиям безо­ пасности запрещается применение электриче­ ства и сжатый воздух является единственным видом энергии. На шахтах с другими горно­ геологическими условиями компрессоры ис­ пользуются в меньшей степени и служат глав­ ным образом для обеспечения сжатым воздухом машин и механизмов, выполняющих вспомо­ гательные работы.

Сжатый воздух вырабатывается стационар­ ными поверхностными или располагаемыми на участках передвижными компрессорными уста­ новками. Последние применяются в случаях, когда необходимо сравнительно небольшое ко­ личество воздуха в удаленных от ствола местах.

Промышленностью выпускаются стационар­ ные двухступенчатые поршневые компрессоры производительностью 10, 30, 50, 100 м3/мин, центробежные компрессоры производитель­ ностью 115, 250, 500 м3/мин и конечным давле­ нием 5,5—8 кгс/см2. В настоящее время освоено производство компрессоров винтового типа про­ изводительностью 25 м3/мин.

Производительностью компрессора назы­ вается количество воздуха, засасываемого ком­ прессором в единицу времени. Производитель­ ность измеряется в м3/мин или м3/с, приведенных

кдавлению и температуре окружающей среды. Конечным давлением компрессора называется

давление, создаваемое им в нагнетательном тру­ бопроводе. Давление может быть избыточным по отношению к атмосферному и абсолютным, когда учитывается величина атмосферного дав­ ления. В паспорте компрессора указывается избыточное давление, в термодинамических рас­ четах пользуются абсолютным давлением.

§1. Назначение, основные параметры

ивыбор компрессорных установок

Рабочие процессы и характеристики

Термодинамические процессы, происходящие при сжатии воздуха в поршневом, центробеж­ ном или винтовом компрессоре, в принципе одинаковы.

Процесс сжатия воздуха в компрессоре зави­ сит от условий подвода и отвода тепла. При изотермическом сжатии все тепло, выделяю­ щееся в процессе сжатия, отводится и темпе­ ратура сжимаемого воздуха остается постоян­ ной. Теоретическая работа, совершаемая порш­ нем компрессора, численно равная площади индикаторной диаграммы, подсчитывается из выражения

работа, затрачиваемая на 1 м3 засасываемого воздуха,

При адиабатическом сжатии теплообмен воз­ духа с окружающей средой отсутствует. Политропическое сжатие характеризуется частичным отводом или подводом тепла. Работа поршня при адиабатическом и политропическом сжатии

—1 j104, кгс-м;

(3.2)

работа, затрачиваемая на засасывание 1 м3 воздуха, —

п—I 1

п — 1J 104, кгс-м/м3.

(3.2а)

Конечная температура сжатого воздуха при адиабатическом и политропическом сжатии

При отводе от компрессора тепла в количе­ стве, равном количеству тепла, которое выде-

ченную сложением производительностей всех работающих компрессоров при одинаковых да­ влениях.

Наклон характеристики определяется ее про-

« dP

изводнои -щ -, которая называется жесткостью.

При абсолютно жесткой характеристике про­ изводительность компрессора не зависит от раз­ виваемого им давления, при мягкой характе­ ристике увеличение давления сопровождается уменьшением производительности компрессора.

На рис. 3.2 показаны рабочие зоны инди­ видуальных и суммарных характеристик порш­ невых компрессоров 4М10-100/8 и центробеж­ ных К-250-61-1. По рисунку видно, что ха­ рактеристика компрессорной станции имеет меньшую жесткость (более полога), чем инди­ видуальные характеристики компрессоров. В силу этого производительность компрессор­ ной станции регулируется в некоторых пре­ делах без применения специальных средств в зависимости от изменения давления. Широко распространенное мнение о том, что характе­ ристики поршневых компрессоров значительно жестче, чем характеристики центробежных, справедливо до некоторой степени только для индивидуальных характеристик (кривые 2 и 1)

и объясняется разной величиной производи­ тельности этих компрессоров. При одинаковых производительностях жесткость характеристик поршневых и центробежных компрессоров при­ мерно одинакова (кривые 2 и 3). Одинаковы и

возможности саморегулирования производи­ тельности компрессоров этих типов при изме­ нении давления сжатого воздуха в сети.

Основные параметры

Основными параметрами шахтной компрессор­ ной станции являются ее производительность и рабочее давление. По этим параметрам выби­ раются типы и число компрессоров.

Необходимая производительность компрес­ сорной станции подсчитывается в зависимости от количества и типа пневматических машин и механизмов, работающих в наиболее загружен­ ной смене, с учетом их износа, неодновременной работы и степени загрузки; учитываются также утечки в магистральном и лавном воздухопро­ водах. Подсчет осуществляется по формуле

где |х — 1,05 ч-1,1 — коэффициент запаса на неучтенные механизмы; К0 — средневзвешен-

Рис. 3.2. Характеристики компрессоров при параллель­ ной работе:

ный коэффициент одновременности работы ме­ ханизмов; i — номер группы однотипных меха­ низмов; г — число групп однотипных меха­ низмов; п — число работающих в смене меха­ низмов одного типа; q — номинальный расход

воздуха одним механизмом данной группы при непрерывной его работе, м8/мин; ф — коэф­ фициент, учитывающий увеличение расхода сжатого воздуха механизмом по сравнению с номинальным значением в результате износа; k3 — коэффициент загрузки, учитывающий из­

менение расхода сжатого воздуха механизмом вследствие отличия фактической нагрузки от номинальной и при регулировании; а — до­

пустимая величина утечек сжатого воздуха через неплотности в магистральном трубопро­

давление сжатого воздуха в месте потребления, кгс/см2; 2 J I — суммарная длина магистраль­ ных воздухопроводов по шахте, км; b — допу­

стимая величина утечек сжатого воздуха в каж­ дом месте присоединения механизмов при из­ быточном давлении 5 кгс/см2, м3/мин; т —

общее число постоянно присоединенных к пнев­ матической сети механизмов, включая нерабо­ тающие, по шахте.

Расчет ведется по давлению сжатого воздуха в месте потребления, соответствующему номи­ нальному давлению большинства установлен­ ных механизмов. Для тех угольных шахт, на которых сжатый воздух является основным видом энергии, принимается Р — 5 кгс/см2.

Число работающих в смене механизмов п определяется организацией горных работ в наи­ более загруженный двухчасовой период смены, находимый по графикам работы отдельных участков.

Номинальный расход q принимается по ката­

ложным данным. Если механизм имеет несколь-

Рис. 3.3. Коэффициенты одновременности работы пневматического оборудования

ко приводных двигателей, номинальный расход представляет собой сумму расходов сжатого воздуха всеми установленными двигателями.

Коэффициент износа ф принимается для от­ бойных, бурильных молотков и поршневых двигателей равным 1,15, для шестеренных дви­ гателей — 1,2, для турбинных двигателей — 1,0.

Нормы утечек а w b принимаются 3 и

0,4 м3/мин соответственно на 1 км длины трубо­ провода и на единицу потребителя.

Средневзвешенный коэффициент одновре­

менности К0 определяется по графику (рис. 3.3)

в функции средневзвешенного коэффициента

включения работающего оборудования Кв, ко­

торый подсчитывается из выражения

гДе Qcpf и Qmm — средний и максимальный

расходы воздуха группами механизмов, м3/мин. Коэффициенты включения kB отдельных ма­

шин и механизмов представляют собой относи­ тельное машинное время работы механизма. Значения коэффициентов включения и коэф­ фициентов загрузки основного пневматического оборудования составляют:

Рис. 3.4. Оптимальные потери давления ДРуд и диаметр трубопровода d воздухопроводной сети:

При наличии механизмов, не вошедших в пе­ речень, коэффициенты включения и загрузки принимаются в соответствии с ожидаемым ре­ жимом работы.

Необходимое давление воздуха на компрес­ сорной станции определяется из условия обес­ печения рабочего давления у наиболее удален­ ных потребителей и допустимой потери давле­ ния в сети. Оптимальная величина удельных (на 1 км) потерь давления ДРул на отдельных

участках подземной воздухопроводной сети и необходимый для ее обеспечения диаметр d

металлического трубопровода определяются в зависимости от расхода воздуха (рис. 3.4). Такие потери давления соответствуют минимуму затрат на сооружение и эксплуатацию воздухо­ провода. С некоторым приближением можно принимать среднюю величину удельных по­ терь давления в металлическом трубопроводе равной 0,3 кгс/см3, независимо от расхода, и потери давления в шлангах лавного воздухо­ провода — 0,3 кгс/см2. При этом необходимое давление сжатого воздуха на компрессорной

где Р — рабочее давление потребителей, кгс/см2; L — расстояние от компрессорной станции до

наиболее удаленного потребителя в период полного развития горных работ на шахте, км.

Выбор компрессоров

По подсчитанным значениям производительно­ сти и рабочего давления выбираются типы ком­ прессоров таким образом, чтобы номинальное давление выбранного компрессора равнялось или было несколько выше необходимого. Нуж­ ная производительность компрессорной стан-

с,ру£

1,0

1,8

is

1,1

Ю

Рис. 3.5. Себестоимость 1000 м3 сжатого воздуха, вырабатываемого при давлении 7 кгс/см3 компрес­ сорами:

/ — 4 М 1 0 -1 0 0 /8 ; 2 - К -2 5 0 .6 1 -1 ; 3 - К -5 0 0 -6 1 -1 ; 4 —

неэкономичным

ции может быть достигнута подбором компрес­ соров различных типов, при этом выбираются наиболее экономичные.

На рис. 3.5 приведены кривые себестои­ мости 1000 м3 сжатого воздуха для крупных поршневых и центробежных компрессоров об­ щего назначения в зависимости от рабочей про­ изводительности компрессорной станции. Скач­ кообразный вид кривых объясняется ростом себестоимости при увеличении числа резервных компрессоров.

Кривые себестоимости на рис. 3.5 приведены для новых компрессоров. В процессе эксплуа­ тации себестоимость сжатого воздуха, выраба­ тываемого центробежными компрессорами, уве­ личивается на 10—15% в результате умень­ шения их производительности и к. п. д. при износе межступенчатых уплотнений, загрязне­ нии промежуточных охладителей и проточной воздушной части. Для поршневых компрессо­ ров этот показатель остается практически не­ изменным в процессе всего срока эксплуатации.

Исходя из экономичности, при рабочей про­ изводительности компрессорной станции 200— 500 м3/мин следует применять поршневые ком­ прессоры 4М10-100/8, при производительности станции 500—1000м3/мин — центробежные ком­ прессоры* типа К-250, при большей произ­ водительности — центробежные компрессоры типа К-500. Компрессорные станции рабочей производительностью менее 200 м3/мин обору­ дуются однотипными поршневыми компрессо­ рами 2М10-50/8, 305ВП-30/8, 202ВП-10/8 и др.

Центробежные компрессоры рекомендуется применять вместе с некоторым числом (до 25%

по производительности) поршневых, которые используются для регулирования производи­ тельности компрессорной станции в междусменные периоды путем выключения отдельных компрессоров, а также для подачи в трубопровод некоторого количества масла, предотвраща­ ющего коррозию внутренних поверхностей труб и оборудования.

Для обеспечения надежной работы компрес­ сорной станции число резервных компрессоров принимается в зависимости от числа и типа работающих:

Пример расчета основных параметров компрессорной станции (производительности, рабочего давления), выбора типа и числа компрессоров для следующих условий: на

шахте к пневматической сети суммарной длиной

= 51 км подключены 310 машин и механизмов различных типов. Данные о числе и типах механизмов, работающих в наиболее загруженную смену, приведены в табл. ЗД. Расстояние от компрессорной станции до наиболее уда­ ленного участка в период наибольшего развития горных работ составляет 4,2 км.

Расчет значений Qcp и Qmax сведен в табл. 3.1. Средне­ взвешенный коэффициент включения

Средневзвешенный коэффициент одновременности нахо­ дится по кривым рис. 3.3 при п = 216:

Ко = 0,69.

Необходимая производительность компрессорной стан­ ции

0,4.310-6

QK= 1,1.0,69.1299 + 3 — 51

о

= 1253 м8/мин.

Рабочее давление составляет

Рк = 5 + 0,3-4,2 + 0,3 = 6,56 ^ 6,6 кгс/см3.

Принимаем в качестве рабочих два центробежных компрессора К-500-61-1 (производительность каждого 548 м3/мин при давлении 6,6 кгс/см2) и два поршневых компрессора 4М10-100/8. В качестве резервных принимаем один центробежный компрессор К-500-61-1 и один порш­ невой 4М10-100/8. Всего на компрессорной станции должно быть установлено три центробежных компрессора К-500-61-1 и три 'поршневых компрессора 4M10-100/8.

Фундаментальная рама Ï компрессора

4М10-100/8 (рис. 3.6) — чугунная литая пря­ моугольной формы коробчатого сечения. В по­ перечных стенках рамы размещены постели коренных подшипников, к продольным стенкам снаружи прикреплены направляющие крейц­ копфа 6. Нижняя часть рамы служит масло­

сборником.

Цилиндры первой 9 и второй 3 ступеней —

чугунные литые двойного действия. Цилиндр первой ступени состоит из корпуса 8 с «мокрой» втулкой, передней 10 и задней 7 конических

крышек, в которых размещены прямоточные клапаны разборной конструкции, унифициро­ ванные для первой и второй ступеней. Корпус и крышка цилиндра охлаждаются водой. Циг

более чем на 15%, вязкость — более чем на 25% от первоначальных, содержание механи­ ческих примесей — более 2%. Масляные филь­ тры должны очищаться в установленные сроки, но не реже одного раза в два месяца.

Для смазки цилиндров и сальников должно применяться масло компрессорное КС-19 (ГОСТ 9243—59). Ориентировочный расход мас­ ла в 1 ч — 0,25, в сутки — 6, в месяц — 180, в год — 2160 кг.

Смазка цилиндров и сальников производится от лубрикатора по системе трубопроводов. Поступление масла к отдельным точкам прове­ ряется путем открытия пробных краников обратных клапанов.

Охлаждение ^компрессора — водяное с от­ крытым сливом. Вода подводится к промежу­ точному и масляному холодильникам от кол­ лектора. После выхода из промежуточного холодильника часть воды поступает на охлаж­ дение цилиндров первой и второй ступеней.

Температура охлаждающей воды на выходе должна быть не выше 40° С. Давление воды в рубашках компрессора — не более 3 кгс/см2. Регулировка количества подаваемой воды в раз­ личные точки производится посредством запор­ ных вентилей.

При длительных остановках в холодное вре­ мя года (ниже 0° С) воду из системы надо обя­ зательно опустить. При эксплуатации необ­ ходимо внимательно следить за наличием слива воды из каждой охлаждаемой точки.

При установке электродвигателя компрес­ сора особое внимание следует обращать на величину зазора между ротором и статором. Для уменьшения влияния веса ротора на вал компрессора необходимо смещать ось ротора относительно оси статора вверх на 1,5 мм, т. е. при общем зазоре 11 мм на диаметр необходимо вверху установить зазор в пределах 4,1—3,6 мм, тогда зазор внизу будет соответственно состав­ лять 6,9—7,4 мм. Дальнейший монтаж элек­ тродвигателя производится в соответствии с ин­ струкцией завода-изготовителя.

Одной из наиболее ответственных операций является монтаж промежуточного холодиль­ ника, буферных емкостей и воздухопровода. От точности монтажа этих узлов во многом зависят надежность и долговечность работы компрессора. Удовлетворительным результатом правильности монтажа промежуточного холо­ дильника, буферных емкостей и воздухопро­ вода можно считать положение, когда общее отклонение цилиндров в горизонтальной и вер­ тикальной плоскостях не превышает 0,08 мм при контроле индикатором и не более одного деления при контроле по уровню в сравнении

с показаниями, когда на компрессоре не было установлено промежуточного холодильника и буферных емкостей 1-й и 2-й ступеней.

Во время работы компрессора нужно следить за уровнем масла в картере, периодически по­ полнять лубрикатор маслом, ежедневно про­ верять исправность предохранительных клапа­ нов, а также поступление масла к цилиндрам и сальникам открытием пробных краников на

При каждой остановке компрессора на осмотр или ремонт необходимо:

замерять расхождение щек вала (раскеп) на расстоянии 200 мм от оси шатунной шейки. Раскеп замеряется на первой шатунной шейке со стороны электродвигателя. Предельно до­ пустимая величина раскепа компрессора, нахо­ дящегося в эксплуатации, — не более 0,1 мм;

замерять величину масляных зазоров в под­ шипниках. Диаметральный масляный зазор между поверхностью шеек вала и поверхностью вкладышей должен составлять 0,11—0,182 мм. Диаметральный масляный зазор между верх­ ним башмаком крейцкопфа и направляющей параллелью должен находиться в пределах 0,16—0,27 мм;

проверить состояние шатунных болтов (ре­ монту не подлежат). При обнаружении трещин, вмятин, ржавчины, сорванной резьбы шатунные болты следует заменять. Независимо от состоя­

болтов.

При разборке механизма движения должны быть соблюдены следующие условия:

затяжку гаек крепления крышек коренных подшипников производить равномерно, кресто­ образно и контролировать моментом величиной 1720 кгс-м, далее — углом поворота от отправ­ ной точки на 60—70°. При этом риски на гайке и крышке должны совпадать, а риска на шпильке должна быть перпендикулярна продольной оси рамы;

затяжку шатунных болтов контролировать моментом 2000 кгс*м, далее — углом поворота от отправной точки на восемь делений.

При соединении штока с крейцкопфом необ­ ходимо соблюдать следующие условия:

резьба на штоке должна на одну-две нитки выступать за торец фланца со стороны крейц­ копфа;

биение штока на длине хода в горизонтальной и вертикальной плоскостях не должно превы­ шать 0,05 мм, при этом щуп на 0,03 мм не дол-

жен проходить между нижним башмаком и направляющей;

торец штока должен плотно прилегать к шайбе;

окончательная затяжка гаек крепления флан­ ца к крейцкопфу контролируется моментом ве­ личиной 2600 кгс-м, после чего вторично про­ веряется биение штока. Затяжку осуществлять

Компрессор 2М10-50/8

Компрессор 2М10-50/8, серийно выпускаемый Пензенским компрессорным заводом, предна­ значен, как и компрессор 4М10-100/8, для сжатия воздуха от атмосферного до избыточного давления 8 кгс/см2.

Компрессор представляет собой оппозитную горизонтальную крейцкопфную двухрядную поршневую машину двухступенчатого сжатия

сдвумя цилиндрами двойного действия. Компрессор 2М10-50/8 обладает всеми пре­

имуществами оппозитного компрессора 4М10-100/8. Все детали компрессора 2М10-50/8 полностью унифицированы с деталями серийно выпускаемого компрессора 4М10-100/8.

Компрессор снабжен системой автоматизации, обеспечивающей автоматические пуск, оста­ новку и регулирование производительности, а также защиту по всем основным параметрам.

Компрессор комплектуется всеми необходи­ мыми трубопроводами, запорно-регулирующей и контрольной арматурой, а также гасителями пульсации на входе и выходе.

По отдельному соглашению завод может поставить воздухосборник, концевой холодиль­ ник и фильтр всасывания.

§ 3. Центробежные компрессоры

Компрессор К-500-61-1

Компрессор К-500-61-1 предназначен для ста­ ционарных установок и служит для сжатия воздуха от атмосферного до избыточного давле­ ния 8 кгс/см2.

Техническая характеристика компрессорной установки

Техническая характеристика компрессорной установки

Компрессорная установка К-500-61-1 (рис. 3.7) представляет собой одноцилиндровую машину с шестью ступенями сжатия, состоя­ щими из трех секций, с двумя внешними про­ межуточными воздухоохладителями б и 7, уста­ новленными после 1-й и 2-й секций.

Компрессор 1 приводится во вращение от

синхронного электродвигателя 5. Последний связан с компрессором через повышающий ре­ дуктор 3. Соединение компрессора с редукто­

ром и редуктора с электродвигателем осуще­ ствляется посредством зубчатых муфт 2 к 4.

Корпус компрессора 4 (рис. 3.8) отливается

из чугуна и имеет разъемы в вертикальной и

горизонтальной плоскостях. Вертикальные разъемы корпуса окончательно соединяются на заводе и разборке при эксплуатации не под­ лежат. Корпуса обоих подшипников отлиты заодно с корпусом компрессора. В нижней части корпуса имеются отверстия для присоединения трубопровода, отводящего воздух из камеры 6

за думмисом в атмосферу.

В корпусе компрессора монтируются диаф­ рагмы, которые разделяют между собой отдель­ ные ступени. В диафрагме размещены каналы направляющего аппарата, состоящего из двух частей: диффузора 3 и обратного направля­ ющего аппарата 2.