КЛ Спец констр МК

3.Розрахунок сталевої оболонки труби на міцність, місцеву стійкість і витривалість при резонансних коливаннях.

4.Перевірка стійкості на перекидання труби разом з фундаментом з коефіцієнтом запасу 1,3.

5.Перевірка прогинання верху труби (не більш 1/200 від висоти).

Перевірки стовбура:

1. Міцність за меридіональними (подовжніми) напругами

N M

x A W

де N і М – розрахункові зусилля;

А і W – площа і момент опору поперечного перерізу оболонки.

2. Міцність за кільцевих напругами, що виникають для діаметрів труб більше 2...2,5 м від місцевої зміни вітрового навантаження (рис. 16).

Для визначення кільцевих зусиль користуються розкладанням аеродинамічного коефіцієнта в ряд

Рис. 16. Розкладання вітрового навантаження на стовбур труби

Кільцеві напруження визначають по формулах:

Ty q r Z0

y Ty /t 6m/t2

де q – розрахунковий тиск вітру на одиницю площі без урахування аеродинамічного коефіцієнта; r – радіус серединної поверхні оболонки; t – товщина оболонки; Ty і m – кільцева сила і момент.

3. Міцність за приведенними напруженнями

71

У випарних градирнях передача теплоти від води повітрю відбувається за рахунок випаровування, що забезпечує більш глибоке зниження температури. Тому випарні градирні більш ефективні, чим радіаторні, в яких передача теплоти від води до повітря здійснюється через стіну радіатора за рахунок теплопровідності матеріалу радіаторів і конвекції.

Випарні градирні підрозділяють на 3 основних типи:

–відкриті або атмосферні градирні, в яких для протоку повітря через зрошувач використовується вітер і частково природна конвекція повітря;

–вентилятори градирні (рис. 17) з механічною тягою повітря;

–баштові градирні (рис. 18) з природною тягою повітря.

Рис. 18. Баштова протиструмна градирня:

1 – каркас витяжної башти; 2 – водовловлювач; 3 – водорозподільна система; 4 – зрошувальний пристрій; 5 – повітререгулюючий пристрій; 6 – повітрянодувні вікна; 7 – водозбірний басейн; 8 – каркас зрошувача; 9 – підводить водовод; 10 – світлоогорожа.

Відкриті градирні призначені для систем з невеликою витратою оборотної води від 10

до 500 м3/ч.

Вентилятори градирні рекомендується застосовувати в системах оборотного водопостачання, що вимагають стійкого і глибокого охолоджування води, при високих питомих гідравлічних і теплових навантаженнях.

Баштові градирні є з технологічної точки зору найбільш раціональним типом охолоджувачів великої продуктивності від 10 000 до 100 000 м3/ч. Висота – 40…100 м. Основні показники градирен:

73

–продуктивність, тобто м3/ч

–площа зрошувального пристрою в горизонтальному перерізі, складає 1200…4000 м2. Основні елементи конструкції баштових градирен:

–витяжні башти, що створюють циркуляцію повітря і відводять насичені пари на достатню висоту для їхнього розсіювання в атмосфері;

–зрошувальні пристрої, що забезпечують створення необхідної поверхні охолоджування;

–водозбірні басейни, що служать для скидання охолодженої води і створення необхідного запасу води в циркуляційній системі.

Витяжні башти із сталевими каркасами мають пірамідальну форму з основою у вигляді багатокутника або квадрата, з переходом вище зрошувача на багатокутник і форму, що наближається до гиперболоідної. Сталеві каркаси башт проектують з урахуванням зручності їхнього монтажу укрупненими панелями. Зсередини башта обшивається асбестоцементними листами.

Фундаменти під каркас башти – стовпчастими з монолітного або збірного залізобетону. Розміри фундаментів каркаснообшивних башт градирен повинні не допускати їхнього відриву від ґрунту при дії горизонтальних навантажень.

Зрошувальні пристрої складаються з опорного несучого каркаса і заповнення у вигляді рейок в краплинному зрошувачі або щитів в плівковому зрошувачі. Розташування стояків каркаса зрошувача здійснюють по радіальній або прямокутній сітці. Несучі каркаси зрошувачів виконують із залізобетонних збірних елементів, а самі зрошувальні пристрої — з дерева, азбестоцементних або з полімерних матеріалів.

Водозбірні басейни розташовують під зрошувачем. Вони мають глибину 2,0 м при перевищенні бортів над рівнем води 0,3 м. Басейн виконують з монолітного залізобетону. Стіни і днище покривають гідроізоляцією з холодної асфальтової мастики, що наноситься механізованим способом. Поверх шара гідроізоляції на днищі укладають захисний шар бетону з нахилом для стоку води в приямки каналізаційних труб.

Принцип дії: в зрошувальний пристрій градирні охолоджувана вода поступає під тиском циркуляційних насосів і розбризкується за допомогою спеціальних сопел над зрошувачем. Нагріте і насичене водяними парами повітря відводиться вгору під дією природної тяги через витяжну башту, а охолоджена вода стікає у водозбірний басейн. З водозбірного басейну охолоджена вода поступає в системи водопостачання для охолоджування технологічного устаткування.

Специфічні умови роботи градирен, які визначають вибір матеріалів:

–вогкість повітря усередині градирні досягає 100 %;

–виникнення значних внутрішніх напружень за зимового часу при заморожуванні у водонасиченому стані пористих будівельних матеріалів;

–поперемінне зволоження й висушування будівельних конструкцій за літній період;

–агресивність до матеріалів будівельних конструкцій оборотної води і повітря, що проходять через градирню.

При проектуванні градирен необхідно передбачити додаткові конструктивні заходи, направлені на зниження корозії:

–елементи каркаса повинні бути винесені із зони безпосереднього зволоження і мати доступ для обстежень і повторного нанесення антикорозійних покриттів;

74

–всі елементи каркаса, слід проектувати з прокатних або гнутих профілів суцільного перерізу; забороняється застосовувати складові елементи;

–з метою запобігання щілинної корозії застосування односторонніх і преривичастих швів не допускається;

–при конструюванні вузлів сполучення елементів слід уникати освіти закритих полостей і щілин.

Розрахунок несучих конструкцій витяжних башт градирен виконують на вплив навантажень від власної ваги огороджувальних і несучих конструкцій і навантажень від вітру. Крім того, при розрахунках необхідно ураховувати навантаження від снігу і ожеледі, дія яких можлива при перервах в роботі градирни.

Вітрове навантаження на башту градирні визначають як суму статичної і динамічної складових вітрового натиску:

де w0– нормативний вітровий тиск; kz – коефіцієнт, що ураховує зміну вітрового тиску по висоті; з — аеродинамічний коефіцієнт, що змінюється по периметру; – коефіцієнт, що ураховує динамічну складову вітрового натиску на каркасно-обшивної башти, приймається рівним 1,3 для башт висотою до 90 м і 1,4 для башт заввишки 90... 150 м.

Експлуатація баштових градирен показала, що при похилому до горизонту напрямі вітру верхня частина внутрішньої поверхні баш

Рис. 13.7. Епюри розподілу аеродинамічного коефіцієнта з по напівпериметру

башти:

1 — для каркасно-обшивної пірамідальної восьмигранної форми; 2 — ту ж, для дванадцятигранної;

3—те ж, для гладкої циліндричної, конічної і гіперболічної форм Статичний розрахунок градирні на дію вітрового навантаження необхідно виконувати з

урахуванням просторової роботи каркаса витяжної башти. Для цього можна використати, наприклад, прикладні програми «ЛІРА», «МІРАЖ» і ін.

На рис. 19 показана конструктивна, а на рис. 20 – розрахункова схеми каркаса баштової градирні з площею зрошування 1600 м2. Каркас башти представляє собою просторову гратчасту систему, що складається з 12-ти граней, з'єднаних по висоті п'ятьма горизонтальними гратчастими кільцями жорсткості. Кільця жорсткостісприяють більш рівномірному розподілу вітрового навантаження, яке діє на окремі грані і, таким чином, забезпечують ефект просторової роботи.

75

РОЗДІЛ 5. ПРОЕКТУВАННЯ КОНСТРУКЦІЙ ВКІСНИХ

ШАХТНИХ КОПРІВ

(автор к.т.н., доц. В.М. Кущенко.)

Лекція 1.

1. Основні відомості про шахтні копри і підйомні установки

Шахтні підйомні установки є частиною системи шахтного транспорту і забезпечують комунікацію між гірничими виробками і шахтною поверхнею. Шахтна підйомна установка складається з підйомної машини, підйомних канатів з навішеними на них підйомними посудинами, направляючих шківів; шахтного копра зі встановленими на ньому направляючими шківами і завантажувально-розвантажувальних пристроїв. Шахтні копри в системі шахтного підйому є гірничотехнічними спорудами і виконують наступні функції:

забезпечують необхідну висоту положення направляючих шківів, і сприймають навантаження від натягнення підйомних канатів;

є конструктивним продовженням стовбура на шахтній поверхні (верстат копра), необхідним для забезпечення розвантаження підйомних посудин і забезпечення необхідної за правилами безпеки висоти «перепідйому».

Будучи конструктивним продовженням стовбура на шахтній поверхні, шахтний копер так само є елементом системи вентиляції гірничих виробок. Якщо стовбур обладнаний вентиляційною установкою, верстат шахтного копра повинен бути герметичним по відношенню до активного повітряного струменя, при цьому обшивка копра сприймає депресію або компресію 400…800 кгс/м2, у ряді випадків необхідна герметизація верстатів копрів на повітряноподавальних стовбурах, тому що зимовий період для запобігання обмерзання стовбурів повітря, що подається в шахту, необхідно підігрівати напірними або безнапірними калориферами, при цьому можлива величина компресії складає 50…100кгс/ м2.

На даний час більшість шахт Донецького вугільного басейну досягла або перевищила термін капітальності основних фондів (40 років), у зв'язку з цим значна частина шахтних копрів вимагає посилення або реконструкції основних несучих конструкцій. У зв'язку з цим існує проблема вибору раціональних конструктивних форм шахтних копрів, стійких по відношенню до агресивних впливів і дозволяючих здійснювати монтаж без значних простоїв шахтної підйомної установки. Висока відповідальність шахтних копрів вимагає ефективної організації нагляду і технічного обслуговування в процесі експлуатації. При цьому на даний час існує проблема технічного огляду всіх копров Донецького вугільного басейну з метою визначення реєстру аварійно небезпечних об'єктів. Для вирішення цієї проблеми необхідна система технічного нагляду, направлена на оперативне виявлення аварійних станів конструкцій шахтних копрів. Разом з цим необхідно відзначити умовний характер методів розрахунку, що склалися, шахтних копрів на особливі навантаження від розриву підйомного каната. Унаслідок недоліків методів розрахунку конструктивна схема споруди може не відповідати дійсному розподілу внутрішніх зусиль, що може служити причиною недостатньої надійності зновопроектованих споруд, а також причиною недостовірної оцінки безпеки експлуатації копрів з дефектами і пошкодженнями.

Дана робота присвячена питанням проектування, посиленняю і реконструкції шахтних копрів з урахуванням чинників фізичного зносу і уточнення навантажень і методів розрахунку.

77

В книзі так само наведена методологія організації нагляду і технічного обслуговування шахтних копрів.

2.Основні відомості про шахтні підйомні установки. Принципові схеми шахтних підйомних установок

Шахтні підйомні установки складаються з гірничо-механічного устаткування і гірничотехнічних споруд. До гірничо-механічного устаткування відносяться: підйомні машини, підйомні судини, парашутні пристрої, підйомні канати, розвантажувальні і завантажувальні пристрої. До гірничотехнічних споруд відносяться:

приствольний бункер і завантажувальні пристрої, розташовані в приствольному дворі;

стовбур шахти з розташованим в ньому армуванням (складається з розстрілів і направляючих провідників для підйомних посудин);

надшахтні споруди, що включають: копер; приймальний бункер для розвантаження підйомних посудин; або надшахтна будівля з приймальними майданчиками і відкотними

шляхами (для неперекидних клітей).

На мал. 1 представлені характерні схеми підйомних установок для вертикальних стовбурів. Безпосередньо над стовбуром на поікопровій рамі розташовується шахтний копер 1, у верхній частині копра (на підшкивних конструкціях) встановлені направляючі шківи 2, через які навішені підйомні канати 3 з підйомними посудинами 4. Підйом і спуск підйомних посудин здійснюється підйомною машиною 5, розташованій в окремій будівлі (будівля підйомної машини). При обертанні барабана підйомної машини один канат навивається на нього, піднімаючи кліть з шахти, а інший звивається, опускаючи другу кліть в шахту. Підйомні посудини одночасно завантажуються в шахті і розвантажуються на поверхнів завантажувальному і розвантажувальному пристроях.

Шахтні підйомні установки розрізняють за наступними ознаками:

за кількістю підйомних машин - однопідйомні і двопідйомні;

за типом підйомних судин - кліті, скіпові і змішані (підйоми клітей використовують для транспортування людей і вантажів, скіпові - для транспортування корисних копалин);

за типом підйомних машин розрізняють такі типи підйомних машин наземного базування: барабанні, біциліндроконічні, з шківом тертя, багатоканатні (в даній лекції розглядаються копри підйомних установок з машинами наземного базування, тобто копри вкісного типу);

за типом стовбура,

стовбур може бути вертикальним або похилим (в даній лекції розглядаються копри над вертикальними стовбурами).

Технічні характеристики основних типів підйомних машин наведені в табл.1.

Підйомні машини з циліндричним барабаном можуть бути однобарабанні і двохбарабанні. Направляючі шківи на голівці копра можуть розташовуватися в одному рівні (див. рис.2,а), в двох рівнях (один над одим), див. рис. 2,б.

Підйомні машини з біциліндроконічним барабаном застосовують для глибоких шахт. Для цих машин є характерним зміна протягом одного циклу роботи радіуса навивання і кута нахилу вітки підйомного каната.

78

В процесі навивання підйомного каната на барабан підйомної машини відбувається його відхилення від площини направляючого шківа, кут цього відхилення називається кутом девіації (див. рис.2,в). Відповідно до вимог правил безпеки кут девіації не повинен перевищувати 10 30' (для машин БЦК граничне значення кута девіації 20).-

При використовуванні підйомних машин з шківом тертя або багатоканатних підйомних машин з наземним базуванням, копрові шківи розташовуються в двох рівнях (один над одним) (див. рис.2,б).

Технологічний цикл роботи шахтної підйомної установки полягає в наступному:

завантаження підйомних посудин;

розгін до номінальної швидкості руху (стадія рівноприскореного руху);

рівномірний рух з номінальною швидкістю;

уповільнення руху (стадія гальмування);

зупинка і розвантаження (для клітей) для скипів розвантаження здійснюється в процесі руху в розвантажувальних кривих з подальшою зупинкою.

Т.ч. в процесі роботи підйомної установки змінюється швидкість руху підйомних

посудин, характер зміни швидкості визначається за тахограмою підйому. Основні види тахограм підйому наведені на рис.3. Максимальне прискорення або уповільнення руху підйомних судин відповідно до вимог правил безпеки складає 1,5 м/с2.

79

Лекція 2.

1.Основні відомості про горно-механічне устаткування,

необхідне для проектування копрів

Компонувальні розміри і конструктивна схема шахтного копра залежать від наступного горно-механічного устаткування шахтної підйомної установки:

підйомних посудин і розвантажувального пристрою;

підйомного каната;

підйомної машини;

напрямних шківів;

системи шахтного парашута.

Підйомні посудини і їхні технічні характеристики

Розрізняють наступні різновиди підйомних посудин: бадді; кліті і скипи. Бадді (див. рис.4,а) в основному застосовують при проходці стовбурів.

При виборі типу підйомної посудини для головного (вантажного) стовбура перевага віддається скипам, завдяки більшій продуктивності операцій завантаження і розвантаження і меншим енергетичним витратам. Вага скипа приблизно дорівнює вазі корисної копалини, що піднімається, вага корисного вантажу в кліті складає біля третини ваги кліті та вагонеток.

Кліті (див. рис.4,б) застосовують для людських і грузо-людських підйомів. Клітями здійснюєтьсяться транспортування людей і матеріалів. Матеріали і корисні копалини в клітях транспортуються у вагонетках. За способом розвантаження розрізняють кліті перекидні (в теперішній час застосовуються рідко) і з откаткою. Під час откатки, для завантаження або розвантаження кліть встановлюють на посадочний пристрій (кулаки) або сполучають відмітку рейок в кліті з відміткою рейок зовнішнього відкотного шляху за допомогою хитних площадок.

Кліті можуть бути одноабо двоповерховими, в окремих випадках кліть може бути триповерховою.

У скипах (див. мал. 4,в) корисні копалини транспортуються без вагонеток. Розвантаження скипів здійснюється в розвантажувальних кривих через секторний затвор або з відхиленням і донним розвантаженням (цей спосіб розвантаження в теперішній час застосовують рідко).

Для проектування копра необхідні дані про вагу підйомної посудини з причіпним пристроєм, вага корисного вантажу, поперечні розміри з прив'язками до осей направляючих провідників, компонувальні розміри по вертикалі.

Підйомні канати

Для шахтних підйомних установок застосовують два види підйомних канатів відкритої з органічним осердям- і закритої конструкції із сталевим осердям. В теперішній час для стаціонарних підйомних установок головним чином застосовують канати відкритої конструкції з органічним осердям. Канати закритої конструкції зі сталевим осердям іноді застосовують під час проходження шахтних стовбурів.

80