f7c5bdfbe0c3aff8df20ce3ee693687b
.pdf11.1.2 На период строительства шахты
1 В период проходки стволов и других выработок при их сооружении от одиночного ствола применяется совмещенная вентиляторно-
воздухонагревательная установка. В проекте должно быть технико-
экономическое обоснование принятого типа установки.
2 Воздухонагревательная установка должна обеспечить подогрев возду-
ха, поступающего в ствол, на уровне нулевой отметки до температуры не ниже
+2°С. При проходке стволов в зоне многолетней мерзлоты температура подог-
рева воздуха в зимнее время устанавливается главным инженером шахты (шах-
тостроительного управления) по согласованию с региональной службой Рос-
технадзора.
3 Для проектирования воздухонагревательной установки необходимо принимать расход воздуха равный подаче вентилятора, определенной для само-
го трудного периода проветривания, когда требуется максимальный расход воздуха.
Если в различные периоды проветривания используются вентиляторы,
отличающиеся типоразмером и подачей, то воздухонагревательные установки должны проектироваться в привязке к этим вентиляторам. Рекомендуемая схе-
ма расположения воздухонагревателя и вентилятора в установке представлена на рисунке 11.3. Согласно этой схеме в воздухонагревательной секции подогре-
вается только часть наружного воздуха, поступающего к вентилятору.
4 В качестве теплоносителя для подогрева воздуха в воздухонагревате-
лях рекомендуется принимать насыщенный пар. На случай отключения систе-
мы воздухонагревателей от теплоносителя в конструкции воздухонагреватель-
ной установки должна быть предусмотрена возможность немедленного спуска конденсата.
5 Для воздухонагревательных установок должны применяться только стандартные воздухонагреватели.
6 Холодный воздух в здание вентиляторно-воздухонагревательной уста-
новки должен поступать через проемы, расположенные в стенах здания на вы-
соте не менее 2 м от уровня земли.
7В целях предупреждения охлаждения теплого воздуха, идущего по трубопроводу в ствол, трубопровод от здания до ствола должен покрываться теплоизолирующим материалом.
8Проектом и инструкцией по эксплуатации воздухонагревательной ус-
тановки должны быть предусмотрены устройства и аппаратура для регулирова-
ния температуры:
поступающего в ствол воздуха в пределах 2-5°С;
конденсата в пределах 40-70°С.
9 Каждая воздухонагревательная установка должна иметь аппаратуру контроля:
давления пара на входе в воздухонагревательную установку;
температуры конденсата на выходе из каждой воздухонагревательной секции с ее регистрацией;
температуры наружного (холодного) воздуха с ее регистрацией;
температуры воздуха после каждой воздухонагревательной секции;
температуры поступающего в ствол подогретого воздуха с ее регистраци-
ей;
потерь давления на всасывающей и нагнетательной стороне вентилятор-
ной установки;
давления пара на конденсатосборнике каждой воздухонагревательной секции.
11.2 Методика проектирования шахтных безвентиляторных и
вентиляторных воздухонагревательных установок
Проектом должно быть определено число воздухонагревателей и их наи-
более целесообразное расположение в установке, обеспечивающее требуемую теплопроизводительность при любых температурах наружного воздуха.
Исходными данными для выполнения теплотехнических расчетов являются:
расход воздуха для шахты;
температура наружного воздуха;
температура поступающего в шахту подогретого воздуха;
вид теплоносителя и его параметры;
тип и номер воздухонагревателей, принимаемых для монтажа установки.
В зависимости от принятых типа и номера воздухонагревателей, вида те-
плоносителя и габаритов здания намечается схема группы воздухонагревате-
лей: число воздухонагревателей в группе, расположение их по высоте, число рядов воздухонагревателей по ходу воздушной струи и схема подключения воздухонагревателей с теплоносителем.
Воздухонагревательная установка должна состоять из одинаковых групп воздухонагревателей, расположенных параллельно теплоносителю.
При такой схеме подключения температуры воздуха и теплоносителя на входе в воздухонагреватели всех групп и выходе из них будут одинаковыми.
Поэтому методика расчета безвентиляторной и вентиляторной воздухо-
нагревательных установок сводится к теплотехническому расчету группы воз-
духонагревателей при теплоносителе - воде.
Расчет принятой группы воздухонагревателей производится в следующей последовательности.
1 Задаются значениями массовой скорости воздуха во фронтальном се-
чении V в и скорости движения воды в трубках воздухонагревателя. Массовая скорость воздуха принимается в пределах 3,6-5,0 кг/(м2 ∙с), а скорость движения воды в трубках Vвд = 0,3-0,8 м/с.
2 В зависимости от принятых типа воздухонагревателя и значений V в и
Vвд определяется значение Бк = Ак∙kтп/V в, где Ак.- показатель, характеризую-
щий тип воздухонагревателя; kтп - коэффициент теплопередачи для многоряд-
ных по ходу воздуха воздухонагревательных групп.
Показатель Ак может быть принят по таблице 11.1 или определен по фор-
муле
Ak |
1 |
|
F |
(11.1) |
|
|
|
|
|
||
2010 |
|
f |
в |
||
|
|
|
где F - площадь поверхности теплообмена с воздушной стороны воздухо-
нагревателя, м2 ;
fв - фронтальное сечение воздухонагревателя для прохода воздуха, м2 .
Коэффициент kтп может быть определен по соответствующим формулам таблицы 11.1.
Таблица 11.1 – Технические данные воздухонагревателей
Обозначение возду- |
Показатели |
|
|
|
Номер воздухонагревателя |
|
|
||
хонагревателей |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
||||||||
КСк 3-02ХЛ3А |
F, м2 |
13,26 |
16,34 |
|
19,42 |
22,50 |
28,66 |
83,12 |
125 |
|
fв, м2 |
0,267 |
0,329 |
|
0,392 |
0,455 |
0,581 |
1,66 |
2,4 |
|
fт, м2 |
0,000846 |
0,000846 |
|
0,000846 |
0,000846 |
0,000846 |
0,002576 |
0,03 |
|
fп, м2 |
0,001006 |
0,001006 |
|
0,001006 |
0,001006 |
0,001006 |
0,002205 |
0,002 |
|
Ак |
0,025 |
0,025 |
|
0,025 |
0,025 |
0,025 |
0,025 |
0,0 |
|
Вк∙104 |
780 |
960 |
|
1144 |
1328 |
1696 |
1592 |
158 |
|
Ктп = 26,2 (V в) 0,44 Vвд 0,17, |
h1 = 5,765 (V в) 1,832 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КСк 4-02ХЛ3А |
F, м2 |
17,42 |
21,47 |
|
25,52 |
29,57 |
37,68 |
110,05 |
166 |
|
fв, м2 |
0,267 |
0,329 |
|
0,392 |
0,455 |
0,581 |
1,660 |
2,4 |
|
fт, м2 |
0,001113 |
0,001113 |
|
0,001113 |
0,001113 |
0,001113 |
0,003412 |
0,005 |
|
fп, м2 |
0,001006 |
0,001006 |
|
0,001006 |
0,001006 |
0,001006 |
0,002205 |
0,002 |
|
Ак |
0,033 |
0,033 |
|
0,033 |
0,033 |
0,033 |
0,033 |
0,0 |
|
Вк∙104 |
592 |
730 |
|
870 |
1010 |
1289 |
1202 |
119 |
|
Ктп = 22,8 (V в) 0,50 Vвд 0,158, |
h1 = 8,435 (V в) 1,705 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КВСБ-ПУ3 |
F, м2 |
12,92 |
15,92 |
|
18,96 |
22,02 |
28,11 |
80,3 |
120 |
|
fв, м2 |
0,267 |
0,329 |
|
0,392 |
0,455 |
0,581 |
1,660 |
2,4 |
|
fт, м2 |
0,00087 |
0,00087 |
|
0,00037 |
0,00087 |
0,00087 |
0,00261 |
0,00 |
|
fп, м2 |
0,00101 |
0,00101 |
|
0,00101 |
0,00101 |
0,00101 |
0,00221 |
0,00 |
|
Ак |
0,024 |
0,024 |
|
0,024 |
0,024 |
0,024 |
0,024 |
0,0 |
|
Вк∙104 |
758 |
954 |
|
1113 |
1292 |
1650 |
1570 |
136 |
|
Ктп = 23,05 (V в) 0,35 Vвд 0,13, |
h1 = 5,98 (V в) 1,525 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КВББ-ПУ3 |
F, м2 |
17,22 |
21,22 |
|
25,29 |
29,34 |
37,48 |
107,08 |
160 |
|
fв, м2 |
0,267 |
0,329 |
|
0,392 |
0,455 |
0,581 |
1,660 |
2,4 |
|
fт, м2 |
0,00116 |
0,00116 |
|
0,00116 |
0,00116 |
0,00116 |
0,00348 |
0,00 |
|
fп, м2 |
0,00101 |
0,00101 |
|
0,00101 |
0,00101 |
0,00101 |
0,00221 |
0,00 |
|
Ак |
0,032 |
0,032 |
|
0,032 |
0,032 |
0,032 |
0,032 |
0,0 |
|
Вк∙104 |
568 |
700 |
|
835 |
969 |
1237 |
1178 |
103 |
|
Ктп = 21,85 (V в) 0,35 Vвд 0,13, |
h1 = 8,27 (V в) 1,525 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В таблице дополнительно введены следующие обозначения: fт - площадь сечения прохода теплоносителя, м2 ,
fп - площадь сечения патрубка, м2;
h1 - депрессия воздухонагревателя, Па. Вк = 2,47∙10-4 fв/fт.
Примечание – Технические данные новых модификаций воздухонагревателей берутся
по таблицам, помещенным в соответствующих справочниках.
3 Определяются значения параметров σ1 и |
1 для одного воздухонагрева- |
|||
теля в группе по формулам: |
|
|
|
|
|
Bk |
V в |
|
(11.2) |
1 |
Vвд |
|||
|
|
|
где Вк - показатель, характеризующий номер и тип воздухонагревателя;
принимается по таблице 11.1;
a1 |
2Бк |
|
(11.3) |
||
1 Бк |
(1 |
1 ) |
|||
|
|
При теплоносителе - паре для многорядных по ходу воздушной струи воздухонагревательных групп
|
|
a1 |
|
|
|
2Бк |
|
(11.4) |
||
|
|
1 |
Бк |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
4 Определяются значения σр и |
р для одного ряда воздухонагревателей |
|||||||||
|
р |
|
Пк.р.п |
1 |
|
(11.5) |
||||
1 |
(1 a |
1 |
1 |
) Пк . р . п |
(11.6) |
|||||
a p |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
где nк.р.п - число воздухонагревателей в одном ряду, |
последовательно |
подключенных по ходу теплоносителя.
При теплоносителе - паре:
1 |
р 0;a1 |
aр |
5 Проверяется степень нагрева воздуха |
р в ряду и степень охлаждения |
теплоносителя р σр.
При однорядном расположении воздухонагревателей величина ау=ар должна быть больше указанной в таблице 11.2, а ау σу должна находиться в пределах указанных в таблице 11.2.
Если значение ау будет меньше указанного в таблице 11.2, то это означа-
ет, что массовая скорость воздуха V в принята слишком высокой.
В случае, когда ау σу не входит в пределы, указанные в таблице 11.2, сле-
дует изменять скорость воды в трубках воздухонагревателя Vвд .
6 При двухрядном расположении воздухонагревателей определяются зна-
чения σу и ау для всей группы по соответствующим формулам, приведенным в таблице 11.3. Значение ау должно быть больше указанного в таблице 11.2, ау σу
должно находиться в пределах указанных в таблице 11.2.
Производится проверка, аналогичная указанной в п.5.
Таблица 11.2 – Основные расчетные параметры воздухонагревательных уста-
новок
|
|
|
|
Расчетные показатели для бас- |
||
|
Показатели |
|
сейнов |
|||
|
|
|
|
Донецкого |
|
Кузнецкого |
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
Расчетная температура наружного воздуха tв.н, С |
-36 |
|
-50 |
|||
Плотность воздуха |
в.н , кг/м |
3 |
|
1,48 |
|
1,58 |
|
|
|
|
|
||
Плотность воздуха |
в+30 , кг/м |
3 |
1,15 |
|
1,15 |
|
|
|
|
|
|||
На выходе из воздухонагревателей при tв.к.≈ +30 С |
|
|
|
|||
Минимальные значения степени нагрева воздуха ау: |
|
|
|
|||
При параметрах теплоносителя: |
|
|
|
|||
150-70 С |
|
|
|
0,22 |
|
0,28 |
130-70 С |
|
|
|
0,25 |
|
0,31 |
При теплоносителе – паре с tт.п = 143 С |
0,23 |
|
0,29 |
|||
Пределы значений степени охлаждения воды ауσу при па- |
|
|
|
|||
раметрах |
|
|
|
|
|
|
150-70 С |
|
|
|
0,43-0,48 |
|
0,40-0,45 |
130-70 С |
|
|
|
0,38-0,42 |
|
0,33-0,39 |
Удельный расход тепла на нагрев воздуха, поступающего |
49000 |
|
67000 |
|||
в шахту, qуд, Вт∙с/м3 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 11.3 – Формулы для расчета многорядных воздухонагревательных ус-
тановок
Тепло- |
Схема соединения |
Параметры всей установки, |
Параметры ряда, если из- |
носитель |
рядов воздухонагре- |
если известны параметры ряда |
вестны параметры уста- |
|
вателей по теплоно- |
|
новки |
|
сителю |
|
|
Горячая |
Последовательно- |
σу = σр |
σр = σу |
вода |
прямоточная |
|
|
|
|
|
|
|
1 1 a p 1 |
|
|
nкл |
|
|
1 |
nкл 1 a y 1 |
|
|||||||||
|
|
|
a |
|
|
p |
|
a p |
y |
|||||||||||||
|
|
|
у |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у |
|
||
|
Последовательно- |
σу = σр |
|
|
|
|
|
|
|
σр = σу |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
противоточная |
при |
|
|
|
|
1 |
a |
|
|
n |
кл |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
a y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
σ ≠ 1 |
|
|
|
|
1 |
p |
|
p |
|
|
|
1 |
|
n кл |
|
|
y |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
a y |
|
|||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
p |
|
|
a p |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
1 |
a y |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
a p |
|
кл |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
n |
y |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у |
|
кл |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
a y |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
a p |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Последовательно- |
σу = σр |
a y |
|
|
a p n кл |
|
σр = σу |
|
|
a |
|
|
|
||||||||
|
противоточная |
при |
1 |
а р |
n кл |
1 |
a |
|
|
|
|
y |
|
|
||||||||
|
σ = 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
p |
n кл |
|
а у |
|
n кл |
1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Параллельная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σр |
|
|
= |
|
|
|
σуnкл |
||
|
|
|
|
|
|
p |
а у |
|
1 1 а р |
nкл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
y |
nкл |
|
a |
p |
1 |
nкл 1 a |
y |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пар |
Параллельная |
|
— а у |
1 |
(1 |
|
а р )nкл |
|
— а р |
1 |
|
nкл 1 |
а у |
|||||||||
Здесь nкл – число рядов воздухонагревателей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 Определяются конечные температуры воздуха tв.к и теплоносителя tт.к по формулам:
tв.к |
a y (t т.н |
tв.н ) |
tв..н |
(11.7) |
t т.к |
t т.н a у |
у (t т.н |
tв.н ) |
(11.8) |
где tт.н, tв.н - соответственно начальная температура теплоносителя и воз-
духа, °С.
При однорядной группе воздухонагревателей а = ар , σ = σр; при многорядной группе а = ау σ = σу.
8 Определяется массовый расход воздуха Q1 (кг/с) в воздухонагревателях
по формуле |
|
Q1 V в f в n к.р |
(11.9) |
где fв - фронтальное сечение для прохода воздуха, м2; |
принимается по |
таблице 11.1; |
|
nк.р - число воздухонагревателей в одном ряду.
9 Определяется расход тепла G (Вт), переданного воздуху в группе воз-
духонагревателей
G 0,279 3600 Q1 (tв.к tв.н ) |
(11.10) |
||||
10 Рассчитывается расход теплоносителя |
qт (м3/ч), проходящего через |
||||
каждый воздухонагреватель |
|
|
|
|
|
g |
|
0,86Gnк.р.п |
(11.11) |
||
т |
|
|
|||
1000(t т.н |
t т.к )n к.р n кп |
||||
|
|
|
где nк.п- число рядов воздухонагревателей.
11 Определяется скорость теплоносителя-воды в трубках воздухонагревателей Vв.д (м/с)
Vвд |
qт |
|
(11.12) |
3600f |
|
||
|
т |
где fт - берется по таблице 11.1.
12 Рассчитывается требуемая площадь поверхности теплообмена возду-
хонагревательной установки Fтр (м2)
|
|
Fтр |
|
G |
|
(11.13) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
k |
тп |
t |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
t т.н |
t т.к |
|
|
t |
в.н t |
в.к |
(11.14) |
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
13 Отклонение фактической поверхности теплообмена от требуемой воз-
духонагревательной установки должно удовлетворять условию (в процентах)
10 |
Fф Fтр |
100 20 |
(11.15) |
|
|||
|
Fтр |
|
где Fф - фактическая поверхность теплообмена с воздушной стороны,
равная сумме поверхностей теплообмена F установленных воздухонагревате-
лей;
F - принимается по таблице 11.1.
Если условие (11.15) не выполняется, необходимо заменить номер возду-
хонагревателя или его тип, и расчет повторяют, начиная с п.2. 14 Определяется депрессия hк (даПа) воздухонагревателей
h k 1,2n к.п h1 |
(11.16) |
где 1,2 - коэффициент резерва;
h1 - потеря депрессии в одном воздухонагревателе, даПа; вычисляется по формуле, приведенной в таблице 11.1.
Потеря давления теплоносителя
|
hт. у 1,1nк. р.п kx h1 |
(11.17) |
где |
1,1 - коэффициент резерва; |
|
kх |
- коэффициент, учитывающий влияние числа ходов в многоходовых |
воздухонагревателях; принимается по таблице 11.4;
h/1 - сопротивление одного воздухонагревателя проходу теплоносителя;
определяется по номограмме (рисунок 11.6).
h1, daПа
8000
5000
3000
2000
1000
780
500
300
200
100
80
50
30
20
10
8
5
3
2
25
32
38
50
63
d=75
1 |
2 |
3 |
4 5 6 7 8 9 10 12 Q, м3/ч |
Рисунок 11.6 - Номограмма для определения сопротивления проходу воды одноходовых воздухонагревателей в зависимости от диаметра патрубка и расхода воды
Таблица 11.4 - Коэффициент учета влияния числа ходов в многоходовых
воздухонагревателях на величину их гидравлического сопротивления
Число ходов в |
kх |
Число ходов в |
kх |
|
воздухонагревателе |
воздухонагревателе |
|||
|
|
|||
1 |
1,0 |
7 |
4,7 |
|
2 |
1,5 |
8 |
5,4 |
|
3 |
2,0 |
9 |
6,1 |
|
4 |
2,7 |
10 |
6,8 |
|
5 |
3,4 |
11 |
7,5 |
|
6 |
4,1 |
12 |
8,2 |
15 Определяется площадь сечения проемов S/х, (м2) для прохода холодно-
го воздуха
|
Sx |
Q1 |
(11.18) |
|
в.п v m ax |
||
|
|
|
|
где γв.н - |
плотность воздуха при расчетной температуре холодного воздуха, |
||
кг/м3; принимается по таблице 11.2; |
|
||
Vmax |
- допустимая максимальная скорость поступающего холодного воз- |
духа в проемах воздухонагревательной установки, м/с; Vmax = 3-4 м/с.
16 Рассчитывается площадь сечения проемов S/r (м2) для прохода нагре-
того воздуха
Sr |
Q1 |
(11.19) |
||
в. 30 |
vm ax |
|||
|
|
где γв+30° - плотность нагретого воздуха, кг/м3, принимается по таблице
11.2;
V/max - допустимая максимальная скорость в проемах для прохода нагретого воздуха в камеру смешения, м/с; V/max = 8-10 м/с.
17 Определяется удельный qуд (Вт∙с/м3) расход тепла на нагрев 1 м3/с по-
ступающего в шахту воздуха
qу д 0,279 в 2 (tсм tв.н )3600 |
(11.20) |