Пример расчета вентиляторной установки

Рассчитать вентиляторную установку для шахты первой категории по газовому режиму. Требуемая производительность вентилятора Q = 300 м³/с, минимальное давление Ну.ст.min = 130 даПа =1300 Па, максимальное давление Ну.ст.max = 250 даПа =2500 Па. Срок службы установки 15 лет.

1. Выбор вентиляторной установки

Наносим точки Q, Ну.ст.min и Ну.ст.max на сводные графики областей промышленного использования вентиляторных установок и находим, что в заданных условиях проветривание шахты может обеспечить вентиляторная установка ВОД-40.

По аэродинамическим характеристикам установок определяем к. п. д. приНу.ст.min и Ну.ст.max и мощность двигателя.

Окончательно принимаем установку с двумя вентиляторами ВОД-40 при частоте вращения n = 375 об/мин., η_min = 0,63; η_mах = 0,76; N = 1000кВт.

2. Регулирование рабочих режимов установки осуще­ствляется изменением углов установки лопастей на рабочих колесах вентиля­тора.

3. Характеристики вентиляционнойсети

Постоянная сети находится из формулы ,

при минимальном давлении

при максимальном давлении

Уравнения характеристик сети при минимальном и максимальном давле­ниях:

Ну.ст.min =0,0145Q²;

Ну.ст.max = 0,0278Q².

В полученные выражения подставляем значения Q от 0 до 1,25 требуемой производительности и получаем соответствующие значения:

По полученным данным на аэродинамической характеристике вентиляторной установки ВОД-40 строим характеристики 1и 2 вентиляционной сети (рис.1).

Рисунок 1. Аэродинамическая характеристика вентилятора ВОД-40

4. Рабочие режимы. Через точки а и b заданных режимов проводим прямую линию и находим режим с ( Qc = 300 м³/с; Нс= 1950 Па) как точку пересечения линии ab с характеристикой вентилятора, соответствующей углу установки лопастей на рабочих колесах θк = 35°, т. е. углу, при котором начнется эксплуатация вентилятора (режим d).

Для построения дополнительнойхарактеристики сети, проходящей через точку с, имеем:

Нс =0,0217Q²

Ниже приведены результаты вычислений по этому уравнению:

Построенная по приведенным данным характеристика 3 вентиляционной сети позволяет установить ступени регулирования рабочих режимов установки.

На первой ступени регулирования угол установки лопастей рабочих колес равен θ₁= 35°. При этом в начале работы будет обеспечен режим d (Qd =320 м³/с; Hd = 1500 Па). При перемещении режима в точку с происходит переход на вторую ступень регулирования установкой лопастей на угол θ₂ = 40°. Начальный режим на этой ступени — точка е (Q_e= 330 м³/с; H_e = 2350 Па). Окончание работы на второй ступени регулирования — режим f (Qf =310 м³/с; Hf = 2650 Па).

При общей продолжительности работы вентиляторной установки Т = 15 лет и допущении линейности закона изменения от Ну.ст.min до Ну.ст.max устанав­ливаем продолжительность работы:

на первой ступени

года

на второй ступени

года

5. Резерв производительности вентилятора опреде­ляется режимами k ( Qk = 390 м³/с; Hk = 2300 Па) и n (Qn = 335 м³/с; Hn = 3150 Па) при характеристиках 1 и 2 вентиляционной сети и угле установки лопастей на рабочих колесах θ = 45°:

при характеристике сети 1

.

при характеристике сети 2

,

в среднем .

6. Реверсирование вентиляционной струи обеспечи­вается изменением направления вращения ротора вентилятора с одновременным поворотом лопаток промежуточного направляющего и спрямляющего аппаратов. При этом производительность вентилятора в режимах k', т' и n' равна 225, 205 и 200 м³/с, что составляет соответственно 75, 68 и 66% от заданной производи­тельности Q = 300 м³/с.

7. Мощностьдвигателя на первой ступени регулирования по режиму с

кВт

Мощностьдвигателя на второй ступени регулирования по режиму n

кВт.

При переходе на вторую ступень регулирования предусматриваетсязамена двигателя.

Для работы на первой ступени регулирования принимаем синхронныйэлек-тродвигатель СДВ-16-41-16 мощностью N= 1000кВт (1180кВА); n= 375об/мин; η_д= 0,94; cosφ = 0,9; U = 6000 В.

Коэффициент запаса мощности

.

Для работы на второй ступени регулирования принимаем синхронный элек­тродвигатель СДВ-17-39-16: N = 1600 кВт (1880 кВ-А); п = 375 об/мин; ηд = 0,946; cos φ= 0,9.

Коэффициент запаса мощности k_Д= 1,17.

8. Среднегодовой расход электроэнергии на первой ступени регулирования в диапазоне режимов d и с:

м³/с

Па

Расход энергии

,

кВт ч

Среднегодовой расход электроэнергии на второй ступени регулирования в диапазоне режимов е и f:

м³/с

Па

Расход энергии

кВт ч

9. Дистанционное управление и контроль вентиляторной установки осуществляются с помощью аппаратуры УКАВ.

10. Калориферная установка.

Расчет калориферной установки производится по общему количеству подаваемого в шахту воздуха (кг/с) определяемого по формуле

т = Q · ρ ,

где Q – объем подаваемого в шахту воздуха, м³/с;

ρ – плотность воздуха, ρ = 1,293 кг/м³.

т = 300 · 1,293=387,9 кг/с.

Количество подогреваемого воздуха (кг/с), находится по формуле:

,

где т – количество подаваемого в шахту воздуха, кг/с;

tсм – требуемая температура смеси холодного и подогретого воздуха поступаемого в шахту, по ПБ tсм = +2ºС;

tн - наружная темпе­ратура воздуха в зимнее время, -25 ºС;

t_П - темпе­ратура подогретого воздуха, +70 ºС.

кг/с.

Расход тепла при подогреве воздуха (кДж/ч) находится по формуле

где т – количество подаваемого в шахту воздуха, кг/с;

с_Р - массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении, с_Р = 1,012 кДж/(кг·К).

кДж/ч

Объем воздуха (м³/ч), подаваемый калориферным вентилято­ром при 0°С, 101,3 кПа определяется по формуле

,

ρ₀ – плотность поступаемого в калорифер воздуха, ρ₀ = 1,293 кг/м³.

м³/ч.

Объем подогретого воздуха (м³/ч), подаваемого калориферным вентилято­ром определяется по формуле

,

где V₀ - объем воздуха подаваемый калориферным вентилято­ром, м³/ч.

м³/ч.

Расход пара (кг/ч) при избыточном давлении 0,35 МПа равен Dк= 79 880 кг/ч для калориферной установки с учетом 10 % потерь в паропроводе равен

где Q_К.Т -расход тепла при подогреве воздуха, кДж/ч ;

с_В - теплоемкость воды (конденсата), с_В = 4,19 кДж/(кг·К);

t_ПАР — температура пара при 0,35Мпа 147,9;

t_СР — средняя температура воздуха в калориферах (полусумма температур наружного и по­догретого воздуха).

ºС

кг/ч.