第三篇矿山压气设备选型设计.docx

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第三篇矿山压气设备选型设计

第三篇压缩空气站设备的选型设计

第一章概述

一、矿山压气设备在煤矿生产中的地位及作用

（自己看书往里填内容）

二、矿山压气设备选型的依据和任务

煤矿压气设备选型设计的原则是必须在矿井整个服务期间内，供给输送距离最远、用风量最多的工作面足够数量和压力的压缩空气，同时要求设备的初期投资和运转期间内运转费用最低。

选型设计的必要资料：

（自己调研后填全）

（1）全矿风动机械及管网配置图，主要包括：

机修厂、井口、井底车场及各工作面每班使用风动工具的型号、台数，并列出表格。

（2）各段管路的长度，管网全长，最远采区距离。

对于改扩建矿井，还要了解原设备的状态、型号、机房结构及可利用的情况。

选型设计的主要任务：

（1）选择压缩机的型号、台数。

（2）选择各段输气管道的直径。

（3）计算主要经济技术指标。

（4）绘制压缩空气站布置图。

《煤炭工业矿井设计规范》规定：

选择压缩空气站位置宜靠近用风负荷中心。

压缩空气站的集中或分散、井上或井下设置，应根据实际需要通过技术经济比较后确定。

压缩空气站设备选择应符合下列规定：

（1）在地面集中设置空气压缩机的数量不宜超过5台。

（2）低瓦斯矿井中，送气距离较远时，可在井下主要运输巷道附近新鲜风流通过处，设置压缩空气站，但每台空气压缩机的能力不宜大于20m3／min，数量不宜超过3台。

（3）压缩空气站内宜设l台备用空气压缩机；当分散设置的压缩空气站之间有管道连接时，应统一设置备用空气压缩机。

（4）井下压缩空气站的固定式空气压缩机和储气罐，必须分设在2个硐室内。

第二章空气压缩机的选型

一、空气压缩机供气量的计算

供气量的确定，应以全矿各班生产中所需耗气量最大班次作为计算依据。

同时考虑到矿井使用风动工具在工作过程中不连续性，负荷波动性比较大的因素，要在实践中不断总结经验，进行负荷分析，了解不同单位使用风动工具的规律性，考虑管路漏气、机具磨损增加的耗气量以及海拔高度对供气量的影响。

因此，矿井空压机必须提供总的供气量为

　　　　　　　　　　　　　　　　（2——1）

式中α1——沿管道全长的漏风系数，应取1．10～1．20；

α1——机械磨损耗气量增加系数，应取1．10～1．15；

γ——海拔高度修正系数，当海拔高度不大于1000m时应取l，当海拔高度大于

1000m时，每增高lOOm系数应增加l％；

ni——用气量最大班次内，同型号风动机具的台数；

qi——风动机具的耗气量（表1—1），m3／min：

Ki——同型号风动机具同时工作系数（表2—2）。

使用式（2一1）时应注意，除风镐落煤工作面以外，对于掘进岩巷工作面，通常凿岩机与风镐不同时作业，故只计算凿岩机风量；对同一岩巷掘进工作面，锚喷机与凿岩机不同时作业，工作面锚喷时，一般配置两台风镐，它与锚喷机一般考虑同时作业。

表2—1煤矿常用风动机械规格（只列你选矿井中所用的风动工具，其余在表中删除掉）

风动工具名称及型号

使用压力／MPa

耗气量／

接管内径／mm

压气

水

（m3/min）

压气

水

风镐G-7型

风镐G—lO型

风镐03一ll型

混凝土喷射机HP2-5型-

手持式凿岩机Y—26型

气腿式凿岩机7655型

气腿式凿岩机YT-24型

气腿式凿岩机YT-27型

导轨式凿岩机YGP28型

导轨式凿岩机YGP35型

导轨式凿岩机YG40型

导轨式凿岩机YG80型

双向导轨式凿岩机YGPS34型

双向导轨式凿岩机YGPS42型

导轨式独立外回转凿岩机YGZ40型

导轨式独立外回转凿岩机YGZ50型

导轨式独立外回转凿岩机YGZ70型

导轨式独立外回转凿岩机YGZ90型

向上式高频凿岩机YSP44型

向上式高频凿岩机YSP45型

井下潜孔钻机100B型

露天潜孔钻机KQl50型

0.5

0.5

O．4

O．3～0.4

O．5

O．5

0.5

0.5

0.45

O．5

0.5

O．5

O．5

0.5

O．5

O．5～O．65

O．5-0.7

0.5～0.7

O．5

O．5

O．6-0.7

O．5～O．6

O．3～0.4

O．2～0.3

0.3

O．3

0.3～O．5

O．3～O．5

O．3～O．4

O．4～O．5

0.4-0.6

O．4～0.6

1

1.2

1

6

2.5

3.2

2.9

3.3

4.5

6.5

5

8.5

5

5

4.2

8.8

7

1l

4.5

5

lO～12

11

16

16

16

19

25

19

25

25

25

38

32

32

38

25

13

13

13

13

13

13

19

13

13

19

13

续表

风动工具名称及型号

使用压力／MPa

耗气量／

接管内径／mm

压气

水

（m3/min）

压气

水

露天潜孔钻机KQ200型

芝治式露天凿岩台车CT400A型

暖带凿岩台车CL一1型

襞道式凿岩台车CGZ-700型

乏动抓岩机HZ-4型

乏动抓岩机HZ-6型

气动装岩机ZCZ-26型

装运机CG一12型

爰运机C一30型

气动绞车JFH-2型

气动绞车JFH-0.5型-

晷钎机IR50型-

竣钎机2190型

嘉钎机FMl25型

锈钉机M28型

冲击式铆钉机MDGC30型-

气铲046型

车火水槽

重油炉

气砂轮S150型

气动闸门

喷浆机ZPG一Ⅱ型

喷浆机CHP-250型混凝土鼓轮式

0.5-0.7

0.5

O．5

0.60.5-0.7

O．5～O．70.45-0.7

O．5～0.7

O．5～O．7

0.45～0.6

O．60.5-0.7

0.5～0.7

O．50.5-0.6

O．5

O．5

0.5

O．15～4

0.4～O．6

20-

8

13

9

3.5～5

12～18

9

20

2.62.8

3-4

3～4

1.3

0.9

1.4

0.6

O．5

O．5

1.2

0.5～l_5

0.5～0.8

O．8

38

38～50

19

16

16

13

16

16

表2—2同时工作系数

同型号风动机具同时工作台数

≤10l

11～30

31～60

K

1.00～o．85

0.85～0.75

O．75～O．65

近年来，由于井下巷道采用锚喷支护，混凝土喷射机使用增加，其耗风量计算应考虑同类设备的同时使用率。

由于喷射机自身耗气量较大，计算时应考虑与其他风动工具的同使用率问题，应尽量避开生产使用风动工具的高峰时间在检修班内使用。

混凝土喷射机同时使用台数应符合表2—3规定。

表`2—3混凝土喷射机同时使用台数

顺序

使用台数

同时使用台数

1

≤3

1～2

2

4～7

2～3

3

8～11

3～4

为便于计算，对常用的风动工具不同台数时所需的压缩空气量，按式（2—1）计算列于表2—4中，供设计时选用。

表2—4

（列表）

二、估算空气压缩机出口的压力

根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，选择系统及管径时，应保证工作地点的压力比风动机具的额定压力大0．1MPa（一个工程大气压），同时还要考虑输气管路的压力损失、工作面软管的阻力损失，因此空压机的出口压力为：

（2—2）

式中pe——风动机具中所需最大的额定压力，MPa；

∑△p——达到设计产量时，压气管路中最远一路的压降，估算时可取每公里管长压降为0．03～0．04MPa；

0．1一《煤炭工业矿井设计规范》规定的用气地点压力高于风动工具额定压力0．1MPa。

三、选择空气压缩机的型式和台数

根据计算得出空气压缩机总的供气量和估算的出口压力，可查阅有关空气压缩机产品样本选择满足要求的空气压缩机。

（选择时要尽量做到设备投资少，压缩机站占地面积小，使用灵活性大，同时要考虑设备的供应情况等。

）

（根据全矿或分区最大供气量和所使用的压缩空气压力来选择空气压缩机。

矿用气动机械的压缩空气表压力为O．35～0．7MPa。

一般选用排气表压力为0．7～0．8MPa的空气压机。

当个别气动机械使用的压缩空气压力超过上述压力时，可采用增加空气压缩机提高局部压力的措施。

）

对于同一空气压缩机站，应尽量选用同一型号、同一制造厂的空气压缩机，以便于站房的合理布置和备品、配件的互换，有利于操作、管理和维修。

如果可选择的空气压缩机有两种及以上型号均能满足工作需要，应首先对比空气压缩机的台数、备用台数、比功率、电耗等，若尚不能确定，应进行技术经济比较后再确定。

在大、中型矿山，为了适应用气负荷的变化，站内也可配置两台能力较小的空气压缩机，以利于经济运行，但型号最好不要超过两种。

备用空气压缩机的容量一般为全站计算用气量的20％～30％，通常备用一台。

由于活塞式空气压缩机比功率小，耗电量少，易于调节排气量，故矿山固定式空气压缩机常采用活塞式。

大型矿山当同一压缩机站的最大供气量超过600m3／min时，因活塞式空气压缩机的气缸尺寸过大、质量过大，不宜采用单机排气量大于lOOm3／min的活塞式空气压缩机，可以考虑采用离心式空气压缩机。

在小型矿山或露天矿，当采用移动式空气压缩机时，除采用活塞式空气压缩机外，也常采用螺杆式或滑片式空气压缩机。

空气压缩机组的冷却方式选择，应结合机组排气量、建站位置的地形特点、水源供应、水质等综合考虑。

（只阐述最终所选的设备的型号和台数不用说明理由，或简单说明理由）

第三章压缩空气输气管的选型计算

空气压缩机输出的高压气体都是通过压气管道输送给风动机械的，因此整个压气管道也是压气设备的主要组成部分。

压气管道的选型计算包括两部分内容：

合理选择压气管道直径，计算最远一路压气管道的压力损失并校核是否满足风动机械工作压力的要求。

选择输气管路的原则：

投资少，压力损失少，确保供气的需要。

输气管路一般选用焊接钢管、螺旋焊缝钢管或无缝钢管，工作面采用橡胶软管，其长度一般小于15m。

一、输气管径的选择

《煤炭工业矿井设计规范》规定，压缩空气管道干管管径应按矿井服务年限内最远采区供气距离确定；采区管道管径可按矿井达到设计生产能力时，采区内供气最远距离计算。

每一段管径计算的依据是通过该段管的压缩空气流量，此流量的计算方法与空气压缩机所需供气量的计算一样，同时使用系数往往取较大值，常偏大地选用计算流量。

根据流体力学的压力损失，各段管径的计算式为

（3——1）

式中G——通过该管段的空气重量流量，G=60γQ，N／h；

γ——空气重度，γ=12N／m3；

Q——通过该管段的空气体积流量，m3／min；

R——空气常数，R=287（N·m）／（kg·k）；

P——管内平均绝对压力，一般为p=8．5×105Pa；

T——管内平均绝对温度，一般为T=346K；

△p——自压缩机站至工作面金属管道末端的压力损失，一般取△p=105Pa；

β——摩擦系数，

；

l0——该管段计算长度，又称选径管长，m。

将以上数据代人并化简得

（3——2）

（根据计算的管径，选取稍大于其值的标准管径，标准管径见附录四。

）

工程上一般采用查表法选取管径。

根据式（3——2）的计算，并将其结果选成标准管径，再绘制成表3——1。

表3——1

（使用表3——1时应注意干管和支管计算长度的确定：

干管是主要的输气管道，一般是指井筒、运输大巷敷设的管路，它的计算长度应以矿井服务年限内，最远采区工作面至空压机站的距离来考虑；支管是指分支管路，它的计算管长可按达到设计产量时采区工作面至空压机站的距离来考虑。

因此，计算时的输气距离不是管段的实际长度，只是供查表用的数据。

）

二、校验管路的压力损失

取最远一路管道进行验算，该管道中各管段的压力损失即；由下式计算：

（3——3）

式中：

di——该管段的标准管径，m；

li——考虑局部损失在内的该管段折算长度，li=1．15l，m；

l——该管段实际管长，m；

Qi——通过管段的空气流量，m3／min。

总压力损失△p为各管段压力之和，此最远一路管道有n段管道组成，即

（3——4）

根据《煤炭工业矿井设计规范》的要求，用风地点的供气压力要比风动机械工作压高O．1MPa，即

pH-△p≥pe+0．1（3——5）

式中：

pH——压缩机额定排气压力，MPa；

Pe——风动机械工作压力，MPa。

第四章冷却水泵及管路系统的选择

一、水冷系统

压缩空气站水冷系统分为循环供水和直流供水两种。

（具体应用时根据水源、水量、大气温度、地形等因素经过比较选定。

）

循环供水又分为位能和用泵直接加压两种。

利用位能方式，运转比较安全，一般常亏泵直接加压又有开启式和密闭式两种，常采用开启式供水。

开启式供水系统如图4——1所示。

二、冷却水泵的选择

压缩空气站一般设置3台同型号的水泵，l台将冷水送进空压机的水套及中间冷却器；一台将自空气压缩机出来的热水送人喷水池或冷却塔，另一台备用。

：

（下面的图要看懂了）

图4——1开启式循环冷却水供水系统图

1——低压缸；2一高压缸；3一中间冷却器；4一油冷却器；5一水泵；6一热水池；

7一冷水池；8一冷却塔；9一冷水管；10一热水管

1、冷却水量的计算

冷却水量可按下式计算，即

（4——1）

式中q——冷却1m3空气所需的水量，对矿用L型空压机，排气量大于10m3／min时，q=3.5～4.5L／m3，如有后冷却器，q=5.5～8L／m3；

Q——空压机的排气量，m3／min；

Z——空压机的工作台数。

2、冷却水泵所需的扬程

在循环供水系统中，水泵的扬程为

（4——2）

式中HX——水泵吸水高度，水泵轴心至最低水位的高差，m；

Hp——水泵轴心至喷嘴的标高差，m；

Hj——空压机本身冷却系统的阻力损失，一般为1.5～3.0m；

——供水管路总的阻力损失，m。

（根据压缩空气站冷却水量及所需水压，即可选择水泵，一般可选IS型水泵。

）

3、热水泵所需的扬程

（4——3）

式中Hx——排水高度，水泵轴线至喷水池喷嘴之问的垂直距离，一般取2～4m，至水塔喷嘴之间的垂直距离为4～8m；

Hb——喷嘴的工作压力水柱高度，一般为4～6m；

其余符号同前。

4、选择冷却水泵规格

根据计算的冷却水量和估算的水泵的扬程，在水泵的产品样本中，选择满足要求的冷热水泵型号，一般选用同一型号的单级离心式水泵。

三、冷却水管的选择

冷却水管的直径可按下式计算：

（4——4）

式中QW——冷却水量，m3／h；

v——管中水的流速，m／s，对吸水管v≤1m／s，排水管v=1．5～2．0m／s，回水管v=lm／s。

列表4——1

第五章空气压缩机站年电耗计

一、空气压缩机年电耗

（5——1）

E1——空气压缩机年电耗，（kW·h）／a；

K——压缩机的负荷系数，等于空气压缩机的实际排气量与空气压缩机额定排气量之比；

Z——同型号空气压缩机的工作台数，若型号不同应分别代人进行计算；

d——空气压缩机的年工作天数；

t——每天工作小时数，根据实际工作情况可按16～21h考虑；

ηc——传动效率，对于5L—40／8型以上空气压缩机，属于直联，取ηc=1；对4L—20／8型以下空气压缩机，属于皮带传动，取ηc=0．95～0．97；

ηd——电动机效率，其值可查阅电机手册或选取ηc=0．90～0．94；

ηw——电网效率，取ηw=0．95～0．97；

O．2——空气压缩机的空载功率因数；

N——每台空气压缩机的轴功率，kW。

二、冷却水泵年电耗

（5——2）

式中：

N——水泵的轴功率，kW。

其余符号含义同式（5——1）。

三、空气压缩机站的年电耗

空气压缩机站年电耗为各工作空气压缩机年电耗的总和加上冷却水泵年电耗。

（5——3）

选型示例

（同学们自己看懂了对你的设计是有帮助的）

某斜井，在距出风井口100m处设压缩机房，井口标高为+100m，输气管道布置如图所示。

井下共有5个工作面M1、M2、M3、M4、M5，各用风点每班使用的风动机械情况列于表2—3—6中。

地面等其他用风地点的耗气量较小，可忽略不计。

下面进行空气压缩机、输气管道的选择计算及主要经济指标概算。

表2—3—6班次风动工具分配表

一班

二班

三班

采区

-

风镐

G7A

凿岩机

7655

喷浆机

HP2—5

-

风镐

G7A

凿岩机

7655

喷浆机

HP2—5

-

风镐

G7A

凿岩机

7655

喷浆机

HP2—5

M1

M2

M3

M4

M5

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

1

l

1

1

1

1

1

l

2

2

2

I

1

1

l

l

l

1

1

2

2

2

1

1

1

P

l

1

合计

5

10

5

3

6

5

3

6

5

一、选择空气压缩机的型式及台数

1．空气压缩机站供气量的计算

根据矿井的原始资料和表2—3—6提供的各班次风动工具分配表，用风量最大班次为一班，根据一班使用的风动机械计算压缩机站必需的供气量，选择各系数：

压气管网全长L=12865m，α1，取1．2；

风动机械磨损使耗气量增加，α2，取1．10；

海拔高度修正系数γ取1．0；，

风镐与风钻不同时使用，应按风钻的用气量计算，风钻的台数为10台，Ki取0．85；

喷浆机使用5台，同时使用台数按3台考虑，Ki取0．60。

根据式（5—1）计算空气压缩机站的供气能力：

=1.2×1.10×1.0×（10×3.6×O.85+5×6×0.601=64.15m3／min

2．估算空气压缩机的出口压力

根据图2—3—2，最远采区距离为6.13km，本例所采用的风动机具的工作压力为：

0.50MPa，根据式（5——2）估算空气压缩机的出口压力为

=0.50+（0.03×6.13）+0.1=0.78MPa

3．选择空气压缩机的型式及台数

根据计算的空气压缩机站的供气量Q和估算空气压缩机的出口压力p，即可选择空气压缩机的型式和台数。

查阅空气压缩机产品样本，有两种方案满足要求：

一是选取LGD185／347E空气压缩机4台，3台工作，l台备用；二是选择5—40／8型空气压缩机3三．2台工作，1台备用。

最后选取哪一种方案，应进行技术经济方案比较及考虑设备供应情况后才能确定。

二、输气管径选择

根据输气管道布置图2—3—2，利用式（5——1）计算出通过各段管的自由空气量Qi。

查表，选择标准管径并列于表5——2中。

表5——2标准管径

序号

管段代号

干、支管

计算管长／m

通过自由空气量／（m3/min）

标准管径／nun

实际管长／mm

l

2

3

4

5

6

7

8

9

10

A—C

C—E

E—I

C—D

E—G

I—N

I—J

J—L

J—M

j—K

干

千

千

支

支

支

干

支

支

干

6130

6130

6130

2485

5930

2070

6130

3285

3350

6130

64.15

50.05

42.93

17.42

17.42

17.42

34.85

17.42

17.42

34.85

194×6

194×6

194×6

108×4

133×4

108×4

159×4.5

108×4

108×4

159×4.5

735

695

500

1750

4500

140

1215

140

205

2985

三、验算最远一路管道压力损失

最远一路管道是A—C—I—J—K，以节点分段，依式

计算各管段的压降分别为

；

O.737>0.6故满足要求。

由式（5——2），计算空气压缩机的出口压力p=0.5+O.1+0.063=O.663MPa

最后确定空气压缩机的出口压力为0.70MPa。

四、年电耗的计算

按方案二选择的5L一40／8型空气压缩机进行年电耗计算。

1．空气压缩机年电耗的计算

已知Z=2，k=64.15／80=0.80，N=220kW，t=21，d=360，ηc=0．95，ηd=O．90，=O．95，ηW=0.95

2．冷却水泵年电耗的计算

两台空气压缩机所需冷却水量为

QW=0．06qQZ=0.06×5.5×40×2=26.4m3／h

冷却水的压力，在入口处一般可选取12～15m，最高不超过20m，查水泵样本可选

2BA一6B型单级离心式水泵3台，轴功率N=1.57kW，则冷却水泵的年电耗为

E2=ZNtd／ηd=2×1.57×21×360/0.64=37091（kW·h）／a

3．年总电耗

E=E1+E2=3440044+37091：

3．48×10‘（kW·h）／a

设计思考题

1．正确确定压缩空气站的位置应考虑哪些因素?

2．试述空压机选型设计的原则。

3．空压机站的总供气量是依据什么参数来计算的。

4．试述压缩空气站内设备布置的原则要求。

5、空压机的理论工作循环和实际工作循环主要差别在哪里？

试用PV图分析它们对排气量和功耗的影响？

6、空压机的排气受哪些因素影响？

7、为改善空压机在运行中的效率，在维护管理中应做好哪些工作？

8、为什么矿用活塞式空压机均采用二级压缩？

与一级压缩想比有何优点？

9、活塞式空压机由哪些主要部件组成？

各部件的作用是什么？

10、选择输气管道应考虑哪些原则？

如何选择的？

11、空压机排气量需要调节的原因何在？

常用的调节方法有哪些？

12、看图说明你选的空压机的冷却系。

13、结构图纸说明空压机房设备的布置情况（看懂主要部件的位置，掌握其作用）。

14、理解设计计算中所用公式