矿山供电系统、提升系统和排水系统毕业设计.doc
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1、 资源工程系11矿机班毕业设计 题 目: 毕业设计班 级: 11矿山机电 姓 名: 学 号: 指 导 老 师: 企业指导老师: 2014年5月28前言供电系统、提升系统和排水系统是矿山安全生产的重要组成部分。提升与运输系统的设设制造涵盖了运动转换、动力传输、变速机构、铸锻件结构设计等计算机械设计与制造工艺内容。经分析,提升与运输系统的选型设计,能够比较全面的运用所学知识技能,综合应用机械设计的分析计算、结构选择、绘图技能和机械制造基础知识,对我们所学知识进行概括总结,对我们的综合应用知识能力进行一次强化训练并获得提升,都是有益的。电力是煤矿和产的主要能源,由于井下物殊的,为了减少井下自然灾害对
2、人身和设备的的危害,这就要求我们对煤矿企业采取一些物殊的电要求和管理方法供电系统的设计涵盖了负荷纺计、功率因数的补偿、变压器的选择、设计全矿供电系图等知识,对我们所学知识进行概括总结,对我们的综合应用知识能力进行一次强化训练并获得提升,都是有益的。排水系统的设计主要函盖了,水泵的选型、水泵房的地点的选择、排水管路的铺设和绘制排水系统图等知识。对我们所学知识进行概括总结,对我们的综合应用知识能力进行一次强化训练并获得提升,都是有益的。本设计以煤矿实际运输条件为依据,以训练提高综合设计能为目的,在设计中尽可能采用新的设计思想和设计方法,选择更加合理的结构的技术参数,力争提高提升与运输系统质量,降低
3、生产成本,在充分吸收学习现有的提升与运输系统设计经验的基础上,参考有关设计资料,等工具书,按照机械工程设计程序、方法和技术规范进行设计。通过此次设计,设计出具有实际要求的产品,锻炼自己调研分析、加工与整理、运用工具手册的能力,初步掌握机械工程设计程序、方法和技术规范,提高工程设计计算、理论分析、图表绘制、技术文件编写的能力。 由于初次设计,有不足之处敬请老师批评指教。目录前言2第一章 矿井概况5第二章 提升设备设计6一 斜井提升设备选择计算的原始资料6二 一次提升量的确定61 确定富裕系数和提升不均匀系数62 计算一次提升量6三 提升容器的确定71 计算矿车数73 提升容器型号、参数8四 计算
4、选择钢丝绳81 计算每米长质量82 选择钢丝绳83 验算钢丝绳安全系数84 钢丝绳型号、参数9五 计算选择提升机91 计算提升机滚筒直径92 初选提升机93 验算滚筒宽度94 验算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差10六 计算选择天轮101 计算天轮直径102 天轮型号、参数10第三章 排水系统设计12第二节 排水系统的确定13第三节 水泵的选型131、所需工作水泵最小排水能力132、水泵扬程133、选择水泵台数14第四节 管路的选择141、排水管直径的计算142、排水壁厚验算143、 吸水管径15第五节 泵房内管路布置形式的选择,绘制布置图15第六节 确定水泵工况171、排水管实际流速
5、的172、吸水管实际水流速度的计算173、管路阻力的计174、水泵吸水高度:185、水泵总扬程18第七节 绘制工况图19第八节 验算水泵扬程20第九节 验算排水时间及排水管实际流速:201、排水时间校验202、排水管中实际水流速度:203、吸水管中实际水流速度:20第十节 电动机功率验算21第十一节 排水设备的技术经济指标计算21第十二节 绘制排真空系统图并标明尺。23第四章 供电系统24第一节 全矿负荷计算25一、用电设备组的计算负荷:25二、全矿负荷计算:25三、计算各组的负荷:25四、井下低压系统:电压660V27第二节 功率因数计算29第三节 变压器的选择31第四节 导线的选择32结
6、言34参 考 资 料39第一章 矿井概况双峰县测水煤矿座落在双峰杏子铺镇双石村,距测水河五公里。该矿始建于1972年,原设计生产能力6万吨,开采方式为炮采,服务年限为30年。矿区山清水秀,景色迷人。紧邻G320国道。井口标高+200米,风井标高+250米。采用平硐和斜井复合开拓,主要开采柴煤,属于低瓦斯低涌水矿井,井下讯期最大涌水量700立方每小时。枯水期涌水量1100立方每小时。矿区地表水主要是春夏雨水季节水,井下涌水量不大。矿区无历史记录有地震。岩层稳定,煤层属于急倾斜煤层,单层构造。现已建立伪斜柔性掩护支架工作面。根据上级要求和煤矿自身发展的需要,煤矿决定将现有生产能力提高到15万吨,服
7、务年限为30年。因此煤矿对供电、排水、提升系统须进行改造。该矿有2个相同生产能力的工作面,分别设在2个采区2个采区装车站到井底车场的距离分别为L1,L2km。顺槽长度:1260m;上山长度:1000m;物料的散碎密度:850kg/m3物料中最大块度的长尺寸max,300;物料的动堆积角(20);顺槽有少量灰尘,湿度正常,大巷坡度3;大巷条件,低瓦斯矿井,大巷为进风巷道;第二章 提升设备设计一 斜井提升设备选择计算的原始资料(1)矿井年生产量:=15万吨(2)井筒斜长:Lsh =350m;(3)井筒倾角=28;(4)矿井工作制度,年工作日数:br=300天;(5)每日工作小时数:t=14h;(6
8、)采用的提升方式:双钩串车平车场;二 一次提升量的确定1 确定富裕系数和提升不均匀系数c提升不均匀系数。当矿井有两套提升设备时,c1.15;只有一套提升设备时,c1.25; 在此设计中选择提升不均匀系数为c1.25。af提升富裕系数,主井提升设备对第一水平应留有1.2的富裕系数。2 计算一次提升量式中 m一次提升量,t/次An矿井设计年产量,60000t/年;Tx估算的一次提升循环时间,s;br提升设备每年工作日数,300天;ts提升设备每天工作小时数,14h。采用平车场的双钩串车提升:式中 L提升斜长,L=Lsh+Lpc,m;Lsh斜井井筒长度,350m;Lpc井口平车场长度,即从井口至摘钩
9、地点的距离30m。vm最大提升速度,煤矿安全规程规定:vm5m/s,本次设计中取4m/s;vp平均提升速度,一般vp =(0.750.9)vm,m/s,L200m时取0.75;L600m时取上限值;此处取0.85。vpc平车场内运行速度,一般vpc1.0m/s;此处取1.0m/s。平车场摘挂钩时间, =25s。三 提升容器的确定1 计算矿车数 nc可根据一次提升量m进行计算初步确定,然后对钩头强度进行验算。一般矿车钩头强度为60000 N,nc的个数不应使矿车钩头强度超限,以保证作业安全。 取=4个式中 m一次提升量, kg;m1单个矿车的载重, kg;串车总阻力与钩头强度应满足:即:=2满足
10、条件式中 mz1单个矿车的自重,kg; m1 单个矿车的载重,kg;轨道倾角;此处为28。矿车沿轨道运行阻力系数,滚动轴承轮对取=0.010.05。此处取0.03。3 提升容器型号、参数型号:MGC1.1-6 容积:1m 装载量:1t长:2000mm 宽:880mm 高:1150mm轨距:600mm 轴距:550mm 轮距:300mm牵引高:320mm 牵引力:60KN 重量:600kg四 计算选择钢丝绳1 计算每米长质量对于斜井提升钢丝绳的计算,只要考虑到精确的倾角以及容器和钢丝绳沿斜井运行的阻力。2 选择钢丝绳 经查表选取67,直径为20.5的钢丝绳。3 验算钢丝绳安全系数式中 mp每米钢
11、丝绳的质量,kg/m;ma钢丝绳的安全系数;此处取9。Qp所愿钢丝绳所有钢丝拉断力之和;L钢丝绳的最大长度,m;钢丝绳的抗拉强度,Mpa;此处取1550Mpa。井筒倾角;1容器运行阻力系数,可取0.010.015;此处取0.01。2钢丝绳运行时与托辊和底板间的阻力系数,若钢丝绳全部支撑在托辊上,其值为0.150.20,若钢丝绳局部支撑在托辊上,其值为0.250.40;若钢丝绳全部在底板上运行,其值为0.400.60;此处取0.40。4 钢丝绳型号、参数由上可知,选取钢丝绳符合安全标准的要求,合格可用。钢丝绳型号如下:直径钢丝总断面积参考质量钢丝绳公称抗拉强度Mpa钢丝绳钢丝1400155017
12、70钢丝破断拉力总和mmKg/100mKN(不小于)20.52.0131.68125.9361.50400.50439.00五 计算选择提升机1 计算提升机滚筒直径选择提升机滚筒直径的主要原则是:使钢丝绳在滚筒上缠绕时所产生的弯曲应力不要过大,以保证提升钢丝绳具有一定的承载能力和使用寿命。根据规程:式中 D提升机卷筒直径,mm;d提升机钢丝绳直径,mm;提升机钢丝绳中最粗钢丝直径,mm。2 初选提升机所以根据上式计算出的D,查表可初选出提升机型号为。3 验算滚筒宽度单层缠绕时,滚筒宽度应满足: 式中 B滚筒宽度,mm;钢丝绳圈的缝隙,一般取23mm,本次设计中取2;n错绳圈数,取24圈,本次设
13、计中取;K缠绕层数;Dp多层缠绕时的平均缠绕半径。故由上知,单层缠绕符合要求。4 验算作用在提升机上的最大静张力和最大静张力差最大静张力验算:最大静张力差验算:5 提升机型号、参数由以上钢丝绳实际最大静张力和最大静张力差的校验可知所选提升机强度满足要求。其型号和参数如下:提升机型号:型单绳缠绕式提升机 直径:1.2m 宽度:1.0 m 钢丝绳最大静张力:170KN 两卷筒中心距:1840mm最大钢丝直径:20.5mm 提升高度(一层缠绕):340m减速比:11.5 电动机转速:不大于750r/min提升速度:不大于12m/s 两根钢丝绳最大静张力差:115KN六 计算选择天轮1 计算天轮直径根
14、据规程规定,选择天轮的直径。式中 D天轮直径,mm;d钢丝绳直径,mm。2 天轮型号、参数据此查表可选用井上型固定天轮。其基本参数为:天轮直径:1.2m 绳槽半径:11.5mm适于钢丝绳直径范围:18.520.5mm 钢丝绳破断拉力总和:661.5KN两轴承中心距:800mm 轴承中心高:200mm变位重力:5.5KN 总重力:15.12KN第三章 排水系统设计第一节 设计步骤一、确定排水系统; 二、 选择排水设备; 三、 给出指标经济核算; 四、 绘制水泵房布置图; 五、 绘制斜子管道布置图;六、 绘制管路系统图。第二节 排水系统的确定在煤矿生产中,单水平开采通常采用集中排水一级排水;两个水
15、平同时开采时,应根据矿井的具体情况进行具体分析,综合基建投资、施工、操作和维修管理等因素,经过技术和经济比较后,确定最合理的排水系统。多水平开采分一级排水或多级排水,一般采用一级排水。 第三节 水泵的选型根据煤矿安全规程的要求,必须有工作、备用和检修水泵,其中工作水泵应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70。工作和备用水泵的总排水能力,应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25。水文地质条件复杂或有突水危险的矿井,可根据具体情况,在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置,或另外
16、增加排水能力。1、所需工作水泵最小排水能力 正常涌水时 Qmin=1.2Qm 3 /h =1.2700= 840m 3 /h最大涌水时 Qmax=1.2Q m 3 /h = 1.21100=1320 m 3 /h2、水泵扬程 HB=Hg/ g=(Hp+Hx)/ g =(400+400+5)/0.92 =580.5m式中;Hg地形高度 Hp排水高度 Hx吸水高度 g管路效率,取0.92。查泵类产品样本,选择能满足Qmin 及HB 的水泵为D80-307。 该水泵的技术特征: 额定流量Q=840M3 /h,扬程 H=580.5m, 允许吸上真空度 6.2m,水泵配套电动机1250KW 3、选择水泵
17、台数 根据煤矿安全规程规定必须有工作、备用和检修的水泵,且工作和备用水泵的总能力,应能在20 小时内排出24 小时的最大涌水量。 检修水泵的能力不小于工作水泵能力的25%。 根据煤矿安全规程的规定,将水泵技术数据代入公式验算得出: 故选择2 台型水泵为备用水泵。 其技术特征为: 额定流量Q=840m 3 /h,扬程H=580.5米,效率 =80 %,允许吸上真空度 Hs=6.2m,电动机功率P=1250 KW。泵房共选择五台 D450-60/807 型水泵,其中2台工作,2台备用,一台检修。第四节 管路的选择 1、 排水管直径的计算 式中V 为经济流速一般V=1.52.2 米/秒,现取V=2
18、米/秒。根据煤矿安全规程规定,管道必须有工作和备用的,至少两趟,最多不能超过四趟,井深少于200米的用焊接钢管,井深大于200米的用无缝钢管。经查表预选325*13的无缝钢管,则dp=(325-2*13)=299mm。2、 排水管壁厚验算因此所选壁厚合适。式中 dp所选标标准管内径,mm z管材许用应力。无缝钢管z =80MPa p管内水压,考虑流动损失,作为估算p=0.011HaMPa C附加厚度。焊接钢管C=0.10.2mm3、吸水管径根据选择的排水管径,吸水管选用351*8第五节 泵房内管路布置形式的选择,绘制布置图根据泵的总台数,选用典型5泵3趟管路系统,一条管路工作二条管路备用。正常
19、涌水时,一台泵向一趟管路供水;最大涌水时,台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量,故从减少能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水,从而可知每趟管路内流量Qe等于泵的流量。管路布置参照图1-2所示的方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过三趟管路中任意一趟排水,排水管路系统图如图1-2所示。图1-2泵房管路布置图 第六节 确定水泵工况1、排水管实际流速的符合经济流速Vp=1.52.2m/s的要求 2、吸水管实际水流速度的计算符合经济流速Vx=0.81.5m/s的要求 3、管路阻力的计排水管流动阻力的损失为式中: 排水管水流沿程阻力损失系数=0.0038 Lp排水管总长度Lp=400m
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