电机车气制动改造设计.doc

1、中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 1 - 1 绪言 煤炭是我国最主要的能源。目前在我国的一次能源（水电、石油、天然气、煤炭）的构成比例中，煤炭仍占 70左右，随着我国工业、农业、交通运输业的飞速发展，要求供给更多的煤炭。因此，在今后相当长的一段时间内，煤炭作为最主要能源的地位不会改变。科学技术是第一生产力，为了适应迅速发展煤炭生产建设的需要，对特定的矿井选择一套合理可行的提升、排水、通风压气设备十分重要。 本部分要求在矿山固定机械设备选型计算中做到选型合理、计算简便、方案可行。经济运行，借以提高自己的选型设计能力，加深自己对矿山设备有关知识的了解。 为此，在本部分选型

2、设计计算中将力图遵循以下设计原则： 1、 系统运行安全可靠。 2、 技术上可行，经济上合理。 3、 尽可能采用先进技术，选择新型设备。 4、 符合煤矿安全规范、煤矿设计规范的各项要求和规定。 5、 遵守国家有关的现行技术政策。 矿井设计原始基本数据如下： 矿井设计年产量 180 万吨 矿井所需风量 70m3/s 矿井初期负压 1450Pa 矿井末期负压 2670Pa 沼气等级 低沼气 进风口与出风口标高差 +25m 进口标高 5 井底标高 580m 矿井正常涌水量 580m3 矿井最大涌水 量 1200m3/h 矿水性质 中性 矿水密度 1040Kg/m3 最大涌水量持续时间 70 天 电价

3、0.30/kwh 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 2 - 2 通风设备的选择计算 2.1 概 述 为了冲淡和排出井下的有害气体，保证井下工作人员有足够数量、符合要求的空气供呼吸，在煤矿生产中必须不间断地向井下供给大量的新鲜空气。通风设备就是向井下输送空气的设备。通风设备的好坏，不仅关系着电力消耗、生产成本，而且关系着煤矿的生产安全，因此它是矿井的关键设备，所以在通风设备的选择设计中，对于技术经济合理性，必须予以充分考虑。如果通风机停止运 转到一定时间，井下人员就要撤出，生产就要停顿，所以在通风设备的选择计算时，对其可靠性必须予以足够的重视。 2.2 主扇的计算 2.

4、2.1 主扇的计算条件 井型 180 万吨 /年 矿井总风量 Qk=70m3/s=4200m3/min=252000m3/h 矿井最小负压 Hmin=1450Pa=147mmH2O 矿井最大负压 Hmax=2670Pa=270mmH2O 井口标高 5m 井风口与出风口的标高差 25m 沼气等级 低沼气 通风方式 中央并列式（抽出式 0 2.2.2 主扇选型方 案 矿井通风选型设计的主要任务是合理选择通风机的型式、型号（叶轮直径），确定电动机的容量、型号及传动方式，确定通风机的运转工况点。矿中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 3 - 井通风设备能否连续正常运转，关系着煤矿

5、的安全生产方式，运转效率的高低影响着矿井的电力消耗及生产成本。因此矿井通风机选择设计中的基本原则就是：保证通风机运转的可靠性及技术合理性。 根据主扇选型条件，大型矿井条件以及有关通风机的技术资料，拟采用两种选择方案即： (1)、 2K58 型轴流式通风机 (2)、 2K60 型轴流式通风机 (1)2K58 型轴流式通风机 1.确定通风机必须的风量 Q(m3/s) Q=KLQK 式中： KL 设备漏风系数，依据规范第 2 133 条，当风井不作提升作用时， KL 1.1 1.15，这里取 KL 1.15； QK 矿井所需要的风量，从原始数据中查得 QK 70 m3/s Q=KLQK=70 1.1

6、5=80.5 m3/s 2.确定通风机所需得静压 Hst（ mmH2O） H st=Hmin+ h （ Pa） H st=Hmax+ h （ Pa） 式中： H st 通风容易时期必须产生的静压。（ Pa） H st 通风困难时期必须产生的 静压。（ Pa） Hmin、 Hmax 通风困难时期和容易时期的矿井负压。（ Pa） h 通风设备阻力，即除风机以外的风道和辅助装置中的风压损失，一般取 100 200Pa；若设有消声器，应将风压值增加 50 80Pa。 h=250Pa H st=1450+250=1700Pa=173.5 mmH2O H st=2670+250=2920Pa=298.0

7、mmH2O 3.预选通风机 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 4 - 根据通风机必须产生的风量和风压，分析 2K58 型轴流式风机的特性曲线图，依据 2K58 系列产品初步选型图，从 s 80为标准，最后可以确选2K58No.24 型轴流式风机较为合适，同步转速为 750r/min。 4.工况点的确定 1） 后期工况点 通风机网路阻力系数： R = H st/Q2=2920/80.52=0.451(N S2/m8) 通风网路曲线方程： Hzst R Q2=0.451 Q2 计算数据如下表所示： Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2）

8、 0 4.51 18.02 40.55 72.10 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 112.65 162.22 220.79 288.39 364.99 表 2-1 2) 前期工况点 通风机网路阻力系数： R = H st/Q2=1700/80.52=0.262(N S2/m8) 通风网路曲线方程： Hzst R Q2=0.262Q2 计算数据如下表所示： Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 2.62 10.49 23.61 41.91 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/

9、 m2） 65.58 94.44 128.54 167.89 212.49 表 2-2 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 5 - 图 2-1 2K58No.24 矿井轴流通风机性能曲线 根据上面两表格中相关计算数据，在 2K58No.24，同步转速为 750r/min的风机特性曲线上分别做出前后期的通风网路特性曲线，如 2K58 风机装置特性曲线图上所示， K、 K即为矿井通风网路特性曲线与通风机性能曲线的交点，即为通风机前后期运行工况点。 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 6 - 前期 K Q =80.5 m3/s H st=1720Pa

10、叶片安装角 a 32.5 81.34 后期 K Q =80.5 m3/s H st=2905Pa 叶片安装角 a 37.5 80 5.电动机功率计算及选型 1） 电动机轴功率 N 单位 KW N=QHs/(102 c) 式中： Hs取 Hsmax的值时， N称为“ N ” ,取 Hsmin值时 N 称为“ N ” ； c 传递系数 c 0.95 0.98 这里取 c 0.98 N = 98.08134.0102 81.917205.80 =173.60KW N = 98.080.0102 81.929055.80 =298.10KW 2）前后期所需功率比 Nmin/Nmax 173.60/29

11、8.10=0.58 0.6 所以在整个服务年限范围内矿井负压在前期和后期变化较大，因而要分期选择两台不同功率的电动机，且每台电机使用年限一般不小于 10 年。 前期功率 =（ 1.1 1.2） NN =（ 1.1 1.2） 10.29860.173 =250.24 272.98KW 后期功率 =（ 1.1 1.2） N =（ 1.1 1.2） 298.10 =327.91 357.72KW 3）选择电动机 考虑到主扇所用电压等级为 6KV,所以据上已知条件，前期可选用JR1410-8型电动机两台，（额定功率 280KW，同步转速 n 740rpm）。后期可选用 JR158-8 型电动机两台（额

12、定功率 360KW,转速 735rpm），前者效率90.0，后者效率 91.5%。每台主扇各配一台电动机。 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 7 - 4）计算年电耗 Wa=sac 21z st1 0 2 243 6 5QH 式中： 1 81.34 c 0.98 2 80 a1 90.0 a2 91.5 as 0.95 则有：前期年电耗： Wa 1.78 106（ kwh） 后期年电耗 ： Wa 3.00 106（ kwh） 5）计算百万立方米帕电耗 W=(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q Hzst) =(80.5 2905 365 24/9.81)

13、/102 24 3600 Q Hzst =3.00 106(kwh) 查有关国家政策规定，易知轴流式通风机百万立方米帕电耗值应小于0.44kwh/106m3Pa,则有： 前期： W =(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q H zst) =（ 1.78 1000000） /（ 365 24 3600 80.5 1720） = 0.408 0.44（ kwh/106m3Pa） 前期： W =(Wa 1000000)/(365 24 3600 Q H zst) =（ 3.00 106 1000000） /（ 365 24 3600 80.5 2905） =0.407 0.44（ k

14、wh/106m3Pa） (2)2K60 型轴流式通风机 1.确定通风机必须的风量 Q（ m3/s） (同 2K58) Q=KLQK=1.15 70=80.5（ m3/s） 2.确定通风机所需的静压 Hzst 单位（ Pa） H st Hmin+ h 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 8 - 1450 250 1700Pa 173.5 mmH2O H st Hmax+ h 2670 250 2920Pa 298.0 mmH2O 3.预选通风机 根据通风机必须产生的风量 Q 和风压 H st、 H st，分析 2K60 型轴流式通风机特性曲线图，依据 2K60 系列产品初

15、步选型图，以 s 80为标准，最后可以确定选用 2K60No28 型轴流式风机较为合适，同步转速 600rpm。 4.工况点的确定 后期： Hzst R Q2=0.451 Q2 Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 4.51 18.02 40.55 72.10 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 112.65 162.22 220.79 288.39 364.99 表 2-3 前期： Hzst R Q2=0.262Q2 Q（ m3/s） 0 10 20 30 40 Hzst（ 10N/ m2） 0 2.62 1

16、0.49 23.61 41.97 Q（ m3/s） 50 60 70 80 90 Hzst（ 10N/ m2） 65.58 94.44 128.54 167.89 212.49 表 2-4 中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 9 - 图 2-2 2K60No.28 性能曲线图 根据上面两表格中相关计算数据，在 2K60No.28 特性曲线上分别做出前后期的通风网路特性曲线，如 2K60No.28 风机装置特性曲线图上所 示， K、K即为矿井通风网路特性曲线与通风机性能曲线的交点，即为通风机前后中国矿业大学成人教育学院 2005 届毕业设计（论文） - 10 - 期运行工

17、况点。 前期 K Q =80.5 m3/s H st=1700Pa 叶片安装角 a 15 77.8 后期 K Q =80.5 m3/s H st=2910Pa 叶片安装角 a 22.5 79.8 5.电动机功率计算及选型 1）电动机轴功率 N 单位 KW N=QHs/102 c N = 98.0798.0102 81.917005.80 =179.38KW N = 98.0798.0102 81.929105.80 =299.36KW 2）前后期所需功率比： Nmin/Nmax=179.38/299.36=0.599 0.6 所以在整个服务年限范围内矿井负压在前期和后期变化较大，因而要分期选择两台不同功率的电动机，且每台电机使用年限一般不小于 10 年，以适应前后期负压的变化。 前期功率 =（ 1.1 1.2） NN =254.90 278.08KW 后期功率 =（ 1.1 1.2） N =（ 1.1 1.2） 298.10 =329.30 359.23KW 3）选择电动机 考虑到主扇所用电压等级为 6KV,所以据上已知条件，前期可选用JR157-10 型电动机两台，（额定功率 260KW，同步转速 n 590rpm， a89.5）。后期可选用 JR1510-10 型电动机两台（额定功率 400KW,转速590rpm， d 90.5）。每台主扇在前后期各配一台合适电动机。