机电设备选型设计基本原则

机电设备选型设计基本原则煤矿机电工程技术人员培训班授课人：滕广林、董崇远一．工作面设备：1．采煤机：①根据煤层赋存条件，有利于提高工作面单产，实现矿井生产的集中化，达到矿井高产高效之目的。②依靠科技进步，采用先进采煤工艺，提高采煤机械化水平和生产工效，降低工人劳动强度，确保安全生产。③简化采煤工艺，减少运输环节。④尽可能提高资源回收率。2．运输机：一般选配套设备，必须满足运输能力要求。3．工作面支护设备:根据采高、煤层顶板、底板比压，必须满足三机配套要求。二．提升、运输系统1．绘制提升、运输系统示意图:2.运输路线：确定最佳运输线路。3.核实运输量:矸石、材料、设备运输量及最大件重量。4.确定沿途每一条大巷、每一条轨道提升运输方式5.选择提升运输设备6.提升运输能力校验①大巷、平巷架线电机车、电瓶车运输能力②原有绞车提升能力(以斜井为例),校核步骤如下:（1）基本参数：绞车型号：滚筒直径：提升运行斜长Ls巷道倾角：α提升运行阻力系数f1=0.015钢丝绳运行阻力系数f2=0.2钢丝绳型号：（2）钢丝绳安全系数计算最大静载荷：Fmax=mg(Sinα+f1Cosα)+PLc(Sinα+f2Cosα)钢丝绳安全系数：m=Fs/Fmax符合《煤矿安全规程》第401条：单绳缠绕式提升装置升降人员和物料规定，混合提升时，升降物料时钢丝绳安全系数≥7.5倍，升降人员时钢丝绳安全系数≥9倍。专用升降物料时，钢丝绳安全系数≥6.5倍，符合提升要求可以提升。最大静张力的计算：Fjmax=mg(Sinα+f1Cosα)+PL1(Sinα+f2Cosα)＜绞车额定最大静张力,符合要求。最大静张力差的计算:如果是单绳缠绕式提升机,则最大静张力与最大静张力差相等;若双绳缠绕式提升机,则最大静张力差计算:Fjmax=Q(Sinα+f1Cosα)+PL(Sinα+f2Cosα)绞车额定最大静张力差,符合要求。③新绞车选型设计：按工作制度330天／年，日工作16小时，确定提升速度、提升方式，将年提升量换算成每钩提升量，选定钢丝绳后，再选提升机。④回风巷对拉绞车校验（1）、钢丝绳校验。（2）、电机功率校验P=FCVm∮/1000n⑤切眼回柱绞车提升能力校验钢丝绳符合要求。回柱绞车额定最大牵引力大于Fmax：回柱机提升能力满足要求。三.运煤系统（一）、运输系统概况及运输系统示意图（二）、运煤系统设备选型校核：1、工作面刮板输送机运输能力计算1.1、货载断面积校验刮板输送机每米载重q=Q/(3.6v)根据公式q=1000FψγF=q/(1000ψγ)ψ--货载装满系数（取0.8）γ--货载的散集容重（取0.9吨/米3）货载实际断面积F0﹥F满足要求1.2、刮板运行阻力的计算：重段阻力计算Wzh/=qL（ωCOSβ-SInβ）-q0L（ω/COSβ-SInβ）=（qω+q0ω/）LCOSβ-（q+q0）LSInβ空段阻力计算WK/=q0L（ω/Cosβ+Sinβ）ω—煤在溜槽中的阻力系数（0.4-0.6）ω/—刮板链在溜槽中的阻力系数（0.25-0.4）q0--刮板链单位长度重量β—刮板输送机运输倾角1.3、电机功率校核主动链轮的牵引力W0=1.1×1.1（Wzh/+WK/）电机功率No=1.17W0V/(102η)此处取电机功率备用系数为1.17电机传动效率为0.8所选电机功率＞No，符合要求。2、转载机运输能力计算(计算方法同上)3、皮带机运输能力计算皮带机基础数据：Q、v；原煤容重γ=0.9t/m3；动堆积角ρ=30°；倾角β；运距L；带宽B；围包角α（传动原理图如图所示）781065934213.1带宽的校验3.1.1根据公式B2=Q/（KVCγ）其中：K为货载断面系数，据ρ=30°，取K=458C为输送机倾角系数取0.953.2胶带运行阻力的计算3.2.1有关参数计算胶带每米载重q=Q/3.6v,胶带自重qd上托辊每米线质量qg/=Gg//Lg/下托辊每米线质量qg=Gg/Lgω/--胶带在上托辊运行阻力系数，取0.03ω--胶带在下托辊运行阻力系数，取0.0253.2.2阻力计算(1)重段阻力计算W7-8=ω/(q+qd+qg/)LCOSβ+(q+qd)LSInβ(2)回空段阻力计算W5-6=ω(qd+qg)LCOSβ-qdLSInβ(3)按摩擦传动条件计算输送带各点张力S2=S1S3=KS2S4=S3=KS2=KS1S5=KS4=K2S1S6=S5+W5-6=K2S1+W5-6S7=KS6=K3S1+KW5-6S8=S7+W7-8=K3S1+KW5-6+W7-8S9=KS8=K4S1+K2W5-6+KW7-8S10=S9=K4S1+K2W5-6+KW7-8式中K=1.06外载荷要求传动滚筒表面输出张力F/=S10-S1=S1(K4-1)+K2W5-6+KW7-8传动滚筒所能传递的额定牵引力F=Fmax/n=S1(eua-1)/nn--摩擦力备用系数,取1.15-1.2,此处取1.17α--胶面滚筒摩擦系数,取0.25令F/=F得,S1=n(K2W5-6+KW7-8)/〔eua-1-n(K4-1)〕Smax=S10=K4S1+K2W5-6+KW7-8(4)校验输送带的垂度条件Szmin≥5(q+qd)Lt/S7=KS6=K3S1+KW5-输送带悬垂度不符合条件要求。取S6=650Kg，用逐点计算法，(5)校验输送带强度B--胶带宽度m--胶带安全系数m=BGX/Smax＞7皮带强度满足要求（6）电机功率传动滚筒总牵引力F=S10-S1+0.03（S10+S1）N0=1.17FV/（102η）此处取电机功率备用系数为1.17电机传动效率为0.9四.供电系统矿井高压供电设计原则：双回路电源，一用一备，当任一回路发生供电故障时，另一回路能担负矿井全部负荷，两回路上都不得分接任何负荷。功率因数不能太低，尽量采用无功自动补偿系统。选用真空开关及微机保护，电动操作，以实现控制、测量、巡回监视运行、事故分析报警及取样打印等现代化管理功能。重要负荷必须采用双回路供电。井下采区供电设计基本原则：(一)、供电方案设计1、供电方案：（1）、根据巷道布置情况，确定移动变电站位置，所带负荷等；（2）、确定移变高压电源来源2、移变站负荷统计表：序号设备名称设备型号设备地点电动机每台设备电动机数（台）工作设备台数工作设备总额定功率（kw)电压v额定功率（kw)12合计(二)、供电方案计算1.变压器选择及容量校验移变站选择:由负荷统计表知：移变站装机容量：∑Pe需用系数：变压器的计算容量为：,根据计算选择移变站.PePekxmax6.04.0pjCosPeKxSmax2、确定电缆的型号和长度根据电缆型号的确定原则及实际情况，选择电缆的型号如下：工作面移变的高压电缆，选用YJV22型高压屏蔽电缆；660V用电设备选用MY-0.38/0.66型矿用电缆；1140v电缆选用MYP-0.66/1.14型矿用电缆。根据电缆长度的确定原则，选用高压电缆长度等于测量巷道实际距离乘以1.05～1.1的系数，低压电缆等于实际巷道距离乘以1.1～1.25的系数。3、电缆截面的选择3.1高压电缆截面的选择向综采移变供电的高压电缆截面选择，按长时允许负荷电流选择。高压电缆中通过的最大工作电流：，一般矿井采区年利用小时数为3000～5000，选铜芯电缆，其经济电流密度为,故电缆的经济截面为：Sj=Ij/Jj，按最大长时工作电流选用电缆,大于计算值，符合要求.eUSIj3max2.25jJ=3.1.2.电压损失校验按末端电压不小于额定电压的5%计算,末端电压不小于6000×(1-5%)=5700V,根据实际测量情况,矿井地面主变压器二次侧最高电压一般为6300-6700V,则允许压降为600-1000V.校核电压损失:地面主变压器电压损失△UB+地面变电站至井下中央变电所电压损失+井下中央变电所至移变站电压损失≤600-1000V,满足要求,否则,更换电缆.A.矿井地面主变压器电压损失△UB=△UB%×U2NT/100=S/SE×(UR%×COSФ+UX%×SinФ)×U2NT/100式中:S—主变计算负荷容量SE--主变额定容量⊿UB%--主变压器电压损失的百分数UR%--主变压器的电阻压降百分数=⊿P×100/SE,⊿P—主变的短路损耗KWUX%--主变的电感压降百分数UX%=22%_%RDUUB.高压电缆电压损失校验：查《煤矿电工手册》第五册公式10-3-10ΔU%＝PL（R0＋X0Tgφ）/10UN2R0、X0－电缆线路单位长度的电阻及电抗，欧/千米。3.1.3按热稳定性校验短路电流的周期分量稳定性I∞=Sd/√3Ucp式中:Sd—母线的短路容量因短路电流不衰减,假想时间等于短路器的动作时间(0.25S)电缆最小热稳定截面:Smin=I∞3√Tj/C式中:C—电缆热稳定系数3.2、低压电缆的选择根据设备布置，设置配电点。根据所测巷道长度乘以1.15的富余系数，算出电缆长度。另绘出综采面设备、上平巷设备、下平巷运输设备供电示意图。低压电缆选择时，负荷线按电动机额定电流选择，干线电缆按满足正常工作电压损失要求选电缆截面，按允许长时电流、满足电动机起动要求、保护灵敏度达到要求校验电缆截面。3.2.1、选择负荷线。按设备额定电流选择电缆.3.2.2、选择干线3.2.2.1、按满足正常工作电压损失要求选择干线电缆。允许电压损失=移变站损失+干线电缆损失+支线电缆损失5%3.2.2.1.1、求干线、支线电缆的电源损失DU=PekflZ133/DUeSZh⊿U=∑PELBS103/UERSCAMS式中RSC＝42、5AMS＝电缆截面3.2.2.1.2、求变压器的电源损失△UB=△UB%×U2NT/100=S/SE×(UR%×COSФ+UX%×SinФ)×U2NT/1003.2.2.1.3、对于特别远的电动机，可只供应90%的额定电压.3.2.2.2、按长时允许电流校验干线电缆截面(三)、电气设备的选择及整定计算1、采煤机馈电开关及电磁启动器整定（1）馈电开关整定短路保护的实际整定值：IDz≥IQe+KX∑Ie选用带有相敏保护的KBDZ-400/1140（660）Z真空馈电开关，能识别起动电流和短路电流，可使短路整定下调40%。灵敏校验：Kr=Id(2)/IDz，查表Id(2)满足要求。（2）电磁启动器整定：IGz＝Ie，IDz＝8IGz式中：IGz---过载整定值IDz---短路整定值灵敏校验：Kr=Id(2)/IDz＞1.2满足要求。2、工作面溜子开关整定（1）馈电开关：Iz≥IQe+KX∑Ie，灵敏校验：Kr=Id(2)/Iz，满足要求。查表Id(2)（2）工作面溜子电磁启动器整定：IGz＝Ie，IDz＝8IGz式中：IGz----过载整定值，IDz----短路整定值。灵敏校验：Kr=Id(2)/IDz＞1.2满足要求。3、乳化泵开关整定（1）KBZ-200馈电开关：Iz≥IQe+KX∑Ie灵敏校验：Kr=Id(2)/Iz，查表Id(2)，满足要求.4．各运煤系统馈电开关整定运煤巷转载机馈电开关整定：集中运煤巷皮带电源馈电开关整定：5．进线高防开关整定：过流整定按躲过变电所内变压器二次侧三相最大短路电流整定，变电所内变压器出口处最大三相短路电流：Id(3)＝1.15Id(2)I速＝[IQe+KX∑Ie]/IgeKB，选择电子式高压综合保护装置，按电流互感器二次额定电流的1.6倍整定。式中：Kx取0.6。灵敏度系数校验：K＝Id(2)/IzKb1.5合格I过＝Ie/IgeKB，按电流互感器二次额定电流（5A）的0.6倍整定，时限0.3s.6、分高防开关整定：按保护线路未端最小两相短路电流整定I速＝[IQe+KX∑Ie]/IgeKB，选择电子式高压综合保护装置，按电流互感器二次额定电流（5A）的2.0倍整定。校验：K＝Id(2)/I2KbIzK1.5合格I过＝Ie/IgeKB五.排水系统首先必须清楚矿井正常涌水量、最大涌水量、排水路线、几何排水高度、排水管路计算长度