破碎设备的选型与设计（精选11篇）
破碎设备的选型与设计 篇1
我国西部地区干旱少雨, 农田灌溉主要依靠电力提灌工程完成。通常泵站单级扬程30～80 m, 水泵单机流量1～ 3 m3/s, 百万亩大型灌区泵站设计流量在30 m3/s左右。泵站设计在灌区规划设计中居于非常重要的地位, 而水机设备的选型及布置设计是泵站管网布局设计的一项重要内容, 它对于泵站技术改造, 安装施工, 运行管理等均具有非常重要的现实意义。
1 问题的提出
泵站安装施工及试运行期间曾经出现过一些问题, 有水机设备自身的问题也有选型不当或配置不合理出现的问题。主要反映在以下几个方面。①水泵流量、效率低于设计值, 叶轮、泵体密封环等过流部件使用寿命短;②水泵配套电动机过载;③进、出口阀门无法启闭;④出水缓闭止回阀发生爆裂;⑤运行期间水泵向进水侧位移致使水泵法兰拉裂, 水泵报废。以上问题给泵站安全运行造成困难。
2 原因分析
调研分析多年来泵站安装施工及运行统计资料发现, 许多问题与泵站水力机械设备选型及管网布置设计有直接关系。
(1) 水泵选型。
由于额定扬程低于装置扬程, 水泵运行时实际工况点左移, 引起流量下降, 达不到设计值;由于选用了切削叶轮外径的水泵, 引起水泵效率下降, 能耗上升;由于扬黄工程选用了清水泵, 叶轮的水力形线不符合黄河含泥沙水质流态, 材质抗汽蚀耐磨蚀性能较差, 导致叶轮、泵体密封环等过流部件使用寿命短;计算时未充分考虑黄河含泥沙水质特征及水泵运行时实际扬程, 流量, 效率的变化, 致使轴功率、配套功率偏小, 电动机运行时过载。
(2) 阀门选型。
泵站水泵进、出口选用了闸阀, 单面受压时摩擦阻力大, 致使铜螺母失效, 阀板脱落, 阀门无法启闭。出水缓闭止回阀由于慢关角度小, 行程短, 依靠水压缓闭机构控制慢关时间, 误差大, 无法有效控制水锤升压, 致使调试或运行期间躲不过水锤波, 引发阀门爆裂, 水淹泵房的重大事故时有发生。
(3) 装置布置设计。
由于未设计伸缩器, 无法消除管道安装焊接应力, 致使强度薄弱部位如水泵出水法兰拉裂;由于水泵进水侧设计了柔性穿墙套管, 水泵出水侧管道设置了自由式套管伸缩器, 水泵运行时在指向进水侧的推力作用下导致水泵发生位移, 造成水泵与电动机同轴度超差, 机组振动, 无法投入运行。以上这些看似简单的问题在运行中对提灌工程产生的整体影响却是重大的。
3 解决问题的途径
3.1 水力机械选型方面
3.1.1 水泵的选型
和其他形式的水泵相比, 单级卧式双吸中开式离心泵具有性能曲线平缓、高效区宽、运行平稳、安装检修方便等特点, 在高扬程泵站得到广泛应用。选型时应考虑下列技术内容。
(1) 性能参数。
水泵的额定扬程应等于或略大于水泵装置扬程, 此时, 水泵实际运行工况点处于额定点附近或右移, 在高效区, 水泵的实际流量等于或略大于额定流量, 有利于泵站流量的控制和调配。通过切削叶轮外径调节扬程的水泵效率会下降, 应尽可能避免选用或控制切削量[1]。水泵的额定流量应满足水泵装置流量的设计要求, 流量的调整应通过改变叶轮设计试验验证, 以不引起效率下降为宜。额定转速应优先选用较低转速, 有利于泵的安全经济运行[2]。技术改造的泵站选用额定转速时应结合水泵装置特征综合考虑, 提速应慎重。水泵效率高且高效区效率曲线平缓。水泵装置汽蚀余量NPSHa应大于水泵允许汽蚀余量NPSHr, 并留有0.5 m的余量[3], 技术改造的泵站选型时应校验此参数, 以防水泵运行时发生汽蚀。轴功率的计算应考虑水泵运行时实际扬程、流量、效率的变化及泵站流量调节需求, 通常随着运行时间的增加, 水泵的流量和效率是逐渐下降的, 为了确保流量, 水泵的实际流量要略大一些;扬黄泵站还应考虑水质的允许最大含泥沙量;并联运行的水泵应校验单机运行时轴功率, 为配套功率提高可靠依据, 确保电动机运行时不过载。
(2) 材料及结构。
泵体和泵盖材料应具有良好的抗汽蚀耐磨性能。壁厚除满足强度要求外, 应考虑一定的磨蚀量[4]。扬黄泵站水泵叶轮的形线应符合黄河含泥沙水质流态, 并经过实验验证, 应具有良好的抗汽蚀耐磨蚀性能和可修复性能。经过多次试验改进的钢板焊接叶轮[5]具有良好的技术经济性能。单蜗壳泵泵轴的设计在进行强度验算的同时, 应考虑提高泵轴的刚度, 校验零扬程大流量启动泵轴的挠度增加值[6], 以合理控制口环间隙, 既要防止运行时叶轮与泵体密封环接触摩擦抱轴, 还要确保容积效率。扬程在50 m以上、流量在1 m3/s以上的单蜗壳式离心泵由于零扬程大流量启动时, 作用在泵轴上的径向推力大, 应选用滑动轴承支承型结构。运行实践表明, 滚动轴承的使用寿命较短。
3.1.2 进水口阀门的选型
双偏心或三偏心蝶阀, 操作力矩小, 密封良好, 运行安全可靠, 克服了闸阀、拍门的固有缺陷, 适用于进水阀门, 选型时应考虑下列技术内容。
(1) 性能参数。
公称压力的选定应考虑运行实践中存在的实际问题, 既水泵检修关闭进水阀门期间, 由于水泵出水侧阀门密封故障会发生回水, 进水阀门阀后压力有可能会上升到水泵的工作压力, 甚至将并联的相邻机组关阀水锤波传递过来, 这种情况运行实践中已经发生过, 并且造成阀门爆裂。因此公称压力不得小于水泵的额定扬程。公称通径应按水泵进水管道经济流速1.5～2 m/s[7]选取, 流阻系数小。
(2) 材料及结构。
黄河水质工况下主密封副应具备良好的防锈蚀功能和密封性能以及可修复性能, 轴部密封应具备防泥沙防锈蚀功能, 运转灵活不卡轴。传动机构采用双蜗杆结构, 启闭灵活省力。
3.1.3 出水口阀门的选型
高扬程泵站的运行实践证明, 液控缓闭蝶阀具有良好的启闭性能, 良好的密封性能, 较小的流阻系数, 能够满足GB/T 50265-97《泵站设计规范》中关于停泵阀门关闭后, 主水泵最大倒转速度和最大历时, 阀后压力管道最大水锤波升压的相关要求。克服了电动闸阀单面受压时启闭力矩大、启闭行程难以控制、铜螺母脱落影响启闭、泵站事故失电时无法自动关闭等缺陷;克服了逆止阀流阻系数大, 不能有效控制启闭水锤波的缺陷;克服了缓闭止回阀慢关行程短, 慢关时间不稳定, 无法有效控制水锤波等缺陷;具有操作阀和安全阀的功能, 选型时应考虑下列技术内容。
(1) 性能参数。
公称压力应选择大于水泵额定扬程的压力等级。公称通径应按水泵出水管道经济流速2～3 m/s选取。流阻系数小。
(2) 材料及结构。
黄河水质工况下主密封副应具备良好的防锈蚀功能和密封性能以及可修复性能, 轴部密封应具备防泥沙防锈蚀功能, 运转灵活不卡轴。可靠的可调一阶段开启, 可调快、慢关两阶段关闭功能、泵站事故失电自动关闭功能, 有效控制泵站停机关阀引起的水泵倒转速度和历时以及阀后水锤波升压。
3.2 水泵装置布置设计
水泵装置布置设计应从设备安装, 安全运行, 检修维护等方面综合考虑。泵房前池挡墙设置刚性穿墙套管, 用来承受水泵运行时产生的指向进水侧的推力, 解决水泵运行时向前池方向位移问题。同时具有防渗作用。泵房后墙设置柔性穿墙套管使水泵出水侧压力管道沿管轴方向处于自由状态, 便于调整水力机械及金属压力管道温度应力引起的伸缩量。在进水阀门与水泵之间, 出水阀门与水泵之间设置半固定式套管伸缩器, 其作用:①在管道安装时松开调整螺栓, 使其处于自由状态, 以消除焊接应力, 解决由于焊接应力引起的设备位移或拉伤问题, 紧固调整螺栓可以使半固定式套管伸缩器处于刚性状态, 具备传递管轴方向的压力或拉力的功能;②便于水泵和进、出水口阀门的检修拆装。图1是水泵装置布置侧面图, 反应了水力机械选型及布置思路。
下面结合甘肃、宁夏、内蒙古部分高扬程泵站设计及技术改造, 简要介绍水力机械选型和水泵装置布置设计情况。
水泵采用了适合黄河含泥沙水质运行工况的黄河系列单级卧式双吸中开式离心泵, 配用了钢板焊接叶轮, 运行平稳, 安全可靠, 效率高, 使用寿命长。进水阀门设置了手动双蜗杆型双偏心法兰蝶阀, 替代了闸阀和进水拍门。出口阀门设置了液控缓闭蝶阀, 替代了电动闸阀, 缓闭止回阀。前池挡墙设置了刚性穿墙套管, 后墙设置了柔性穿墙套管, 水泵进、出水侧与进、出水阀门之间设置了半固定式套管伸缩器, 解决了设备安装, 安全运行, 检修维护等方面实际问题, 效果良好。
4 结 语
(1) 由于认识上的差异和运行经验的局限性, 在水力机械的选型上出现失误, 不能实现设计意图, 会给业主带来难以挽回的损失。因此, 高扬程泵站水力机械选型是一项技术性、综合性很强的工作。
(2) 高扬程泵站水力机械布置应综合考虑设备安装、安全运行、检修维护等方面。
(3) 以上观点是在总结多年来高扬程泵站水力机械的选型与装置布置设计及运行实践基础上形成的。对于泵站设计、技术改造、安装施工、运行管理均具有一定的借鉴作用。
参考文献
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[8]陈容新, 王伟, 陈建良, 等.竖井双向贯流泵站机组设备造型设计与研究[J].中国农村水利水电, 2007, (7) .
破碎设备的选型与设计 篇2
XXX机电科
2005/10/3
XXX己5采区排水系统选型设计
选型计算基础：
根据XXX己5采区初步设计说明书载明的数据，己5采区正常涌水量：小时涌水量160 M³，日涌水量为：3840 M³，最大涌水量为：320 M³/h，日最大涌水量为：7680 M³，己5采区泵房地坪标高-78，斜井地面井口标高为+193.5，查阅矿井基本情况资料：斜井长度311.7M，斜井坡度a1：25°；暗斜井长度562 M，坡度a2：14°。排水方案：
初步设计确定的方案是二级排水，即将己5采区的涌水通过己5采区水泵排至二水平水仓，再由二水平中央水泵通过副井筒主排水管路排至地面。这一方案增加了二水平中央泵房的负担，使原本排水能力就不富余的二水平主排水系统更趋紧张。
经过有关技术人员的分析论证认为：采用一次集中排水的方案更符合己5采区的实际，即在暗斜井，暗斜井内新辅设一趟管路，再加上两个斜井内原有的一趟8″排水管路，将己5采区的涌水直接排至地面。这一方案得到了XXX主要领导的认同。
本次排水设备的选型设计计算就是依据上述斜巷集中排水方案和计算基础而进行的。设备选型计算与台数的确定：
一． 排水设备能力与台数的确定。
1.按照《煤矿安全规程》的规定，井下主要排水设备必需有工作.备用和检修的水泵.其中工作水泵的能力,应能在20h内排出24h的正常涌水量,备用水泵的能力应不小于工作水泵的70%.工作和备用水泵的总能力,应能在20h内排出24h的最大的涌水量.检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%,水文地质复杂的矿井,可在主排水泵房内预留安装一定数量的水泵位置.2.必须有工作水管和备用水管,工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出24h的正常涌水量.工作和备用水泵的总能力,应能配合工 作和备用水泵的20h排出24h的最大涌水.3.配电设备应同工作.备用及检修水泵相适应,并能够同时开动工作水泵和备用水泵.有突水淹井危险的矿井,可另行增建抗灾强排能力泵房.二.设备的选择与计算: 1.按正常涌水量确定排水设备所必须的排水能力 Q1=Q r/20=3840/20=192(m³/h)------式1.H1=K(H h+5.50)-------------------------式2.=1.35(27105+5.5)=373.95(M)式中H h=193.5-(-78)=271.5(M)
K为扬程埙失系数,对于斜井K=1.20---1.35
角度大时取K=1.35.根据Q1, H1确定水泵流量和扬程,查阅<煤矿工业设备手册>(上),初步确定水泵型号为:MD280-65/84×6型.2.正常涌水量期间所需的水泵工作台数
ηr=Q1/Q=192/280=0.685(台)------式3
确定水泵工作台数为1台.同时确定备用水泵1台,检修水泵1台.3.正常涌水量期间一昼夜内工作水泵的开泵时间: T r=Q r/ ηr Q=3840/1×280=13.7(h)--------式4 4.排水管直径: Dg=√4Q/∏.Vd3600=4×280/∏.2×3600=0.223(M)-------式5 式中Vd------排水管水流速度Vd=1.5---2.2M/S 取Vd=2.0M/S 根椐Dg=0.223查表确定标准管径D=250MM 5.排水管中实际水流速度: V d1=4Q/3600∏D²=1.59(M/S)-------式6 V d2=4Q/3600∏D∏²=2.48(M/S)6.吸水管直径: Ds=Dg+25(mm)------------式7 =223+25=248(mm)取Ds=250MM 7.吸水管的实际流速
VS=0.8---1.5M/S VS=4Q/3600∏Ds²=4×280/3600∏(0.25)²=1.59(M/S)----------式8 8.管路中扬程埙失
△ =Haf+Hsf=RTQ²=Lj.λ.Vd2/2g------------式9 式9中：Haf--------排水管中扬程埙失
Hsf--------吸水管中扬程埙失 Lj.---------管路计算长度
λ------水与管壁摩擦的阻力系数
查表可知：Dg=200MM时λ=0.0304，Dg=250MM时λ=0.0284，Lj=Ld+L(M)----------式10 Ld=Hh+L1+L2+L3+h1+h2---------式11 Hh=311.7+562=873.7(m)斜井长度 L1=20M---------泵房长度 L2=300M--------地面管长度 L3=200M--------平巷管路长度 h1=2.5M-------环管高度
h2=23M--------超井口标高 Ld=873.7+20+300+200+2.5+23=1419.2（M）L-------管件的等值长度
L=8.8+2.2×8+17.161×3+52×2+2.2×2=185.63M △ =0.0284×（1419.2+185.63）/0.25×1.592/2×9.82=23.5（M）9．吸水高度HS=Hst-(10-Hw)-Hsf-Vs2/2g+(0.24-HO)
查表HS=6.8M
10．水泵总扬程：
Hi=Ha+Hs+Haf+Hsf=294.5+6.8+23.5=318(M)11.选择水泵：
选择水泵的扬程应比计算值5----8%，这是考虑水泵经过磨埙使扬程降低，管壁积垢阻力增加时所需的余量扬程。因此水泵扬程的确定为
H=（1+8%）Hi=1.08×318=343.44(m)水泵工况点的确定：（1）求水泵的级数
ηa=H/He=343.44/65=5.28(级)
取水泵的级数为6级（2）确定水泵工况点：
管路阻力
R=(H-Ht)/Q².ηa=(318-301.3)/280².6=0.000036 式中Ht=Ha+Hs=294.5+6.8=301.3(m)按Ht+RQ²即H=301.3+0.000036 Q²在水泵特性曲线上绘出管路特性曲线。
采煤工作面机电设备的选型与配套 篇3
【关键词】采煤工作面；机电设备；回采
在国外发达国家，全机械化采煤已经实现，而世界第一采煤大国的中国，依旧处于，人工采煤，半机械化采煤共同进行的基本国情。而导致这种现象的发生的主要原因就是对煤炭的需求。首先，我国发电系统主要是火力发电，其能源直接利用就是燃煤蒸汽机发电机组，而美国普遍使用的是内燃机发电机组，这就导致了两国对煤炭需求的根本不同。针对这些，近年来，国家对十几家煤与瓦斯突出矿井重点进行了预抽瓦斯使用发电的技术革新改创，然而我国的基本国情仍旧无法改变，这将是长期困扰我国对煤炭需求的根本因素。而如何发展，首先就机械采煤中对机电设备的选型来讲，实现现代化机械采煤的重大改革，还是对设备配套选型上的。
1.煤矿机电设备配套的原则
首先来说，坚持生产能力的相互配套，根据采煤的实际情况决定采煤机械的选取，而应用最广的就是割煤机、凿岩机、落煤系统和皮带系统等。割煤机的使用最为广泛，人机一体，其对煤炭的利用率上远高于人工开采。针对煤层断面宽厚煤质较硬的煤层，我们可以选择轴壁式凿岩机，其功率大，采煤效率高，在回采工作面加上皮带运输系统将落煤回采至井底煤仓。轴壁式凿岩机的缺点在于对煤炭的回采率较低，往往还要配上人工挖采来提高煤炭回采率。落煤即直接顶落煤，和放煤轨道运输，可以一定程度上减少人工的数量和工作量，而针对放煤回采方式，其缺点就在于放煤漏斗对煤炭的天然浪费和对回采煤的品质影响。
其次，坚持设备性能的配套，回采工作面机电设备的性能配套方面要能够一定程度上确保设备之间的协调作用，从而保证各机电设备之间的紧密配合。一边确保回采面的安全性，一边确保回采作业的工作效率。
然后，我们要坚持空间配套的原则，就如最开始说的那样，高效采煤工艺配合回采率高的人工采，这样即保证了工作的有效进行，又保障了采煤的回采效率。而空间配套在另一方面也体现在对回采区的采煤方式和留空方式。例如，留煤柱的空间位置，往往导致回采等的有序进程。
最后，维持采煤机械的寿命配套，要跟班推进，确保采煤机械的利用周期，从而进行有序的作业。一般井下采煤工作面的机电设备都是国标防爆型机械，有专门的电力配送中心，在维修中一定确保其安全性。
2.回采工作面“三机”的选择
（1）对于采煤机的选择，首先采煤机的选择，要針对煤层赋存条件来决定采煤机截割高度，采煤机截割深度以及煤壁硬度抗剪强度进行参照开产；然后选用较为简便、维修方便、价格便宜的采煤机；其次，选择功能最为健全的采煤机；最后采煤机要满足本煤层的进尺工作强度，使作业能够有序进行。
（2）对于刮板输送机的选择，首先要确保设备能够满足工作面落煤量的需求，其最大工作能力应该满足1.2倍采煤机生产能力；其次，刮板输送机的特征应该针对工作面的倾斜角度，根据铺设的长度等方面进行选择；最后所选择的刮板输送设备要完全能与采煤机配合使用，刮板输送机的结构及使用维护要方便。
（3）液压支架的选择一般来讲，首先要考虑的是所要支护的地质条件，确定支护的强度；其次结合液压支架的支护面对通风口的空间位置，进行配合，确保在采风量达标的情况下完成支护工作；然后，根据煤层赋存，选择价格合适的液压支架；最后液压支架的选择要和采煤机与刮板输送机相互配合，支架的宽度要和刮板输送机溜槽长度相等，这样在一定程度上才能完成回采工作面的生产任务。
3.机械选型
第一，采煤机的选型要考虑到采煤机的切割速度，结合实际情况在提高采煤的同时，根据煤矿开采的进度来选择合适的采煤机。而这个时候我们还应该考虑到采煤机的额定生产能力，根据我们采煤机的能力计算方程：Q=60VHBP（H是开采高度，V是进尺速度，B是滚筒横截面宽，P是所采煤质的密度），来确定采煤机的选型。采煤机的功率大小一般取决于煤层硬度和开采厚度和采煤机牵引速度决定，在我国还没有确切的计算采煤机功率的计算方法，而上面的方程也只是粗略的计算，国外先进国家，因为其高度机械化，其计算也比较合理，其推算出的数值也更为精确。
第二，液压支架的选型上，根据工作面的围岩压力进行选择，其中要考虑到的因素有巷道标高，围岩压力系数，顶板岩层垮塌率，底板冒底系数，煤层瓦斯储存量。这些都是我们选择液压支架的一项重要表准，是保证液压支架能在服务年限内正常工作的一项参照数据。而液压支架的支护强度计算公式，我们通常用的就是Q=K1H1og*0.001cosα（K1指的是支架上部顶岩厚度系数，Q是说所需支护强度，H指才高最大值，α就是煤层倾角）。根绝这个结算方法，计算出我们回采工作面所需要的是哪一类液压支架然后进行安排。
第三，采煤工作面刮板输送机的选择上，近年来综合采煤技术的进程不断加快，综合采煤即机械采和人工采的配合采煤法，所以对刮板输送机的要求也与日俱增，主要仍旧是刮板输送机的负载量和额定输送功率的不断增加，导致了对刮板输送机的选择。随着综合机械化装备技术和综合管理水平的提高，对刮板输送机的输送长度有了新的标准，所以在选型上就有了新的参数标准。
4.创新几点设备开发和使用
在采掘进程中，会有很多的临时性突发事件，针对这些，我们要做的还有很多，例如：
4.1采煤机的防滑处理
首先在采煤机开机过程中，现场需要对采煤机牵引组、行走组、液压制动组、运输机组等机组进行检查，看是否需要维修。
然后在割煤过程中，采用合适的回采工艺流程进行规范化的作业，进行轨道移驾，运输机弯曲尽量靠近采煤机。其中表现突出的就是双翼双向上行割煤，此割煤的时候，滚筒上下全部落地。
针对倾角较大的采煤工作面，通过对采煤机的PLC程序的调整，可以启动采煤机进行割煤进程，应当先牵引后松闸，从而防止机器下滑。而采煤机要及时检查实心花键轴是否需要更换，防止大倾角采煤中出现滑轨事件的发生。
最后，采用具有制动能效的四项变频技术进行采煤机的控制，可实现在恶劣作业环境下的均速割煤，启动前要检查制动系统的弹簧是否需要更换，从而确保采煤机的制动正常。
4.2液压支架的防滑处理
若要保障回采工作面的顺利和安全，防止液压支架的倒塌尤为重要，在实践中我们通过以下的有序操作和技术工艺来完成防倒滑工作。
首先对于支架底部进行防倒滑处理，一般采用在下侧锚链加固，顶部进行稳定点支撑，中间进行螺丝加固。
然后是工作面的机巷超前风巷回采，在根据回采工作面倾斜角度变化的情况下，不断的调整机巷的超前量，进而保证支架运输机的稳定。
再然后跟顶跟底回采，第一次来压和断层褶曲面以及严重冒底片帮区时，采高应该严格控制。
最后加强工程质量，嚴格控制顶底板切割线划分，同时保证液压支架和运输机的固定，进而保证各项作业不滞后。而针对顶底板起伏不稳定的地区，适当做出修正工作，确保液压支架的防滑工作。
4.3刮板输送机的安全治理措施
为实现有效的溜煤输送，在刮板输送机的刮板上适当的改进，应对大倾斜角度的运煤进程，而大倾斜角度的运输，往往是上下山运输，那么上坡时的功率就会加大，此时刮板输送机功率加大，就可能导致机械老化，或者起火，其液压润滑油要保证其充足，而电机负荷量应当在应对此类情况而进行更换，从而保证运输的安全性和稳定性。
刮板输送机严禁站人，此项制度在井下作业中已经提出了好些年了，期间对工人的伤害也不是一例两例，输送机皮带载人，不仅加重了皮带的符合，还会影响到所载人的生命安全。刮板输送机中部煤岩破碎装置，可以减小煤块大小，从而使输送机的负载降低。从而保障刮板输送机的安全进程。
5.结语
破碎设备的选型与设计 篇4
世界经济飞速发展,随之而来的是日渐突出的环境问题。我国在大规模工业化的进程中,环境污染问题也越来越严重。针对治理各种环境问题的环保技术也变得越来越重要。好的环保工艺与配套的设备是相辅相成的,二者缺一不可。若选型不当,如未充分考虑设备性能和特点,有可能造成设备不满足工业要求而使工艺无法达标[1],造成资源和能源的浪费,给企业造成重大损失。一般设备选型依靠的是领域专家根据自身了解的环保设备种类及经验来进行逐一筛选,并需要进行大量的计算[2]。这样的缺点是选型的效率很低、准确性难以保证、选型周期较长,另外专家凭借经验选择的设备可能带有一定的设备倾向性,不一定是最佳的设备。
环保设备选型专家系统旨在搭建一个用于指导环保设备选型的智能系统。模仿人类专家的思维[3],进行设备选型推理,能够根据实际问题的处理要求,直观、准确、高效地给出设备的选型方案。
1 专家系统概述
1. 1 专家系统的概念
专家系统( Expert System) 是一种以专家经验、知识等为基础,模拟人类专家的思维解决特定领域问题的智能计算机程序,是人工智能在实际应用中的重要体现。它能够根据某一领域一个或多个专家提供的经验和专业知识,提取生成专家规则,由用户通过人机交互界面输入事实信息,系统自动将事实信息与专家规则进行匹配,通过软件的形式实现推理判断,并得出最终结论反馈给用户,从而达到专家同等解决领域问题能力的水平,解决了只有专家才能解决的复杂问题[4]。
1. 2 专家系统的结构
专家系统通常包含六个组成部分: 知识库、推理机、综合数据库、解释机制、知识获取及人机交互界面[5]。知识库是专家系统的重要组成部分,知识库中的知识影响着专家系统的决策水平,建立知识库关键要解决知识的获取和表示问题。推理机: 推理机是由事实驱动或者由结果推动或事实结果双向推动的问题求解的程序实现,是专家系统的核心组成部分,它根据用户输入的事实按照一定的推理策略匹配知识库中的知识,使专家系统能够以符合专家逻辑思维的方式导出问题的结论。综合数据库: 综合数据库用于提供推理的事实信息,包含问题的初始状态、推理得到的中间结果等。解释机制: 解释机制用来对推理结果进行解释说明,为用户解答推理疑问及相关咨询,方便用户了解系统的整个推理过程和所得出的结论。知识获取模块: 知识获取模块是为了从知识源获得知识,知识源主要指书本、网络资源及人类专家等[7],特别对于专家在解决实际问题中积累的经验知识,通过知识获取模块,可以实现与外部专家的对话,将专家自然语言描述的知识形式化后送入知识库。人机交互界面: 人机交互界面是用户与专家系统之间进行可视化、友好信息交互的接口,用户通过该界面将事实信息送入系统,系统运用知识库和推理机进行决策后再次通过该界面将处理结果反馈给用户,并对用户进行推理过程的解释。专家系统的结构如图1 所示。
2 环保设备选型专家系统
2. 1 环保常用的设备及其影响选型的因素
环保设备种类繁多,污水处理设备、空气净化设备等都属于环保设备的范畴,本文着重对污水处理的设备及其选型影响因素进行论述,且本文后期知识库及推理机的设计也都以污水处理设备为例。现将主要设备信息总结如表1 所示。
2. 2 环保设备选型专家系统的知识库
2. 2. 1 环保设备选型专家系统的知识获取
知识获取是公认的知识处理“瓶颈”,根据对于知识获取的研究,该系统采用手动获取知识的方式。首先需要从知识源获取设备选型的知识,由于专家经验通常用自然语言描述,提取转变为计算机可以识别的形式,在查阅了大量的书籍、经过了长期与专家的沟通之后,逐渐提取用于设备选型的宝贵经验。整理和提炼了从知识源处提取的知识,经过专家审查,总结出以下几点:
工艺的推出是根据处理规模和污染物的去除率,其中对于污水处理规模总结如下: ( 1 ) 水量≤1 万t/d: 可以选传统活性污泥法、PACT、A/O、A / A / O、UCT、Orbal氧化沟、Carrousel氧化沟、ICEAS、CASS、Unitank、MSBR、Phostrip、BCFS、生物转盘、好氧生物流化床、厌氧生物流化床、BAF、生物接触氧化、人工湿地、稳定塘、土地处理系统。( 2)水量1 ~ 10 万t/d: 可以选传统活性污泥法、PACT、A / O、A / A / O、UCT、Orbal氧化沟、Carrousel氧化沟、ICEAS、CASS、Unitank、MSBR、MBR、AB法、Phostrip、BCFS、Bardenpho、BAF、生物接触氧化。( 3 ) 水量>10 万t / d: 可以选传统活性污泥法、PACT、A / O、A /A / O、UCT、Orbal氧化沟、Carrousel氧化沟、ICEAS、CASS、Unitank、MSBR、MBR。
污水处理的污染物有COD( 化学需氧量) 、BOD( 生化耗氧量) 、NH3-N ( 氨氮) 、TN ( 总氮) 、TP ( 总磷) 、SS( 悬浮物) ,对于工业废水还会涉及PH值和色度,其中,COD、BOD、NH3-N、TN和TP属于主要污染物,由于磷可以通过加化学药剂去除,因此系统根据COD去除率、BOD去除率、NH3-N去除率、TN去除率筛选工艺。在某种情况下,当四个去除率不能同时满足时,污水处理专家会优先考虑COD、BOD、NH3-N去除率,TN去除率可以通过外加碳源来提高,系统也顺应污水处理的实际需求,在筛选工艺的时候加入了优先级及人性化的提示。在优先级的处理上总结出以下几点: ( 1) 若四个去除率不能同时满足,优先考虑COD、BOD、NH3-N三个去除率满足进出水要求,筛选出几种工艺; ( 2) 若三个( COD、BOD、NH3-N) 不能同时满足,但有两个指标满足时,选出符合两个指标对应的工艺,并在文字上对另一个不满足要求的指标给出相应提示,具体如下: 若COD或BOD不满足要求时,提示: “建议采取的措施为: 臭氧、芬顿、絮凝沉淀等预处理,催化氧化、湿式氧化、膜分离等深度处理”。若NH3-N不满足要求时,提示: “建议采取的措施为氨氮吹脱、絮凝沉淀、多级好氧等深度处理工艺”; ( 3) 若无指标或仅有一个指标匹配去除率要求,系统提示: “抱歉! 目前系统尚无法选出符合您提供水质水量的处理要求”。
关于各工艺污染物的去除率,将其展示在表2中,以备进行计算机内部的表示。
2. 2. 2 环保设备选型专家系统的知识表示
产生式规则是目前专家系统知识表示的最常用方法,通过与领域专家、技术人员等进行沟通,发掘出专家进行环保设备选型的思维方式,产生式规则更加符合专家进行设备选型的逻辑,因此系统采用了产生式规则直观地进行知识的表示。由规则生成的库为规则库,规则库中存放着大量的专家经验,为设备的选型提供了推理的依据,规则库建立的好坏直接影响设备选型的结果。
根据获取到的知识,系统在构建知识库时规则也分开处理。在筛选工艺的规则上,前提项由处理规模和污染物去除率确定,两者的逻辑关系及各污染物去除率间的关系都是AND关系,规则的结论项采用了工艺的id( id是某条工艺的唯一标识) ,这就需要有一个工艺表,在该表中至少有一个id字段和一个工艺名称字段,表的具体设计就不再详述。
在设备选型的规则模块,规则要根据具体设备的选型因素而定,前提部分为影响选型的参数,结论部分为具体的型号,不同型号的设备其参数及参数值可能相同,而有时在这种情况下可能仅有一种是目标型号,为了避免两者都被选出造成选型的错误,还需要知道是哪一类设备,因此前提部分要考虑设备的类型。
2. 3 环保设备选型专家系统的推理机制
推理机的主要推理过程是进行事实与专家规则的匹配,从而实现较高的推理效率、严谨的逻辑推理功能。本专家系统在推理机的设计上充分考虑与数据库技术结合起来,利用数据库简化推理机的编制,提高推理机的性能,而当数据库的规则日益庞大时,有些专家系统就会不堪重负,由于环保设备选型具有一定的层次性,如果在专家系统的设计中能够根据选型的层次性进行设计,将对使用者带来更大的方便。因此,本文采用二级推理的方式,一级推理选出合适的工艺,二级推理在工艺的基础上选出合适的设备。这种策略适应了数据库记录比较庞大的情况,可根据工艺快速缩小设备选择的空间,使设备选型更具有目的性,避免了盲目搜索。在推理方向的选择上,由于对于污水处理设备的选型,专家一般根据水质信息先选出工艺,然后进入构筑物计算,根据计算得出设备,而不是先确定某一设备,再看是否符合水质处理要求,设备的选型参数来自构筑物计算的结果,因此反向推理和双向推理在该系统中行不通,正向推理更加符合设备选型的业务流程,因此该系统采用正向推理方法。
正向推理的算法[8]:
( 1) 把事实加入事实库。
( 2) 若规则集合为空,则推理结束,否则取出规则的前提部分与事实库中的事实匹配。
( 3) 若规则未触发,则转向步骤( 2) ,否则执行规则,并将结论加入事实库,重复步骤( 2) 。
正向推理的流程如图2 所示。
2. 3. 1 系统的一级推理机制
一级检索策略的具体实现步骤:
( 1) 由使用者输入进出水的水质和处理规模。
( 2) 系统计算各污染物的去除率,连同水质水量一起存入一级推理的事实库,根据一级推理的规则用其前提部分,即规模情况和各污染物处理情况去匹配事实,若无可用规则,则进行相应的提示,若匹配成功,则将结论id置于可用规则处,并以结论名的形式展现给用户。
( 3) 继续进行规则的匹配,以得到多条满足规则的工艺。
( 4) 运用模糊综合评价法对符合规则的工艺进行综合评价,得到最优工艺,选出该工艺的构筑物,以完成第一级分类检索。
2. 3. 2 系统的二级推理机制
一级推理结束后,进入二级推理的检索,二级推理是根据构筑物的计算结果进行设备的选择。
以下给出二级检索策略的具体实现步骤:
(1)进入某构筑物的计算界面。
( 2) 构筑物参数输入。
( 3) 系统根据公式计算构筑物输出结果,将计算所得参数存入二级推理的事实库。
( 4) 运用二级推理的规则前提匹配事实,若无可用规则,则推理结束,若匹配成功则取出适合的设备型号,完成第二级检索。
2. 4 模糊综合评价法在环保设备选型专家系统中的应用
环保设备的选型是一个非常复杂的过程,一些指标属性如设备稳定性等很难进行定量的分析,只能用好、一般、差这样的模糊词语进行描述,加上对于该系统的一级推理即工艺的选择同时要考虑很多因素如经济性等,因此本文在一级推理结果的最终选择上,运用了模糊综合评价法的思想,将模糊概念数值化后再进行评价。确定其数学模型的三要素如下:
因素集: 充分吸收专家意见,设立的因素集为技术指标、经济指标、管理指标三大类,在各大类之下又具体细分了小类,其中,技术指标分为抗负荷变化能力和污泥产量,经济指标分为投资费用、运行费用、占地面积,管理指标分为工艺设备稳定性及维护管理难易。
评语集: 系统评语集设为优、中、差三类。
单因素评价: 单因素评价即确定因素集中的每一个指标按照评语集的隶属度,采用专家打分的方法,请一组领域权威专家,对因素集中的每一个指标按照评语集进行表态,生成工艺的模糊评价矩阵,该操作要针对每一条工艺进行。
确定各指标的权重: 权重根据各个指标对评测对象的重要程度来定,由于实际应用中技术及经济是重要的考虑因素,因此根据专家意见[9],确定默认权重如表3 所示,在系统的实现上,为了应对不同污水水质的处理需求,权重也可以根据实际情况进行修改。
计算得出综合比选的结果,对于评价对象单一的可按照最大隶属度原则确定评语的等级,考虑到该系统在根据规则初选出工艺的时候可能会出现多种工艺都适合的情况,因此按照多个评价对象进行分析和设计,此时需要将多种评价对象的综合评价结果进行排序,本文采用了以下的原则: 首先,对每一个评价对象按照最大隶属度原则确定评语的级别,即先横向比较; 然后纵向比较,级别高者优先,倘若多个对象级别最高的属于同级,则同级中再次运用最大隶属度原则。最终筛选出最优的工艺信息。
3 环保设备选型流程
综上,整个环保设备选型专家系统的主要流程如图3 所示。
4 结束语
以环保设备中的污水处理设备为研究对象,讨论了污水处理常用的设备及其影响选型的因素,在此基础上重点研究了该环保设备选型专家系统的知识库和推理机,采用了产生式规则进行知识的表示,提出根据环保设备选型的层次性进行二级检索推理的模式。在设备选型时,结合水处理要求,根据专家经验一级推理出适合工艺,模糊比选出最优工艺; 二级推理出具体设备。整个流程模仿人类专家选型过程,能够准确、高效地解决环保设备选型问题。
摘要：分析了当前环保设备选型过程中的诸多不足,提出了将专家系统理论引入环保设备选型的方法。根据环保设备选型的特点,提出了以产生式规则作为知识的表示方法,构建专家系统知识库,在推理机的设计上,采用二级推理的方式完成环保设备的选型,一级推理初步筛选出工艺,再利用模糊综合比选出最优工艺信息;二级推理再选出合适的设备。
关键词：环保设备选型,专家系统,产生式规则,模糊综合评价,二级推理
参考文献
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浅析数控设备的选型 篇5
关键词: 数控设备 选型
中图分类号: TQ153文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-024-01
目前,数控加工已经成为机械制造行业中一种普及的加工方法。对于形状复杂、尺寸精度和表面质量要求较高的机械零件来说,数控设备已成为主要的加工工具,但如何选择适合自身发展所需的数控设备是一个关键问题。
下面,结合笔者的实践经验,从生产工艺、生产管理、机床结构、设备售后服务等方面谈谈如何进行数控设备选型,供大家在数控设备选型时参考!
1 从产品特点和零件加工工艺方面来考虑
产品的工艺特点对数控设备的选型来说,是比较关键的。从某个角度来说,它决定了数控设备的类型、加工范围和精度情况。
1.1 根据确定的加工零件“族”来选择数控设备的类型
产品零件按几何特征来分,大体分为回转体类(包括轴类、盘类)、板类、壳体类、型腔模具类、箱体类零件、复合类零件和异形零件等。
一般来说回转体类的零件选择数控车或车削中心来加工;板类、壳体类和型腔模具类零件选择数控铣或立式加工中心来加工;箱体类零件选择卧式加工中心来加工;复合类零件和异形零件选择功能比较强大的车铣复合加工中心来加工。
1.2 根据零件“族”的尺寸范围、尺寸精度和位置精度选择数控设备的加工范围和精度
零件“族”确定后,其整个“族”的特征尺寸的最大值和最小值就是整个“族”的尺寸范围了,可以依据此范围选择数控设备的加工范围。此外,双向定位精度>0.022mm双向重复定位精度>0.012 mm为普通型;双向定位精度>0.014mm、双向重复定位精度>0.008 mm为精密型。同型号的数控机床,精密型比普通型价格要高很多,选择一定要适宜。
另外,从加工工艺角度,还要考虑一下几方面:
(1)“好钢要用在刀刃上”,选择数控设备进行加工,就是要解决工艺上的难点,就决用普通手段无法保证产品质量的情况。
(2)一般来说,数控加工工艺,尽可能采用工序集中的原则进行编制,这样可以充分发挥数控设备的效率。
2 从生产管理方面来考虑数控设备的选择
生产纲领决定着数控设备购置的数量;工序能力平衡及加工零件批量的大小决定采用专用设备还是数控设备;加工零件的种类和批量决定数控铣还是加工中心等等。具体如下:
(1)数控加工设备的选型要以生产纲领为依据。对于有经济批量要求的适合选择数控设备加工。对于单件或小批量的应选择普通设备完成。数控设备适合中等及中等以上复杂和批量的零件的加工。
(2)数控设备的选型要考虑产品工序能力平衡的要求。对于一种产品若干种零件,首先应对其工艺特点进行分析,分别对车削、铣削、磨削工时进行统计分析。在选择一定数量的数控车床的同时,还应考虑一定数量的数控铣床(加工中心)和数控磨床;选择普通精度等级的数控设备后,还应考虑一定数量的精密型数控设备。否则,就会造成工序能力的失衡,给生产带来困难。
3 从机床结构性能方面考虑数控设备的选型
床身是机床的一个大件,他连接、支撑工作台和立柱,并承载工件的作用。数控机床的床身结构设计、布局和材料,决定了机床的动态特性和静态刚度。如果机床结构设计部合理,或者材料性能不好,就会导致机床的静态刚度和动态特性不达标,加工过程中刀具和工件之间就会产生各种振动和变形,导致加工精度降低。目前床身一般都采用高强度铸铁铸造,主轴转速高和加工精度高的机床还采用大理石或花岗岩填充物来提高床身的动态特性、静态刚度和热稳定性。
4 其它注意事项
(1)设备选型时,应考虑安全的需要。例如:用加工中心加工石墨电极时,除要加工中心的加工区域封闭以外,为保证操作者的安全,还需配除尘装置等等。
(2)售后服务问题。数控设备是机械、电气、液压、测量、控制等多学科集成一体的高科技设备,如果出现故障,其修理难度更大,很多情况下都需要厂家技术人员到现场进行售后服务。如果售后响应不及时或备件订货周期长,造成设备故障停机时间长,就会给使用方带来难以估量的损失。因此我们在选择数控设备的同时,一方面要通过考察和回访其老客户详细了解其售后情况,另一方面要在合同中约定售后响应时间及易损件、备件清单供货周期及报价,以验证供应商的设备售后能力。
5 数控设备的几点应用建议
如何正确应用好数控设备,根据笔者多年的实践经验,提出以下建议:
(1)选择合适的人员从事数控设备的应用工作。应用好数控设备,人是关键的因素。数控设备是数控设备是机械、电气、液压、测量、控制等多学科集成一体的高科技设备,其应用中新功能的开发和应用、设备的维修和维护都需要有一定知识的专业人员。因此,选择合适的专业人员从事数控设备的操作时非常重要的,并且还要对其进行操作、编程和维护培训,只有这样才能更好的应用好数控设备。
(2)做好数控设备的配套设施工作。设备所在空间的环境温度和湿度、电源的稳压情况、压缩空气的干燥情况和机床的工具、附件都将直接影响到数控设备的效率和加工精度。只有这些必须的配套设施齐全了,才具备了机床进行良好工作的基础条件。
6 结束语
以上所述的几个方面不是孤立存在的,而是相互影响和制约的。在数控设备选型时只有经过以上几个方面的综合考虑平衡后,才能选到性价比高的数控机床,才能把设备选型风险降到最低。
参考文献:
[1] 孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京:机械工业出版社,2001.
复采工作面设备选型设计与分析 篇6
我井区七年来通过几种复采工作面支护设备工艺选型、实践应用, 已总结出一整套较为成功的复采工艺设备选型经验。经过对多种支护形势的对比, 我区支护由最早的π型钢梁和单体液压支柱配套支护过渡到并联顶梁液压支架, 到现在使用的整体顶梁液压支架, 先后对对多家支护设备的比较和实地考察, 选择了一套支护性能更好, 支护强度更大, 更符合旧区复采的整体顶梁液压支架。该支架整体性好、稳定性高、适合各类顶底板煤层裂隙发育, 可以有效地解决顶板不同变化对工作面造成的影响, 工作面所有的支架通过托梁系统连接成一个整体, 对顶板实现了全部封闭, 护顶面积大, 顶板容易控制, 可以解决过空顶、采空区、旧巷等问题, 使旧区复采安全性大幅度提高。
1 采煤方法与回采工艺的确定
1.1 工作面情况。
西一区15层煤位于南山矿北翼, 煤层走向变化较稳, 煤层倾角5~17°, 平均11°, 煤层倾角比较平缓。工作面走向395米, 倾斜平均53米, 地质储量14.7万吨, 可采储量13.6万吨。
区内15层煤上部以灰白色细质砂岩为主, 底部也为灰白色细质砂岩。复采煤层厚度平均5.0m, 旧区、旧巷较多, 煤层内含有冒落破碎的岩块, 夹杂在冒落破碎的煤中, 局部抽漏顶或局部悬顶, 实见有坑木, 注水管路, 采场内旧巷多达15条。
根据以上所述, 15层煤层赋存情况和地质构造特点, 设计采煤方法为走向长壁后退式, 顶板管理方法为全部垮落法, 采煤工艺为炮采、整体悬移顶梁支架支护顶板。
1.2 顶板管理方法。
西一区15层煤柱区域的煤层顶板 (直接顶) 可随采随冒, 复采区域顶板按破碎顶板管理, 设计采用全部垮落法管理顶板。
2 顶板管理, 支护方式的选择和依据
2.1 顶板管理:
全部垮落法。顶板管理选择依据:根据本区为复采区, 软帮顶板及顶煤能随采随冒落, 工作面放煤后软帮冒落煤岩的堆积高度可以达到采高1.5倍以上, 故本区顶板管理选用全部垮落法。
2.2 支护方式选择和依据。
该区域为复采区, 顶板能随采随冒, 该煤层无煤与瓦斯突出、无发生冲击地压发生历史, 邻区局部有火区。根据集团公司安全高产高效要求, 该区选用走向长壁后退式一次采全高整体顶梁液压支架放顶煤采煤方法。
2.2.1 工作面支架通过托梁系统连为一个整体, 使得支架稳定性及安全性有很大提高。
2.2.2 由于顶梁采用整体箱式结构, 护顶面积可达到95%以上。对顶板实现了全封闭管理。
2.2.3支架在坚硬底板工作面使用时可不用底盘, 在中软底板工作面使用可加装￠26、￠300、￠360、￠400柱鞋或两柱共用大底盘, 特别需要时可四柱共用整体底盘。
2.2.4 由于该支架液压系统可采用集中控制, 4柱可同时提起前移, 使前移动作简单, 移架速度快, 极大的提高了功效。
2.2.5 支架运输拆装方便, 简单, 可在工作面现场组装。
2.2.6 由于支架移动全部采用液压控制, 甚至可采用全集控闭路液压系统, 所以能极大减轻工人劳动强度。
3 工作面支护设计
3.1 本采面矿压观测数据:
本面开采的旧区复采, 老顶初次来压、周期来压显现都不明显, 但有硬帮抽顶及片帮现象。
3.2 支护强度计算:
注:P-支护密度根/m2
D-顶板单位面积载荷量T/m2
K-单体支柱支撑强度 (30T/根)
M-设计开帮高度
V-顶板煤岩容重取2.0 T/m3
R-支护强度T/m2
1.1-两组支架之间支护的宽度 (0.75+0.35) m
68-支架立柱的工作阻力T
3.2.1 顶板单位面积载荷量D。D=8.M.V=8×2.0×2.0=32.0 T/m2
3.2.2支护强度计算。最大控顶距时支护强度:R大=4×68/3.8×1.1=65.07吨/米2;最小控顶距时支护强度:R小=4×68/2.8×1.1=88.31吨/米2
3.3 支护方式和参数选择
3.3.1 支护方式:
根据上述计算工作面选择北京城田恒业煤矿设备有限公司生产的Zy2800/14/28轻型整体无前探梁悬移顶梁液压支架支护顶板, 完全能够满足工作面支撑能力的要求。
3.3.2 支护参数: (见表1)
3.4
工作面上、下出口支护设计。工作面下出口采用同型号支架, 支架长度3530mm, 上下出口各提前一刀开帮,
3.5 支护强度验算 (见表2)
根据上述计算得知:支护强度R大、R小均大于顶板载荷量D。因此选择该支架能够满足顶板载荷量要求。
根据实际应用和支架设备技术性能指标可以看出, 复采工作面较实用整体悬移顶梁轻型液压支架支架支护顶板。较分体式悬移顶梁安全、操作方便、安设简单、减轻工人劳动强度、推进度大、有利于一通三防、和防灭火。
结束语
破碎设备的选型与设计 篇7
1 东海煤矿地温现状及热源分析
东海煤矿隶属于龙煤股份鸡西分公司, 地处鸡西市东北部东海镇境内, 井田面积34 km2, 现有3个生产井区、1个准备采区、9个生产辅助单位, 员工4600人。以三采区为例, 对东海煤矿高温热害进行分析研究。无论地面天气如何, 地表温度变化多大, 风流经过长的通风路线到达绞车道时, 干温度在21.3℃左右, 在入风的路线中, 温度基本呈递增趋势, 在回风平巷接近工作面处的温度最高, 而且生产班的温度高于检修班, 在生产班中, 零点班的温度最高。工作面各测定点的相对湿度随季节变化不大, 但在同一时间内, 以工作面和回风平巷中为最大, 最高达到96%, 其中上隅角最高温度为34.7℃, 相对湿度达到100%以上。主要热源包括煤体放热、机器设备放热、采空区氧化放热、皮带在运煤过程中煤体放热以及井下工作人员释放出来的热量, 以及空气压缩热、矿井水放热等。
2 制冷系统负荷计算
2.1 空气冷负荷。
夏季进风巷进口空气温度23℃, 受进风巷煤炭运输及巷道的散热, 温度逐渐升高, 到工作面进口处, 空气温度29℃, 湿度95%。该部分的冷负荷根据空气的焓差法计算。
式中:
ρ-空气密度, 取1.17Kg/m3;V-通风风量, 按820m3/min;h1-空气的高位焓值, 取92.5℃;h2-空气的低位焓值, 取80.5℃。
2.2 矿井围岩、矿井水散热
采用等效温度计算:Q2=AwFw (tw-tn) =10×198× (3.8+2.6) ×2× (37-26) =279k W
式中:Aw-矿井表面放热系数, 10w/m2;Fw-矿井采面表面积:长度198m, 采面层高2.6m, 宽3.8m;tw-岩体表面温度, 取最高37℃;tn-降温后矿井内空气温度。
2.3 机械散热
采煤工作面机械功率如下:采煤机320k W, 刮板运输机320k W, 转载机150k W。依据设计手册电机运行热值计算模型:
式中:Q3-电机散热量;n1-同时使用系数, 0.9;α-输入功率系数, 0.9;η-电动机效率, 0.6;N-设备总安装功率, 790k W。
2.4 运输中的煤炭散热
式中:
MK-运输煤炭及矸石量, 23kg/s;CK-运输煤炭及矸石的平均比热, 取1.25k J/kg·℃;tK-运输煤炭及矸石在巷道中被风流冷却的温度差, 10℃。
2.5 采空区放热
式中:ρ-空气密度, 取1.28Kg/m3;V-通风风量, 按820m3/min, 漏风率按照10%计算;h1-空气的高位焓值, 取154.2℃;h2-空气的低位焓值, 取80.5℃。
2.6 需冷量
考虑20%的冷损失, 工作面的需冷量为1372.2k W。
3 降温系统方案论述
东海煤矿曾经采用井下防尘水排热的方式局部降温, 但因用水量大没有成功。本方案针对井下现场实际条件, 提出以回风排热的方式实施制冷, 对井下工作面进行降温。考虑井下环境对冷水机组的腐蚀问题, 对其做防腐蚀特殊设计。
3.1 工艺路线。
本方案设计为单个工作面降温, 选用一台冷水机组为工作面进风巷和回风巷同时降温。进风巷在距工作面200m处开始, 往后安装4台空冷器, 每台间隔50m, 吊装在皮带上方, 约半个月回撤一台;回风巷在距离工作面100m处安装2台空冷器, 间隔100m, 根据工作面回采进度, 约20天回撤一台。
本制冷系统冷却采用采区总排风作为冷却源, 总排风量为1852m3/min, 矿井排风温度29℃, 相对湿度74%左右。在采区总回风巷内建一座喷淋散热装置, 利用矿井的负压通风, 将制冷系统冷却水的废热通过矿井排风带走。
3.2 制冷机房及管道布置。
机房布置在左九回风巷的拐角车场处 (-685m) , 最宽处宽3.6 m, 喷淋排热装置布置在左九回风巷与主回风巷岔口的上方 (-677m) 。制冷机制取的低温冷冻水通过管道沿总回风巷至左十一工作面的进风巷和回风巷, 分别至距离工作面100m处。冷冻水管路选用PE塑料管, 进风巷内管道无需保温, 回风巷内管道做保温采用聚氨酯发泡, 保温层厚度为50mm。
3.3 主要降温设备性能。
3.3.1根据计算得出的冷负荷, 一个工作面选用一台降温专用机组, 制冷量1560 k W, 制冷额定功率500 k W。3.3.2在采区总回风巷内修建喷淋池, 喷淋池上方为喷淋散热装置, 设挡水板, 防止水损失;喷淋池设沉淀过滤措施, 定期清理, 防止回风中的粉尘沉积并进入机组。喷淋系统的补水量为2.5m3左右。3.3.3末端换热装置全部采用空冷器。根据制冷量, 共需布置6台空冷器, 每台空冷器配套一台局扇风机, 换冷能力为300k W。3.3.4冷却潜水泵2台, 流量G=185m3/h, 扬程H=32m H2O, 功率37k W;冷冻水泵2台, 流量G=185m3/h, 扬程H=55m H2O, 功率55k W。3.3.5机房位置的高度比制冷工作面高, 冷冻水循环方式采取开式循环, 在机房内安装开口循环水箱, 水箱采用钢板焊接, 钢板厚度5mm, 外形尺寸为5000 mm×2000 mm×1500mm, 容积15 m3。
3.4 回撤措施。
为方便后撤, 管道安装时, 进风巷每隔50m设置一组阀门, 回风巷每隔100m设置一组阀门, 与空冷器每次后撤的距离相等, 以便于后撤时减少管道内排水。进风巷为皮带巷, 安装的4台空冷器根据回采进度回撤, 将靠近工作面的一台空冷器回撤到最后, 回撤距离50m;回风巷安装的空冷器通过平板车轨道回撤, 后撤距离100m。对应的风机的防爆开关同步回撤。
结束语
本系统对东海煤矿工作面和掘进迎头实施降温制冷后, 效果明显。不仅改善了员工的工作环境, 提高了员工的劳动效率, 同时大大降低了机电设备的运行故障率, 提高煤矿生产效率, 经济效益和社会效益显著, 在开采深度很深的矿井中具有一定的推广意义。
参考文献
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破碎设备的选型与设计 篇8
随着国民经济的快速发展, 广大高海拔地区中压成套电气设备的需求量也逐年增加, 而目前市场上按照IEC62271、GB3906设计的中压成套开关设备是按照海拔高度1 000 m及以下使用条件设计制造的, 市场上暂无海拔3 000 m及以上标准产品[1]。通过采用增大电气间隙、增加爬电距离、采用复合绝缘等方法能够满足高海拔地区的中压开关设备外绝缘强度的要求, 但过多的采用复合绝缘或加大爬电距离的方法, 随着时间推移及长期处于强烈的紫外线环境下, 绝缘件老化速度较快, 设备的可靠性也会大打折扣[2]。
本研究从现有技术文献着手, 在充分考虑高海拔地区环境对产品电气性能的影响基础上, 通过产品试验的验证, 对高海拔地区中压成套开关设备的设计及选型问题进行进一步的分析。
1 高海拔环境对开关设备电气性能的影响
在高海拨地区, 海拔高度每上升1 000 m, 相对空气压力大约降低12%, 空气密度降低约10%, 绝对湿度随海拔高度的升高而降低[3]。空气压力和空气密度的下降, 引起设备外绝缘强度的降低;空气密度降低导致设备散热性能下降而影响温升效果;平均绝对湿度降低时, 设备外绝缘强度随之降低;太阳日间辐射强度较大, 加快了电气设备绝缘材料的老化速度;环境温差加大, 电气设备表面易形成凝露, 容易发生沿面闪络放电的现象, 导致绝缘件强度及机械性能大大减弱, 并对产品的机械性能产生不良的影响[4,5]。
1.1 对绝缘水平的影响
在工况条件下, 电气设备的可靠运行的主要表现为, 其带电导体与接地部件之间的电气间隙 (空气或复合绝缘间隙) 不被击穿。由巴申定律 (Paschen's Law) 可知, 两平行导体间的击穿电压与导体间气体的压力和距离的乘机有关, 见下式[6]:
式中:a, b—实数;p—压力;d—极间距离。
试验表明:海拔每升高1 000 m, 平均气压则降低7.7 k Pa~10.5 k Pa, 由公式可知, 电气间隙一定时, 随着海拔高度的增加, 大气压力降低, 击穿电压也随之下降, 当气压下降到临界值时, 击穿电压开始上升, 绝缘水平增加。
巴申曲线如图1所示。对采用真空灭弧的开关设备, 其电气间隙一定, 应用于海拔高度低于4 000 m及以下时, 由图1可知, 其外绝缘水平随空气压力下降而降低。内绝缘水平随着气压降低, 真空度上升, 击穿电压大幅提高, 因此可忽略外部大气条件对其的影响, 无需采用特别的措施。
因此, 开关设备安装在高于海拔1 000 m时, 其外绝缘耐受水平应为额定绝缘水平乘以修正系数, 目前, 修正系数计算有两个主要标准可以参考。
1.1.1 GB/T 11022—2011
修正系数Ka可由图2[7]查询确定。
也可按照公式 (2) [7]计算:
式中:H—海拔高度;对于工频、雷电冲击和相间操作冲击电压, m=1, 对于纵绝缘操作冲击电压, m=0.9, 对于相对地操作冲击电压, m=0.75。
1.1.2 GB/T 311.1—2012
新的国家标准不再沿用以线性化方程来处理的计算方法, 而采用与IEC标准相同的曲线查找或公式计算的方式[8], 使得国家标准中, 对海拔修正系数的计算得到统一。
1.2 对温升的影响
采用空气作为散热介质的中压开关设备, 空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低, 对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品, 因散热能力的下降, 导致设备温升增加。
交流系统的设备温升按式 (3) [9]进行修正:
式中:温升的高海拔校正系数, H—海拔高度。
由式 (3) 计算可知, 在海拔1 000 m~5 000 m范围内, 每升高1 000 m, 温升修正系数如表1所示。
本研究取开关设备温升最严酷部位-动、静触头啮合处的温升指标, 通过查询GB/T 1100—2011可知, 在空气中, 采用镀银铜触头的温升允许值为65 K, 按照表1由式 (3) 确定的系数修正, 海拔高度每升高1 000 m, 温升增加约2 K。
高海拔地区, 在无外部热源及遮护的情况下, 空气温度随海拔高度的增高而降低, 一般研究所采集的温度与海拔高度的关系如表2所示。
从表2中可以看出:一般情况下, 海拔高度每升高1 000 m, 最高环境温度会下降5℃, 平均温度也降低5℃。
通过以上比较可知, 开关设备温升随海拔上升而增加的数值不大于环境温度随着海拔升高而降低的数值, 二者可以抵消, 因此产品设计时一般不考虑海拔高度对温升的影响。
1.3 对开断能力的影响
空气压力或空气密度的降低, 使得以空气为绝缘介质的开关设备灭弧性能降低、开断能力下降及电寿命缩短。对于采用真空灭弧的开关设备, 是使用旋弧触头产生的磁场吹灭电弧, 海拔高度对其开断能力的影响较小, 但随着海拔高度的增加, 应选用有较大爬距的灭弧室, 并对其外绝缘进行加强。
1.4 对机械性能的影响
高海拔地区昼夜温差较大, 对成套设备内部机械传动部件, 如断路器操作机构、接地开关、脱扣器等, 需要考虑因温度变化而造成的材料变形对公差的影响。在结构尺寸关系上, 要考虑和预留出基于海拔因素下的更大的尺寸。同时绝缘件、互感器外壳容易龟裂以及密封结构也易破裂, 选型时要多加注意, 尽量选择通过环境试验的元器件。
2 高海拔中压成套设备的设计要点
针对高海拔环境对电气性能的影响, 本研究在目前市场上成熟的KYN61-40.5开关设备的基础上, 完成了应用于海拔高度3 000 m的开关设备的试制, 其主要技术参数及设计要点如下。
2.1 电气间隙确定
电气间隙是以开关设备所能承受的耐压水平来确定的, 对于定型的中压成套设备而言, 其电气间隙已经确定, 以空气作为绝缘介质开关设备内各相间及对地空气净距如表3所示。
随着海拔高度的增加, 设备击穿电压降低, 要想使开关设备在高原环境使用时有足够的耐击穿能力, 必须增大电气间隙, 对应用于高海拔地区的开关设备, 电气间隙的确定需要考虑的因数较多, 如满足绝缘要求、铜排的加工工艺、是否绝缘包封、污秽等级等, 按照理想状态下, 裸导体的空气净距一般按照海拔高度每增加1 000 m, 电气间隙增加10%考虑, 电气间隙修正系数如下式:
式中:电气间隙修正系数, H—海拔高度。
应用于海拔高度3 000 m时, 由式 (4) 计算可得, 修正系数为1.21, 修正后设备最小电气间隙如表4所示。
2.2 爬电距离确定
爬电距离与除了与绝缘类型有关外, 还与微环境污染等级 (污秽等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) 、材料的绝缘性能、工作电压等密切相关, 对纯瓷及有机绝缘件的外绝缘爬电比距及相应值的应用范围规定如表5[10]所示。
注:爬电距离=最高电压×爬电比距
应用于高海拔环境下时, 必须对爬电距离进行修正, 目前国标对如何计算修正没有明确规定, 长期的试验研究发现, 绝缘介质的湿闪或污闪电压与其爬电距离有接近线性的关系, 且通过反复试验验证, 发现海拔每升高100 m, 爬电距离增加1%可以有效降低沿面的闪络发生, 保证绝缘件的绝缘性能。
在一般情况下, 当海拔高度在1 000 m~2 000 m时, 开关柜柜内的一次元件可以按照II级污秽条件来设计其外绝缘爬电比距, 即瓷质为18 mm/k V;有机绝缘为20 mm/k V (个别污秽较重地区可按有机绝缘25 mm/k V考虑) , 目前市场上的中压成套设备采用的全工况、加强绝缘型绝缘产品产品, 其外绝缘尺寸相对来说有一定的裕度, 基本上能满足海拔高度3 000 m条件下的运行要求。
2.3 复合绝缘方案
针对海拔高度不大于1 000 m而设计的成套设备, 其配套元器件尺寸受安装条件限制, 电气间隙往往不能满足高海拔的绝缘要求, 而重新设计柜型的成本较大, 这时可以采用复合绝缘等加强绝缘型工艺措施来解决绝缘问题:
(1) 采用进口制作的自粘硅胶带对导体搭接处进行包封, 防止出现仅靠热缩套盒包封出现的问题。
(2) 母排搭接处采用绝缘包封护套, 且要求与母排紧贴、无气泡。
(3) 金属活门对带电体一侧和活门上下边缘硫化处理或采用绝缘材料活门。
(4) 相间或相对地之间增加绝缘隔板。
(5) 选用带双屏蔽的穿墙套管, 改善套管安装位置的电场分布, 提供局部放电电压, 应尽量选用受温差影响变化不大及防老化程度高的绝缘材料 (如SMS或DMC模塑料) 。
(6) 断路器采用加强绝缘型固封极柱, 增大爬电距离, 提高绝缘水平。
DL/T 404—2007 5.106要求:“以空气和绝缘板组成的复合绝缘作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备, 带电梯与绝缘板之间的最小空气间隙应满足上述要求:对3.6 k V、7.2 k V和12 k V设备应不小于30 mm;对24 k V设备应不小于45 mm;对40.5 k V设备应不小于60 mm。”本研究结合高海拔地区产品制造和运行经验, 提出了表6所列数据, 且选用的绝缘材料厚度不应小于3 mm, 并需考虑绝缘件固定件的位置及材料, 并优先选用老化后的绝缘材料。
2.4 辅助措施应用
针对高海拔地区气温低、个别地区湿度大的气候特性, 开关设备常采用温湿度控制器和加热元件来降低凝露, 温湿度控制区可以控制加热元件长期投入或自动投入, 对开关设备进行除湿和防潮, 并在温度过低时, 通过升温对开关设备内其他元器件起到加热作用。
2.5 导体及柜体加工工艺
一般说来, 均匀电场和稍不均匀电场的平均击穿场强比极不均匀电场间隙的要高的多, 因此, 通过改进导电体的形状、增加电极的曲率半径来改善带电导体周边的电场分布, 提高气隙的击穿电压是非常有效的方案, 导体的选择及加工工艺尤其重要, 导体应尽量选用R型、D型或圆角等边缘带圆角外形结构, 同时还须尽可能地消除电极上的飞边毛刺、锐缘、焊缝、棱角等, 提高电极表面的光洁度, 消除局部场强, 避免尖端放电。
开关设备柜体, 特别是与带电导体距离较近的部位, 应采用多重折弯工艺, 避免板材切割及制作过程中形成的毛刺、尖端及焊缝, 改善电场分布, 尽量避免不均匀电场的形成。
3 试验及结果分析
2013年12月, 笔者所在公司进行了KYN61-40.5开关设备的样机试制, 并按照表7所示的试验参数进行了绝缘试验, 试验参数按照式 (2) 计算的系数进行修正。
在试验过程中发现, 仅靠在现有成型柜的基础上部分改动来满足高海拔环境下的绝缘要求, 需要大量采用复合绝缘来弥补电气间隙不足带来的绝缘问题, 但随着绝缘材料老化的增加, 对产品的可靠性也留下很大的隐患。
对12 k V开关柜而言, 产品经过了国内几十年的设计改进及运行, 元器件及加工工艺已较成熟, 应用于海拔3 000 m时, 其也能可靠运行, 而40.5 k V开关设备, 通过本次试验发现还需进一步提高绝缘水平的薄弱环节, 特别是绝缘件爬距小及互感器的绝缘水平较低, 接地开关的开距小及刀头电场不均匀等, 还需进行大量的设计研究工作。
4 结束语
本研究从现有的技术文献着手, 根据国内高海拔中压开关设备的设计制造经验, 设计制造了样机一台, 为今后高海拔地区中压成套开关设备的设计选型提供了依据。试制过程中, 发现导体的加工工艺、绝缘件的选择、接地开关的空气净距等是影响样机成败的关键因素, 因试验条件的限制, 无法模拟高海拔的环境条件, 对产品的其他性能未能进一步验证。
目前高海拔环境下中压成套设备存在的问题, 需要各个学科共同努力, 还需总结行业设计及运行经验, 加快研究适用特殊环境条件下的技术措施, 研发新材料、新工艺、新技术应用于产品生产, 建立统一的技术标准和完善的试验方法, 为高海拔地区提供更多优质、可靠的开关设备。
本文引用格式:
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参考文献
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破碎设备的选型与设计 篇9
通过酸解方法制作的黑钛液是一种成分非常繁杂的液体, 其中不仅含有没有经过分解的钛铁物质、白石、石英砂的微小粒子, 同时还有硅铝等元素的胶体粒子, 以及一些硫酸盐杂质。就国内的钛白产业来说, 由于钛铁矿石的供应主要受市场关系的影响, 所以黑钛液的质量成分非常的差, 某些胶体杂质大量的存在于黑钛液中。由于各种杂质很难通过沉降完全消除, 溶液中的钛就含有很强的粘性, 从而造成有关溶液的分离效果下降, 使得钛白生产中使用的硫酸亚铁中含有大量的钛, 最终降低了产品的使用率。为了解决以上问题, 钛白产业在发展的过程中逐渐加入了热过滤这道工作环节, 热过滤环节所使用的也是经常被用来进行固液分离的压滤机, 笔者在此不作过多叙述。近些年来市场上有出现了一种新式的管式过滤机, 通过对管式过滤机的使用调查发现, 这种过滤机有着非常理想的过滤效果。管式过滤机内部组成较为复杂, 其工作环节主要包括过滤和按时清洗两个环节。
通过对管式过滤机和传统压滤机的对比比较发现, 二者的购买费用相差不大但电能的消耗却比较明显, 传统的板框式压力机的单位能耗大约是管式压滤机能耗的二倍还多。与此同时, 新型管式过滤机的过滤精度有10的负五次方, 它大约等于传统办事压滤机热过滤与经过滤两个步骤的过滤效果。另外, 年运行费用低、操作强度小等也是管式过滤机的优点。由此可见, 与传统板式压滤机相比, 管式压滤机有着相当明显的优势。
2 硫酸亚铁分离
结晶后的黑钛液体通常以七水硫酸酸亚铁的状态体现, 与冷冻式结晶法相比, 真空式结晶法在当前的钛白工程生产中使用的更为广泛。由于真空式结晶法具有温度下降迅速、结晶期间短以及需要强搅拌的特点, 工作中产生的硫酸亚铁一般颗粒都非常的小, 这就要求提高过滤装置对溶液的过滤能力, 同时带来了过滤装置选择的难题。固液分离是硫酸亚铁的主要分离方式, 针对这点, 可以选择的过滤机主要有真空驱动型的真空式抽滤机、圆盘式真空过滤机, 以及主要以离心例为驱动方式的离心机。在实际钛白生产的过程中, 真空式抽滤机仅适合于产量低于一万吨的小型生产企业, 所以笔者这里主要介绍圆盘式真空过滤机与离心机。
圆盘式真空过滤机主要有8 m2、14 m2、18m2、20m2以及25m2等不同类型。其每个及其每年的生产量大约为1~3万t, 驱动器属于无极调速型。
离心机主要是根据离心作用来进行固液分离的工作。我国在整个钛白产业发展的过程中曾经大量应用过各式各样的离心机, 其中还包括进口国外的优秀离心机。就目前使用的离心机种类来看, 卧式的活塞推料型与双支撑卧式的刮刀卸料型这两类离心机是最为广泛的, 因此笔者主要介绍这两种离心机。
卧式活塞推料离心机对溶液中固体的质量分数有不小于百分之二十四的标准, 所以在实际工作中, 还必须另外添加一部增加稠度的设备来增加钛液中固体的质量分数。该种离心机的型号字母表示为HR。
双支撑卧式刮刀卸料离心机是一种生产能力较大的离心机, 国内应用于生产都不多, 大多为引进德国的进口设备。该类离心机的主要代表就是Φ2050型离心机, 经它分离的黑钛液其硫酸亚铁能够达到百分之六左右的含水量, 效果较为突出。该离心机在结构构成上与我国自产的虹吸式离心机有着诸多相似之处, 其主要差别在于它没有设置相应的虹吸口, 其钛液是经机壳归集以后自动流出。
通过对德国生产的Φ2050型离心机与圆盘式真空过滤机的对比比较发现, 前者的主要特点就是过滤效果较理想, 电能消耗较低, 但同时价格较高, 维修与更换零件也较为繁琐, 所以在我国的使用范围并不广。目前在我国钛白生产过程中, 主要是通过设置两层的分离装置来达到硫酸亚铁的低含水量, 第一层是通过圆盘式真空过滤机进行分离, 第二层则使用RH630—N型离心机进行分离, 这样就能在达到硫酸亚铁低水分 (其含水量大约为百分之五到百分之七) 的同时, 增加分离的经济性。
3 偏钛酸的过滤洗涤
3.1 水洗规定
偏钛酸液体经过水解以后的化学组成较为复杂, 对这种液体的分离却比较好进行。但需要说明的是, 液体中水合二氧化钛的存在使得其它的外表极易布满母液, 而母液中存在的众多的硫酸亚铁和各种硫酸盐, 这些物质的能够对产出品的光学颜料等性能产生极大的不良影响。所以为了避免这些杂质对产品的影响, 通常利用水洗的方法进行液体去杂, 当偏钛酸溶液中的铁含量小于万分之一时即视为符合标准。
一般情况下, 经过一次的水洗基本不可能将偏钛酸溶液中的杂质去除到规定的标准, 另外诸如亚铁粒子等金属粒子很容易在水洗的途中因为溶液的酸度下降而变为三价铁离子, 然后形成氢氧化铁并融合在滤饼内不能进行彻底的消除, 这就最终导致滤饼内铁的比例不能达到标准。为此, 必须在一次的水洗之后增加一个环节, 即增加漂白的环节, 将第一次水洗中形成的沉淀物质再次转变为离子的形式, 此时高价的金属离子就会变成低价的氧化物, 然后再对其进行第二次的水洗过程, 使得偏钛酸的浓度达到规定的标准。第二次水洗以后的铁含量必须保持在十万分之三以下。
3.2 水洗设备
对于偏钛酸的洗涤和过滤, 一般是通过真空式叶滤机、离心机以及真空式转鼓过滤机等装置进行固液分离操作。笔者在此介绍几种在实际生产中使用较为广泛的种类真空式叶滤机在实际生产中大都为180m2规格, 有的生产商也生产规格较大的200、268m2型机组, 但我国国内较少出现。
隔膜式压滤机是一种最先在国外使用的水洗设备, 后来经过国内生产商的设计生产, 以及在钛白生产领域得到了大量的使用, 其使用规模与叶滤机差不多等同。
通过对压滤机和叶滤机的对比比较发现, 在对偏钛酸的两次水洗过程中使用压滤机能够节省更多的投资资金、工作成本以及水量消耗。但实际钛白生产中就二者的使用效果还不能得出一致的意见, 过去有很多人认为使用压滤机进行洗涤的效果较差, 叶滤机具有更好的使用效果, 但根据多年的技术完善, 如今的压滤机已经拥有了和叶滤机差不多的性能, 所以压滤机的适用范围也在不断增大。水洗设备可以根据使用者自己的特点进行选取。
4 偏钛酸浆液的脱水
一般来说, 在经历过盐处理以后, 偏钛酸溶液会仍旧处于一种粘稠状, 所以对其进行回转窑的煅烧处理之前, 必须通过提供足够的热量使偏钛酸浆液进行充分蒸发处理, 之后再进行脱硫以及晶型的转化等。通常来说, 水含量越低的偏钛酸溶液, 在进行窑内煅烧时就越能减少能源的消耗。与此同时, 水含量低的偏钛酸溶液还能更快的在回转窑内进行脱水处理, 也能更早的进行脱硫处理, 从而能够增大回转窑的使用效率。由于以上因素, 当今钛白生产企业对于偏钛酸回转窑前的水分降低, 投入了越来越多的注意力, 其主要方法是通过离心机、叶滤机、真空式转鼓过滤机以及隔膜压滤机等来实现。
利用离心机的脱水处理, 此方法通常是在三足离心机的转鼓里边设置一张滤布, 然后把经过盐处理的偏钛酸浆液放进三足离心机内, 当三足离心机开始运转时, 浆液中的水分就会在离心力的作用下分离出来, 分离完成后, 再取出偏钛酸进行后续工作处理。利用叶滤机的脱水处理, 该环节使用的叶滤机与前述水洗环节所使用的叶滤机相同, 这里的工作只是相当于再次进行叶滤机水洗的上片步骤。叶滤机在上片厚度合适的时候就会被抬起, 置于回转窑槽上, 待经过一定的抽干再把其中的滤饼拿出来, 利用本装置把它传送到回转窑的里边。
利用真空式转鼓过滤机进行脱水处理, 一般用在稠度不大并且比较容易进行过滤操作的溶液中, 使用该种过滤机能够不间断进行大规模处理, 且方便对滤布与滤饼进行再次使用和清理, 因此该方法使用的较为普遍。具体处理过程是, 通过设置在浆料槽上转鼓的旋转作用, 使各个隔室都能沉入到滤液, 再在真空状态下经滤布吸离滤液, 留下滤饼在滤布上, 随着转鼓角度的变换, 滤饼就会被刮刀进行刮离, 此时刮离的滤饼就可以被传送装置等传入到回转窑里。
利用隔膜式压滤机进脱水, 这种方法必须要求隔膜式压榨机的脱水压力超过一个兆帕, 在实际生产中使用进口的先进压滤机有时甚至能达到1.6个兆帕的压力, 在这种高压状态下, 偏钛酸溶液中的水分很容易就能被压出去。
以上各种脱水设备在实际钛白过程中均被广泛的应用过, 但当前我国使用较多的还是真空式的转鼓过滤机以及隔膜式的压滤机。通过对这二者的对比比较可以发现, 与国内的隔膜式压滤机比较, 进口的真空式转鼓过滤机由于其高昂的价格和使用费, 较差的以及脱水效果等特点, 已经被逐渐取代。
5 包膜后再次水洗
进行该环节主要是出于以下两个原因。第一个即是该环节可以对附着在钛氧化物上的可溶性金属盐进行再次处理, 第二个原因是它可以降低滤饼中的水分, 便于后续的干燥。包膜后的再水洗一般使用叶滤机或者是压滤机进行, 通过对二者的比较可以发现, 虽然压滤机的电能消耗略大一点, 但由于其造价和水耗较低, 滤饼中的水分也较少, 所以在钛白行业使用的更为广泛。
6 结束语
钛白工程设计中的分离和过滤对于最终产品的质量有着重要的影响, 它的分离过滤过程也包含着众多的工序。如果能够合理的对各个环节的设备进行选型, 就能够在保证分离过滤效果的同时, 为钛白生产企业节省大量的资金能源消耗。由于笔者能力和文章篇幅的限制, 文中出现的很多问题都未能深入展开, 笔者希望通过以上分析论述能为广大钛白行业从业人员提供一定的借鉴和帮助。
参考文献
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印刷企业设备选型原则 篇10
适用性
首先要明确企业的产品定位是什么，针对什么样的市场。开发新的产品市场，需要认真研究新产品的生产技术要求、市场时效性、业务量。只有在对市场及技术要求、自身的技术适应能力、资金能力充分掌握并控制的前提下，才能做出正确的决定。对印刷市场，可作如下分类。
1. 彩色高端市场
彩色高端产品主要指画册、产品说明书、宣传画、高档包装等。针对以上产品，建议选用德国或日本的多色印刷机，如果资金不够充分，还可选用大四开（650毫米以上）印刷机。这类产品网点要求细腻（175线以上），没有好的机械精度和硬性包衬，网点还原则很难达到，特别是反差大的图像体现在产品上，质感差别是非常明显的。
2. 书刊市场
书刊产品主要指图书和教材。特别是教材周期很短，印数不一，同一本教材彩色黑白相间，即使全彩色也分铜版纸和胶版纸印刷。因此，设备配置也要相对复杂。以内蒙古爱信达教育印务有限公司为例，其年教材生产能力30万令纸，其中彩色教材20万令纸、黑白教材10万令纸。设备配置如下：
海德堡SM74四色胶印机1台，主要印刷教材封面。
海德堡CD102四色胶印机2台，主要印刷铜版纸教材和部分教材封面，以及部分质量要求较高的社会产品。
上海高斯S-B四色胶印机5台，主要印刷胶版纸彩色短版教材，以及部分质量要求较高的产品。
J2205对开双色胶印机2台，主要负责双色印刷。
以上8台四色胶印机、2台J2205年生产教材10万令纸（80万色令），其中四色机的配置体现了高中端的合理搭配。
上海高斯SSC787塔式轮转机1台，年教材生产能力5万令纸（40万色令）。
北人YP4890八色轮转机1台，年教材生产能力5万令纸（40万色令）。
以上两台八色轮转机主要印刷数量较大的产品，以保证教材周期，并创造主要的加工产值。
黑白产品主要由4台对开双面印刷机印刷，年生产能力4万令纸；单色轮转机2台，年生产能力6万令纸。
装订配备上海紫宏折页机12台，年生产能力12万令纸；其余由折页轮转机完成。
TSK胶订线两条，年完成教材胶订26万令纸，其余由骑马订联动机和圆盘机完成。
以上按全年教材生产期200个工作日计算，加上教材淡季还有15万令纸的生产能力 （减去设备维修时间和人员休整时间）。
作为一个较大型书刊印刷厂，还配备了相应的晒版机、冲版机、烤版机以及机修设备。但对于中小印刷厂来说，在设备适用性方面不可能像爱信达印务那样，能够在生产任务基本确定的情况下进行决策，但至少也要有80%的可能性。
3. 包装市场
包装市场应用的印刷设备既有胶印设备也有凸印、凹印设备，甚至是网印设备。选型时要根据产品要求合理配置，胶印机要选择2倍径压印滚筒胶印机，因为印品使用250克/平方米以上的纸张较多，压印滚筒直径大对于少改变纸张曲率和保证压印效果都有好处。
当然包装市场印后还需要模切机、烫金机、覆膜机、切纸机等，这就要根据产品的质量要求和数量来决定，目前国内这类设备已基本成熟。如果规模不是很大，产品定位不是很高，选用国产设备完全可以满足。
4. 报业市场
报业市场是很专业的市场，大部分由报社印务中心承印，但也有一些报社自己不设印刷厂。选择报业印刷设备主要看印量以及彩色或黑白版面数量，现彩色印报设备均为B-B塔式。大滚筒周长1092毫米，即每转一转2个印张，大报可印刷8个版面，小报16个版面。小滚筒周长546毫米，即每转一转1个印张，大报4个版面，小报8个版面，具体配置要看版面数和印量。现国产印报机运转速度已达45000转/小时，进口机转数更高。给纸机同样需根据版面配置。
相关设备品牌主要有高斯、高宝、曼罗兰、小森、桑拿、北人、无锡宝南等。
5. 轻印刷市场
轻印刷市场是比较好涉足的市场，产品以黑白为主，印数一般较少，工价有竞争力，场地也小，员工工资占比小，投资10万～20万元就能开业，风险较小。国内生产的轻印刷胶印设备品种繁多，以威海滨田、威海印机、大族冠华、潍坊华光等为代表。
先进性
进入21世纪以来，印刷机械迎来新的发展阶段。目前，单张纸胶印机的某些机型速度可以达到17000～18000印/小时，轮转机达到80000印/小时，但制造厂商并不极力追求印刷机最大印刷速度的提高，而是通过信息技术的应用，进一步缩短印前准备时间和更换活件的时间，追求更高的生产效率。在印刷机械自动化方面，网络化、生产集成化、数字化工作流程、与管理信息系统（MIS）的连接等技术成为开发的重点。
我们在选择设备时需要侧重几个方面：
1.设备设计合理性。主要标准是飞达、递纸机构、滚筒排列、张闭牙结构、离合压机构设计的自动化程度高、安全性能好、人性化等，以及是否满足企业产品生产需要。
2.设备供应商的机械加工是否采用世界或国内品牌机床以及先进的装配工艺。
3.供应商质量管理体系建立得如何。
4.供应商的企业管理整体水平如何。
5.已使用印刷企业对该设备使用情况的反馈信息。
6.供应商的产品市场占有量和售后服务情况。
经济性
所谓经济性不是单纯指设备价格低，而是指购买设备的性能价格比高，这涉及到对设备回报率的分析。价格高的设备一般来说生产质量会更好，但回报却不一定好。
例如，一台对开四色机设备投资300万元，年加工产值300万元（不含纸的销售额），其他成本包括：
辅助材料18%，54万元；
人员工资15%，45万元（含晒版、切纸、部分装订人员工资）；
水电费3%，9万元；
增值税17%，40.29万元（销售额300万元-辅助材料54万元-水电费9万元=237万元）；
其他税费3%，9万元；
管理费用5%，15万元；
财务费用3%，9万元（50%为银行贷款）；
折旧10%，30万元；
合计211.29万元。
企业含所得税余额88万元，减去25%所得税22万元，利润66万元。实际上，在印刷企业中，除了少数企业能达到20%的利润率，大多数情况下是很难实现的，能达到10%的利润率就相当不错了。因此，计算得出企业利润66万元+折旧33万元=99万元，也就是3年回报期。
如果经营情况能达到3年的回报期，对于投资者来说当然最为理想。但实际运作中，市场情况千变万化，如投资更多的资金购置高档设备，必须有高端产品市场和较高的工价，年加工产值也要达到500万元左右，剩余价值达到200万元/年，才有较好的回报。
总之，设备选型既不能急功近利，又不能好高骛远。每一个企业都希望扩大再生产能力，获取更大利润，但印刷业是地域性竞争很强的行业，很多企业投资增加、产值增加但效益并未增加，资金运转情况反而紧张。当然，另一方面也不能因噎废食，对于看准的项目议而不决、错失良机。
（作者为内蒙古爱信达教育印务有限公司总工程师）
煤矿瓦斯抽采设备的选型设计 篇11
1 项目背景
汾西矿业 (集团) 有限责任公司贺西煤矿为高瓦斯矿井, 年产150万吨原煤, 目前, 在贺西井田北部主工业场地以南建有一套薛家岭瓦斯抽采泵站, 泵站配2BEC52型瓦斯抽采泵两台, 一用一备, 功率250k W, 瓦斯抽采主管路DN450。目前, 该瓦斯抽采系统负责二采区综采工作面瓦斯抽采。
矿井改扩建为300万吨后, 矿井在井下三采区3号煤层新增1个综采工作面, 矿井瓦斯涌出量增大, 目前的瓦斯抽采系统不能满足矿井瓦斯抽采需要, 需增加矿井瓦斯抽采能力。
瓦斯抽采量情况如下:初期高负压:纯瓦斯量21m3/min, 浓度40%, 孔口负压15KPa;初期低负压:纯瓦斯量33m3/min, 浓度25%, 孔口负压6.7KPa;后期高负压:纯瓦斯量83m3/min, 浓度40%, 孔口负压15KPa;后期低负压:纯瓦斯量57m3/min, 浓度25%, 孔口负压6.7KPa。
2 瓦斯抽采系统设计方案
根据井田瓦斯涌出量预测情况, 经过分析比较, 瓦斯抽采泵站采用一套管路和两套管路都可以满足井田瓦斯抽采要求。但本次设计推荐采用两套管路系统抽采 (分高、低负压抽采管路) , 主要原因如下:
(1) 矿井预测瓦斯涌出量较大, 用一套管路系统抽采, 干管管径太大, 地面钻孔直径需超过1m以上, 施工难度较大, 且不符合有关规定, 采用两套管路抽采系统, 系统安全性高, 运行更稳定。
(2) 从能耗上分析, 用两套抽采系统能耗量要小于用一套抽采系统的能耗量。
因此, 本次设计选用高、低负压两套管路抽采系统, 并考虑两种瓦斯抽采系统建设方案。
方案一:初期利用目前薛家岭瓦斯抽采系统满足矿井改扩建投产初期 (开采二、三采区时) 高负压瓦斯抽采需要, 后期 (进入四采区后) 改造目前使用的薛家岭瓦斯抽采泵站, 在废弃原有两台2BEC52型瓦斯抽采泵, 新增2台2BEC-72型水环式真空泵, 抽采系统运行时, 使用1台2BEC-72型水环式真空泵, 备用1台2BEC-72型水环式真空泵。同时新打1个瓦斯抽采管道专用井敷设1趟D820×10焊接钢管。薛家岭瓦斯抽采系统改造完成后满足整个矿井上组煤生产时期高负压瓦斯抽采需要。
另在独胡峁风井场地新建独胡峁瓦斯抽采泵站, 安装2台2BEC-80型水环式真空泵, 一用一备。同时在该场地内新打1个瓦斯抽采管道专用井敷设1趟D820×10焊接钢管。新建独胡峁瓦斯抽采系统满足整个矿井上组煤生产时期低负压瓦斯抽采需要。
方案二:废弃目前薛家岭瓦斯抽采泵站, 在独胡峁工业场地集中新建一套瓦斯抽采泵站, 泵站内安装4台2BEC-80型水环式真空泵, 2用2备, 1台瓦斯抽采泵满足整个矿井生产时期高负压抽采需要, 另1台瓦斯抽采泵满足整个矿井生产时期低负压瓦斯抽采需要。新打2个抽采管道专用井敷设2趟D820×10焊接钢管, 分别满足矿井整个上组煤生产时期高、低负压瓦斯抽采需要。
通过对上述两个方案进行比较, 推荐采用方案一, 即初期利用目前薛家岭瓦斯抽采泵站负责初期高负压抽采需要, 后期改造目前薛家岭瓦斯抽采泵站满足矿井后期高负压瓦斯抽采, 新建独胡峁抽采泵站满足矿井整个生产时期低负压抽采瓦斯抽采需要。
3 瓦斯抽采管路选型
3.1 设备选型概况
设计初期将继续利用薛家岭原有瓦斯抽采系统对矿井进行高负压抽采。后期将对薛家岭瓦斯抽采站进行改造, 更换为2台2BEC-72型瓦斯抽采泵, 配1000k W、6k V电机, 用作矿井后期高负压瓦斯抽采。设计在独胡峁工业场地新建一座瓦斯抽采泵站, 安装2台2BEC-80型瓦斯抽采泵, 所配电机功率800k W, 6k V, 1台工作, 1台备用, 用作矿井低负压瓦斯抽采。后期电机更换为1000k W, 6k V。
井下预抽和工作面抽采瓦斯分别通过各自抽采管路集中排送至地面, 地面垂直钻孔内及回风大巷内布置瓦斯主管, 工作面顺槽及抽采巷布置瓦斯支管。瓦斯主管敷设在回风系统中, 正常情况下, 不会因为矿车等设备通过造成机械损坏而泄漏, 管路损坏时也不至于瓦斯流入采掘工作面。地面垂直钻孔内主管管径按后期最大流量考虑, 矿井服务期间无需对其进行改动。
3.2 瓦斯抽采管路选型
瓦斯抽采管路管径, 依据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》, 按混合流量计算:
式中, D’—管径 (m) ;V—瓦斯抽采管路内气体流速 (m/s) , 一般取V=5~12 m/s;Q—管路内混合瓦斯流量 (m3/min) 。
式中, K—瓦斯流量富余系数:1.2~1.8;Qc—纯瓦斯抽采最大流量 (m3/min) ;X—瓦斯浓度。
考虑到使用期限、防腐及经济等因素, 高、低负压主管及干管采用螺旋缝电焊钢管。
初期高负压主干管 (地面及井筒) 继续利用现有管路, 规格为规格为D478×8, 后期由于瓦斯量的增加, 高负压主干管需更换为D820×10螺旋缝电焊钢管。2采区高负压支干管 (大巷) 利用现有管路, 规格为D478×8螺旋缝电焊钢管。3、4采区高负压支干管 (即后期高负压井下瓦斯主干管) (大巷) , 规格为D820×10螺旋缝电焊钢管。各采区工作面顺槽高负压支管选用D325×7的螺旋缝电焊钢管。
低负压主干管 (地面、井筒、井下) 规格为D820×10螺旋缝电焊钢管, 2采区低负压支干管规格为D630×10螺旋缝电焊钢管, 各采区工作面回风顺槽低负压支管及采空区埋管选用D426×5的螺旋缝电焊钢管。
3.3 瓦斯抽采管路阻力计算
(1) 管路摩擦阻力计算
依据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范GB50471-2008》, 计算:
式中, L—瓦斯抽采管长度 (m) ;Q0—标准状态下的混合瓦斯流量 (m3/h) ;d—管路内径 (mm) ;γ0—标准状态下的混合瓦斯运动黏度 (m2/s) ;ρ—管道内混合瓦斯密度 (kg/m3) ;△—管道内壁的当量绝对粗糙度 (0.15mm) ;P0—标准大气压 (101325Pa) ;P—管道内气体的绝对压力 (Pa) ;T—管路中的气体温度为t时的绝对温度 (K) ;T0—标准状态下的绝对温度 (K) ;t—管路中的气体温度 (℃) 。
管路摩擦阻力计算应选择抽采系统服务年限内一条最长的抽采管路进行计算。经计算, 初期高负压瓦斯管路摩擦阻力为2279Pa, 初期低负压瓦斯管路摩擦阻力为4889Pa,
(2) 瓦斯管路系统的总阻力计算
局部阻力可用估算法计算, 一般取摩擦阻力的20%。
初期高负压瓦斯管路系统总阻力为:1.2×H高=2.73KPa取5KPa
初期低负压瓦斯管路系统总阻力为:1.2×H低=5.87KPa取8KPa
4 瓦斯抽采设备选型
4.1 抽采泵压力计算
(1) 标准状态下抽采系统压力
式中, H—抽采系统压力 (KPa) ;Hr—抽采设备入口侧 (负压段) 内管路最大阻力损失 (KPa) ;Hc—抽采设备出口侧 (正压段) 管路阻力损失 (KPa) ;K—抽采系统压力富余系数, 可取1.2~1.8;hrm—入口侧 (负压段) 管路最大摩擦阻力 (KPa) ;hrj—入口侧 (负压段) 管路局部阻力 (KPa) 。
初期高负压:hrm+hrj取5KPa;初期低负压:hrm+hr取8KPa;后期高负压:hrm+hrj取10KPa;后期低负压:hrm+hrj取15KPa;hk—井下抽采钻孔的设计孔口负压 (KPa) , 高负压取15KPa, 低负压取6.7KPa;hcm—出口侧 (正压段) 管路最大摩擦阻力 (KPa) , 取0.4KPa;hrj—出口侧 (正压段) 管路局部阻力 (KPa) , 按摩擦阻力的20%计算为0.08KPa;hz—出口侧 (正压段) 的出口正压 (KPa) , 出口进入瓦斯储气罐, 取5KPa。
(2) 抽采泵工况压力
式中, Pg—抽采泵工况压力 (KPa) ;Pd—抽采泵站的大气压力 (KPa) , 取Pd=90.3KPa;
经计算, 瓦斯抽采泵工况压力如下:初期高负压59.72KPa;初期低负压66.08KPa;后期高负压53.72KPa;后期低负压57.68KPa。
4.2 抽采泵流量计算
(1) 标准状态下抽采泵流量
式中, Qb—标准状态下抽采泵的计算流量 (m3min) ;Q—最大设计瓦斯抽采量 (m3/min) ;X—瓦斯浓度 (%) ;η—泵的机械效率 (%) , 取80%;K—抽采能力富余系数, 取 (1.2~1.8)
(2) 抽采泵工况流量
式中, Qg—工况状态下的抽采泵流量 (m3/min) ;Qb—标准状态下的抽采泵的计算流量 (m3/min) ;Pg—抽采泵工况压力 (KPa) 。
经计算, 瓦斯抽采泵工况流量如下:初期高负压175.8 m3/min;初期低负压431.23m3/min;后期高负压617.62 m3/min;后期低负压707.39 m3/min。
4.3 高负压瓦斯抽采泵选型
设计继续利用薛家岭场地2台2BEC-52型水环式真空泵作为矿井初期高负压抽采泵。 (下转第115页) 后期改造薛家岭泵站, 需更换瓦斯抽采设备, 设计根据后期瓦斯抽采量及抽采阻力, 对高负压瓦斯抽采设备进行选型。
初期, 高负压抽采泵工况流量Qg=175.8 m3/min。抽采泵工况压力Pg=59.72k Pa。继续利用薛家岭场地2台2BEC-52型水环式真空泵, 1台工作, 1台备用, 转速约为260 r/min (10670 m3/h) , 轴功率约为146k W, 瓦斯泵利用现有的2台250k W、6k V隔爆电机。
后期, 高负压抽采泵工况流量Qg=617.62m3/min。抽采泵工况压力Pg=53.72k Pa。由于薛家岭泵站原有的2台2BEC-52型泵不能满足, 需对瓦斯泵站进行改造。更换为2台2BEC-72型水环式真空泵, 1台工作, 1台备用。2BEC-72型水环式真空泵转速约为340 r/min (631 m3/min) , 轴功率约为762k W, 电机选用1000k W、6k V隔爆电机。
4.4 低负压瓦斯抽采泵选型
选用的低负压瓦斯抽采设备需能够满足矿井初、后期各时间段瓦斯抽采需要, 设计根据后期瓦斯抽采量及抽采阻力, 对新建低负压瓦斯抽采设备进行选型。初期, 低负压抽采泵工况流量Qg=431.23m3/min。抽采泵工况压力Pg=66.08k Pa。设计独胡峁场地瓦斯泵站选用2台2BEC-80型水环式真空泵作为低负压瓦斯抽采泵, 1台工作, 1台备用, 转速约为240 r/min (627 m3/min) , 轴功率约为636k W, 选用800k W、6k V隔爆电机。
后期, 低负压抽采泵工况流量Qg=707.39m3/min。抽采泵工况压力Pg=57.68k Pa。使用独胡峁场地瓦斯泵站2台2BEC-80型水环式真空泵, 1台工作, 1台备用, 转速约为270 r/min (711 m3/min) , 轴功率约为795k W, 电机更换为1000k W、6k V隔爆电机。
5 结语
该设计充分利用矿井现有设备, 避免了重复建设, 为建设单位节省大量资金。在选择瓦斯抽采系统的过程中进行了详细的方案比较, 大的方面, 对选择混合抽采和高、低负压分开抽采进行了方案比较, 最终确定选用高、低负压独立抽采系统。在确定高、低负压独立抽采后, 还在经济技术方面进行了两个方案的比较, 最终确定初期利用薛家岭瓦斯抽采泵站负责初期高负压抽采, 后期改造薛家岭瓦斯抽采泵站满足矿井后期高负压瓦斯抽采, 新建独胡峁抽采泵站满足矿井整个生产时期低负压抽采瓦斯抽采需要。为矿井创造了良好的社会经济效益。
参考文献
[1]GB50471-2008.煤矿瓦斯抽采工程设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2008.
[2]张荣立, 等.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003.