皮带输送机供电系统设计.doc

目 录前言11.1鹤壁中泰矿业概况 21.2工作面概况52.1电气设备选型、布置及验算 62.2电气设备选型、布置及供电系统 72.3工作面负荷计算及变压器容量确定 73.1供电系统图（附图） 174.1结论175.1皮带输送机设备设计与验算175.1.1胶带宽度计算185.1.3胶带各点张力计算195.1.4电机功率验算205.2结论21前 言我叫王敏，2007.32009.11在河南理工大学学习,这期间我系统地学习了学校开设的专业基础课和专业课的理论，并通过相应的试验实习，圆满完成了专科阶段的学习，通过这三年的学习不仅丰富了自己的理论知识，开阔了视野，同时，由于知识结构的改变，解决现场实际问题的能力也得到了提高。我将于2009年11月毕业，毕业设计题目为3102综采工作面供电设备、皮带输送机技术选型与计算的设计，在指导老师冯广亮的精心辅导下，我根据中泰公司具体情况，查资料，结合煤矿企业供电的实际情况，并且根据中泰公司主皮带安全可靠为前提，完成本次毕业设计，作为对三年学习成果的总结。本设计主要为胶带输送机选型设计,主要内容有胶带宽度计算、胶带运行阻力计算、胶带各点张力计算、胶带强度计算、胶带悬垂度的计算。由于我的水平有限，设计中难免有疏忽或错误之处，请各位老师批评指正。1.1鹤壁中泰矿业概况1.1.1地理与交通位置鹤壁中泰矿业（原鹤煤四矿）位于鹤壁矿区北部，地理位置：东经114624-114934，北纬354919-355259。主井口坐标：X=3983953.9；Y=513816.8；Z=235.1，副井口坐标：X=3983914.0；Y=513847.0；Z=233.1。本区属山区向平原过渡的低山丘陵地貌，相对高差5060m，海拨高程为178m240m之间。区内有季节性小泉及小溪，此外还有杨吕寨、贾吕寨、赵家荒等小型水库。本区属暖温带半湿润型号季风气候，四季分明，光照充足，温差较大。年平均气温14.215.5。年降水量349.2970.1mm，雨季多集中于七、八月份。鹤壁中泰矿业有限公司位于河南省鹤壁市北部，鹤壁集北两公里，井田范围：东部以中泰矿业与贺驼矿划定的井田边界线（河南省煤炭工业厅1997豫煤基字第429号文批准确）为界；南部及东南部以一矿、中泰矿业和二矿、中泰矿业划定的技术边界线为界；西以F7断层为界与九矿相邻；北部原以推定的二1煤底板等高线-450m水平为界与深部井田相邻，但考虑到矿井的后备储量和生产服务年限，暂定至龙宫井田二1煤底板等高线-650m水平为界。井田南北走向长6.5Km，东西倾向宽5.5Km，井田面积18.6 Km2。中泰矿区运煤铁路专用线东距京广线汤阴火车站22.5公里，距二等列车编组站鹤壁北站1.8公里，矿区内公路与豫北公路网相连，四通八达，交通十分便利（图1-1）。图1-1 鹤壁中泰矿业交通位置示意图1.1.2 煤炭资源概况中泰矿业井田共含煤层及煤线1618层（太原组14层，山西组24层）。其中可采煤层有3层：二1煤（大煤），一11煤（八煤），一22煤（六煤），总厚度为11.01m。现将各可采煤层叙述如下：二1煤：位于二叠系下统山西组之底部，为矿区主要可采煤层，也是中泰矿业现在开采的煤层。井田范围内二1最小厚度3.20m，最大厚度10.29m，平均厚度7.7m。煤厚变异系数为15.5%，可采性指数Km=1，属稳定煤层。井田内二1煤厚大致沿470-5和74-28孔线整体上可分两个区，东北区相对厚度大于西南区，与两组褶皱的方向均不一致，说明后期褶皱构造对其影响不大。断层对二1煤厚度变化的影响仅限于断层的边界，往往使煤变薄，但影响宽度有限。二1结构复杂，常在中下部发育一层夹矸，厚度0.20.4m，平均0.3m，为黑色泥岩或砂持泥岩。一22煤（六煤）：位于太原组下部，C3L2石灰岩为该煤层的直接顶板，其厚度为2.8511.73m，平均厚度6.2m，上距二1煤层平均135m,下距一11煤平均7.5m，煤层态度0.411.15m，平均0.81m。煤厚变异系数为20.75%，可采性指数Km=0.85，属较为稳定薄煤层，不含夹矸。煤层底板为黑色泥岩，由于该煤层厚度稳定，且顶板为C3L2石灰岩，特征明显，易鉴别，故对比可靠。一11煤（八煤）：位于太原组之底部，煤层厚度为1.864.44m ,平均煤厚2.26m，煤层结构复杂，含夹矸27层。一11煤顶、底板均为黑色砂质泥岩。煤厚变异系数为42.92%，可采性指数Km=0.895，属较稳定中厚煤层。 一11煤和一22煤均在太原组底部，俗称下夹煤，本井田虽未揭露，但已有钻孔控制，相邻的一矿、九矿均已开采证实，两煤层厚度比较稳定，均属可采煤层。二1煤具有玻璃光泽，易破碎。以亮煤、镜煤为主，属半亮暗亮型煤，煤岩结构以条带状为主。煤质牌号为瘦煤，中低灰特低硫，为优质动力用煤。一22煤呈玻璃光泽，略有金刚光泽，硬度小，易破碎，内生节理发育，煤岩类型为光亮型，多呈条带状结构。一11煤呈玻璃及金刚光泽，硬度较大，多为块状，煤岩类型为暗煤型，煤岩结构呈条带状或均匀状。一22煤和一11煤的煤质牌号为富硫贫煤，与二1煤相比，其特点为：灰分较高，含硫量高，一般多被用作民用煤。其含硫量高的特点，不仅表现在煤的工业分析与元素分析之中，而且明显地表现在煤的薄片里，它以矿物杂质形式出现在煤岩组分中。除此之外，还以黄铁矿为矿物成分形成囊状、瘤状、结核状乃至小型透镜赋存于煤层之中，这种黄铁矿经常被用作提取硫磺及制造硫酸的化工原料。1.1.3储量计算边界与工业指标三三采区其平面投影为长方形，长922m，宽590m，平面积为543980m2。储量计算方法与参数的确定 地质储量平面积煤厚容重 可采储量地质储量80 其 中：煤厚为8.2m 容 重：1.4T/m3 平面积采区平面投影面积断层无煤带面积，其中红11、4F015断层为边界断层，断层的无煤带面积为： 4F01613701216440m2 断层无煤带总面积：总16440m2 采区平面投影面积543980m2 平面积54398016440527540m2 1.2工作面概况：1.2.1 31021工作面参数切眼长度140米,推进长度490米，采煤方法：综采。1.2.2运煤系统：31021综采工作面31021下顺槽北翼皮带石门皮带2#煤仓二部小皮带主皮带主井底地面1.2.3运料系统：北副井井底车场三水平轨道上车场三水平轨道下车场31021上顺槽料场。1.2.4供电系统：北翼2#变电所（6kV）31021移变上下顺槽配电点。2.1电气设备选型、布置及验算：名称型号功率kW电压V电流A数量备注采煤机MG20020011401341工作面运输机SGB-630/2132132211401771150m一部皮带机SPJ-800/75290211401201540m转载机SGB-630/110110660127170m乳化泵站MRB-75/31.575660862照明信号综保XZZ-2.52.5kVA6602稳车JH-141766019.52绞车JD-40406604612.2电气设备选型、布置及供电系统（附图）2.3工作面负荷计算及变压器容量确定： 、千伏级变压器的容量： Pe = 200+264+752= 200+264+150= 614kW 按需用系数计算变压器容量： S =（KxPe）/ cos = （0.8764）/ 0.80.95 = 646 kVA用一台KBSG-630/1.2的变压器向采煤机、运输机和二部皮带供电。、660V系统变压器容量：Pe = 902+110+752+172+40+2.5+2.5= 519 kW 按需用系数计算变压器容量： S =（KxPe）/ cos = （0.75519）/ 0.750.95 = 546 kVA用一台KBSG-500/0.69的变压器向660v系统供电。2.3.1按长时允许负荷电流选择电缆截面：（参照供电图）1）、变压器（3）开关 （5）电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （0.85614103）/ 11400.8 = 330（A） 可选择截面为70mm2的电缆并联供电。 2152=430330（A）2）、开关（5）（6）（7）（8）电缆选择：Ig = （KxPe103）/ Uecos= （0.85350103）/ 11400.8 = 188 （A） 考虑到短路保护可选择截面为70mm2的电缆供电。 215188A3）、煤机负荷电缆选择：Ig = （Pe103）/Uecos = （200103）/ 11400.8 = 126（A）考虑到强度，可选择截面为50mm2的电缆供电。 173126（A）4）、开关（7）（9）电缆选择：Ig = （KxPe103）/ Uecos = （0.85150103）/11400.8 = 80.8（A） 可选择截面为35mm2的电缆供电。 13880.8（A）5）、皮带机负荷电缆选择：Ig = （Pe103）/Uecos = （75103）/ 11400.8 = 48（A） 考虑到强度可选择截面为35mm2的电缆供电。 13848（A）6）、开关（5）（11）（12）（13）及工作面运输机负荷电缆选择：电缆选择：Ig = （KxPe103）/ Uecos= （0.85264103）/ 11400.8 = 142 （A）由于线路较长考虑到保护因素可选择截面为70mm2 电缆供电。 215142（A） 负荷电缆可选择截面为35mm2的电缆供电。 13883（A）8）、变压器（4）开关 （14）干线电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （0.80519103）/ 6600.8 = 454（A）可选择两根截面为95mm2的电缆并联供电。 2602=520454（A）9）、开关（14）（15）电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （0.7339103）/ 6600.8 = 259（A）考虑到保护，可选择截面为95mm2的电缆供电。 260259（A）10）、开关（15）（26）及乳化泵负荷电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （0.80150103）/ 6600.8 = 131（A）考虑保护可选择截面为35mm2的电缆供电。 138131（A）12）、开关（16）（17）(19)-下顺槽转载机电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （0.80132103）/ 6600.8 = 115（A）考虑到强度，可选择截面为70mm2的电缆供电。215115（A） 下顺槽转载机负荷电缆可选用35mm2 的电缆 138115(A)13）、开关（19）（21）(22)稳车电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （117103）/ 6600.8 = 18.6（A）考虑到保护，可选择截面为50mm2的电缆供电。 17318.6（A）开关（21）(22)可选择截面为25mm2的电缆供电。11318.6（A）稳车负荷线可选择截面为16mm2的电缆 8518.6（A）14）、开关（16）（28）(29) 及绞车负荷电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （0.8559.5103）/ 6600.8 = 56A）可选择截面为35mm2的电缆供电。 13856（A）绞车负荷电缆可选25 mm2 10846A15）、开关（29）（30）上顺槽稳车负荷电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （117103）/ 6600.8 = 18（A）考虑到强度，可选择截面为35mm2的电缆供电。 13818（A）稳车负荷电缆可选16 mm216）、开关（14）（23）-（24）（25）电缆选择：Ig = （KxPe103）/Uecos = （1180103）/ 6600.8 = 196（A）线路较长考虑保护，可选择截面为70mm2的电缆供电。215196（A）2.3.2按电机正常运行时，电网允许电压损失校验电缆截面： 1）、供电系统允许电压损失为： 1140 V系统：U = Uz-0.95Ue = 1200-11400.95 = 117 V660 V系统：U = Uz-0.95Ue = 690-6600.95 = 63 V 2）、变压器（3）线路电压损失： Ub% = （Ur%cos+Ux%sin） = 646/630（0.730.8+5.450.6） = 1.03（0.58+3.27） = 1.034.436 = 3.96 % 、变压器（3）电压损失值为 Ub=UzeUb%=11403.96% = 45.14 (V)、干线电压损失值为：Ug=（PeLgKx103）/ UeAg=（6142.50.7103）/ 53114070= 0.25(V)、支线1电压损失值为：Uz1=（PeLz1Kx103）/ UeAg=（3508170.7103）/ 53114070= 47.32(V)、支线2电压损失值（最远点）为：Uz2=（PeLz2Kx103）/ UeAg=（2002230.7103）/ 53114050= 10.33 (V)总电压损失： U=Ub+Ug+Uz1+Uz2= 43.18 + 0.25 + 47.32+10.33= 101(V) 101v 117 v， 满足要求。3）、变压器（4）线路电压损失： Ub% = （Ur%cos+Ux%sin） = 546/630（0.730.8+5.450.6） = 0.87（0.584+3.27） = 0.873.854 = 3.34% 、变压器（4）电压损失值为 Ub=UzeUb%=6603.34%=22.04 (V) 、干线1【变压器（4）开关（14）】电压损失值为：Ug1=（Pe1Lg1Kx103）/ UeAg=（5192.50.7103）/ 5366095= 0.27(V)、干线2【开关（14）开关（15）】电压损失值为：Ug2=（Pe2Lg2Kx103）/ UeAg=（33930.7103）/ 5366070= 0.29(V)、支线电压损失值（最远端）为：Uz1=（PeLzKx103）/ UeAg=（1278150.7103）/ 5366070=29.59(V)Uz1=（PeLzKx103）/ UeAg=（17600.7103）/ 5366050=0.41(V)总电压损失： U=Ub+Ug1+Ug2+Uz=0.27+0.29+29.59+0.41=48.83(V) 30.56 v 63 v， 满足要求。2.3.3短路电流计算、开关保护整定值及灵敏度效验：、Id1（2）处的短路电流值：Lh = （52+485+330）0.73 = 596M 查表得： Id1（2）= 1837 (A）开关（5）的整定： IQe= （150+200）0.67+2640.677 =234+1238 =1472 A Iz = 1500 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1837/ 1500= 1.22(1.21.5) 合格 开关（6）的整定： IQe=2000.677+（75+75）0.67=938+100.5=1039 A Iz =1200 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz=1837 / 1200 = 1.531.5 合格 、Id2（2）处的短路电流值： Lh =(52+5+485+325) 0.73+223 = 819 M 查表得： Id1（2）= 1421 (A） 开关（8）的整定：IQe=（200）0.677= 938A Iz =1000 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1421/ 1000 =1.42(1.21.5) 合格、Id3（2）处的短路电流值：Lh = (52+490+5)0.73+111.37 = 363+15.07=378 M 查表得： Id3（2）= 2559 (A） 开关（7）的整定： IQe=1500.677=703.5 A Iz =800 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 2559/ 800 = 3.21.5 合格 、Id4（2）处的短路电流值： Lh= 520.73+(5+178+300) 0.53+3300.73 = 1.825+256+240=498M 查表得：Id4（2）=2113（A） 开关（11）的整定： IQe= 2640.677= 1238 A Iz = 1300 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 2113/ 1300= 1.63(1.5) 合格 、Id5（2）处的短路电流值： Lh=520.73+(5+178+300) 0.53+330.73+2201.37 = 1.825+256+240+301= 800M 查表得：Id5（2）= 1451（A） 开关（12）的整定： IQe= 2640.676.5= 1149 A Iz = 1200 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1451/ 1200= 1.21(1.21.5) 、Id6（2）处的短路电流值： Lh=50.532+30.53+30.73+3+(260+480) 1.37+123.01= 1.3+1.59+2.19+3+1013+36.12=1057M 查表得：Id6（2）= 671（A） 开关（30）的整定： IQe= 171.157=137A Iz = 400A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 671/ 400= 1.681.5 合格、Id7（2）处的短路电流值： Lh=50.532+30.53+30.73+3+260 1.37+123.01= 1.32+1.19+2.19+3+356+36.12=400M 查表得：Id7（2）= 1752（A） 开关（29）的整定： IQe= 401.157=322A Iz = 400A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1752/ 400= 4.381.5 合格、Id8（2）处的短路电流值： Lh=5.532+30.53+30.73+（485）0.73= 1.325+1.59+2.19+354=360M 查表得：Id8（2）= 1927（A） 开关（16）的整定： IQe= （17）1.15+1101.157=905A Iz = 1000A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1927/ 1000= 1.931.5 合格、Id9（2）处的短路电流值： Lh=5.532+30.53+30.73+（485+330）0.73+60+21.91= 1.325+1.59+2.19+595+60+3.82=663.92M 查表得：Id9（2）= 1068（A） 开关（21）的整定： IQe= 171.157=137A Iz = 400A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1068/ 400= 2.671.5 合格、Id10（2）处的短路电流值： Lh=50.532+30.53+(3+485+330) 0.73+3= 604 M 查表得：Id8（2）= 1166（A） 开关（19）的整定： IQe= 1101.157= 885A Iz = 900 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 1166/ 900= 1.30(1.21.5) 合格、Id11（2）处的短路电流值： Lh=50.532+30.53+10+121.37=31M 查表得：Id11（2）= 7402（A） 开关（15）的整定： IQe= 751.157+751.15=690A Iz = 800 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 7402/ 800= 9.251.5 合格、Id12（2）处的短路电流值： Lh=50.532+(10+175+3)0.73=137M 查表得：Id11（2）= 4142（A） 开关（23）、（24）的整定： IQe= 1801.157=1449A Iz = 1500 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 4142/ 1500= 2.761.5 合格开关（14）的整定： IQe= 1801.157+(110+150+40) 1.15=1794A Iz = 1900 A 灵敏度效验： Kl = Idmin（2）/ Iz= 4142/ 1900= 2.181.5 合格3.1供电系统图（附图）4.1结论31021综采工作面供电系统均符合要求。5.1皮带输送机设备设计与验算：31052下顺槽二部皮带运输总长度540米，全部为下山，下山坡度为15。计划使用采用强力胶带，运输长度为540米，运输倾角为15，运输能力A=600(t/h)，初选带速V=2(m/s)，；按照原煤松散容重=1(t/m3) 具体设计验算如下：5.1.1胶带宽度计算： B =0.809(m) 式中： V胶带运行速度 K货载断面系数，根据胶带速度及运输堆积角，查取K= 458 C胶带机运输倾角系数，根据运输最大倾角，查取C=1 选用胶带SJ-1000钢丝绳芯胶带 qd=10.2kg 5.1.2胶带运行阻力计算：设备计划布置运行方式见下图： 重段运行阻力： Wzh=(q+qd+qg)Lcos+(q+qd)Lsin =（83.33+10.2+14.7）5400.04cos15+（83.33+10.2）540sin15 = 15339.4(kg) 空段运行阻力: Wk=(qd+qg)Lcos-qdLsin=(83.33+5)5400.035cos15-83.33540sin15= -10041.8 (kg) 式中：Wzh -胶带重段运行阻力（kg） Wk -胶带空段运行阻力（kg） L运输长度，长度为540米，运输倾角为=15 -重段托辊阻力系数：（0.04） -空段托辊阻力系数：(0.035) q-单位长度内货载重量；（kg/m) q = Q/3.6V=600/(3.6 2) = 83.33 (kg/m) qd - 单位长度胶带重量：（kg/m) qd =10.2 kg/m qg- 单位长度重段托辊转动部分重量。（kg/m) qg=Gg/Lg=22/1.5=14.7 (kg/m) Gg重段托辊转动部分重量（kg/m) Gg=22(kg) Lg重段托辊间距(m) Lg=1.5(m) qg - 单位长度空段托辊转动部分重量。（kg/m) qg=Gg/Lg=15/3=5 (kg/m) Gg重段托辊转动部分重量（kg/m) Gg=15(kg) Lg重段托辊间距(m) Lg=3(m)5.1.3胶带各点张力计算用逐点计算法求各点张力： S1S2=S1 S3=KS2= KS1 S4=S3=KS1S5=KS4 =K2S1 S6=S5+WK=K2S1+WKS7=KS6 =K3S1+KWK S8=S7+Wzh=K3S1+KWK+WzhS9=KS8 =K4S1+K2WK+KWzh S10=S9=K4S1+K2WK+KWzh式中,K=1.06需要传动滚筒表面输出的牵引力F0 为F0=S10-S1=S1(K4-1)+K2WK+KWzh传动滚筒所能传递的额定牵引力F0为= 令F0= F0,得S1=1777.3N式中，取n=1.17，=0.25，a=4000由逐点张力法求得 S1=1777.3(kg) S2=1777.3(kg) S3=1883.9(kg) S4=1883.9(kg) S5=1996.9(kg) S6=-8044.9(kg)S7=-8527.6(kg) S8=6811.8(kg) S9=7220.5(kg) S10=7220.5(kg)胶带张力满足要求。5.1.4电机功率验算： N=K 式中：W0主轴输出牵引力 W0=S10-S1+0.03（S10+S1）=5713.1(N) K电动机备用功率系数 取1.17 传动装置机械总效率 取0.9 N=1.17 =145.7(kw)5.2结论考虑采区使用，计划选用两台90kw电机