автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Нормализация параметров сжатого воздуха для пневмоприводов горных и буровых машин при производстве геологоразведочных работ в сложных климатических условиях

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Московская Государственная геологоразведочная академия

На правах рукописи!

РГп ОД

\ 2 Г-9 7ППП

СЫРОВ Сергей Викторович

Нормализация параметров сжатого воздуха для пневмоприводов горных и буровых машин при производстве геологоразведочных работ в сложных климатических условиях.

Специальность: 05.15.14. -" Технология и техника геологораведочиых работ"

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Московской государственной геологоразведочной академии.

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Алексеев Виталий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ахмет Валентин Михайлович

кандидат технических наук, профессор Агафонов Александр Васильевич

Ведущее предприятие - ПГО " Центргеология " .

Защита диссертации состоится «_15_» _июня_ 2000 года в_15_ часов

в аудитории № 415а, на заседании совета Д 063.55.01 при Московской Государственной геологоразведочной академии по адресу: 117873, г. Москва, ул. Миклухо - Маклая, дом 23, ауд. 415а.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГГА. Автореферат разослан « _15_ » _мая_ 2000г.

Ученый секретарь кандидат технических наук,

Диссертационного совета. профессор

/ А.П. Назаров /

¡4-5-082.1^0

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. В энергетическом балансе горнопроходческих работ

геологоразведочных организаций значительное место принадлежит энергии сжатого воздуха.

Вопросы повышения эффективности производства и использования пневматической энергии имеют важное значение, так как повышение экономичности работы пневматических систем даже на доли процента приведет к экономии электроэнергии и повышению производительности геологоразведочных работ.

Расчет и эксплуатация пневматических систем геологоразведочных организаций в настоящее время основывается на теории процессов, игнорирующих фазовые переходы в наружном и сжатом воздухе, и его состав при всех изменениях параметров принимается однофазным. Воздух однофазного состава непродолжительное время и на протяжении большого периода года как наружный ( во время осадков и туманов ), так и сжатый ( во время конденсации паров воды и масла ) имеет многофазный состав (влджный воздух, вода, масло, лёд, твёрдые отложения масла и твёрдые чартицы коррозионного происхождения ).

Фазовые переходы в воздухе и превращение его в многофазную смесь являются причинами резкого снижения общей эффективности пневматических систем, выражающегося в увеличении гидравлических сопротивлений воздухопроводных сетей, снижении давления и расхода воздуха пневмоприводов и образовании твёрдых фа5.

Одним из основных средств повышения надёжности и долговечности пневматических систем является оптимальная очистка засасываемого и сжатою вошуха ог загрезнений.

Актуальность и важность очистки обуславливается тем, что загрязнение

сжатого воздуха снижает долговечность пневматических устройств и аппаратов в 2 5 раз, а выход из сгроя но этой причине составляет до 50% от общею числа отказов.

Цель работы: Целыо работы является повышение эффективности пневматических сиоем и улучшение эксплуатационных показателей пневмоприводов трно - проходческих машин.

Основные задачи исследований.

Поставленная цель выполнялась решением следующих задач:

- составление математической модели по расчету полного содержания влаги в засасываемом и сжатом компрессорами воздуха и разработка влажностных характеристик пневматических систем геологоразведочных организаций;

- разработка методов расчета тепловых, тепловлажностных и гидродинамических процессов в воздухопроводных сетях. Определение влияния конденсированных фаз на эксплутационные характеристики пневмоприводов горно - разведочных машин;

- разработка методов повышения эффективности пнематических систем геологоразведочных организаций;

- составление методики расчета пневматических систем с учётом тепло-влажных процессов при движении сжатого воздуха по пневматическим сетям с использованием ЭВМ;

- исследование в реальных условиях различных типов водомаслоотде-лителей и рекомендация их для геологоразедочной отрасли.

Методика исследований.

Для решения поставленных задач был использован комплексный метод исследований, основанный на обзоре литературных работ в данной области, проведением обобщений с составлением математических моделей и обработки их на ЭВМ;

Научная новизна:

- Установление зависимости средней температуры сжатого воздуха при движении его по внешней сети воздухопроводов от диаметра и длины трубопровода, массового количества и удельной теплоёмкости воздуха;

- Выявление закономерности общего К.П.Д. пневматических систем, от условий работы компрессора, воздухопроводной сети и приемников пневмоэнергии;

- Полученны аналитические зависимости конечного давления, потерь давления и количества воздуха в зависимости от протяжённости воздухопроводов, температур сжатого воздуха и окружающей среды.

Достоверность научных положении, выводов и рекомендаций обоснована достаточным объёмом теоретических и экспериментальных исследований, сходимостью их результатов, проверкой разработанных методов и {Рекомендаций в производственных условиях.

Практическое значение. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили:

- разработать методику расчёта на ЭВМ пневматических систем с учётом фазовых переходов и процессов в воздухопроводных сетях геологоразведочных организаций;

- предложить методы нормализации параметров сжатого воздуха, обеспечивающих повышение эффективности пневматических систем и

- разработать методику расчёта на ЭВМ пневматических систем с учётом фазовых переходов и процессов в воздухопроводных сетях геологоразведочных организаций;

- предложить методы нормализации параметров сжатого воздуха, обеспечивающих повышение эффективности пневматических систещ и эксплуатационных показшелей пневмоприводов горно - проходческих машин.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях преподавателей, аспирантов и студентов МГГА в 1996 - 2000 г г. на кафедре механизации и автоматизации ГиГРР, на семинарах секции горной механики Российской Академии Естественных Наук.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано шесть научных статей и один обзор.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка литературы (152 наименования), содержит 185 страниц

машинописного текста. Текстовая часть иллюстрирована 43 рисунками и 24 таблицами.

Во Введении обосновывается актуальность проводимых исследований.

В первой главе дан анализ состояния изученности нормализации параметров сжатого воздуха для пневмоприводов горных и буровых машин при производстве горных и геологоразведочных работ, сформулированы факторы, влияющие на их работу, описана специфика работы пневматических систем в сложных условиях.

На основе приведенного анализа сформулирована цель и поставлены

задачи исследований.

Во второй главе приведены влажностные характеристики воздуха и фазовые переходы в пневматических системах, что позволило рассмотреть характеристики засасываемого и сжатого воздуха, и рекомендовать современные методы очистки и осушки воздуха от примесей.

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям по повышению эффективности пневматических установок в геологоразведочных условиях, что позволило рассмотреть течение воздуха по горизонтальному и наклонному трубопроводам при наличии трения и теплообмена, а также теплопередачу через однослойную цилиндрическую стенку.

В четвертой главе приведены экспериментальные исследования работы масловлагоотделителей в пневматических установках, уточнены основные

положения, выдвинутые в теоретической части, и проведена математическая обработка результатов эксперимента.

На основании экспериментальных исследований рекомендован для использования в геологоразведочных организациях масловлагоотделитель типа "Гйгрон", который отличается от аналоогов малой металлоемкостью, быстрой регенерацией и возможностью сбора в модульную схему с целью варьирования пропускной способности сжатого воздуха.

В Приложении приведена методика расчета пневматических установок при производстве геологоразведочных работ с учетом тепловлажностных процессов при движении сжатого воздуха по воздухопроводам.

В Заключении приведены основные выводы по диссертационной работе.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю -Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору, академику РАЕН РФ Алексееву В.В. за оказанную методическую, практическую и организационную помощь при выполнении диссертационной работы.

Автор благодарит коллектив кафедры механизации и автоматизации ГиГРР за оказанную дружескую помощь, поддержку и содействие.

Основное содержание работы.

Краткие сведения по изучаемому вопросу.

Научной базой для поставленной цели являются труды: В.В.Алексеева, B.JU.AxMeTa, А.И.Бороховича, Н.М.Баранникова, Л.Г.Грабчака, А.П.Германа, Г.П.Герасименко, А.В.Докукина, Ю.Д.Дядькина, В.И.Дегтярева, А.С.Ильичева,

B.Й.Киселева, Н.С.Кобелева, Л.Л.Моисеева, В.А.Мурзина, В.М.Попова,

C.С.Смородина, В.И.Ушакова, М.М.Федорова и др.

В пневматических сетях геологоразведочных организаций фазовый состав воздуха при движении по всей цепи элементов в течение года изменяется. Его количественные характеристики зависят от подземных и наружных климатических условий. Из всего комплекса проходящих при этом процессов, основопологающими являются тепловые, тепловлажностные и гидродинамические процессы в воздухопроводных сетях.

Существует несколько методов расчёта шахтной пневмосети, из которых наиболее распространёнными являются методы, предложенные академиком Фёдоровым М.М. [ 120 ] и академиком Германом А.П. [ 32 ].

Проектирование пневмосети по методу Фёдорова М.М. приводит к тому, что давление сжатого воздуха в различных пунктах потребления получается неодинаковым, причём расчётная величина давления во всех пунктах больше номинальной, кроме сжатого удельного.

При расчёте участков пневмосети Герман А.П. фактически рекомендовал задаваться величиной скорости произвольно, увеличивая её но мере приближения участка к компрессорной станции. В то же время более рационально в этом случае исходить из наивыгоднейшей скорости;

Следует отменит», чю примятое академиком Германом Л.II. основное положение при расчёте шахтной пневмосети - равенство давления сжатого воздуха но всех пунктах потребления вполне рационально.

Баранников Н.М. [ 10 ], исследуя процессы охлаждения наружного воздуха, проходящего через всасывающий воздухопровод, установил функциональную зависимость между энтальпией и температурой воздуха из форсуночных воздухоохладителей и провёл количественный анализ изменения показателей работы компрессоров.

Герасименко Г.П. [ 31 ] разработал методику теплоэнергетических расчётов, используя которую показал, что при комплексном использовании пневматической энергии в условиях глубоких шахт её применение становится экономически более целесообразным, чем применение электроэнергии.

Основу существующих методов теплового расчета подземных воздухопроводов составляет известная формула Шухова В.Г. [ 145 ]. Отличие формул других авторов заключается в учете различных процессов и факторов, сопутствующих основному процессу - теплообмену с окружающей средой конденсация паров, эффект Джоуля-Томпосопа и изменение юмперппры воздуха зп счет фения о стенки груб.

Киселев В.И. [ 44 ] предложил прокладку воздухопроводов - от воздухосборников до ствола шахты - выполняй» в фгпппес, чш должно сл\жип> среде I-вом предохранения ог образования ледяных пробок в зимнее время.

Алексеев В.В. [ 4 ] рассмотрел меюд расчета пневматических установок с учеюм динамических процессов во всасывающих и шн негагельных линиях с целью увеличения производительности компрессорной станции и умеиыцения

удельного расхода электроэнер! ии навырабопсу I воздуха

Ушаков В.И. [ 109 ] рассмотрел фазовые переходы и образование конденсированных фаз в воздухопроводных сетях в зависимости от наружных и подземных климатических условий, которые происходят непрерывно или периодически.

Кобелев Н.С. [ 52 ] развил теорию тепловлажностпой обработки всасываемого воздуха, включающую гипотезу взаимодействия вихрей во входном элементе фильтра компрессора при завихрении движущегося потока и тепломассообмен при одновременно протекающих процессах конденсации и испарения атмосферной влаги.

Дядькин Ю.Д. [ 39 ] установил, что тепловой режим подземных горных выработок, пройденных в толще многолетнемерзлых пород, существенно отличается от теплового режима на обычных глубоких шахтах.

Анализ состояния рассматриваемого вопроса позволил определить задачи исследований и в результате их решения сформулировать ряд защищаемых положений.

1. Первое защищаемое положение.

Образование конденсированных фаз в воздухопроводных сетях в зависимости от наружных и подземных климатических условий происходит непрерывно и в период конденсации на пути движения воздуха от компрессора до пневмопотребителей существуют фазовые зоны: ненасыщенного состояния, конденсации, равновесия и зоны испарения. Максимальная абсолютная конден-сатробильность наблюдается в пневматических системах районов Заполярья и Сев!еро-Востока, составляя 20 + 23 г/ л»3.

Горнопроходческие машины и оборудование, участвующие в технологической схеме разведки МПИ в условиях вечной мерзлоты, обслуживаются преимущественно компрессорами, применяющими масло в процессе сжатия. Во вреМя работы компрессорных установок водяные и масляные загрязнения смешиваются с воздухом и поступают в сеть, где образуют твердую (масляные отложения и асфальтены) и жидкую фазы. Это оказывает влияние на увеличение сопротивления воздухопроводов и образования твердых частиц, что влечет за собой понижение давления, расхода воздуха и обуславливает снижение эффективности всех типов пневмоприводов и бурильных машин, табл. 2.1.

Таблица 2.1

Снижение эксплуатационных показателей (%) пневмоприводов горных машин при уменьшении давления сжатого воздуха (на 0.12 + 017 МПа).

Эксплуатационные показатели Бурильные машины Пневматические двигатели

Поршневые Шестеренные Винтовые

Число ударов 20- -30

Энергия ударов 28- -35 -

Крутящий момент 22- -36 20-31 22+35 20+33

Частота вращения вала 21-28 21+28 17+29

Момент на волу 20+33 28+32 22+35

Мощность 22+30 22+31 23+36

Для определения количества водяных паров, конденсирующихся в холодильниках и трубопроводах сжатого воздуха, можно использовать номограмму (рис. 2.7.). По заданному исходному состоянию, например, (1 =■ 10' С и ф| = 60%, можно определить абсолютную влажность атмосферного воздуха с1;| = 5,5 г/.и\ Пели после первого холодильника состояние воздуха _ 2 ати (0,3 МПа) и ^ = 30°С, то как показано на чертеже пунктирам абсолютная влажность в состоянии насыщения (влаюсмкость) <.1ц - 1 1 г/.и".

2. Второе защищаемое положение.

Средняя абсолютная температура сжатого воздуха на участке трубопровода в зависимости от температуры окружающей среды, внутреннего диаметра и длины трубопровода, массового расхода воздуха и линейного коэффициента теплопередачи должна определяется по следующей формуле:

Г'Р=Т

i + е

Ктя!У,,1,

' (у-

■+ /

О '

1-е

КтяП„1.

где. Гц - Г<> абсолютная iCMiiepaiypa. соответственно. в начале ф\бопровода и окружающей среды. К;

Un, L соответственно, вну|реппий диамеф и длина ф\бы. м;

G массовый расход ежа го; о воздуха, кг/с;

Ср - теплоемкость сжатого воздуха, Дж/(кг • К);

К| коэффициент теплопередачи от сжатою вошха к окружающей среде, определяемый из выражения, ш/(м-фад), находшеи в пределах К( =7 н- 27 Квт/(м • град);

К

I

1 1 , 1)„ I

-- д ln " V

«,/),. 2А/ !),, а21>„

где: а,, а2 - соответственно, коэффициенты теплоотдачи от сжатого воздуха к к стенке и от стенки к окружающему воздуху, Дж/(м2 ■ с • град).

Рис. 2.7. Номограмма зависимости влажности воздуха от его давления, температуры и относительной влажности.

Л - коэффициент теплопроводности материала трубопровода, (при ( = 0°С - Л„,р= 63 Вт/(м • °С); при 1 - 100°С - Хтр^ 57 Вг/(м • °С)).

Для ламинарного течения вентиляционного воздуха вдоль груб формула для определения коэффициента теплоотдачи СС-, имеет следующий вид:

а1

0,017

( N(>.33

Wi

где: v - коэффициент кинематической вязкости воздуха, и7с (при t = 0°С -v = 13,28 -10 " ; при t = 20 °С - v = 15,06 -10 6 мЧс );

Га - скорость течения окружающего воздуха, м/с;

Лв - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/( м • град) (при t = - 2 (ГС -Л, = 2,28-10 г Вт/(м • град); при t =+ 20 °С-Л= 2.59- ю - Вг/(м • град).

11а рис. 3.6. представлены графики изменения температуры потока воздуха ( 1,,) по длине стальных магистральных трубопроводов с внутренним диаметром /)« = -0,2м п наружным диаметром />„ -0,217 м в зависимости oi температуры окружающей среды (/,, - 20; - 10; 0; i 10; i 20 "С"), скорости потока сжатого воздуха ( 1'„~ 8 м/с) гг скорости -течения вентиляционного окружающего воздуха (скорости ветра I'„ -1; 2; 5 м/с). Из анализа графиков следует, что па интенсивность охлаждения сжатою воздуха влияют абсолюжля температура окружающей среды (7 „) и скорость течения окружающего воздуха (I '„).

3. Третье защищаемое положение.

При движении сжатого воздуха по негерметичному трубопроводу, влияние утечек и охлаждения сжатого воздуха в трубопроводе на сю давление при транспортировании.должны определятся по формулам:

*/7 .'С

Рис. 3.6. Изменение температуры сжатого воздуха по длине трубопровода. Эв = 200 мм, V,, = 8 м/с, У() = Уаг, Р = 0,8 МПа.

Удельный баланс энергии при движении реального сжимаемого воздуха по трубопроводу выражается в общем виде уравнением:

.....-- (•<//' • О/Г ' ;.:,//.' • ,/,'.. о ,

где: УиР - энергия от расширения воздуха, Дж;

С • с1С - изменение кинетической )нер1 пи движущегося поIока, Дж; ц • с1Н - изменение шненциалыюй энер: ии, Дж; (1 • 1,„р- работа для преодоления сил трения. Дж;

При нормальной эксплуатации пневматической сети основную роль играют потери давления по длине потока. Для выяснения величины этих потерь при транспортировании сжатого воздуха по трубопроводу воспользуемся уравнением удельного баланса энергии при движении реального сжимаемого воздуха по трубопроводу, пренебрегая изменением кинетической энергии (У-6Ч0 м'с), югда для участка фубопровода получим уравнение для определения конечного уравнения:

где: 1\-, Рп - давление, соотвекчвенно, конечное и начальное. Па, Я - газовая постоянная, Дж/(кг-К); л - коэффициент сопрошвлсння по длине иоюка; Тф - средняя температура воздуха на рассматриваемом участке трубопровода, К; 11| - геометрическая высота шметок, м; ц - угол наклона фубопровода; !.)( - внутренний диаметр ф)бопровола. м: С - массовый расход воздуха птр>йи..(к >,.,де, кг/мин;

Для определения диаметра трубопровода по заданной потере давления (ДР) используют следующую формулу в практических расчетах:

^ Г^-юЛЧ»/-

у 1'1рЫ}$та

4. Четвертое защищаемое положение.

Малогабаритный влагоотделитель "Гигрон". предназначенный для очистки и осушки сжатого воздуха, выгодно отличается от аналогов простой конструкцией. малой металлоемкостью, быстрой регенерацией и возможностью сборки в модульную схему с целью варьирования пропускной способности в геологоразведочных условиях.

В последние годы широкое распространение получили в качестве фильтрующих элементов пористые проницаемые материалы на металлической основе, а также металловолокновые фильтровальные материалы (МФМ) из меди, никеля, нержавеющей стали и нихрома.

В связи с трудностью описания процессов фильтрации и отсутствием в настоящее время строгой теории пористых металловолокновых материалов (МВМ), исследования фильтров на базе МВМ проводились экспериментально на стендах ВНИИГМ, разработанных и изготовленных специально для этих целей.

Результаты испытаний приведены в табл.4.5, в которой для сравнения приведены параметры картонного фильтроэлемента (КФЭ).

Параметры фильтроэлемента размером 256 х 383 мм на базе МВМ и размещенного в корпусе всасывающего фильтра автомобиля КАМАЗ применительно к компрессору ЗИФ ШВ-5М не хуже аналогичного по размеру фильтроэлемента КФЭ; у него на 4-7% больше гидравлическое сопротивление и на 20-30% лучше фильтрация воздуха.

Таблица 4.5

Результаты испытаний фильтров

Тип Фильтро- Расход 11ерепад Запыленность возду- Коэффи-

вальная воздуха, давления, ха, мг/.ич циент

фильтра поверх- л/? /мин Па до фильт- после пропуска

..________ ность ра. фильтра

МВМ-40 0,295 4,0 1300 39,6 3,36 0,09

КФЭ-7 4,29 4,0 1250 32,2 4,0 0,12

Особенностью установки "Г'игрон" является то, что ее фильтроэлементы изготовлены по специально разработанной технологии методом порошковой металлургии из пористого цветного металла, а также получение металловолокон на основе тонкой проволоки механическим способом обладающего высокой степенью воздушной проницаемости, полому перепад давления в системе 0,08 МП а при рабочем давлении в системе около 0,8 МПа.

Установка (рис.4.11) состой г из двух блоков: блока грубой и блока тонкой очистки и осушки, которые образуют модуль.

Включением в систему нескольких модулей обеспечивается различная производительность установки. В процессе эксплуатации фильтрующие элементы насыщаются маслом, твердыми частицами, поэтому предусмотрена периодическая очистка при помощи регенерации. Производительность установки (модуля) находится в пределах 35^50 .м3 /мин, степень очистки соответствует II классу ГОСТ 17433-82, г еометрические размеры 1300x210x210 мм.

5. Пятое ¡ащшцасмое положение-

Расчет пневматических сетей при пр и, волстпе геологоразведочных

4, 9 - шпильки; 5, 11 - дренажные патрубки; 6 - фланцы; 7 - нижняя часть корпуса; 8 - ступень тонкой осушки и очистки; 10 - выходной патрубок.

работ в сложных климатических условиях с учетом тепловых и тепловлажностных процессов в воздухопроводных сетях должен производится по следующей методике:

Па первом этапе расчета задаююя определенной величиной давления сжатого воздуха (Рц > 0,6 МПа) в наиболее пт ружейном и удаленном от компрессорной станции пункте потребления сжатою воздуха и рассчитывают диаметры отдельных участков, давление и перепад давления воздуха в узлах магистрального трубопровода и расход сжатого воздуха на всех участках сети. Расчет осуществляется от потребителей по направлению к компрессорной станции.

На втором этапе на участках пневмосети определяются абсолютная и средняя температуры сжатого воздуха и количество конденсата, выделяющегося в сети пневматической установки. Расчет осуществляется от компрессорной станции к потребителям пневмоэнергии.

Относительная влажное п> воздуха, выходящею из концевого воздухоохладителя, определяется по формуле:

Р -Р

" Г „г--Л

где: ф! - относительная влажность засасываемого воздуха:

Рп ь Р|]2 ^ соответственно, давление насыщенною водяного пара на входе

и выходе из компрессора, МПа; Рь Рг - соответственно, давление воздуха па входе и выходе из компрессора, МПа.

Количество конденсата, выделяющегося в компрессоре: где: Т) - абсолютная температура засасываемого воздуха, К;

Ук - производительность компрессора, .и3/мин;

Ид - газовая постоянная для пара, (Яп = 462 Дж/(кг-град).

11а третьем этапе с учетом тепловлажностных процессов рассчитываются места наиболее интенсивной конденсации влаги при охлаждении воздуха в трубопроводе и выбирается тип водомаслоотделителей и их расстановка по линии пневматической сети.

На четвертом этапе расчета определяется давление и расход сжатого воздуха с учетом средней температуры его на каждом участке пневматической сети и по этим параметрам подбирается тип и количество компрессоров, определяется удельный расход электроэнергии на выработку единицы сжатого воздуха.

Общее заключение по диссертации.

В результате проведенных исследований решена задача, имеющая существенное значение для нормализации параметров сжатого воздуха для пневмоприводов горных и геологоразведочных машин при производстве работ в сложных климатических условиях.

Основные результаты работы:

1. Общее влагосодержание сжатою воздуха в поршневых пневматических системах складывается обычно из влагосодержания, маслосодержания и дисперсной водомасляной массы.

2. На пути движения воздуха от компрессоров до потребителей в период конденсации может существовать до четырех фазовых зон: зоны ненасыщенного состояния воздуха, зоны конденсации, включая участки обмерзания, зоны равновесия и зоны испарения.

3. В магистральных трубопроводах скорость потока воздуха относительно невелика, следовательно, изменение температуры происходит из-за теплообмена с окружающей средой. Температура сжатого воздуха на выходе из ком-

прессора выше, чем температура окружающей среды, что приводит к его охлаждению и конденсации влаги и масла.

4: Показано, что "существующиеспособы ~"й—устройства производства и поддержания нормированных параметров сжатого воздуха не обеспечивают эффективной работы пневмоприводов из-за отсутствия учета особенности эксплуатации горно-разведочных машин.

5. Получено аналитическое уравнение (3.13) для определения средней температуры сжатого воздуха при движении его по сети воздухопроводов в зависимости от его параметров и массового количества и удельной теплоемкости воздуха.

6. Предложены аналитические зависимости конечного давления, потерь давления и количества воздуха в зависимости от протяженности и угла наклона воздухопроводов, температуры сжатого воздуха и окружающей среды.

7. Разработаны методы нормализации параметров сжатою воздуха, обеспечивающих повышение эффективности пневматических систем и эксплуатационных показателей пневмоприводов горно-проходческих машин.

8. Предложена меюдика расчет на ЭВМ пневматических систем с учетом фазовых переходов и процессов в воздухопроводных сетях геолоюразве-цочных организаций, работающих в сложных климатических условиях.

9. Наиболее эффективными для очистки сжаюю воздуха от масла винтовых компрессоров являются коалесцентные фильтры, которые могут устанавливаться на компрессорной станции или в непосредственной близости от нее в качестве второй С1упени очистки воздуха.

10.Малогабаритный фильтр-влагоотделитель "Гигрон", предназначенный ¡тля очистки и осушки сжатого воздуха выгодно оитнчается 01 аналогов простой конструкцией, малой металлоемкостью, быстрой регенерацией и возможностью :борки в модульную схему с целью варьирования пропускной способности в геологоразведочных условиях.

Список основных работ по теме диссертации:

1. Повышение эффективности пневматических установок в геологоразведочных организациях: сб.АОЗТ "Информмарк" - М.,1999 г., вып. 1 (соавтор Алексеев В.В.).

2. Рациональный выбор водоподъемного оборудования при проведении пробных откачек и освоения скважин. М., "Цветная металлургия", №4, 1999 г., (соавтор Алексеев В.В.).

3. Осушение воздуха в пневматических установках геологоразведочных организаций в районах вечной мерзлоты: сб. АОЗТ "Информмарк" - М., 1999, вып.4 (соавтор Алексеев В.В.).

4. Оптимизация режимов работы компрессорных установок горных и геологоразведочных машин. М., "Цветная металлургия", №7, 1999 г., (соавтор Алексеев В.В.).

5. Совершенствование производства сжатого воздуха нормированных параметров для горных и геологоразведочных машин: сб.АОЗТ "Информмарк" -М.1999 г., обзор (соавтор Алексеев В.В.).

6. Улучшение эксплуатационных показателей пневматических машин в геологоразведочных организациях, ЗАО "Геоинформмарк",- М., 1999 г., вып. 3, (соавтор Алексеев В.В.).

7. Оптимизация параметров сжатого воздуха на установках горных и геологоразведочных машин. М., "Цветная металлургия", №8-9, 1999 г.

Введение

1. Глава 1. Состояние вопроса нормализации параметров сжатого воздуха для пневмоприводов.

1.1. Методы расчета процессов в воздухопроводных сетях и пневмоприводах.

1.2. Удаление загрязнений на линии всасывания компрессора.

1.3. Удаление загрязнений на линии нагнетания компрессора.

1.4. Способы очистки сжатого воздуха.

1.4.1. Очистка воздуха путем фильтрации.

1.4.2. Инерционный способ очистки.

1.4.3. Гравитационный способ очистки.

1/4.4.Электростатический способ очистки.

В энергетическом балансе горнопроходческих работ геологоразведочных организаций исключительно важное место принадлежит энергии сжатого воздуха.

Вопросы повышения эффективности производства и использования пневматической энергии имеют важное народнохозяйственное значение, так как повышение экономичности работы пневматических систем ( ПС ) даже на доли процента приведет к экономии электроэнергии и значительному повышению производительности геологоразведочных организаций.

Расчет и эксплуатация пневматических систем геологоразведочных организаций в настоящее время основывается на теории процессов, игнорирующей фазовые переходы в наружном и сжатом воздухе, и его состав при всех изменениях параметров принимается однофазным. Такой подход не соответствует реальным условиям производства пневматической энергии и не отражает истинную физическую сущность комплекса процессов, происходящих в пневматических системах. Воздух однофазного состава бывает непродолжительное время и на протяжении большого периода года как наружный (во время осадков и туманов), так и сжатый ( во время конденсации паров воды и масла) имеет многофазный состав (влажный воздух, вода, масло, лед, твердые отложения масла и твердые частицы коррозионного и другого происхождения).

Фазовые переходы в воздухе и его превращение в многофазную смесь являются причинами резкого снижения общей эффективности пневматических систем, выражающейся в увеличении гидравлического сопротивления воздухопроводных сетей, снижении давления и расхода воздуха для пневмоприводов и образования твердых фаз, приобретающих роль вредных примесей.

Однако, из-за отсутствия необходимых научных данных современные методы выработки сжатого воздуха не удовлетворяют этим требованиям даже на предприятиях континетальных районов страны и тем более не могут удовлетворять требованиям предприятий районов Заполярья, Северо-Востока, Дальнего Востока и Сибири, характеризующихся тяжелыми климатическими условиями, где отрицательные последствия фазовых переходов проявляются интенсивнее, еще более снижая эффективность пневматических систем и производительность горно-проходческих работ. 5

Одним из основных средств повышения надежности и долговечности пневматических систем является оптимальная очистка засасываемого и сжатого воздуха от загрязнений. Актуальность и важность очистки обуславливается тем, что загрязнения сжатого воздуха снижают долговечность пневматических устройств и аппаратов в 4 - 8 раз, а выход из строя по этой причине составляет до 85% от общего числа отказов. Кроме того, загрязнения сжатого воздуха ухудшают свойства продукции в тех видах производства, где сжатый воздух непосредственно соприкасается с продукцией.

Для очистки воздуха на входе в компрессор наряду с такими параметрами, как тонкость очистки; рабочее давление; стабильность работы; гидравлическое сопротивление и ресурс работы фильтроэлементов, необходимо учитывать тип компрессора.

Целью работы является установление закономерностей и зависимостей фазовых переходов и процессов в воздухопроводных сетях геологоразведочных организаций для разработки методов нормализации параметров сжатого воздуха, обеспечивающих повышение эффективности пневматических систем и эксплуатационных показателей пневмоприводов горно-проходческих машин.

Основные результаты работы:

1. Общее влагосодержание сжатого воздуха в поршневых пневматических системах складывается из обычного влагосодержания, маслосодержания и дисперсной водомасляной массы.

2. Фазовые переходы в пневматических системах на протяжении года подчиняются определенным закономерностям, заключающимися в том, что изменение фазового состава сжатого воздуха, определяемое наружными и подземными климатическими условиями, может быть циклическим или непрерывным.

3. На пути движения воздуха от компрессоров до потребителей в период конденсации может существовать до четырех фазовых зон: зоны ненасыщенного состояния воздуха, зоны конденсации, включая участки обмерзания, зоны равновесия и зоны испарения.

4. При течении сжатого воздуха по реальному трубопроводу интенсивность теплообмена по мере снижения температуры воздуха уменьшается. Поэтому соотношение между изменением температуры воздуха и потерей давления на единице длины трубопровода непрерывно меняется.

5. В магистральных трубопроводах скорость потока воздуха относительно невелика, следовательно, изменение температуры происходит из-за теплообмена с окружающей средой. Температура сжатого воздуха на выходе из компрессора выше, чем температура окружающей среды, что приводит к охлаждению и конденсации влаги и масла.

6. Показано, что существующие способы и устройства производства и поддержания нормированных параметров сжатого воздуха не обеспечивают эффективную работу пневмоприводов из-за отсутствия учета особенности эксплуатации горноразведочных машин.

7. Получено аналитическое уравнение (3.13) для определения средней температуры сжатого воздуха при его движении по внешней сети воздухопроводов в зависимости от его параметров, массового количества и удельной теплоемкости воздуха.

150

8. Разработана математическая модель (3.46) для определения общего К.П.Д. пневматических систем, учитывающая работу компрессора, воздухопроводной сети и приемников пневмоэнергии.

9. Предложены аналитические зависимости конечного давления, потерь давления и количества воздуха в зависимости от протяженности и угла наклона воздухопроводов, температуры сжатого воздуха и окружающей среды.

10. Разработаны методы нормализации параметров сжатого воздуха, обеспечивающие повышение эффективности пневматических систем и эксплуатационные показатели пневмоприводов горнопроходческих машин.

11. Предложена методика расчета на ЭВМ пневматичексих систем с учетом фазовых переходов и процессов в воздухопроводных сетях геологоразведочных организаций, работающих в сложных климатических условиях.

12. Маслоотделители, построенные на использовании принципа капиллярной конденсации, обеспечивают улавливание паров масла и, при необходимости тонкой очистки воздуха, могут быть использованы в качестве третьей ступени очистки воздуха.

13. Наиболее эффективными для очистки сжатого воздуха от масла винтовых компрессоров являются коалесцентные фильтры, которые могут устанавливаться на компрессорной станции при непосредственной близости от нее в качестве второй ступени очистки воздуха.

14. Малогабаритный фильтр-влагоотделитель 'Тигрон", предназначенный для очистки и осушки сжатого воздуха, выгодно отличается от аналогов простой конструкцией, малой металлоемкостью, быстрой регенерацией и возможностью модульной сборки с целью варьирования пропускной способности в геологоразведочных условиях.

1. Абдурашидов С.А., Тупиченков A.A., Вершинин И.М., Тененгольц С.М., Насосы и компрессоры. ссНедра", М., 1974 г, 293 с.

2. Агафонов A.B. Увеличение производительности поршневых компрессоров геологоразведочных партий, работающих в высокогорных условиях, методом резонансно-механическим наддувом. М., Канд. диссертация. 1971 г.

3. Алексеев В.В., Брюховецкий О.С. Горная механика. "Недра ", М., 1995 г.

4. Алексеев В.В. Оптимизация работы пневматического оборудования в условиях геологоразведочных организаций. М., 1978 г, 205 с.

5. Андронов Б.Е. К определению масляного аэрозоля в воздухе. В кн. "Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС", вып. 44. М., 1966 г.

6. Алексеев В.В. Стационарные машины. М., "Недра", 1989 г.

7. Алексеев В.В. Рудничные насосные, вентиляторные и пневматические установки. М., "Недра", 1983 г, 381 с.

8. Альтшуль А. Д. Гидравлические потери в трубопроводах. M-JI. "Госэнергоиздат", 1963 г.

9. Ананичев К.В. Проблемы окружающей среды, энергии, природных ресурсов. М.: Прогресс. 1974 г.

10. Баранников Н.М. Повышение эффективности рудничных компрессорных станций. "Недра", М., 1972 г, 172 с.

11. Борисенко К.С. Пневматические двигатели горных машин. "Углетехиздат", 1958 г.

12. Белоконь Н.И. Термодинамика. М-Л. Госэнергоиздат, 1954 г., 373 с.

13. Белов C.B. Пористые материалы в машиностроении. 2-е издание., доп. и перераб. - М.: Машиностроение, 1981 г., 247 с.

14. Борохович А.И., Носырев Б.А. Испытание и наладка поршневых компрессоров. М: Металлургиздат, 1954 г, 147 с.

15. Байбаков Ф.Б., Головин Ю.А., Мордовии В.В., Фильтрующее устройство A.c. № 946601, СССР, заявл. 01.12.80, опубл. в Б.И. 1982 г. № 28, МКИ В 01D 35/02. См. также РЖ "Химия", 1983 г., ч 2, 11И177П.

16. Белов C.B., Павлихин Г.П. Кириков О.В., Домащенко A.B., Матвеев A.B., Стенд для исследования характеристик пористых фильтроэлементов. 77 Каталог "Машины. Приборы. Стенды". - М., Внешторгиздат, 1982 г. № 8.

17. Белов C.B., Спиридонов B.C., Приходько Н.Г., Комм Г.Н., Очистка сжатых газов от твердых примесей пористыми сетчатыми металлами. Изв. вузов "Машиностроение", 1985 г., № 1, 45 -50 с.

18. Брунауэр С. Адсобция газов и паров. -М.: "Мир", 1948 г., 849 с.

19. Борисенко К.С., Брушенский А.Г., Дулин В.Г., Горная механика М.: "Недра", 1962 г.

20. Великий М.И., Чернокос А.И., Вайман С.З., Техника бурения скважин комбинированными способами. -М.: "Недра", 1977 г., 3 с.

21. Выбор и расчет распределительной аппаратуры для пневматическиз систем управления станков манипуляторов и других машин. М. 1977 г.

22. Выбор и расчет рациональных схем удаления влаги в пневмосистемах. М. "ВНИИТЭМР",1986 г.

23. Выбор, расчет и эксплуатация оборудования пневматических приводов системы управления стояков, прессов и других машин.Отрослевые руководящие материалы.М. "НИИМАШ", 1969 г.

24. Еланчик Г.М. Рудничные турбомашины. т. 2,2. М. ОНТИ, 1938 г.

25. Гарбуз Д.Л. Рудничные пневматические установки. М. "Госгортехиздат", 1960 г., 360 с.

26. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. -М., "Машиностроение", 1986 г., 271 с.

27. Гланц A.A., Алексеев В.В. Справочник механика геологоразведочных работ. М., "Недра",1987 г.

28. Глуховецкий Д.И. Технико-экономический расчет рудничных пневматических cejei|. Диссертация.

29. Герасименко Г.П. Комплексное использование пневматической энергии при отраб^тк^iглубоких месторождений. М., "Недра", 1971 г.

30. Герман А.П. Применение сжатого воздуха в горном деле. М-Л., Грозный-Новосибирск, "Госгоргеолнефтеиздат", 1953 г., 152 с.

31. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Динамика пневматических приводов машин-автоматов. М., "Машиностроение", 1964 г.

32. Горбис З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М., "Энергия", 1970 г., 424 с.

33. Гербер Г., Эрк С., Грикуль У. Основы учения о теплообмене. М.: Издательство иностр. Лит., 1957 г., 608 с.

34. Герц Е.В. К расчету пневматического поршневого устройства с золотниковым распределением. Изв. АН СССР, ОТН; 1955 г., № 1.

35. Гинзбург И.П. Установившееся истечение газа из сосудов при наличии трения и местных сопротивлений. "Вестник ЛГУ, сер. Математика, физика и химия", 1955 г., № 5, вып. 2.

36. Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников. М.: "Недра", 1968 г., 423 с.

37. Дядькин Ю.Д. Методика теплового расчета шахт и рудников в сложных условиях. Новосибирск. Наука, 1973 г., 5, 92-103 с.

38. Докукин A.B. Применение сжатого воздуха в горной промышленности. М., 'Тосгортехиздат", 1972 г., 348 с.

39. Дегтярев В.И. Повышение эффективности пневматичеких установок угольных шахт. Докторская диссертация. 1989 г., г. Свердловск.

40. Двухфазные моно- и полидисперсные течение газа с частицами. Под ред. Стерлина Л.Е. -М.: "Машиностроение", 1980 г., 172 г.

41. Закиров Д.Г. Влияние отложений в холодильниках компрессоров на процесс теплообмена. Изв. вузов Горный. 1987 г., № 11.

42. Ильичев A.C. Собрание трудов, т. 1. Рудничные пневматические установки. М., "Углетехиздат", 1954 г., 428 с.

43. Ильин A.A. Определение потерь от охлаждения воздухопровода. "Кодыма", 1943 г., № 4.

44. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М,- Л., "Госэнергоиздат", 1960 г.

45. Исаеев И.А. Новая формула для определения коэффициента гидравлического сопротивления круглой трубы. "Нефтяное хозяйство", 1951 г., № 1.

46. Ито Дзюндзи. Фильтроосушительное устройство для компрессоров. Пат. № 54-43226, Япония, заявл. 09.08.76, опубл. 19.12.79., МКИ В 04 с 5/00. См. также РЖ, 1980, 12.61.276П.

47. Киселев В.И. Горная механика. М., "Госгортехиздат", 1961 г., 468 с.

48. Кобелев Н.С. Сохранение скважин от оттаивания в условиях вечной мерзлоты плешки. Тула, 1983 г., кн. мех. гор. работ на угольных шахтах.

49. Курчагин М.В., Мезенцев А.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. JL, "Энергоатомиздат", 1985 г.

50. Кобелев Н.С. Методы и средства повышения эффективности производства сжатого воздуха нормированных параметров для горных машин на открытых горных и геологоразведочных работах. М.: 1995 г., Докторская диссертация.

51. Курчавин В.М., Мезенцев A.M. Экономия тепловой и электрической энергии поршневых компрессоров. -М., Машиностроение, 1985 г., 80 с.

52. Кривошеин Б.Л., Новоковский В.Н., Радченко В.П. Математическое моделирование теплового взаимодействия магистральных газопроводов большого диаметра с окружающей средой. Изв. АН ССР. Энергия и транспорт. 1975 г., № 1, 122 130 с.

53. Костронов А.Г., Федорова Н.Е., Чернышев Л.И., Порошковая металлургия, 1981 г., № 11, 21 -24 с.

54. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г. Порошковая металлургия, 1983 г., № 5, 34 - 40 с.

55. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г. Порошковая металлургия, 1983 г., № 6, 51 - 56 с.

56. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г., Федорова Н Е. Порошковая металлургия, 1983 г., № 5, 61 -67 с.

57. Кабаков А.Н. Разработка научных основ совершенствования выработки сжатого воздуха повышенного давления для рудников и шахт. Докторская диссертация. 1985 г., г.Новосибирск.

58. Карабин А.И. Сжатый воздух. М.: Изд-во "Машиностроение", 1964 г., Д1 / 97981; М2 / К210; 6215 / К210.

59. Козловский Е.А., Питерский В.М. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. М., "Недра", 1984 г.

60. Кирилин В.А., Сычев Б.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М., "Энергия", • 1980 г., 500 с.

61. Козьмин Ф.К. Рудничные воздухопроводы. "Госгортехиздат", 1959 г.

62. Кутателадзе С.С. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: 'Энергия", 1976 г., 296 с.

63. Конаков П.К. Новая формула для коэффициента сопротивления гладких труб. ДАН СССР, Новая серия, т. 1, № 7, 1946 г.

64. Кусницин Г.И. Пневматические двигатели горных машин и механизмов. М., "Углетехиздат", 1959 г.

65. Крон Г., Крон Т. Справочник по математике. М., "Наука", 1970 г.

66. Лаптев А.М., Овчинников А.Г., Синельников Ю.И. Пористые листы и оболочки из проволок и проволочных сеток за рубежом. 1976 г., сер. 9, вып. 1, 10 с.

67. Лобачев Б.Н. Расчет воздухопроводов. Госстройиздат., УССР, 1959 г.

68. Мурзин В.А., Цейтлин Ю.А. Расчет пневматических сетей шахт. М.,"Недра",1971 г., 105 с.

69. Мурзин В.А., Цейтлин Ю.А. Рудничные пневматические установки. М.,"Недра",1965 г., 316 с.

70. Мухачев Г.А. Внутренняя энергия, энтальпия и теплоемкость парогазовой смеси при наличии фазовых превращений. Казань., Труды КАИ, 1963., вып. 76, 43-49 с.

71. Мэркс И., Юнгниц Г. Горная механика.,"Углетехиздат", 1957 г.

72. Магурдунов A.M. Разведочное бурение с продувкой забоя воздухом. М., ./'Недра", 1970 с.

73. Михайлов Г.С., Жуков A.B., Егин Б.Л. Влияние климатических факторов на работу карьерного оборудования. В кн. .,"Проблемы работы карьеров севера", М.: .,"Недра", 1968 г., 58-68 с.

74. Михиневич A.A. Математическое моделирование массо и теплообмена при конденсации. г.Минск.: "Наука и техника", 1982 г., 216 с.

75. Очистка сжатого воздуха для пневматических систем. Руководящие материалы. НИИ Информации по машиностроению. М. 1973 г.

76. Морозов Е.И., Новиков Е.П., Павлов H.A., Помазан O.K., Эксплуатация шахтных винтовых компрессоров. М., "Недра", 1976 г., 104 с.

77. Михеев И.А., Михеева ИМ. Основы теплопередачи. М., 'Энергия", 1977 г.

78. Матвеев М.А. Падение температуры сжатого воздуха в рудничных воздухопроводах. 'Торный журнал", 1951 г., № 4.

79. Миняев Ю.Н. Исследование охлаждения и осушения сжатого воздуха рудничных компрессорных установок. Кондидатская диссертация. 1972 г., 147 с.

80. Моисеев Л.Л. Перспективы развития компрессорного хозяйства глубоких шахт. "Научные труды КузПи", 1969 г., № \зг 65-68 с.

81. Моисеев JI.JI. Оптимизация режимов работы компрессорных станций горных предприятий. Докторская диссертация, г.Новосибирск.

82. Мурин Г. А. Гидравлические сопротивления стальных труб. "Известия", БТИ, № 10, 1948 г.

83. Напалков Г.Н. Тепломассоперенос в условиях образования инея. М.: "Машиностроение", 1983 г.

84. Парфенов В.Н. Исследование и совершенствование систем охлаждения компрессорных установок горных предприятий. Кандидатская диссертация, г.Кемерово, 1982 г.

85. Правила 28 64 измерения расхода жидкости, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М., Изд-во стандартов, 1965 г., 147 с.

86. Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок воздухопроводов и газопроводов. М.: "Металлургиздат", 1983 г., 81с.

87. Потакин Ю.А., Демиденко В.М. Газовый фильтр. А.с. № 952291, СССР, заявл. 15.08.80 г., опубл. в Б.И. 1982 г., № 31, МКИ В 01 D 45/06. См. также РЖ "Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение", 1983 г., 6.47.44 П.

88. Петин Ю.М. и др. Определение содержания паров масла в сжатых газах. Химия и технология топлив и масел. 1972 г., № 5, 57-59 с.

89. Повышение эффективности шахтных пневматических установок ( Руководящий технический материал РТМ 0704007 86). г.Донецк, 1987 г. ВНИГМ им. М.М.Федорова.

90. Рыбин А.И. Исследования количественных и качественных потерь в рудничных пневмосетях. "Горный журнал", 1962 г., № 8, 70 с.

91. Расчет и проектирование системы трубопроводов. Под ред. АГ.Камерштейна, Изд-во Нефтяной и горно-топливной литературы, 1961 г.

92. Сорокин В.К., Шмелев Л.С. Применение пористой коррозионностойкой стали для фильтровальных перегородок. Химическое и нефтяное машиностроение, 1984 г., 12.47.110.

93. Соколова Е.Г., Полякова А.С., Борисов И.К., Исаев Ф.А. Оценка фильтрационных характеристик жлементов из пористого металлопроката ПНС и ЛП. Химическая промышленность. 1982 г., № 6, 364 - 366. См. также РЖ "Химия", 1982 г., ч. II2И537.

94. Справочник химика. Т. 1. М. Изд-во "Химия", 1966 г.

95. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под ред. Русланова А.А. М.: " Энергоиздат ", 1958 г.

96. Симонович Б.С. Пористые воздушные фильтры. М.: " Госстройиздат ", 1958 г.

97. Савицкая Н.Ш., Вальдберг А.Ю., Тарат Э.В. Влияние удельной энтропии газ-жидкость на конечное влагосодержание газа в контактных теплообменниках. Инженерно-физический журнал. 1979 г., Т. 34, № 2, 353-356 с.

98. Серпинова Е.И. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высшая школа. 1969 г., 388 с.

99. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Под общей ред. А.А.Русанова. М.: Энергоатомиздат. 1983 г. 312 с.

100. Смородин С.С. Рудничные воздухопроводные сети. М., " Госстройиздат ", 1963 г.

101. Тимофеев А.Н. и др. Газохроматическое определение давления насыщенных паров пластических смазок / Химия и технология топлив и масел. 1982 г., № 12, 35-36 с.

102. Тавастшерна Р.И. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. М., "Высшая школа", 1967 г.

103. Смородин С.С., Верстаков Г.В. Шахтные стационарные машины и установки. М., "Недра", 1975 г., 280 с.

104. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под ред. С.И.Косых., JL: "Машиностроение", 1982 г., 317 с.

105. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. М., 'Экономика", 1969 г.

106. Таршиш М.С. Контроль гидравлических сопротивлений. М., Машиностроение., 1966 г.

107. Ушаков В.И. Теория процессов в воздухопроводных сетях рудников и шахт и нормализация параметров воздуха для пневмоприводов горных машин. Докторская диссертация, 1983 г., г.Москва.

108. Ушаков В.И. Повышение эффективности компрессорных установок и пневмоприводов горных машин на предприятиях цветной металлургии. М., ЦНИИцветмет экономики и информации, 1985 г., 49 с.

109. Ушаков В.И. Улучшение эксплуатационных показателей пневматических машин на -предприятиях цветной металлургии. М., ЦНИИцветмет экономики и информации, 1987 г., 47 с.

110. Ушаков В.И. Теория процессов в воздухопроводных сетях рудников и шахт и нормализация параметров воздуха для пневмоприводов горных машин. Автореферат докторской диссертации. М.: МГИ, 1983 г., 34 с.

111. Ушаков В.И. определение критических параметров двухфазных потоков в пневмосетях. Изв. вузов. Горный журнал, 1979 г., № 10, 96-99 с.

112. Ушаков В.И. Выбор параметров наружного воздуха для систем кондиционирования воздуха. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1978 г., № 6, 119-121 с.

113. Ушаков В.И. О распределении отработанного смазочного масла по элементам компрессорных установок. Химия и технология топлив и масел, 1976 г., № 10, 47-49 с.

114. Ушаков В.И., Кобелев Н.С. К определению работы сжатого воздуха при наличии конденсированных фаз. Изв. вузов. Горный журнал, 1980 г., № 7, 83-85 с.

115. Ужов В.Н., Мячков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. М., Изд-во "Химия", 1970 г.

116. Устройство для генерации монодисперсных аэрозолей / Т.В.Колобашкина, И.Н.Леонов, Л.А.Нейман, Б.ИПопов. A.c. СССР, № 876182, заявл. 18.01.80, опубл. в Б.И. 1981, № 40, МКИ В 05 В 5/02. См. также РЖ "Химия", 1982 г., ч. II, 18И152П.

117. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Л., "Машиностроение", 1969 г., 743 с.

118. Федоров М.М. Избранные труды. T. II, Изд. АН УССР, 1960 г.

119. Фролов Ю.Г. Курс колоидной химии. Химия. М.: 1982 г., 136 с.

120. Фролов П.П. Справочное руководство по компрессорному хозяйству. М.: Госгортехиздат, 1963 г., 195 с.

121. Хаджиков Р.Н. Горная механика, М., "Недра", 1982 г., 422 с.

122. Хлумский В. Поршневые компрессоры. М., "Машиностроение", 1962 г., 403 с.

123. Фиксен В.И. Центробежные роторные воздухоочистители для автомобильных двигателей. М.: НАМИ, 1964 г., 111 с.

124. Хомицевич К.И. Рудничные пневматические установки. Изд-во Харьковского университета, 1960 г., 324 с.

125. Хикс И. Основные принципы планирования эксперимента. М., "Мир", 1967 г.

126. Хайрулин С.А. Исследование и определение местных сопротивлений в элементах гидросистемы горных машин на этапе проектирования. М., Канд. Диссертация, 1993 г.

127. Цейтлин Ю.А., Стефанович В.И. Расходные характеристики некоторых машин с пневмоприводом. Изв. ДГИ, т. XIII, М., "Недра", 1969 г.

128. Ходанович И.Е., Кривошеин Б.Л. Тепловые режимы магистральных газопроводов. М.: Недра, 1971 г.

129. Цейтлин Ю.А. Вопросы теории и расчета сложных пневматических сетей угольных шахт. Докт. Диссертация, 1969 г.

130. Цейтлин Ю.А. Установка для кондиционирования воздуха в шахтах. М.: Недра, 1974 г., 168 с.

131. Чарный И. А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубопроводах. М., "Гостехтеориздат", 1951 г., 218 с.

132. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., "Энергия", 1977 г., 423 с.

133. Черепенников A.A. Химия воздушной среды. Л., Изд-во литературы по строительству, 1971 г.

134. Черкасский В.М., Романов Т.М., Кауль P.A. Насосы, компрессоры, вентиляторы. М., 'Энергия", 304 с.

135. Шербань А.И., Кремнев O.A. Научные основы расчета регулирования теплового режима глубоких шахт. К.: АН УССР, 1972 г., 112 с.

136. Шерстюк А.Н. Насосы, компрессоры, вентиляторы. М., "Высшая школа", 1972 г., 380 с.

137. Шемаханов М.М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы. М.: Недра, 1974 г., 205 с.

138. Шоле В. Техническая термодинамика. Т. I, ОНТИ, 1935.

139. Шифрисон Б.Л. Основной расчет тепловых сетей. "Стройиздат", 1940 г.

140. Шибряев Б.Ф. Пористые проницаемые спеченые материалы. М.: Металлургия, 1982 г., 168 с.

141. Шмелев Л.С., Белов М.А., Павлихин Г.П. и др. Вестник машиностроения, 1982 г., № 10, 41 с.

142. Щерба В.Е., Баинов М.А. Исследование процесса сжатия поршневого компрессора с двухфазным рабочим телом. Изв. вузов. Машиностроение, № 11, 1986 г.

143. Шевелев Ф.А. Исследование основных гидравлических закономерностей турбулентного движения в трубах. "Стройиздат", 1953 г.

144. Юшин В.В. горношахтные стационарные установки, г. Днепропетровск, 1978 г.160

145. Эккерт Б.Р. Осевые и центробежные компрессоры. M.-JI: 1959 г., 379 с.

146. Эберлин ДА. Локализация влаги сжатого воздуха в компрессорных установках. Промышленная энергетика, 1947 г., 27-20 с.

147. Ярмоленко Г.З. Пневматический привод горных машин. М., <сНедра", 1968 г., 325 с.

148. Ярмоленко Г.З. Пневматические турбины и струйные аппараты горных машин. М., "Недра", 1977 г.

149. Ямковский Г.Т. Изыскание возможности применения высокого давления воздуха при перфораторном бурении. Сб. трудов НИГРИ, № 1, М., "Металлургиздат", 1957 г.

150. Ярцев В.А., Рожнова В.К., Мингалев В.П. Энергоемкость процесса закрутки потока в центробежных пылеулавливающих аппаратах .Изв. вузов. Горный журнал, № 1, 1991 г., 6163 с.

151. Методика расчета пневматических установок геологоразведочных организаций

152. Методы расчета пневматических сетей.

153. Существует несколько методов приближенного расчета пневмосети, из которых наиболее распространенными являются методы, предложенные акад. М.М.Федоровым 120. и акад. А.П.Германом [32].

154. АР1 = 61 • Рт ■ . 0~5, МПа (1).где: <5/ принятая удельная потеря давления в пневмосети;

155. Рщ начальное давление воздуха на участке, МПа.

156. Выражая аналогично начальное давление для всех участков, соединяющих рассчитываемый участок с компрессорной станцией, получим:

157. Рт=Рн( 1-^1X1-^2).0-4-1), (2).где: ;. ¿>,1 потери давления на соответствующих участках, выраженные вдолях начального давления этих участков.

158. Определение расхода воздуха в отдельных пунктах потребления.

159. Величина расхода сжатого воздуха для какого-либо пункта потребления может быть определена по формуле:00 ку^д1^кпк0к3кд, м3/мин (3).-1где: к у = 1,15-4,20 коэффициент, учитывающий утечки сжатого воздуха враспределительной сети;

160. Определение утечек воздуха из пневматической сети.

161. Величина утечек сжатого воздуха зависит в основном от протяженности и состояния участка трубопровода, а также от давления воздуха в нем.

162. При расчетах пользуются эмпирическими приближенными формулами 71.1. А¥ = к-Ь-Рср, (4).где: к коэффициент, зависящий от материала прокладок, длины звеньев, диаметра трубопровода, количества арматуры на участке и др.;

163. Ь длина участка трубопровода;

164. Рср среднее избыточное давление воздуха в трубопроводе, МПа.

165. Ь-Рср 1,0-0,5 1,0-0,5 КМ-МПа

166. Утечки в местах присоединения потребителей к распределительной сети обычно учитываются увеличением расхода сжатого воздуха механизмами на 15 20 % 88.

167. Расчет простого участка пневмосети.

168. Простым участком пневматической сети называется участок, не имеющий ответвлений, расход воздуха в любом сечении которого одинаков (если пренебречь изменением расхода за счет утечек).

169. Д = (0,050 ч- 0,065) = (0,85 н- 1Д0) , (6).где: V расход сжатого воздуха на участке, приведенном к условиям окружающей среды, м /мин;

170. Тср средняя абсолютная температура сжатого воздуха на участке, °К; Рср - среднее абсолютное давление сжатого воздуха на участке, МПа;

171. Pep ~ средняя плотность сжатого воздуха на участке, кг/ м3.

172. Ун расход воздуха в начальном сечении участка, м /мин.

173. Изменение температуры воздуха, движущегося по трубопроводу, выражается известной формулой В.Г.Шухова 84., тогда средняя температура сжатого воздуха на участке трубопровода определяется, рис. 1.1.:1. Сп-С -алДггЫСО

174. Тср=Т0+(Тн-Т0)-^—г( 1-е Р ), (8).алДиЬгде: Т0 абсолютная температура среды, окружающей трубопровод;

175. Ти начальная абсолютная температура воздуха в трубопроводе;

176. Ср теплоемкость воздуха при постоянном давлении Дж/(кг • град), табл.2.2;в массовый расход воздуха в трубопроводе, кг/мин;

177. Дн наружный диаметр трубопровода, м;а коэффициент теплопередачи от воздуха к окружающей среде, табл.2.2;1. Ь длина трубопровода, м.

178. Подставляя значения постоянных величин и принимая р0 = 1,16 кг/м-\ 1 = 0,021/ получаем:1. Д = 5'|v2l т1,39-10 -(10).1. ЬРрсргде: V объемный минутный расход воздуха на участке, определяемый по (7),-зм /мин;

179. РП+АР/2 3 р ср — —- средняя плотность воздуха на участке, кг/ м ;1. R^cp

180. АР потеря давления на участке, Па; Рп - давление сжатого воздуха у потребителя, Па; R - газовая постоянная воздуха, R=287 Дж/(кг град); Ьр = (1,05-4,10) L - расчетная длина трубопровода.

181. По рассчитанной длине принимается стандартный диаметр трубопровода ГОСТ-8732-78.

182. Расчет сложной пневматической сети.

183. Расчет воздухопроводов по методу М.М.Федорова производится в направлении от компрессорной станции к потребителям. Потери давления воздуха принимаются в процентах на единицу длины воздухопровода от давления в начале расчетного участка.

184. В этом методе расчет трубопроводов ведется в направлении от потребителей к компрессорной станции при условии одинакового давления на всех концах трубопроводов.

185. Следовательно, для расчетов сложной пневматической сети рекомендуется метод акад. А.П.Германа с уточнениями, внесенными в расчетные формулы.

186. Расчет сложной пневматической сети осуществляется в следующем порядке 32.:

187. Вычерчивают схему пневмосети с указанием количества, типа потребителей сжатого воздуха во всех пунктах и длины отдельных участков.

188. Принимают величину давления в удаленном и максимально нагруженном пункте потребления Рп > 0,6 МПа.

189. Определяется период наибольшей нагрузки пневматической сети, расход воздуха на участке рассчитывается по формуле (7), расход воздуха потребителями по уравнению (3).

190. По величине наивыгоднейшей скорости определяется расчетный диаметр участков, соединяющих наиболее удаленный пункт потребления с компрессорной станцией, по формуле (6) и по ГОСТ-8732-78 принимают стандартные диаметры труб.

191. Находятся давления на конечном участке трубопроводагде: Рп давление сжатого воздуха у приемника пневмоэнергии, Па;

192. Рк давление на конце расчетного участка по направлению к компрессорной станции, Па;11..

193. Л = ' коэффициент сопротивления трубопровода.до,з

194. Определяют потери давления АР на участках пневмосети

195. Для практических целей можно воспользоваться более простой формулой1. ЯС2Ьр

196. Формула (12) используется для определения диаметра трубопровода по заданной потере давления.

197. Диаметры простых ответвлений определяют по формуле (10), по рассчитанной величине определяют стандартный диаметр трубопровода по ГОСТ-8732-78, табл.2.1.

198. Потери давления и диаметры остальных участков ответвления определяются по величине давления в начальном и конечном сечении их или по удельным потерям давления по уравнению (1).

199. При эксплуатации пневматической сети должны соблюдаться требования, предъявляемые к сосудам и трубопроводам, работающим под давлением.

200. Частично осушение сжатого воздуха происходит в промежуточных и концевых воздухоохладителях компрессоров, однако, большое количество влаги попадает в пневматическую сеть.

201. Для иллюстрации этого рассчитаем количество конденсата, выделяющегося в воздухоохладителях компрессора и сети пневматической установки, работающих при следующих условиях (рис. 1.2):м13..

202. Расчет пневмосети с учетом тепловлажностных характеристик воздуха.1. РвТзоздух

203. Рис. 1.2. Схема охлаждения воздуха в компрессорной станции.1 цилиндр первой ступени компрессора;2 промежуточный холодильник;3 цилиндр второй ступени компрессора;4 концевой холодильник;

204. Р1Т1 соответственно, давление и абсолютная температура засасываемого воздуха; Р2Т2 - соответственно, давление и абсолютная температура после промежуточного холодильника;

205. Р3Т3 соответственно, давление и абсолютная температура после концевого холодильника.

206. Производительность компрессора, Ук=30 м /мин.

207. Температура засасываемого воздуха 7\=300 К.

208. Абсолютное давление засасываемого воздуха Р\ =0,1 МПа.

209. Относительная влажность засасываемого воздуха ^1=0,8.

210. Абсолютное давление воздуха в промежуточном воздухоохладителе Р2 =0,33 МПа.

211. Температура воздуха после промежуточного воздухоохладителя Г2 =3 Ю К.

212. Абсолютное давление воздуха на выходе из компрессора Р^ =0,7 МПа.

213. Температура воздуха после концевого воздухоохладителя 7'з =320 К.

214. Абсолютное давление воздуха у потребителей =0,5 МПа.

215. Температура воздуха у потребителей =293 К.