автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Оптимизация режимов работы рудничных пневматических сетей при транспортировании сжатого воздуха

На правах рукописи

УГОЛЬНИКОВ Александр Владимирович

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РУДНИЧНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ СЖАТОГО ВОЗДУХА

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

! г ден ®а

Екатеринбург - 2008

003457235

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Миняев Юрий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Моисеев Лев Львович; Фролов Александр Петрович

Ведущая организация - ОАО Институт "УРАЛГИПРОШАХТ" (г. Екатеринбург)

Защита состоится «23» декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний ученого совета по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан «21» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Хазин М. Л

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Во многих отраслях промышленности наряду с электрической энергией широко используется пневматическая энергия или энергия сжатого воздуха.

Сжатый воздух является одним из основных видов энергии на шахтах и рудниках для приведения в действие бурильных, буросбоечных, добычных, проходческих и погрузочных машин, вентиляторов местного проветривания, насосов, а также в эрлифтных установках при откачке воды и пульпы.

Кроме того, сжатый воздух находит применение для пневмозакладки горных выработок, для приведения в действие толкателей, стопоров, затворов и других устройств технологического комплекса предприятия.

Такое широкое применение пневматической энергии обусловлено высокой степенью безопасности пневматического оборудования, что особенно важно для шахт, опасных по газу или пыли, где применение электрической энергии при подземной разработке ископаемых является опасным при внезапных выбросах угля и газа.

Но вместе с тем пневматическая энергия имеет ряд серьезных недостатков. И, прежде всего, это высокая стоимость по сравнению с электрической энергией, что объясняется большим потреблением электрической энергии компрессорами при производстве сжатого воздуха.

Транспортирование сжатого воздуха от компрессорной станции до пневмоприемников осуществляется по длинным и разветвленным трубопроводам. При этом происходят значительные энергетические потери за счет гидравлических сопротивлений, температурных изменений, колебаний давления в питающих сетях и за счет утечек сжатого воздуха.

Для осуществления конкретных мер, направленных на сокращение прямых энергозатрат и снижение материально-технических ресурсов при использовании пневматической энергии, в том числе при распределении сжатого воздуха, необходимо иметь ясное представление о процессах,

происходящих при транспортировании сжатого воздуха, и о факторах, определяющих эффективность работы отдельных элементов и пневмоустановок в целом.

Поэтому несомненна актуальность вопросов энергосбережения, реализация которых осуществляется применением новых энергосберегающих технологий при эксплуатации компрессорных установок, в том числе и при транспортировании сжатого воздуха.

Объект исследований: рудничные компрессорные установки, в том числе пневматические сети с позиции оптимизации режимов их работы по критерию минимума потерь энергии на транспортирование сжатого воздуха.

Предмет исследований: тепловые, гидравлические и объемные потери энергии при транспортировке сжатого воздуха.

Цель работы: повышение энергетической эффективности работы пневматических сетей рудничных компрессорных установок, с учетом внутренних и внешних эксплуатационных факторов.

Идея работы: обоснование рациональных энергосберегающих режимов работы пневматических сетей целесообразно на основе разработки математической модели функционирования комплексов рудничных компрессорных установкой

Основные задачи исследований:

1. Выявление факторов, влияющих на эффективность работы пневматической сети, в конкретных условиях эксплуатации рудничных компрессорных установок.

2. Построение математической модели рудничной компрессорной установки, описывающей взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих процесс пневмопотребления, и показателей, характеризующих возможности регулирования выработки сжатого воздуха.

3. Исследование тепловых, гидравлических и объемных потерь энергии при транспортировке сжатого воздуха и установление минимизации этих

потерь в функции наиболее 'значимых факторов.

4. Обоснование основных параметров гидропневматическил аккумуляторов как средств снижения потерь энергии при транспортировании воздуха и влияния их на качество сжатого воздуха.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок, описывающая взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих процесс энергопотребления.

2. Потери энергии при транспортировании сжатого воздуха зависят от ряда внутренних и внешних эксплуатационных факторов, исследование которых позволит аналитически установить минимум этих потерь.

3. Разрядка гидрокамеры гидропневматического аккумулятора до минимально допустимого рабочего давления пневмоприемников позволит снизить капитальные затраты на его сооружение.

4. Использование гидропневматического аккумулятора в качестве потребителя-регулятора мощности в условиях ограниченного потребления электроэнергии позволит снизить затраты на производство сжатого воздуха.

Научная новизна заключается:

- в разработке математической модели функционирования рудничных компрессорных установок;

- оптимизации режимов работы пневматической сети, по критерию минимума потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха;

разработке методики расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора;

- обосновании методики планирования режимов работы рудничных компрессорных установок в условиях ограниченного электропотребления.

Методы научных исследований включают: анализ опыта эксплуатации конкретных компрессорных установок в реальных условиях орнодобывающих предприятий в процессе выработки и распределения

сжатого воздуха, метод математического моделирования, метод лексикографического подхода (последовательного применение критериев), аналитические методы определения оптимальных условий работы пневматической сети.

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования: научные положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным использованием теоретических и практических основ математики, физики и термодинамики, а также удовлетворительной сходимостью (90 %) результатов аналитических исследований с результатами полученных экспериментов и данными практики.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики определения различных видов потерь энергии сжатого воздуха при его транспортировке и в разработке рекомендаций для снижения этих потерь; установлении рациональных режимов работы пневматической сети, влияющих на процесс распределения сжатого воздуха по различным параметрам.

Личный вклад автора состоит в разработке математической модели функционирования рудничных компрессорных установок и методики расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора; в оптимизации режимов работы пневматической сети по критерию минимума потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха; в обосновании методики планирования режимов работы рудничных компрессорных установок в условиях ограниченного электропотребления.

Реализация выводов и рекомендаций работы: основные научные положения и рекомендации диссертации использованы при децентрализации при снабжении сжатым воздухом потребителей на шахтах ОАО «Севуралбокситруда». Экономический эффект от внедрения передвижных винтовых компрессоров 6ВВ-32/7 составил 2,016 млн. руб.

Апробация работы. Результаты и основные положения

диссертационной работы докладывались на Всероссийской студенческой олимпиаде, научно-практической конференции и выставке аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2003 г.); всероссийских совещаниях по энергосбережению (Екатеринбург, 2004-2005 гг.); международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, 2007 г.); ежегодных научно-практических конференциях в УГГУ в рамках Горнопромышленной декады (Екатеринбург, 2003-2008 гг.)

Публикации ио теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 95 наименований, приложений и содержит 161 стр. машинописного текста, 27 рисунков, 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, выбран объект исследования, сформулированы ее цели, задачи, идеи и научные положения, кратко охарактеризовано значение работы.

В первой главе рассмотрены и проанализированы существующие традиционные схемы обеспечения сжатым воздухом шахтных пневмоприемников, которые предполагают устройство централизованной компрессорной станции, расположенной на дневной поверхности, как правило, не слишком далеко от ствола шахты; условия эксплуатации рудничных пневматических сетей; современные способы снижения потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха.

Рассмотрены и проанализированы работы, посвященные проблеме повышения технической эффективности эксплуатации рудничных

компрессорных установок при транспортировании сжатого воздуха. К данным работам относятся труды М. М. Федорова, А. II. Германа, А. В. Докукина, С. С. Смородина, Д. Л. Гарбуза, В. А. Мурзина, Ю. А. Цейтлина, П. П. Фролова, Л. Л. Моисеева, Н. М. Баранникова, А. И. Бороховича, Б. А. Носырева, Б. И. Ушакова, А. И. Рыбина, Ю. Н. Миняева, Ю. В. Кузнецова, Г. С. Хронусова.

Поставлены цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена аналитическому исследованию параметров эксплуатации рудничных компрессорных установок (РКУ) при транспортировании сжатого воздуха.

Разработана математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок.

Рудничную компрессорную установку можно рассматривать как техническую систему, состоящую из различных объектов (компрессорные агрегаты, пневматическая сеть, потребители сжатого воздуха) (рис. 1).

Рис. 1. Рудничная компрессорная установка как техническая система

Эффективность в эксплуатации любого объекта технической системы достигается путем поиска и принятия оптимальных решений на различных этапах функционирования объекта.

С целью построения математической модели, описывающей взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих

процесс пневмопотребления, и показателей, характеризующих возможности регулирования выработки сжатого воздуха, произведен детальный анализ функционирования рудничных компрессорных установок, а также ранжирование компрессорных агрегатов (КА) по наиболее значимым критериям воздействия на них и самих воздействий на основе лексикографического подхода (последовательного применение критериев). Проведенные исследования дают основания сделать следующий вывод. Изменение давления вырабатываемого сжатого воздуха в системе

А = иО,, (1)

1=1

осуществляемое посредством воздействий х1(т,) = {х11{\),ха{т),—,хт{'<У), 1,

2, 3..... т, на объект г = 1, 2, 3,..., т, может быть представлено

математической моделью в виде неоднородной системы линейных разностных уравнений:

т п 1=1

т -И п 1 (2)

т п к=1

где д (т),у = 1, 2, 3,..., от; т =0, 1, 2, ...., - искомые решетчатые функции, задающие изменение давления сжатого воздуха на выходе объекта в состоянии т; /,/ = I, 2, 3,..., т, Ь,ь г = 1, 2, 3,..., иг, к = 1, 2, 3,..., и -весовые коэффициенты, устанавливаемые экспериментально (с помощью

экспертных оценок); х1 (х) - входной сигнал, действующий на объект П,, / = 1, 2, 3,...., т, системы О, при заданных начальных условиях р1(0) = рю> Рг(0) = рго, ..., рт(0) = рт0.

Схема линейной системы будет иметь вид:

рх(ЧРг(Ъ)......PJO)

*п (Г)>.....ХЛТ)

т fi = uil, i=l

лГт + U т = Иаи м /Ы

( = 1,2,3,...

Ш.....рМ

Система уравнений (2) может быть решена с помощью Z-преобразования.

Алгоритм решения задачи

1. Найти Z-изображение входного сигнала

X,k(z) = Z[xik(т)}, 1 = 1,2,3,..., m,k= 1, 2, 3, ..., и. (3)

2. Перейти от системы разностных уравнений (2) к системе уравнений в Z-изображениях.

3. Найти Z-изображение Р (z) выходного сигнала р(х).

4. По Z-изображению выходного сигнала Р( z) = (р, (z),p2(z),....,pm (z)) найти выходной сигнал р(х) = (р,{х),р2(т)...,рт(т)), используя обратноеZ-преобразование:

Pi(i)=Z-}[Pi(Zj\ = ^~:<jP,(z>z^dz> *' = Ь 2, 3,..., т (4)

2l4 с

где С — замкнутый контур, внутри которого лежат все особые точки функции комплексного переменного Р, (z); j — мнимая единица.

Для нахождения выходного сигнала можно воспользоваться также одной из формул нахождения оригинала по изображению:

р, (т) = -res[p, (z) • zt_1, °oj i = 1,2,3.....т, (5)

или

•((т) = £ ге^Р,(г)"2т1,гу}/ = !,2,3.....т.

V»!

| дС = :>,...; ЛУ

особые точки функции Р,(г),( = ¡,2,3,..., т;

/■«[рДг)^* 1,оо] и " вычеты функции ¡' = 1, 2, 3,

..., /л, относительно бесконечно удаленной точки (г = со) и особой точки г„ V = 1,2, 3,..., ДО, соответственно.

Также в данной главе приведено аналитическое решение вопроса оптимизации потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха, но критерию минимума этих потерь.

Гидравлические потери. За основу расчетов потерь давления сжатого воздуха в трубопроводе за счет шероховатости стенок используем уравнение

" " I и2 т

П.-ЕДр.-Е^-^Р,.

1=1 1=1 1 X

(7)

Тепловые потери. На пути от компрессорной станции к потребителям сжатый воздух неизбежно теряет часть тепловой энергии, приобретенную им при сжатии его в компрессоре:

(Г,-Г,)

1п

а\-т0)

(Т,,-Т0)

(8)

0,018 -Х(ТЛ

у- а, -р, о

0,46 гК(ТА£-Р(Т,-Т0)

Объемные потери. Объемные потери, связанные с утечкой сжатого воздуха из пневмосети, являются обычно причиной наибольших потерь энергии в компрессорных установках:

(=1 > ! ' V, г I Л ' V, \

2 К

кЧ'

ЯТ

( ^ Л 1-е "

(9)

Общие потери энергии сжатого воздуха в пневматических сетях можно рассчитать по формуле

П =77, + Пг + 773 = Ар + у р 1 - 5

Ч т,

«-1Л

1 "

{Т,гтй) (г;-Го)

1

0,018 -Л(Г,)

г J ■\°.|>

у-^-р,.

0,46у ■ к0(Г0)

е-/3(т, -г0)4 и

Оптимизация. При определенном компрессорном агрегате, диаметре и толщине трубопровода функционал потерь сжатого воздуха зависит от значений температуры 7},, то есть от решения задачи теплоизоляции различных участков трубопровода.

Для определения минимума потерь энергии сжатого воздуха, в

<Ш

зависимости от температуры, можно записать:

йТ„

- = 0.

При этом следует определиться, в каких пределах допустимо изменение температуры 7},: Т0<Т <Ти<Т^.

Тогда или экстремум определяется как минимум (т. е. 77 — 77тш), или наименьшее значение потерь энергии сжатого воздуха приходится на

границу

Т <Т„.

Аналогично решается задача оптимизации размеров трубопровода. При фиксировании Т , с учетом

я к

Т'<Т, = Т0+(Т{-Т0)е (11)

можно рассмотреть потери энергии сжатого воздуха как функцию длины /

¿Л л , хг, с177

трубопровода = гДе ' = 2-Л > или диаметра трубопровода — -и,

ая

— 0. где 3, - варьируемый параметр, толщины г'-й трубы.

При рассмотрении потерь энергии сжатого воздуха как двухпараметрической функции (Г и с1\, с1\ и Г) более удобно представить потери энергии графически, в виде поверхности П — ] (7, а.\). При этом оптимум определяется визуально в пределах технологических границ (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость потерь энергии от температуры сжатого воздуха и диаметра трубопровода

Рассмотрены вопросы охлаждения и осушения сжатого воздуха. Атмосферный воздух, засасываемый компрессором, представляет собой смесь сухого воздуха (кислород, азот, углекислый газ, аргон, неон, гелий, криптон, ксенон и др.) и водяных паров, количество которых зависит, главным образом, от температуры и относительной влажности воздуха. Эту газовую смесь принято называть влажным воздухом, и ее можно рассматривать как смесь идеальных газов.

Произведенный анализ показал, что при сжатии, когда относительная влажность меньше единицы, процесс протекает в одной газовой фазе; при последующем охлаждении, когда относительная влажность равна единице,

процесс протекает в двух фазах - газовой и жидкой. Выведены зависимости точки росы сжатого воздуха от температуры атмосферного воздуха:

ТР=А+ ВТо ■ (12)

Таблица 1

Значение коэффициента А в зависимост и от относительной влажности атмосферного воздуха и давления сжатого воздуха

Относительная влажность Абсолютное давление сжатого воздуха, МПа

0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9

Точка росы, К

0,4 285,6 288,2 290,2 292,0

0,5 289,2 291,6 293,8 295,6

0,6 292,0 294,5 296,7 298,4

0,7 294,5 297,0 299,4 301,6

0,8 296,7 299,4 301,6 303,5

0,9 298,4 301,6 303,5 305,8

По полученным данным построены графики определения точки росы сжатого воздуха.

Тк'А'

365

Рис. 3. График определения точки росы сжатого воздуха при <р = 0,9: 1 - 0,9 МПа; 2 - 0,8 МПа; 3 - 0,7 МПА; 4 - 0,6 МПа

Объемная масса выделившегося конденсата, кг/м3

_1_ Я

% • Рм • Рг Р\ р0(А + ВГ0) Г

Таким образом, аналитически выведенные формулы позволяют рассчитать общую и объемную массу конденсата в любой точке пневмосети, если известны параметры всасываемого воздуха /?0, а также рг и

температура Т" в месте выпадения конденсата.

Приводится методика расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора, позволяющая снизить капитальные затраты на сооружение гидропневматического аккумулятора за счет уменьшения расходов на строительство гидрокамеры.

Дана цель достигается тем, что по способу аккумулирования сжатого воздуха с помощью гидропневматического аккумулятора, состоящего из гидро- и пневмокамер, расположенных на разных уровнях, включающего зарядку пневмокамеры сжатым воздухом с одновременным вытеснением из нее сжатого воздуха водой из гидрокамеры с подачей его к пневмоприемникам, разрядку аккумулятора проводят до минимально допустимого рабочего давления пневмоприемников. Благодаря этому появляется возможность существенно уменьшить объем гидрокамеры, что ведет к снижению капитальных затрат на сооружение гидропневматического аккумулятора сжатого воздуха.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям по определению тепловых, гидравлических и объемных потерь сжатого воздуха при его транспортировании.

В качестве устройства, обеспечивающего интенсивное охлаждение и осушение сжатого воздуха, наиболее ' целесообразно применение радиаторных установок естественного охлаждения (РУЕО), представляющих собой теплообменный аппарат рекуперативного типа со смешанным током теплообменивающихся сред. Причем вторичным или холодным теплоносителем является атмосферный воздух, использование которого в данном случае не связано ни с какими затратами. Кроме того, суммарная

емкость РУЕО обеспечивает сглаживание пульсации давления сжатого воздуха, тем самым выполняя функции воздухосборника.

Для изучения условий эксплуатации РУЕО проведена серия испытаний в различное время года (весна, лето, осень, зима). Некоторые из замеренных данных, полученных при исследовании радиаторной установки, приведены в табл. 2, 3.

Представленные температурные замеры показывают, что сжатый воздух, проходя через радиаторную установку, подвергается интенсивному охлаждению. Так, для рабочих режимов, указанных в табл. 2, разность температур сжатого воздуха на входе и выходе из РУЕО колеблется от 343 до 383 К. При этом степень интенсификации охлаждения - уменьшается от входа к выходу: наибольшее охлаждение в первой секции (293 - 298 К), наименьшее - в последней (278 - 279 К).

Визуальные наблюдения показывают, что условия теплопередачи улучшаются при воздействии на РУЕО дождя, снега и при более высокой скорости атмосферного воздуха.

На основании экспериментальных данных представлены: теплосодержание (энтальпия), относительная влажность и влагосодержание сжатого воздуха при его охлаждении в радиаторной установки естественного охлаждения. Для этого, используя замеренные данные после каждой ступени (см. табл. 3.), сначала по температурам воздуха найдем значения давлений насыщенного водяного пара с помощью таблиц его термодинамических свойств. Затем определим относительную влажность сжатого воздуха в радиаторной установке.

Зная относительную влажность и парциальное давление насыщенного водяного пара, можно определить парциальное давление водяного пара, МПа:

(14)

Рп=9-Рп-

(15)

Таблица 2

Результаты тепловых испытаний радиаторной установки естественного охлаждения

№ п/п Атмосферный воздух Сжатый воздух

температура, К относительная влажность температура на выходе из компрессора, К температура на входе в РУЕО, К температура на выходе из РУЕО, К избыточное давление, МПа

1 288 0,53 423 400 327 0,64

2 282 0,55 430 403 316 0,74

3 282 0,53 428 401 314 0,7

4 280 0,60 427 400 313 0,7

5 267 0,72 423 401 292 0,7

6 267 0,72 431 408 294 0,8

7 251 0,88 423 393 283 0,7

8 251 0,88 431 398 284 0,8

Таблица 3

Результаты тепловых испытаний радиаторной установки естественного охлаждения

№ п/п Атмосферный воздух Сжатый воздух

температура, К относительная влажность избыточное давление, МПа температура, К

на входе после 1 ступени после 2 ступени после 3 | после 4 ступени | ступени после 5 ступени после 6 ступени после 7 ступени после 8 ступени

1 267 0,72 0,7 401 375 363 337 323 310 301 296 292

2 267 0,72 0,8 408 380 367 341 325 312 303 297 294

3 251 0,88 0,7 393 373 364 336 320 306 295 290 283

4 251 0,88 0,8 398 378 366 337 321 347 296 290 284

5 282 0,53 0,7 401 385 371 357 342 332 323 3'!9 314

6 282 0,54 0,74 403 385 374 357 346 336 326 322 316

7 288 0,50 0,64 403 386 377 366 353 346 341 330 328

Затем рассчитываем влагосодержание с1 сжатого воздуха, г/кг:

Р~Рп-

После этого определяем энтальпию сжатого воздуха, кДж/кг: г =2,501-с?+ 0,00192-¿-Й?+ 7.

о? = 0,622——

(17)

Расчетные данные сведены в табл. 3.3.

Из приведенных расчетов видно, что давление насыщенного водяного пара и теплосодержание сжатого воздуха при его охлаждении через РУЕО уменьшается, а относительная влажность сжатого воздуха увеличивается, однако не достигает насыщения (?>< 1), т.е. точка росы не наступила в радиаторной установке. Причиной этого является недостаточная площадь охлаждения данной радиаторной установки, которая изготовлена из простых неоребренных труб.

Для того чтобы радиаторная установка решала также проблему осушения сжатого воздуха, нужно его охладить до точки росы, для чего потребуется большая поверхность охлаждения. Решить вопрос увеличения поверхности охлаждения при уменьшении габаритных размеров всей установки можно за счет оребрения поверхности охлаждения.

Для определения объемных потерь была разработана методика эксплуатационных исследований.

Для более точного определения утечек сжатого воздуха в пневмосети необходимо знать:

- режимы работы шахты и подготовительного участка;

- количество потребителей и их тип;

- количество воздуха, поступающего в шахту.

Анализ состояния пневмосети шахты «Красная шапочка» показывает, что наибольшие утечки сжатого воздуха имеют место в трубопроводах очистных и подготовительных выработок, эксплуатируемых в наиболее тяжелых условиях. Соединение труб в магистральном трубопроводе сварное,

где утечки сжатого воздуха почти отсутствуют. Поэтому главное внимание было сосредоточено на определении утечек сжатого воздуха на участке. Наиболее характерными, которые питаются сжатым воздухом обособленно, являются участки № 6 и № 2.

Метод определения величины утечки в воздухопроводах основан на следующем положении: при абсолютной плотной сети воздухопроводов после ее наполнения сжатым воздухом до давления р должно существовать равенство б = 0 , т. е. количество воздуха, проходящее через диафрагму при отключенной сети должно равняться количеству воздуха Q\, проходящему через диафрагму при работе компрессора на общую сеть предприятия или ее отдельного участка. В действительности этого не существует, так как часть воздуха через неплотности сети теряется, поэтому всегда существует неравенство ()>{2и где Q всегда больше Q¡ на величину утечки воздуха из сети воздухопроводов.

Таким образом, утечки воздуха, м3/мин, определяется разностью двух измерений по дроссельной диафрагме, т. е.

= (18)

В четвертой главе разработана методика и проведены испытания для использования винтовых компрессоров на горизонте 740 м шахты «Красная шапочка» ОАО «СУБР», с целью применения децентрализации снабжения сжатым воздухом шахтных потребителей.

Для реализации этого предложения были приняты винтовые компрессоры маслозаполненного типа, которые в настоящее время являются наиболее надежными и экономичными при производстве сжатого воздуха. Но применение винтовых компрессоров в подземных условиях потребовало провести целый ряд организационно-технических мероприятий.

1. Уральская государственная горно-геологическая академия (УГГТА-УГГУ) разработала программу и методику эксплуатационных испытаний

винтовых компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7, изготавливаемых ОАО «Казанькомпрессормаш» для подземных условий шахт.

2. Некоммерческая автономная научно-исследовательская организация «Центр по сертификации горно-шахтного оборудования ИГД» (НАНИО «ЦС ГШО ИГД») провел экспертизу промышленной безопасности на соответствие этих компрессоров требованиям безопасности действующих нормативных документов Российской Федерации и дал положительное заключение.

3. Уральское управление Госгортехнадзора России дало разрешение на испытание винтовых компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7 в подземных условиях шахты «Красная шапочка» ОАО «Севуралбокситруда» при условии соблюдения программы и методики проведения испытаний.

Рассмотрев результаты эксплуатационных испытаний винтовых компрессоров типа 6ВВ-32/7, НАНИО «ЦС ГШО ИГД» дал заключение:

1. Компрессоры винтовые воздушные типа 6ВВ-32/7 с воздушным охлаждением, изготавливаемые серийно ОАО «Казанькомпрессормаш», соответствуют требованиям «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ-06-111-95) и других нормативных документов по безопасности.

2. НАНИО «ЦС ГШО ИГД» считает возможным рекомендовать Уральскому управлению Госгортехнадзова России выдать разрешение на проведение эксплуатационных испытаний компрессоров 6ВВ-32/7 в подземных условиях шахт СУБРа.

3. Компрессоры должны быть смонтированы в капитальной выработке с негорючей крепью.

4. Камера для размещения компрессоров должна быть оборудована вентиляторами местного проветривания. Включение вентилятора автоматически должно предшествовать включению компрессоров.

5. На период эксплутациоиных испытаний необходим еженедельный контроль атмосферы и рабочей зоне компрессора во время его работы на наличие масляной аэрозоли.

Рассмотрев материалы экспертизы промышленной безопасности и акт эксплуатационных испытаний винтовых компрессоров, Госгортехнадзор России выдал разрешение на применение винтовых воздушных компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7, изготавливаемых ОАО «Казанькомпрессормаш» в подземных условиях шахт ОАО «СУБР», при этом камеры для размещения компрессоров должны быть оборудованы вентилятором местного проветривания, включение которого должно предшествовать включению компрессоров.

В настоящее время внедрены и находятся в эксплуатации десять винтовых компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7: на шахтах «Красная шапочка» (2 шт.), «Черемуховская» (4 шт.) и «Кальинская» (4 шт.). Поскольку эти компрессоры установлены вблизи шахтных пневмоприемников, практически отсутствуют гидравлические и объемные потери энергии при транспортировании сжатого воздуха, составляющие до 40 % при централизованном воздухоснабжении.

С учетом НДС (%) годовой экономический эффект от внедрения двух винтовых компрессоров на шахте 14-14 бис, гор. — 740 м составит 2015752

руб.

Также рассмотрена возможность использования гидропневматического аккумулятора в качестве регулятора-потребителя мощности. Разработана методика планирования режимов работы компрессорных установок в условиях ограниченного электропотребления, которая показывает, что зарядка гидропневматического аккумулятора возможна в период между утренним и вечерним максимумами нагрузки (в данный период электропотребление не ограничено), а разрядка гидропневматического

аккумулятора возможна в периоды утреннего и вечернего нагрузки (в данный период электропотребление ограничено).

шп

Рис. 4. Графики нагрузки по активной мощности (?*"(/)) и зарядки (разрядки) ПК гидропневмоаккумулятора {К™(')) на контролируемом интервале

В результате данных исследований возможно планирование работы рудничных компрессорных установок с целью снижения чяянляемога максимума мощности предприятия, что ведет к снижению затрат на электропотребление компрессорными установками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе решена научно-техническая задача оптимизации режимов работы рудничной пневматической сети при транспортировании сжатого воздуха с позиций энергосбережения.

Основные научные н практические результаты заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок, которая описывает взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих процесс пневмопотребления и показателей, характеризующих возможности регулирования выработки сжатого воздуха.

2. Произведена минимизация потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха, для этого выведены уравнения гидравлических, тепловых и объемных потерь, зависящие от основных параметров (температуры, давления и геометрических размеров трубопровода) с целью оптимизации, что позволяет определить минимум потерь.

3. Произведен анализ изменения относительной влажности воздуха при сжатии и последующем охлаждении, который показывает, что при сжатии, когда относительная влажность меньше единицы, процесс протекает в одной газовой фазе; при последующем охлаждении, когда относительная влажность равна единице, процесс протекает в двух фазах газовой и жидкой.

4. Разработана методика расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора с позиции снижения капитальных затрат на его сооружение.

5. Проведены гидравлические и тепловые испытания при распределении сжатого воздуха с применением радиаторной установки естественного охлаждения, которые показали, что радиаторная установка естественного охлаждения является устройством, обеспечивающим охлаждение сжатого воздуха без затрат воды и электроэнергии на перекачку этой воды.

6. Разработана программа и методика эксплуатационных испытаний винтовых компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7, с целью определения возможности применения их в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда».

7. Проведены испытания компрессоров для определения возможности их использования в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда». В результате испытаний Госгортехнадзор России выдал разрешение на применение винтовых воздушных компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7 в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда».

8. Экономический эффект от внедрения винтовых компрессоров на шахте 14-14 бис ОАО «Севуралбокситруда» составил 2016 тыс. руб.

9. Разработана методика планирования работы рудничных компрессорных установок в условиях ограничения электропотребления совместно с гидропневматическим аккумулятором, в результате которой предусмотрено, что аккумулятор заряжается в период между утренним и вечерним максимумами нагрузки электроснабжающей организации, а разрежается в периоды утреннего и вечернего максимумов.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в

следующих работах Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журнала, входящих в перечень ВАК:

1. Миняев Ю. Н. Математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок / Ю. Н. Миняев, Р. Б. Исрапилов,

A. В. Угольников // Изв. вузов. Горный журнал. - 2004. - № 4. - С. 82-85.

2. Миняев Ю. Н. Децентрализация при снабжении пневматической энергией шахтных потребителей сжатого воздуха / Ю. Н. Миняев,

B. Т. Дмитриев, А. В. Угольников, В. В. Молодцов // Горный журнал. - 2005. - №1.- С. 79-80.

3. Хронусов Г. С. Расчет основных параметров гидропневматического аккумулятора / Г. С. Хронусов, Ю. Н. Миняев, А. В. Угольников // Изв. вузов. Горный журнал. - 2005. - № 3. - С. 82-85.

4. Миняев Ю. Н. Исследование объемных потерь в пневматических сетях рудничных компрессорных установок / Ю. Н. Миняев,

A. В. Угольников, В. В. Молодцов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 2006. - № 2. - С. 254-257.

5. Миняев Ю. Н. Техническая реализация реинжиниринга рудничных компрессорных установок / Ю. Н. Миняев, А. В. Угольников,

B. В. Молодцов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 2007. - № 2. - С. 325-329.

Статьи, опубликованные в материалах конференций:

6. Миняев Ю. Н. Энергетическое обследование и рекомендации по снижению потерь энергии в пневматических сетях промышленных предприятий / Ю. Н. Миняев, А. В. Угольников // Всероссийская конференция - Энерго- и ресурсосбережение. - Екатеринбург, УГТУ, 2003. -С. 15-17.

7. Миняев Ю. Н. Энергосберегающие компрессорные технологии при эксплуатации пневмохозяйства промышленных предприятий / Ю. Н. Миняев, А. В. Угольников // V всероссийское совещание-выставка по энергосбережению: сборник материалов. - Екатеринбург, 2004. - С. 13-14.

8. Миняев Ю. Н. Реинжиниринг пневмохозяйства промышленных предприятий /10. Н. Миняев, Б. Б. Зобнин, В. В. Молодцов, В. Ф. Копачев,

A. В. Угольников // VI всероссийское совещание-выставка по энергосбережению: сборник материалов. - Екатеринбург, 2005. - С. 2-3.

9. Миняев Ю. Н, Децентрализация при снабжении пневматической энергией шахтных потребителей сжатого воздуха / Ю. Н. Миняев,

B. Т. Дмитриев, А. В. Угольников, В. В. Молодцов // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, 2005. - С. 79-80.

10. Миняев Ю. Н. Минимизация потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха / Ю. Н. Миняев, А. В. Угольников, А. X. Зарипов // V международная научно-техническая конференция «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности». - Екатеринбург: УГТУ, 2007. - С. 157-163.

11. Угольников А. В. Энергосбережение при транспортировании сжатого воздуха рудничных компрессорных установок // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, 2008. - С. 283-285.

Подписано в печать 15.11.2008 г. Печать на ризографе. Бумага писчая. Формат 60 * 84 1/16. Гарнитура Times New Roman. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ f¿¡5

Издательство УГГУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет Отпечатано с оригинала-макета в лаборатории множительной техники издательства УТТУ

Введение.

1. Обзор и анализ существующих работ и задачи исследования.

1.1. Обзор и анализ работ по исследуемому вопросу.

1.2. Цели и задачи исследования.

2. Теоретические исследования распределения сжатого воздуха рудничных компрессорных установок.

2.1. Математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок.

2.2. Минимизация потерь энергии при распределении сжатого воздуха.

2.3. Охлаждение и осушение сжатого воздуха.

2.4. Расчет основных параметров гидропневматического аккумулятора.

Выводы.

3. Экспериментальные исследования при распределении сжатого воздуха.

3.1. Методика проведения тепловых и гидравлических испытаний.".

3.2. Тепловые и гидравлические испытания при распределении сжатого воздуха с применением радиаторной установки естественного охлаждения.:.

3.3. Методика проведения экспериментов по определению объемных потерь.

3.4. Исследование объемных потерь при транспортировании сжатого воздуха.

Выводы.

4. Практическая реализация энергосберегающих мероприятий при распределении сжатого воздуха.

4.1. Децентрализация пневматического хозяйства при снабжении сжатым воздухом пневматических потребителей

4.1.1. Программа и методика эксплуатационных испытаний винтовых компрессоров.

4.1.2. Эксплуатационные испытания компрессоров для определения возможности использования их в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда».

4.1.3. Экономический эффект от внедрения винтовых компрессоров на шахте 14-14 бис ОАО

Севуралбокситруда».

4.2. Использование гидропневматических аккумуляторов при распределении сжатого воздуха.

4.2.1. Испытание пород гидропневматического аккумулятора на водо- и воздухопроницаемость.

4.2.2. Планирование режимов работы рудничных компрессорных установок в условиях ограничения электропотребления.

4.2.3. Влияние гидропневматических аккумуляторов на качество сжатого воздуха.

Выводы.

Актуальность работы. Во многих отраслях промышленности наряду с электрической энергией широко используется пневматическая энергия, или энергия сжатого воздуха.

Сжатый воздух является одним из основных видов энергии на шахтах и рудниках для приведения в действие бурильных, буросбоечных, добычных, проходческих и погрузочных машин, вентиляторов местного проветривания, насосов, а также в эрлифтных установках при откачке воды и пульпы.

Кроме того, сжатый воздух находит применение для пневмозакладки горных выработок, для приведения в действие толкателей, стопоров, затворов и других устройств технологического комплекса предприятия.

Такое широкое применение пневматической энергии обусловлено высокой степенью безопасности пневматического оборудования, что особенно важно для шахт, опасных по газу или пыли, где применение электрической энергии при подземной разработке ископаемых является опасным при внезапных выбросах угля и газа.

Но вместе с тем пневматическая энергия имеет ряд серьезных недостатков. И прежде всего — это высокая стоимость по сравнению с электрической энергией, что объясняется большим потреблением электрической энергии компрессорами при производстве сжатого воздуха.

Рудничные компрессорные установки являются энергоемким оборудованием. Их удельный вес в электропотреблении горных предприятий с подземным способом добычи полезного ископаемого составляет значительную долю, особенно для рудных шахт.

Поэтому пневматическая энергия, вырабатываемая компрессорами общего назначения — самый дорогой вид энергии современного промышленного производства. Так 1 килоджоуль энергии, получаемый в пневмоприводах различных машин и механизмов, использующих сжатый воздух, обходится в 7-10 раз дороже, чем тот же килоджоуль, получаемый при работе электропривода.

Транспортирование сжатого воздуха от компрессорной станции до пневмоприемников осуществляется по длинным и разветвленным трубопроводам. При этом происходят значительные энергетические потери за счет гидравлических сопротивлений, температурных изменений, колебаний давления в питающих сетях и за счет утечек сжатого воздуха.

Для осуществления конкретных мер, направленных на сокращение прямых энергозатрат и снижение материально-технических ресурсов при использовании пневматической энергии, в том числе при распределении сжатого воздуха, необходимо иметь ясное представление о процессах, происходящих при транспортировании сжатого воздуха, и о факторах, определяющих эффективность работы отдельных элементов и пневмоустановок в целом.

Поэтому несомненна актуальность вопросов энергосбережения, реализация которых осуществляется применением новых энергосберегающих технологий в эксплуатации компрессорных установок, в том числе и при транспортировании сжатого воздуха.

Объект исследований: рудничные компрессорные установки, в том числе пневматические сети с позиции оптимизации режимов их работы по критерию минимума потерь энергии на транспортирование сжатого воздуха.

Предмет исследований: тепловые, гидравлические и объемные потери энергии при транспортировке сжатого воздуха.

Цель работы: повышение энергетической эффективности работы пневматических сетей рудничных компрессорных установок, с учетом внутренних и внешних эксплуатационных факторов.

Идея работы: обоснование рациональных энергосберегающих режимов работы пневматических сетей целесообразно на основе разработки математической модели функционирования комплексов рудничных компрессорных установкок.

Основные задачи исследований:

1. Выявление факторов, влияющих на эффективность работы пневматической сети, в конкретных условиях эксплуатации рудничных компрессорных установок.

2. Построение математической модели рудничной компрессорной установки, описывающей взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих процесс пневмопотребления, и показателей, характеризующих возможности регулирования выработки сжатого воздуха.

3. Исследование тепловых, гидравлических и объемных потерь энергии при транспортировке сжатого воздуха и установление минимизации этих потерь в функции наиболее значимых факторов.

4. Обоснование основных параметров гидропневматических аккумуляторов как средств снижения потерь энергии при транспортировании воздуха и влияния их на качество сжатого воздуха.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок, описывающая взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих процесс энергопотребления.

2. Потери энергии при транспортировании сжатого воздуха зависят от ряда внутренних и внешних эксплуатационных факторов, исследование которых позволит аналитически установить минимум этих потерь.

3. Разрядка гидрокамеры гидропневматического аккумулятора до минимально допустимого рабочего давления пневмоприемников позволит снизить капитальные затраты на его сооружение.

4. Использование гидропневматического аккумулятора в качестве потребителя-регулятора мощности в условиях ограниченного потребления электроэнергии позволит снизить затраты на производство сжатого воздуха.

Научная новизна заключается: в разработке математической модели функционирования рудничных компрессорных установок;

- оптимизации режимов работы пневматической сети, по критерию минимума потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха; разработке методики расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора;

- обосновании методики планирования режимов работы рудничных компрессорных установок в условиях ограниченного электропотребления.

Методы научных исследований включают: анализ опыта эксплуатации конкретных компрессорных установок в реальных условиях орнодобывающих предприятий в процессе выработки и распределения сжатого воздуха, метод математического моделирования, метод лексикографического подхода (последовательного применение критериев), аналитические методы определения оптимальных условий работы пневматической сети.

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования: научные положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным использованием теоретических и практических основ математики, физики и термодинамики, а также удовлетворительной сходимостью (90 %) результатов аналитических исследований с результатами полученных экспериментов и данными практики.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики определения различных видов потерь энергии сжатого воздуха при его транспортировке и в разработке рекомендаций для снижения этих потерь; установлении рациональных режимов работы пневматической сети, влияющих на процесс распределения сжатого воздуха по различным параметрам.

Личный вклад автора состоит в разработке математической модели функционирования рудничных компрессорных установок и методики расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора; в оптимизации режимов работы пневматической сети по критерию минимума потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха; в обосновании методики планирования режимов работы рудничных компрессорных установок в условиях ограниченного электропотребления.

Реализация выводов и рекомендаций работы: основные научные положения и рекомендации диссертации использованы при децентрализации при снабжении сжатым воздухом потребителей на шахтах ОАО «Севуралбокситруда». Экономический эффект от внедрения передвижных винтовых компрессоров 6ВВ-32/7 составил 2,016 млн. руб.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской студенческой олимпиаде, научно-практической конференции и выставке аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2003 г.); всероссийских совещаниях по энергосбережению (Екатеринбург, 20042005 гг.); международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, 2007 г.); ежегодных научно-практических конференциях в УГГУ в рамках Горнопромышленной декады (Екатеринбург, 2003-2008 гг.)

Публикации по теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 95 наименований, приложений и содержит 161 стр. машинописного текста, 27 рисунков, 13 таблиц.

4.3. Выводы

1. Разработана программа и методика эксплуатационных испытаний компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7, в результате которой были определенны: концентрации паров масла в воздухе рабочей зоны компрессоров; термодинамический режим компрессоров; концентрации масляной аэрозоли в рабочей зоне компрессоров при их работе; возможность применения компрессоров в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда».

2. Проведены испытания компрессоров для определения возможности их использования в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда». В результате испытаний Госгортехнадзор России выдал разрешение на применение винтовых воздушных компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7 изготавливаемых ОАО «Казанькомпрессормаш» в подземных условиях шахт ОАО «СУБР», при этом камеры для размещения компрессоров должны быть оборудованы вентилятором местного проветривания, включение которого должно предшествовать включению компрессоров.

3. Рассчитан экономический эффект от внедрения винтовых компрессоров на шахте 14-14 бис ОАО «Севуралбокситруда». При расчете годовой стоимости электроэнергии на производство сжатого воздуха использовались два варианта:

- производство сжатого воздуха поршневым компрессором 4ВМ10-100/8, установленным в компрессорной станции и питанием от линии среднего напряжения (СН).

- производство сжатого двумя винтовыми компрессорами 6ВВ-32/7, установленными под землей на гор. - 740 м. шахты 14-14 бис и питаемыми от линии высокого напряжения (ВН).

Экономический эффект от внедрения винтовых компрессоров на шахте 14-14 бис ОАО «Севуралбокситруда» составил 2016 тыс. руб.

4. Разработана методика испытания пород гидропневматического аккумулятора на водо- и воздухопроницаемость, в результате которой определены: водопроницаемость пород; невидимые тектонические нарушения и трещины в стенках и кровле выработок; утечки сжатого воздуха из пневмокамеры и их количественная оценка в сравнении с производительностью шахтной компрессорной станции; выбор способа гидроизоляции пород.

5. Разработана методика планирования работы рудничных компрессорных установок в условиях ограничения электропотребления совместно с гидропневматическим аккумулятором, в результате которой предусмотрено, что аккумулятор заряжается в период между утренним и вечерним максимумами нагрузки электроснабжающей организации, а разрежается в периоды утреннего и вечернего максимума.

6. Исследовано влияние гидропневматического аккумулятора на качество сжатого воздуха, в том числе на давление его в пневматической сети и на процесс осушения. Диаграммы давлений, снятые при включенном в сеть гидропневматическом аккумуляторе (рис. 4.5), носят стабильный характер, и, в отличие от опыта без использования гидропневматического аккумулятора, давление совершенно не зависит от коэффициента одновременности, т.е. от количества потребления приемниками сжатого воздуха. Постоянство давления сжатого воздуха в сети является важным достоинством работы гидропневматического аккумулятора. При анализе относительной влажности и влагосодержания до и после гидропневматического аккумулятора показал, что количество влаги в сжатом воздухе с использованием гидропневматического аккумулятора уменьшается почти в 2,5 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе решена научно-техническая проблема функционирования рудничных компрессорных установок при транспортировании сжатого воздуха с позиций энергосбережения.

Для осуществления конкретных энергосберегающих мер, направленных на сокращение прямых энергозатрат и снижение материально-технических ресурсов при использовании пневматической энергии, в том числе при распределении сжатого воздуха, необходимо иметь ясное представление о процессах, происходящих при транспортировании сжатого воздуха, и о факторах, определяющих эффективность работы отдельных элементов и пневмоустановок в целом.

Несомненна актуальность вопросов энергосбережения при транспортировании сжатого воздуха, реализация которых осуществляется применением новых энергосберегающих технологий при эксплуатации компрессорных установок, в том числе и при транспортировании сжатого воздуха.

Диссертация представляет собой комплексную научную работу, сочетающую в себе исследования методического и прикладного характера, направленные на повышение эффективности эксплуатации рудничных компрессорных установок.

Для достижения данной цели рассмотрены следующие вопросы:

1. математическое моделирование функционирования работы рудничных компрессорных установок;

2. аналитические исследования тепловых, гидравлических и объемных потерь при транспортировании сжатого воздуха;

3. минимизация потерь энергии сжатого воздуха при его транспортировании;

4. аналитические исследования охлаждения и осушения сжатого воздуха при его транспортировании;

5. методика расчета основных параметров гидропневматических аккумуляторов для распределения сжатого воздуха;

6. экспериментальные исследования при распределении сжатого воздуха и возможности применения децентрализации снабжения пневматической энергией потребителей сжатого воздуха;

7. разработка рекомендаций по снижению потерь энергии сжатого воздуха при его транспортировании.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок, которая описывает взаимосвязь технологических и эксплуатационных факторов, формирующих процесс пневмопотребления и показателей, характеризующих возможности регулирования выработки сжатого воздуха.

2. Произведена минимизация потерь энергии при транспортировании сжатого воздуха, для этого выведены уравнения гидравлических, тепловых и объемных потерь, зависящие от основных параметров (температуры, давления и геометрических размеров трубопровода) с целью оптимизации, что позволяет определить минимум потерь.

3. Произведен анализ изменения относительной влажности воздуха при сжатии и последующем охлаждении, который показывает, что при сжатии, когда относительная влажность меньше единицы, процесс протекает в одной газовой фазе; при последующем охлаждении, когда относительная влажность равна единице, процесс протекает в двух фазах газовой и жидкой.

4. Разработана методика расчета основных параметров гидропневматического аккумулятора с позиции снижения капитальных затрат на его сооружение.

5. Проведены гидравлические и тепловые испытания при распределении сжатого воздуха с применением радиаторной установки естественного охлаждения, которые показали, что радиаторная установка естественного охлаждения является устройством, обеспечивающим охлаждение сжатого воздуха без затрат воды и электроэнергии на перекачку этой воды.

6. Разработана программа и методика эксплуатационных испытаний винтовых компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7, с целью определения возможности применения их в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда».

7. Проведены испытания компрессоров для определения возможности их использования в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда». В результате испытаний Госгортехнадзор России выдал разрешение на применение винтовых воздушных компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВВ-32/7 в подземных условиях ОАО «Севуралбокситруда».

8. Экономический эффект от внедрения винтовых компрессоров на шахте 14-14 бис ОАО «Севуралбокситруда» составил 2016 тыс. руб.

9. Разработана методика планирования работы рудничных компрессорных установок в условиях ограничения электропотребления совместно с гидропневматическим аккумулятором, в результате которой предусмотрено, что аккумулятор заряжается в период между утренним и вечерним максимумами нагрузки электроснабжающей организации, а разрежается в периоды утреннего и вечернего максимумов.

1. Герман А. П. Применение сжатого воздуха в горном деле. М.: Госгеолнефтеиздат, 1933. 88 с.

2. Ильичев А. С. Рудничные пневматические установки. М.: Углетехиздат, 1953. 428 с.

3. Докукин А. В. Применение сжатого воздуха в горной промышленности. М.: Госгортехиздат, 1962. 348 с.

4. Смородин С. С. Шахтные стационарные машины и установки. М.6 Недра, 1975. 280 с.

5. Гарбуз Д. Л. Рудничные пневматические установки. М.: Госгортехиздат, 1961. 380 с.

6. Мурзин В. А., Цейтлин Ю. А. Пневматические установки шахт. М.: Недра, 1985. 351 с.

7. Фролов П. П. Справочное руководство по компрессорному хозяйству. М.: Госгортехиздат, 1963. 197 с.

8. Моисеев Л. Л. Промышленные исследования воздушно-водяного охлаждения сжатого воздуха // Сборник научных трудов. Кемерово: КПП, 1981, с 144-147.

9. Герасименко Г. П. Комплексное использование пневматической энергии при отработке глубоких горизонтов. М.: Недра, 1971. 110 с.

10. Баранников И. М. Повышение эффективности рудничных компрессорных станций. М.: Недра, 1972. 173 с.

11. Борохович А. И., Носырев Б. А. Испытание и наладка поршневых компрессоров на рудниках. М.: Металлургиздат, 1954. 212 с.

12. Ушаков В. И. Об охлаждении сжатого воздуха при его осушке и очистке // Изв. вузов. Горный журнал. 1977. № 9. С. 113-116.

13. Баранников Н. М. Экспериментальное исследование воздушного охлаждения сжатого воздуха // Промышленная энергетика. 1976. № 5. С. 2728.

14. Рыбин А. И., Закиров Д. Г. Экономия электроэнергии при эксплуатации воздушных компрессорных установок. М.: Энергоатомиздат, 1988. 72 с.

15. Логинов А. И. О концевых холодильниках компрессоров общего назначения // Промышленная энергетика. 1967. № 6. С. 36-38.

16. Рахнилевич 3. 3. К вопросу экономии охлаждающей воды при эксплуатации воздушных поршневых компрессоров // Промышленная энергетика. 1969. № 2. С. 6-8.

17. Миняев Ю. Н. Энергетическое обследование пневмохозяйства промышленных предприятий. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003. 131 с.

18. Кузнецов Ю. В., Кузнецов М. Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2003. 283 с.

19. Павлов В. Д. Гидропневматические аккумуляторы сжатого воздуха//Цветная металлургия. 1986. № 10. С. 16-19.

20. Миняев Ю. Н. Энергосбережение при производстве и распределении сжатого воздуха на промышленных предприятиях. Екатеринбург: Изд-во УГТГА, 2002. 131 с.

21. Хронусов Г. С., Миняев Ю. Н. Способ аккумулирования сжатого воздуха с помощью гидропневматического аккумулятора. A.C. №1820007,1992.

22. Дегтярев В.И. Снижение потерь в шахтных пневмосетях. Киев: Техника, 1987. 160 с.

23. Вукалович М. П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Машгиз, М., 1953.

24. Герман А. П. Влияние теплообмена между стенками цилиндра и воздухом на работу поршневых компрессоров. Изв. АН СССР, ОТН, № 12, 1947.

25. Чарный И. А. Основы газовой динамики. Гостоптехиздат, 1961.

26. А.С.Х820007, СССР. Способ аккумулирования сжатого воздуха с помощью гидропневматического аккумулятора/ Г.С.Хронусов, Ю.Н.Миняев. № 4797673/03. Заявл. 28.02.90; Опубл. 07.06.93, БИ№ 21.

27. Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов. ПБ 03-581-03. М.: Госгортехнадзор России, 2003. 24 с.

28. Носырев Б. А., Звягин В. С. Исследование и повышение эффективности стационарных машин и установок. Отчет о научно-исследовательской работе. СГИ, 1985. 60 с.

29. РД 50-213-80. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. М.: Госстандарт СССР, 1981, 78 с.

30. Френкель М. И. Поршневые компрессоры. М.: Машгиз, 1969. 742 с.

31. Киселев В. И. Определение утечек сжатого воздуха в производственных условиях. Горный журнал № 2, 1947.

32. Ямковой Г.Т. Проектирование гидропневматических аккумуляторов на рудниках Кривого Рога // Горный журнал. 1946. - №7-8. - С.26 - 31.

33. Хронусов Г. С., Миняев Ю. Н. Способ аккумулирования сжатого воздуха с помощью гидропневматического аккумулятора. A.C. №1820007, 1992.

34. Исрапилов Р.Б., Хронусов Г.С., Миняев Ю.Н. Планирование режимов работы компрессорных установок в условиях ограничения электропотребления // Изв. вузов. Горный журнал. 1991. №6 С. 103 108.

35. Хронусов Г. С. Формирование эффективных режимов электропотребления энергоемких технологических установок горнодобывающих предприятий // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 1996. № 12 С. 131.

36. Хронусов Г. С. Оптимизация суточных графиков нагрузки компрессорных установок шахты в условиях ограничения электропотребления // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 1986. № 7 С. 105-113.

37. Хронусов Г. С. Формирование эффективных режимов электропотребления промышленных предприятий. Часть 1. Екатеринбург: Изд-воУГТГА, 1998.340 с.

38. Фролов П.П., Дмитриев В.Т., Миняев Ю.Н. Влияние гидропневматического аккумулятора на давление в пневматической сети и работу приемников сжатого воздуха // Изв. ву- зов. Горный журнал. — 1967. -№8. С.106 — 107.

39. Фролов П.П., Дмитриев В.Т., Миняев Ю.Н. Осушение сжатого воздуха в гидропневматических аккумуляторах // Изв. вузов. Горный журнал. -1971. №6-С.119- 122.

40. Миняев Ю.Н. Повышение качества сжатого воздуха для транспортирования закладочных материалов // Тезисы докладов научно-технической конференции «Механика в горном производстве». -Екатеринбург: УГГТА, 2000. С. 17 - 18.

41. Баранников Н. М. Экспериментальное исследование воздушного охлаждения сжатого воздуха // Промышленная энергетика. 1976. № 5. С. 27-28.

42. Логинов А. И. О концевых холодильниках компрессоров общего назначения // Промышленная энергетика. 1967. № 6. С. 36-38.

43. Павлов В. Д. Гидропневматические аккумуляторы сжатого воздуха // Цветная металлургия. 1986. № 10. С. 16-19.

44. Павлов В. Д., Мирошниченко В. К. Опыт строительства и эксплуатации гидропневматических аккумуляторов в Финляндии // Горный журнал. 1982. № 6. С. 57-59.

45. Павлов В. Д. и др. Опыт строительства и эксплуатации гидропневматических аккумуляторов в Японии // Цветная металлургия. 1985. № U.C. 91-94.

46. Кобелев Н. С. Уменьшение энергоемкости производства сжатого воздуха//Промышленная энергетика. 1998. № 7. С. 38-41.

47. Гусев В.В. Снижение расхода энергии на производство сжатого воздуха. М.:ГОСИНТИ, 1966. 14 с.

48. Состояние и перспективы развития пневматических установок на угольных шахтах // В.И.Дегтярев, В.И. Мялковский, И.А.Шматков, А.М. Иванов. М.: ЦНИЭИуголь, 1976. 40 с.

49. Фролов П.П., Дмитриев В.Т. Повышение эффективности работы компрессорных станций рудников и шахт // Изв.вузов. Горный журнал. 1982. №7. С.92-95.

50. Лобода В.В., и др. Совершенствование шахтных пневматических установок // Шахтные турбомашины: Сб. научных трудов / Ин-т горной механики и техн. кибернетики. Донецк, 1977. № 43. С.85-97.

51. Системный анализ развития горнодобывающих предприятий. Проблемы теории и методологии. М.: Наука, 1991. 270 с.

52. Хронусов Г. С. Комплексы потребителей регуляторов мощности на горных предприятиях. М.: недра, 1989. 200 с.

53. Александров А. П., Воронецкий А. В., Смыслов Д. Д. Сжатый воздух и энергозатраты // Стеклянная тара. 2002. № 6 С. 8-9.

54. Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989. 351 с.

55. Смородин С. С. Проектирование рудничных воздухопроводных сетей. Л.: ЛГИ, 1980. 97 с.

56. Миняев Ю. Н. Энергетические потери в пневмосетях РКУ // Екатеринбург: Известия УГГГА, Серия горная механика, 2003. Вып. 16. С 4447.

57. Миняев Ю. Н., Фролов С. Г. Теплотехника. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2001. 109 с.

58. Баскаков А. П. Теплотехника. М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.

59. Ривкин С. А., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1980. 424 с.

60. Сергеев И. В. Экономика предприятия. М.: Финансы и статистика, 2004. 197 с.

61. Сагадеева Н. Стоимость воздуха // Тех СоЬег, 2003. № 10 С. 20-21

62. ОСТ 12.25.011-84. Экономия электроэнергии на угольных шахтах. М.: МУП СССР, 1984. 136 с.

63. Миняев Ю. Н., Фролов П. П, Мних Н. Г., Желябин В. Б. Радиаторная установка естественного охлаждения // Цветная металлургия, 1990. № 5 С. 64-65.

64. Фролов П. П., Миняев Ю. Н. Определение коэффициента теплопередачи и аэродинамического сопротивления радиаторной установки естественного охлаждения рудничных компрессорных установок // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 1974. № 3 С. 124-126

65. Фролов П. П., Миняев Ю. Н. Расчет оптимальных технологических и конструктивных параметров радиаторной установки естественного охлаждения // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 1975. № 8 С. 108-110

66. Миняев Ю. Н., Дмитриев В. Т. Энергосберегающие компрессорные технологии при эксплуатации пневмохозяйства промышленный предприятий // Энергоранализ и эффективность, 2004. № 4 С. 46-48.

67. Курчавин В. М., Мезенцев А. П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 81 с.

68. Миняев Ю. Н., Угольников А. В. Энергетическое обследование и рекомендации по снижению потерь энергии в пневматических сетях промышленных предприятий // Всероссийская конференция — Энерго- и ресурсосбережение. Екатеринбург: УГТУ, 2003. С. 15-17.

69. Миняев Ю. Н., Дмитриев В. Т., Угольников А. В., Молодцов В. В. Децентрализация при снабжении пневматической энергией шахтных потребителей сжатого воздуха // Горный журнал, 2005. № 1 С. 79-80

70. Хронусов Г. С., Миняев Ю. Н., Угольников А. В. Расчет основных параметров гидропневматического аккумулятора // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 2005. № 3 С. 82-85.

71. Фролов П.П., Дмитриев В.Т., Миняев Ю.Н. Влияние гидропневматического аккумулятора на давление в пневматической сети и работу приемников сжатого воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 1967. № 8. С.106 107.

72. Фролов П.П., Дмитриев В.Т., Миняев Ю.Н. Осушение сжатого воздуха в гидропневматических аккумуляторах // Изв. вузов. Горный журнал. 1971. №6 С. 119-122.74. http: // www.barrens.ru Энергосберегающие компрессорные технологии. — электронная публикация.

73. Миняев Ю. Н., Зобнин Б. Б. Оптимизация технологической структуры рудничных компрессорных установок // горная механика и автоматика, 2005. № 3 С. 46-47.

74. Моисеев JI. JI. Исследование вопросов регулирования рудничных компрессорных установок // Вопросы горной механики и шахтного транспорта: Межвузовский сб. науч. трудов. Кузбасский политехи, ин-т. Кемерово: КузПИ, 1991. 141 с.

75. Мартынов Н. В. Булыгин А. С., Кудрявцев В. Д., Билько Г. И., Козлов Г. К., Гнедаш 3. А. Модернизация компрессора 5Г-100 // Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования. 1973. № 6. С. 8-9.

76. Закиров Д. Г., Рыбин А. И. Пути повышения эффективности работы и КПД шахтных поршневых компрессоров // Промышленная энергетика. 1975. № 6. С. 4-6.

77. Логинов А. И. О концевых холодильниках компрессоров общего назначения // Промышленная энергетика. 1967. № 6. С. 36-38.

78. Рыбин А. И., Закиров Д. Г. Экономия электроэнергии при эксплуатации воздушных компрессорных установок. М.: Энергоатомиздат, 1988. 72 с.

79. Ушаков В. И. Об охлаждении сжатого воздуха при его осушке и очистке // Изв. вузов. Горный журнал. 1977. № 9. С. 113-116.

80. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. Т. 1. Теория и расчет. М.: Колос, 2000. 456 с.

81. Миняев Ю. Н., Угольников А. В. Энергосберегающие компрессорные технологии при эксплуатации пневмохозяйства промышленных предприятий // V всероссийское совещание-выставка по энергосбережению. Сборник материалов. 2004. С. 13-14.

82. Миняев Ю. Н., Зобнин Б. Б., Молодцов В. В., Копачев В. Ф., Угольников А. В. Реинжиниринг пневмохозяйства промышленных предприятий // VI всероссийское совещание-выставка по энергосбережению. Сборник материалов. 2005. С. 2-3.

83. Фролов П.П., Дмитриев В.Т., Миняев Ю.Н. Энергосбережение при производстве и транспортировании сжатого воздуха // Екатеринбург: Известия УГГГА, Серия горная механика, 2001. Вып. 12. С.48 54.

84. Миняев Ю. Н., Тарасов Е. Н., Фоминых Ю. А. Энергетическое обследование производства, распределения и потребления сжатого воздуха в ОАО «Уралмаш» // 1-ая Уральская научно-практическая конференция

85. Энергетическое обследование — теория, практика, результаты»: Тез. докл. — Екатеринбург. 2002. — с. 36-37.

86. Багаутдинов Г. А., Фролов П. П., Миняев Ю. Н. Пути экономии электроэнергии при эксплуатации рудничных компрессорных станций // Колыма: 1987. №7. С. 4.

87. Миняев Ю. Н., Исрапнлов Р.Б., Угольников А. В. Математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок // Изв. ВУЗов. Горный журнал, 2004. № 4 С. 82-85.

88. Миняев Ю. Н., Зобнин Б. Б., Молодцов В. В., Копачев В. Ф., Угольников А. В. Реинжиниринг пневмохозяйства промышленных предприятий // Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург 2005. С. 2-3.

89. Миняев Ю. Н., Дмитриев В. Т., Угольников А. В., Молодцов В. В. Децентрализация при снабжении пневматической энергией шахтных потребителей сжатого воздуха // Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург, 2005. С. 79-80.

90. Миняев Ю. Н., Угольников А. В., Молодцов В. В. Техническая реализация реинжениринга рудничных компрессорных установок // Горный информационно-аналитический бюллетень. Екатеринбург, 2007, С. 325-329.

91. Миняев Ю. Н., Угольников А. В., Молодцов В. В. Исследование объемных потерь в пневматических сетях рудничных компрессорных установок // Горный информационно-аналитический бюллетень. -Екатеринбург: УГГУ, 2006, -№ 2 С. 190-193.

92. Угольников А. В. Энергосбережение при транспортировании сжатого воздуха рудничных компрессорных установок// Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург, 2008. С. 283-285.