автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение эффективности нестационарных компрессорных установок карьеров путем улучшения параметров пневмосети горных машин

Введение.

1.Состояние вопроса производства сжатого воздуха карьерными нестационарными компрессорными установками.

1.1. Переходные процессы при производстве сжатого воздуха на горных машинах.

1.2. Воздействие и влияние примесей, содержащихся в сжатом воздухе на работу пневмопотребителей.

1.3. Состояние вопроса по исследованию влагосодержания воздуха НКУ.

1.4. Анализ существующих способов и методов обработки сжатого воздуха в компрессорных установках горных машин.

1.5. Выводы и задачи исследований.

2.Методика эксперимента и экспериментальные исследования действующих НКУ.

2.1. Влияние многофазного состояния сжатого воздуха на энергетическую эффективность компрессора горной машины.

2.2. Компонентно-фазовый состав влажного сжатого воздуха в пневмосетях буровых станков.

2.3. Исследование пневмосетей карьерных экскаваторов.

2.4. Влияние параметров влажного сжатого воздуха на безопасность работы карьерных тяговых агрегатов. 50 Выводы по главе.

3.Теоретические исследования тепловлажностных процессов сжатого воздуха в пневмосетях горных машин.

3.1. Характеристика потока пневмосети горной машины.

3.2. Исследование переходных процессов теплообмена в

- О сжатом воздухе.

3.3. Определение температурного режима пневмосети при переходных процессах в сжатом воздухе.

3.4. Определение влияния влаги на работоспособность сжатого воздуха.

Выводы по главе.

4. Лабораторные исследования способов нормализации параметров сжатого воздуха.

4.1. Планирование эксперимента и разработка методики исследований по определению влияния продуктов конденсации на теплоотдачу сжатого воздуха.

4.2. Экспериментальные исследования приемлимости адсорбционной обработки сжатого воздуха для горных машин.

4.3. Анализ возможных погрешностей.

Выводы по главе.

5. Повышение эффективности подготовки воздуха на НКУ в условиях карьерных предприятий.

5.1. Технико-экономический анализ работы адсорбционной установки осушки сжатого воздуха на горной машине.

5.2. Разработка автоматического конденсатоотводчика для НКУ.

5.3. Создание экономичной установки обработки сжатого воздуха для буровых станков.

5.4. Экономическая эффективность обработки сжатого воздуха на НКУ.

Выводы по главе.

Актуальность темы вытекает из решений ХХУ1 съезда КПСС, которые предусматривают опережающими темпами осуществлять добычу полезного ископаемого на основе внедрения оборудования большой единичной мощности.

В процессах технологии горного производства на карьерах большое значение отводится энерговооруженности процессов, где важное значение уделяется пневматической энергии. Такие процессы как бурение, погрузка и транспортировка горной массы не мыслима без использования в комплексе горных машин и аппаратов сжатого воздуха. В последнее время на карьерах Минчермета нестационарными компрессорными установками (НКУ) вырабатывается около 700 млн м3 сжатого воздуха в год, что обходится государству в 2.100 тыс.руб в год.

Проектирование НКУ для карьерных горных машин в настоящее время не удовлетворяет требованиям.интенсивного ведения горных работ из-за отсутствия научных данных по теплофизическим характеристикам сжатого воздуха, которые формируют под воздействием специфики эксплуатации и погодно-климатических условий. Это приводит к тому, что пневмоприводы, пневмоустройства имеют низкие эксплуатационные показатели и в некоторых случаях способствуют полному нарушению нормальной работы горных машин.

Исследование и разработка методов расчета и способов обработки воздуха с целью повышения эффективности пневмосистемы представляет собой важную научную задачу, решение которой будет способствовать повышению эффективности горных мэшн и увеличению производительности карьеров.

Исходя из этого, научные положения работы и новизна сформулированы следующим образом:

- установлено, что переходные процессы в сжатом воздухе, обусловленные переменной цикличностью включения компрессора вследствии наличия влаги в пневмосетях НКУ, снижают энергетическую эффективность и безопасность работы карьерных горных машин;

- получены новые аналитические зависимости процесса охлаждения сжатого воздуха, содержащего продукты конденсации в элементах пневмосети малой протяженности и сложного конструктивного исполнения;

- определена длина зоны конденсации по пневмосети горных машин исходя из условий цротекания в сжатом воздухе переходных процессов, что позволяет рационально размещать устройства его обработки;

- впервые разработана методика теплового расчета пневмосети для условий движения горных машин с учетом цикличности работы компрессоров и расположения воздухопроводов в пространстве.

В диссертационной работе был применен метод, включающий экспериментально-производственные исследования с использованием современных технических средств как в карьерных, так и в лабораторных условиях и теоретические исследования на основе анализа научно-технической информации.

Обработка представительного объема экспериментальных данных и расчет отдельных характеристик на основании теории подобия в критериальной форме выполнен на ЭВМ ЕС-1022.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснованы: применением современных методов теоретических исследований, измерений и обработки годовых хронометрических наблюдений за работой пневмосетей буровых станков СБТМ-20, СБШ-250 МН, экскаваторов ЭКГ-8и, карьерных электровозов ЕЛ-10; применением осцилографирования процессов в сжатом воздухе; удовлетворительной сходимостью результатов теоретического исследования и экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.

Разработанные в диссертации методики расчета автоматических конденсатоотводчиков и адсорбционных осушителей с использованием полученных аналитических зависимостей температурного режима пнев-мосети ШУ от переходных процессов в сжатом воздухе позволили сконструировать и разработать соответствующие устройства применительно к условиям эксплуатации карьерных горных машин.

Предложенные и проверенные на действующих компрессорных установках конструкции новых автоматических конденсатоотводчиков, адсорбционных осушителей и оптимальные схемы их размещения по длине пневмосети НКУ позволили резко повысить эффективность пневмоприводов и увеличить производительность горных машин.

Работа выполнена в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР "О мерах по дальнейшему развитию железорудной промышленности и коренному улучшению рудоподготовки (1972г.) и планом Минчермета по повышению эффективности разработки и исследования недр Курской Магнитной Аномалии.

Работа выполнена во Всесоюзном заочном политехническом институте г.Москвы и Курском политехническом институте.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, иллюстрируется 37 рисунками, содержит 17 таблиц, список литературы из 103 наименований и приложения на Ъ9 страницах.

Основные выводы, научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Эффективность работы нестационарных компрессорных уста/ новок карьеров существенным образом зависит от параметров пневмосети, определяемых характером перемещения горной машины, цикличности работы компрессора и количеством влаги, поступающей в компрессор и практически не удаляемый вследствие несовершенства средств обработки сжатого воздуха.

2. Предложены аналитические зависимости для определения температурного режима сжатого воздуха от характера перемещения горной машины, цикличности работы компрессора и погодно-климати-ческих условий. Это позволило научно обосновать определение зон конденсации, что обеспечивает рациональное размещение устройств обработки сжатого воздуха.

3. Экспериментальные исследования подтвердили теоретически обоснованное увеличение до 30-35% коэффициента теплоотдачи сжатого воздуха под действием процесса конденсации паров влаги.

В результате получено уравнение, которое позволяет прогнозировать на ЭВМ условие теплообмена сжатого воздуха с окружающей средой для любых горных машин, эксплуатируемых в различных климатических зонах.

4. Предложены методики расчета автоматического конденсато-отводчика и адсорбционной установки, учитывающие специфику эксплуатации НКУ в горных условиях. Разработанные на основании проведенных исследований конструкции одноадсорбционной установки и автоматического конденсатоотводчика защищены авторскими свидетельствами.

5. Разработана и в промышленных условиях опробирована установка обработки сжатого воздуха для буровых станков, обеспечивающая высокоэффективное использование пневмооборудования при сокращении энергозатрат адсорбционной осушки за счет использования тепла компрессии. Разработанная рациональная схема размещения устройств обработки сжатого воздуха по длине пневмосети защищена авторским свидетельством.

6. Улучшение качества сжатого воздуха, вырабатываемого НКУ, путем удаления из него капельной и парообразной влаги разработанными автором устройствами повышает эффективность пневмооборудования. Внедрение предлагаемых устройств на Лебединском ГОКе обеспечивает реализацию годового экономического эффекта в размере 27 тыс.руб. на НКУ горных машин карьеров. Фактически годовой эффект после внедрения по Михайловскому ГОКу составил 7,1-8,3 тыс.руб. на один локомотивосостав, что при внедрении на всех железнодорожных карьерных тяговых агрегатах составит свыше 300 тыс. руб. в год.

- 161 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получено новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности нестационарных компрессорных установок карьеров, путем улучшения параметров пневмосети горных машин, на основе выявления закономерностей влияния переходных процессов на температурный режим сжатого воздуха с последующим созданием средств его обработки.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М.¡Политиздат, 1.8I.-244 с.

2. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.-М.¡Наука, 1976.-280 с.

3. Алексеев В.В., Гланц A.A. Оптимизация работы геологоразведочного пневматического оборудования.-М.:Недра, 1978.-198 с.

4. Баранов Н.М. Расчеты параметров влажного воздуха для пневматических и вентиляционных установок и кондиционеров.-М.: Недра, 1975.-272 с.

5. Белоусов Д.И., Рощупкин В.И. Буровые установки.-М.: Недра, 1973.-240 с.

6. Берлинер М.А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности.-М.¡Энергия, 1965.-296 с.

7. Берлянд М.Е. и др. Туманы.-М.: Гидрометеоиздат, I96I.-344 с.

8. Борисенко К.С. Пневматические двигатели горных машин.-М.: Углетехиздат, 1958.-238 с.

9. Борохович А.И., Гусев В.В. Стационарные машины и установки на открытых горных разработках.-М.¡ Недра, 1969.-288 с.

10. Братченко Б.Ф. Стационарные установки шахт.-М.¡ Недра, 1977.288 с.

11. Братшнайдер С. Свойства газов и жидкостей.-Л.: Химия, 1966.536 с.

12. Васильев М.В. Комбинированный транспорт на карьерах.-М.¡ Недра, 1975.-360 с.

13. Великий М.И., Чернокос А.И., Вайман С.З. Техника бурения скважин комбинированными способами.-М.¡ Недра, 1977.-III с.

14. Виноходов И.Я. Исследование осушения сжатого воздуха на локомотивах способом звуковой коагуляции. Дис. канд.техн.наук. Ростов, 1972.-163 с.

15. Головач Ю.Н. Исследование и разработка устройств для предотвращения замерзания влаги в пневматических магистралях электроподвижного состава железнодорожного транспорта. Дис. канд.техн.наук.-Днепропетровск. 1979.-178 с.

16. Гордон Г.М. Контроль пылеулавливающих установок.-М.: Металлурги здат, I961.-218 с.

17. Двайт Г.В. Таблицы интегралов и другие математические формулы.-М.: Наука, 1966.-637 с.

18. Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термическое и комбинированное разрушение горных пород.-М.: Недра, 1978.-303 с.

19. Докунин A.B. Применение сжатого воздуха в горной промышленности. -М.: Госгортехиздат, 1962.-340 с.

20. Иссаченко В.П. Теплообмен при конденсации.-М.: Энергия, 1977.240 с.

21. Кабанов А.Н., Парфенов В.П. Влияние температуры всасываемого воздуха на термодинамическую эффективность компрессорной установки.-Изв.вузов, Горный журнал, №2, с.56-59.

22. Казаринов Н.М., Иноземцев В.Г., Ясенцев В.Ф. Теоретические основы проектирования и эксплуатации автотормозов.-М.: Транспорт, 1968.-400 с.

23. Кантович Л.И. Исследование надежности станка 2СШ-200 на карьерах комбината Ураласбест.-Изв.вузов. Горный журнал, 1971, №6, с.54-56.

24. Картавый Н.Г., Топорков A.A. Шахтные стационарные установки. -М.: Недра, 1978.-264 с.

25. Каталов Б.А., Ромашко В.Г., Кузнецов В.И. О перемещении частицы буровой мелочи в призабойной зоне скважины при шнеко-пневматическом бурении.-Изв.вузов, Горный журнал, М, 1978, с.73-76.

26. Киселев В.В. Компрессоры локомотивов.-М.'.Машиностроение, 1965.-336 с.

27. Кобелев Н.С. Установка осушки сжатого воздуха для геологоразведочных буровых станков.-Нефть и газ, Изв.вузов, №7, 1983, с.15-18.

28. Кобелев Н.С., Ушаков В.И., Пономарев В.А. Адсорбционный способ осушки сжатого воздуха в компрессорных установках карьерных локомотивов.-Черная металлургия, №18, с.45. Бюллетень научно-технической информации, 1981.

29. Кобелев Н.С. Модернизация стенда для испытаний тепловозов.-Электрическая тяга, №8, 1976, с.19.

30. Корнев М.С. 0 приближенном расчете инерционно-масляного воздухоохладителя. -М. :МАМИ, 1964. /Груды семинара по очистке воздуха, масла и топлива. Вып.5/.

31. Кох П.И. Надежность горных машин при низких температурах.-М.: Недра, 1972.-193 с.

32. Кривошейн Б.А., Новоковский В.Н. Метод термодинамического расчета магистральных газопроводов с учетом теплового взаимодействия их с окружающей средой.-АН СССР "Энергетика и транспорт", 1972, №5, с.114-112.

33. Кутателадзе С.С., Стыркович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем.-М.: Энергия, 1976.-296 с.

34. Кутузов Б.Н. Теория, техника и технология буровых работ.-М.: Недра, 1972.-312 с.

35. Лопатин Ю.С. Бурение взрывных скважин на карьерах.-М.: Недра, 1979.-198 с.37,38,39