Введение к работе
Актуальность темы. Ба шахтах и рудниках страны насчитывается более 3 тысяч главных вентиляторных установок, на доли которых приходится 3Q-40Z электроанергии, потребляемой горношахтным оборудованием. Парк действующих вентиляторов главного проветривания включает 80 типоразмеров, из них 14 находятся в серийном производстве. Фактический срок службы половины из этих вентиляторов превышает, нормативный (15-20 лет). В последнее время обострилась проблема реконструкции ГБУ, которую усугубляет тот факт, что более чем на 1/3 горных предприятий исчерпаны резервы производительности вентиляторных установок и вентиляция сдерживает развитие горных работ.
Несмотря на то, что выпускаемые наши промышленностью вентиляторы обладают высокими техническими показателями (номинальный КПД машин достигает 0,86), эксплуатационный КПД действующих вентиляторов находится в пределах 0,38-0,62, причем с низким КПД работают как устаревшие машины так и вентиляторы последних образцов.
Сложившемуся положению во многом способствуют упрошенный подход к выбору параметров вентиляционного оборудования на стадиях его разработки и проектирования вентиляции, малая глубина регулирования и низкие адаптивные качества создаваемых ГБУ, несоответствие аэродинамических характеристик вентиляторов характеристикам шахтных вентиляционных сетей на различных этапах развития горных работ.
Необходимость повышения эффективности работы вентиляторных установок способствовала созданию значительного числа вариантов машин, установок и способов их адаптации к изменяющимся вентиляционным режимам. Это предопределило' необходимость разработки инструмента для расчета, выбора и обоснования параметров вентиляторов главного проветривания и создаваемых на их основе вентиляторных установок. Настоящая работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ по теме 3.2.1. 5 "Разработка математического обеспечения для расчета параметров вентиляционных систем шахт и рудников" (Н. Г. Р. 01860079149); по теме 3. 2.1.6 "Разработка математических моделей, алгоритмов и пакета прикладных программ для решения комплекса экстремальных задач стандартизации горных машин" (ЕГ. Р. 81081329); по теме 1.11.1.7
"Разработка рекомендаций по оптимизации размерного ряда шахтных вентиляторов" (tt Г. Р. 81081324); в рамках хоздоговора 641-82 с ИГМ им. Федорова, Дэнгипроуглемаием.
Цель работы - совершенствование методики и разработка математических и программных средств для оценки способов повышения эффективности рудничной вентиляции.
идея работы состоит в учете и моделировании динамики развития вахтноя вентиляционной системы при обосновании параметров вентиляционного оборудования и способов его адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации.
Задачи исследований:
разработай методику обоснования оптимальных решений по параметрам вентиляторных установок и автоматизация процесса их поиска с учетом вероятностного характера развития горных работ;
разработать методику подготовки исходных данных, включая ожидаемые режимы работы вентиляторных установок, описание аэродинамических характеристик вентиляторов, стоимостные параметры ГВУ;
выполнить исследования эффективности и конкурентноспособности выпускаемых и разрабатываемых ВГП и ГВУ на основе критерия суммарных приведенных затрат за срок службы установки.
Методы исследования". Б работе использован аппарат математического программирования, теории вероятностей, статистического моделирования, прикладного системного анализа, теории принятия решений, а также средства вычислительной техники.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
принятая в качестве показателя эффективности работы вентиляторных установок величина определяется суммой затрат на разработку и освоение производства вентиляторов новых типоразмеров, строительство установок и их эксплуатацию и зависит от динамики и случайного характера изменения вентиляционных режимов;
область экономичной работы вентилятора изменяется в зависимости от природно-климатических условий эксплуатации, затрат на вентиляцию, длительности работы установки в ожидаемых вентиляционных режимах и определяется в результате сравнения возможных вариантов обеспечения этих режимов;
одним из возможных путей повышения эффективности работь главных вентиляторных установок является использование' принципа модульности, заключающегося в создании установок с параллельно V
последовательно соединенными вентиляторами. Это способствует расширению ряда компоновочных схем и адаптивных свойств вентиляторных установок и поэволяет получить достаточное многообразие способов обеспечения вентиляционных редимов 8а срок слуябы установки.
Достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертации обеспечивается обоснованным применением методов исследований, подтверждается многочисленными расчетами и численными экспериментами на ЭВМ. а такяе развитием отечественного и мирового вентиляторостроения.
Научная новизна состоит в:
совершенствовании методики оценки технического уровня главных вентиляторных установок на стадиях разработки шахтных вентиляторов, проектирования и эксплуатации вентиляционных систем с учетом изменяющихся условий их функционирования;
применении комплексного подхода, заключающегося в одновременном учете множества факторов: динамичности и частичной неопределенности горно-добывающего произюдства, действующего парка установок и ряда выпускаемых машин, всевозмояных вариантов совершенствования ГВУ;
создании математического обеспечения для моделирования:
-
ожидаемых вентиляционных режимов щахт и рудников в динамике их развития за срок слуябы установки;
-
процесса функционирования и адаптации установок в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации;
-
аэродинамических характеристик шахтных вентиляторов.
Личное участие автора заключается в анализе существующих методов и подходов к обоснованию параметров ГВУ; в разработке їйєто-дики автоматизированного выбора параметров главных вентиляторных установок; в применении нового критерия коыплексной оценки эффективности ВГП и ГВУ; в определении закономерности изменения вентиляционных режимов и их влиянии на параметры ВГП; з разработке алгоритма расчета эксплуатационных расходов; в разработке аналитического описания аэродинамических характеристик вентиляторов.
Автором разработано программное обеспеченна для анализа параметров ГВУ. осуществлено проведение опытной -эксплуатации мето-
дики, численных расчетов и экспериментов, результаты которых представлены в научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации.
Практическое значение работы:
Предложенная методика может быть использована при поиске и оценке технических решений на стадии разработки новых машин, при определении номенклатуры и объемов выпуска шахтных вентиляторов, а также при проектировании вентиляции шахт и рудников;
Использование методики и разработанного математического обеспечения позволяет:
исследовать влияние аэродинамических и технических параметров машин на эффективность их работы, выявлять рациональные сочетания значений технике-экономических параметров главных вентиляторных установок;
повысить качество и обоснованность принимаемых решений, учесть случайный характер изменения вентиляционных режимов, большое число вариантов совершенствования ВГП и ГВУ;
принимать решения, связанные с реконструкцией ГВУ шахт и рудников, с учетом имеющихся производственных фондов предприятия, ряда выпускаемых машин и новых научных разработок в области шахтного вентиляторостроения;
в процессе автоматизированного поиска решений задач рудничной вентиляции оперативно, наглядно и адекватно условиям эксплуатации отразить области экономичной работы вентиляторов;
определять стоимостные параметры ГВУ с любыми гипотетичес-ческими компоновочными схемами и типоразмерами оборудования.
Реализация результатов работы:
-
Разработанное математическое обеспечение включено в "Руководящий технический материал по выбору вентиляторов главного проветривания", составленный в соответствии с заданием Минутлеп-рома и выполняемый в рамках хоздоговора ИГЛ СО РАН с ИГМ им. Федорова и Донгипроуглемашем. Ожидаемый годовой эффект у потребителя от внедрения РТМ составит более 50 тыс. руб. на одну установку.
-
методика оценки параметров шахтных вентиляторов применялась в научно-исследовательских работах ИГД СО РАН, ИГМ им. Федорова по технико-экономическому обоснованию параметров установок главного проветривания с разрабатываемыми вентиляторами типа ВВО. BOA. * .
-
Методика, алгоритмы и программы использованы Донгипроуг-лемашем при разработке системы автоматизированного проектирования шахтных вентиляторов.
-
Разработанное методическое и программное обеспечение использовалось при анализе и оценке вариантов совершенствования существующего типоразмерного ряда шахтных ВГП. предложенных институтами Донгипроуглемаш, Уралгормаш. ИГД СО РАН, ИГМ им. Федорова. Как показали результаты расчетов, годовой экономический эффект по отрасли от оптимизации эксплуатационных параметров главных вентиляторных установок может составить порядка 2-3 млн. руб. в ценах 1985 г.
-
Методическое и программное обеспечение дли выбора и обоснования способов адаптации ГВУ к изменяющимся условиям эксплуатации передано в Высший горно-геологический Институт Болгарской Академии наук.
Апробация работы. Диссертационная работа и отдельные ее главы докладывались на Всесоюзных совещаниях "Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах", (г.Новосибирск, 1984-1991 г.г.), Научно-технической конференции по вопросам развития стационарных установок угольных шахт (г.Донецк, 1988 г.). Всесоюзной конференции "Вопросы совершенствования горных работ на шахтах и карьерах Сибири" (г. Новосибирск, 1989 г.), на научных семинарах лабораторий горно-экономических проблем и рудничной аэродинамики ИГД СО РАН (г.Новосибирск, 1991 г.), лаборатории шахтных вентиляторных установок ИГМ им. Федорова (г.Донецк, 1991 г.), отдела шахтных вентиляторов Донгипроуглемаша (г.Донецк. 1991 г.), совместном семинаре кафедры аэрологии и охраны труда и кафедры стационарных установок . Кузбасского политехнического института (г. Кемерово, 1992 г.).
По теме диссертации опубликовано 7 статей. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной материал иэложен на 152 стр. машинописного текста и содержит 24 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 109 наименований и 3 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю А. С. Кузнецову, оказавшему существенную помощь в подготовке диссертации.