Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса производства сжатого воздуха карьерными нестационарными компрессорными установками. 7
1.1. Переходные процессы при производстве сжатого воздуха на горных машинах 8
1.2. Воздействие и влияние примесей, содержащихся в сжатом воздухе на работу пневмопотребителей 12
1.3. Состояние вопроса по исследованию влагосодержания воздуха НКУ 15
1.4. Анализ существующих способов и методов обработки сжатого воздуха в компрессорных установках горных машин 17
1.5. Выводы и задачи исследований. 20
2.Методика эксперимента и экспериментальные исследования действующих НКУ ,. 23
2.1. Влияние многофазного состояния сжатого воздуха на энергетическую эффективность компрессора горной машины 25
2.2. Компонентно-фазовый состав влажного сжатого воздуха в пневмосетях буровых станков 39
2.3. Исследование пневмосетей карьерных экскаваторов... 47
2.4. Влияние параметров влажного сжатого воздуха на безопасность работы карьерных тяговых агрегатов... 50
Выводы по главе 57
3.Теоретические исследования тепловлажностных процессов сжатого воздуха в пневмосетях горных машин 59
3.1. Характеристика потока пневмосети горной машины 60
3.2. Исследование переходных процессов теплообмена в сжатом воздухе 66
3.3. Определение температурного режима пневмосети при переходных процессах в сжатом воздухе 77
3.4. Определение влияния влаги на работоспособность сжатого воздуха 89
Выводы по главе 91
4. Лабораторные исследования способов нормализации параметров сжатого воздуха 93
4.1. Планирование эксперимента и разработка методики исследований по определению влияния продуктов конденсации на теплоотдачу сжатого воздуха 93
4.2. Экспериментальные исследования приемлимости адсорбционной обработки сжатого воздуха для горных машин 112
4.3. Анализ возможных погрешностей 126
Выводы по главе 129
5. Повышение эффективности подготовки воздуха на НКУ в условиях карьерных предприятий 132
5.1. Технико-экономический анализ работы адсорбционной установки осушки сжатого воздуха на горной машине. .132
5.2. Разработка автоматического конденсатоотводчика для НКУ 145
5.3. Создание экономичной установки обработки сжатого воздуха для буровых станков 150
5.4. Экономическая эффективность обработки сжатого воздуха на НКУ 155
Выводы по главе 158
6. Заключение 161
7. Список литературы 163
8. Приложения
- Переходные процессы при производстве сжатого воздуха на горных машинах
- Влияние многофазного состояния сжатого воздуха на энергетическую эффективность компрессора горной машины
- Характеристика потока пневмосети горной машины
- Планирование эксперимента и разработка методики исследований по определению влияния продуктов конденсации на теплоотдачу сжатого воздуха
- Технико-экономический анализ работы адсорбционной установки осушки сжатого воздуха на горной машине.
Переходные процессы при производстве сжатого воздуха на горных машинах
Особенностью эксплуатации горных машин является подача сжатого воздуха в пневмосети компрессором, работающим в повторно-кратковременном режиме. Частота включения компрессора и его производительность зависят от необходимого расхода и давления сжатого воздуха у пневмопотребителя. При работе компрессора на НКУ нагнетание воздуха происходит в ограниченный объем, определяемый размерами резервуара и малой, по сравнению со стационарными установками, длиной пневмосети /58,35,75,77/. Ввиду ограниченности объема, давление в нем непрерывно увеличивается от атмосферного до рабочего. Циклограмма повторно-кратковременной работы компрессора НКУ представляет собой периодически повторяющийся в течение рабочей смены и в зависимости от условий эксплуатации временной процесс, определяемый временем работы компрессора и его отключения: Ти - Твкл і- Тога
Как показали исследования условий эксплуатации буровых станков (СБТМ-20, СБШ-250МН) на Михайловском и Лебединском ГОКах количество пробуренных или прошедших котловое расширение скважин изменяется от 4 до 6, причем сжатый воздух используется только в процессе бурения и продувки. Следовательно, компрессорная установка имеет круто падающий режим работы (рис.1.1.), где номинальный расход сжатого воздуха в течение Ідо=1,0-1,2 час чередуется с Lont =0,2-0,4 час остановкой компрессора.
Влияние многофазного состояния сжатого воздуха на энергетическую эффективность компрессора горной машины
Карьерная НКУ представляет собой сложный комплекс энергомеханического оборудования: компрессорный агрегат, пневматическая сеть и пневмоприводы.
Компрессорный агрегат состоит из компрессора с приводом электрическим или дизельным, вспомогательным оборудованием и системами управления, контроля и защиты.
Пневматическая сеть представляет собой сложную систему воздухопроводов для транспортировки сжатого воздуха с арматурой управления воздушным потоком, контроля и защиты.
Потребители энергии сжатого воздуха являются самые разнообразные пневмоприводы карьерных машин, инструменты пневматического действия и устройства для совершения вспомогательных технологических операций.
Энергетическая эффективность карьерной нестационарной компрессорной установки характеризуется к.п.д. где YAC - общий к,п.д. компрессорного агрегата, учитывает потери энергии в компрессоре, передачи и приводе компрессора; Ус- общий к.п.д. пневматической сети, учитывает потери энергии, идущие на трение, расширение и объемные утечки воздуха в воздухопроводе и распределительных устройствах; /я- общий к. п. д. пневмопотребителей карьерных машин. Разнообразное использование воздуха на карьерах (в перфораторах и цилиндрах, на очистке скважин и обдуве электрических машин), не позволяет установить однозначный критерий общего к,п.д. потребителя. Так, расход воздуха, подаваемый на продувку буровой скважины, определяет эффективность очистки ее от буровой мелочи, а давление характеризует сопротивление пневмотранспортной системы. В этом случае в состав общего к.п.д. потребителя сжатого воздуха входит интенсивность образования буровой мелочи, ее гранулометрический состав, конструкции и параметры бурового инструмента, а также условия движения буровой мелочи в призабойном пространстве.
На одноковшовых экскаваторах определяющим параметром является давление сжатого воздуха в тормозных цилиндрах подъема, напора и поворота, которые характеризуют ритмичность работы оборудования, а в карьерном железнодорожном транспорте выход штоков тормозных и разгрузочных цилиндров.
Следовательно, специфика эксплуатации нестационарных компрессорных установок выражается в том, что определяющим критерием эффективности работы пневмопотребителей является качество поступающего сжатого воздуха заданного расхода и давления. Тогда энергетическая эффективность карьерных НКУ будет определяться произведением общего к.п.д. пневмосети и к.п.д. компрессора. Так при номинальных параметрах нагнетаемого сжатого воздуха, обусловленного отсутствием процесса конденсации по длине воздухопровода, рабочий режим НКУ тягового агрегата определяется точкой В (рис.2.1.), полученной на пересечении напорной характеристики компрессора KI-6 и характеристики пневмосети. При наличии процесса конденсации влаги из влажного сжатого воздуха и особенно во время замерзания ее в воздухопроводе, резко возрастает сопротивление пневмосети. В этих условиях характеристика воздухопровода как бы перемещается по характеристике компрессора влево и занимает положение АС, что вызывает снижение давления у пневмопривода и к.п.д. компрессора.
Характеристика потока пневмосети горной машины
Процесе конденсации пара из влажного сжатого воздуха всегда протекает в условиях наличия теплобмена с окружающей средой, при котором изменение агрессивного состояния вещества сопровождается радиальным изменением его молекулярной структуры. При изучении характера протекания процесса конденсации паров воды и масла установим граничные условия: соприкосновение воздуха с охлаждающей поверхностью; теплообмен в объеме сжатого воздуха; охлаждение вследствие внезапного расширения.
Наблюдения показывают, что при температуре окружающего воздуха ниже -20С конденсация влаги в резервуарах и воздухопроводах может происходить, минуя жидкую фазу в виде снега и инея /157. Следовательно, при движении сжатого воздуха от компрессора до потребителя, по мере охлаждения его, в пневмосети образуется многофазный поток, состоящий из сухого воздуха, продуктов конденсации, инея со льдом при отрицательных температурах и твердых металлических частиц. Продукты конденсации и твердые частицы снижают сечение трубопровода, поэтому для характеристики его эффективной пропускной способности вводим параметр действительное воздухосодержание, характеризующее двухфазный поток, перемещающийся по пневмосетям НКУ с множеством движущихся частиц. Проведением через поток сжатого воздуха поверхности, перпендикулярно направлению вектора скорости потока, определяем объемный расход фазы сухого воздуха через единицу площади этого сечения /34/ где Ov - объемный расход сжатого воздуха с сопутствующими фазами жидкости и примесями в исследуемом сечении, м3/с; Д1 - промежуток времени существенно больший, чем величина, обратная частоте прохождения отдельных образований фазы сжатого воздуха, с; 0)б - действительная средняя скорость движения сжатого воздуха с сопутствующими фазами и механическими частицами, м/с; / - площадь воздухопровода, м. Масса вещества, сопутствующая сухому сжатому воздуху, является, в основном, производной воздействия конденсации паров воды в условиях работы турбокомпрессорных установок и воды с маслом объемных компрессорах. Она представляет собой сложную фазу: продукты конденсации, окиси железа (ржавчины), имеющие разнообразную форму, а при отрицательных температурах иней и лед. Те твердые частицы в виде пыли, угля, сажи, бактерий, которые входят в пневмосети НКУ в момент всасывания, а также частицы, появившиеся в результате компрессии воздуха, составляют незначительную массу и при расчетах нами не учитываются. Анализ компонентно-фазового состава влажного сжатого воздуха с точки зрения теплофизических явлений позволяет движущийся по воздухопроводу НКУ поток разделить на две составляющие: сжатый воздух и производные продуктов конденсации.
Планирование эксперимента и разработка методики исследований по определению влияния продуктов конденсации на теплоотдачу сжатого воздуха
Анализ исследований характера охлаждения влажного сжатого воздуха в промышленных условиях показал, что в элементах пневмосети НКУ осуществляется конвективный теплообмен, представляющий собой перенос тепла от потока к поверхности воздухопровода и описываемый дифференциальным уравнением (3.34). Коэффициент теплоотдачи оісм является функцией параметров потока, характера его движения, формы и размеров поверхности теплообмена.
Как показали промышленные (глава 2) и теоретические (глава 3) исследования, процесс конденсации увеличивает коэффициент теплоотдачи влажного сжатого воздуха за счет теплоты фазового перехода, зависящей от массы выпавшей жидкости.
Следовательно, наличие множества переменных величин, влияющих на характер теплообмена, требует опытного определения коэффициента теплоотдачи путем непосредственного изучения исследуемого влияния на модели. Условия, которым должны удовлетворять модель и протекающий в ней процесс, дает теория подобия.
На основании значительного объема хронометрических годовых наблюдений за пневмосетями буровых станков СБГМ-20, СЕШ-250 МН, экскаваторами ЭКГ-8и, карьерных тяговых агрегатов ЕЛ-10 определены три основных фактора, влияющих на характер отдачи тепла сжатым воздухом к стенке воздухопровода. Это производительность компрессора, температуры сжатого воздуха и окружающей среды, причем, интервалы изменения факторов определены конструктивными параметрами и погодно-климатическими воздействиями.
Так как конструктивные параметры НКУ задаются потребностью горных машин в сжатом воздухе, то при исследованиях для полного двух факторного эксперимента проводим по 4 опыта в характерных точках процесса охлаждения сжатого воздуха /2/.
Технико-экономический анализ работы адсорбционной установки осушки сжатого воздуха на горной машине
В отличие от стационарных установок, размещенных внутри помещения, где средняя температура в течение года около 20С, адсорбционные установки горных машин работают в довольно широком интервале температур окружающей среды: от минусовых - зимой, до положительных - летом. Поэтому ее тепловой режим значительно отличается от режима регенерации или охлаждения стационарной установки, что сказывается на отличие приведенных затрат технико-экономических показателей их работы.
