Введение к работе
Актуальность габоты. Горнодобывающие отрасли занимают определяющее место в промышленности Северо-Востока страны, d них сосредоточена значительная часть трудовых ресурсов. Сложившаяся сырьевая специализация Сибири, крайнего Севера, Дальнего Востока и Арктики в огромной степени влияет на состояние экономики всей страны, так как северные регионы являются крупнейшими поставщиками валютной продукции: алмазов, золота, меди, вольфрама, олова, нефти, газа, коксующихся углей и др.
Анализ показывает, что в зоне Севера сосредоточен значительный парк техники: более ЬОО тыс.автомобилей, 250 тыс.тракторов, V.6 тыс.кранов, 6 тыс.бульдозеров,"б тыс.экскаваторов, t тыс.буровых установок, более 60 % дражного флота и пр. tfcero в регионе находится более а млн.единиц машин, работающих в экстремальных условиях.
По данным лН СССР ежегодный ущерб, который наносит народному хоэяиству Севере использование техніки, не приспособленной к условиям эксплуатации, составляет 67-Ъи млрд.рублей, в том числе прямые убытки - около 16 млрд.рублей (по ценам ІУ90 г.).
При разработке техники для Севера одной из задач является создание кабины с комфортными условиями труда, в частности» по теплотехническим характеристикам. Существующие виды теплоснабжения не обеспечивают температуру воздуха внутри кабин горных машин, регламентированную ГОСТ IZ.k.lUb-do, который требует, чтобы б зимний период перепад температуры в вертикальном разрезе не превышал оС.
летом проблемой является охлавденне воздуха в кабинах гор-idjx мЕшш, поскольку штатные компрессионные кондиционеры воздуха в первые же месяцы эксплуатации выходят из строя и в дальнейшем не используются. Причиной нефункционирования этих аппаратов, по-видимому, является вибрация, которая всегда имеется в горных машинах. :3нбрсуетсйчивый агрегат, в котором осуществляется кондиционирование воздуха для кабин горных машин, для условий Севера не разработан. Подобная система может быть создана на основе полупроводниковых термомодулей, характеризующихся достаточной экономичностью, простотой монтажа, отсутствием химического агента, движущихся частей и виброустойчивостью.
Работа является составной частью тематических работ, выпол-" ненных лабораторией, "моделирование результатов технологических воздействий" Института горного дела Севера Си РнН в рамках хоздоговора № dd-UI, "Исследование и разработка системы регулирования температурного режима в кабинах горных машин в условиях Севера", реализованных на Кангаласском угольном разрезе ПО "Якут-уголь", "моделирование результатов технологических воздействий на массив многолетнемерзлых пород" (№ 0IS7 .ш»Ь035).
Идея работы заключается в осуществлении обогрева и охлаждения воздуха в кабинах горных машин с применением эффекта Пельтье на полупроводниковых термомодулях при подаче постоянного электрического тока,*что позволяет управлять температурным режимом воздуха в ограниченном объеме.
Ыель работы. Разработка технических средств и методики иА-расчета, обеспечивающих регулирование теплового режима воздуха в кабинах горных машин на основе полупроводниковых термомодулей, позволяющих улучшить санитарные характеристики микроклимата кабин в условиях Севера.
Задачами исследования являются:
получение зависимостей основных параметров полупроводниковых термомодулей от величины подводимого электрического тока и климатических условий Крайнего Севера;
разработка методики расчета'температурного режима воздуха, исходя из теплового баланса кабины горной машины в стационарных условиях, при воздействии холодного климата с учетом физических констант, энергетических характеристик полупроводниковых термомодулей и физических параметров воздуха;
исследование температурного режима в кабинах горных м<іліин в условиях Севера, экспериментальная проверка методики рас іета теплового режими в натурных условиях и уточнение методики оптимизации, параметров' полупроводгик-вых терломодулей по критерию минимальной энергоемкости;
составление исходных данных для предложения к техническому .-адашы на разработку системы регулирования теплового режима в кабинах горных машин на основе полупроводникового термомодуля.
ыетодь: исследования:
лаборагормие исследования зависимостей параметров полупро-воднпксзш гермомодулей;
физическое моделирование тепловых режимов в кабине горной машины;
методы математической статистики и номографирования пр обработке результатов эксперимента;
натурный эксперимент по проверке полученных результатов.
Научные положения, разработанные лично автором и защищаем;v в работе:
регулирование теплового режима кабин горных машин в усгхг.к-ях Севера эффективно осуществляется полупроводниковыми термсмо-дулями;
оптимальное значение силы тока в системе полупроводниковых модулей составляет чО А, при этом перепад температур воздуха в вертикальном разрезе не превышает 6С;
до iU а зависимость теплопроиэводительности полупроводникового термомодуля от силы тока можно считать линейной;
по значении отопительного коэффициента полупроводниковых термомодулей территория Республики Саха (лкутия) может быть разделена на шесть зон со значениями расчетного отопительного коэффициента: I - 2,^6; ІІ - 2,<&; lil - 2,44', ІУ - 2., ЗИ; У - 2,52; УІ - 2,3/.
достоверность научных положений:
обосновывается использованием эксперимента как основы для их разработки;
положительным результатом натурного эксперимента по ругели-ровалию температуры воздуха в кабине экскаватора устройством на поплупроводниковых термомодулях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следу
ющем: у
впервые при помощи эксперимента на физической модели и в натурных условиях доказана эффективность использования полупроводниковых термомодулей для кондиционирования воздуха в кабинах горных машин в условиях Севера;
впервые для этих условий получены формулы и номограммы, позволяющие рассчитывать параметры и конструировать кондиционеры для горных машин.
личный вклад автора состоит:
в разработке методики и проведении эксперимента по иссле-
у
дованию энергетического параметра полупроводниковых термомодулей;
в разработке методики, изготовлении модели и проведении лабораторного эксперимента по изучению распределения температуры воздуха вокруг рабочего места оператора;
в разработке методики и проведении натурного эксперимента по изучению распределения температуры воздуха в вертикальном разрезе внутри кабины горной машины;
в районировании территории лкутии по отопительному коэффициенту и разработке средств для оптимизации параметров полупроводниковых термомодулей по минимальной энергоемкости;
в разработке предложений к техническому заданию на полупроводниковое устройство.
Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что:
. устанозлена зависимость среднегодового отопительного коэффициента полупроводниковых термомодулей от продолжительности периода отрицательных температур и по ней произведено районирование Республики Саха (пкутия)j
построена номограмма по оптимизации параметров полупроводниковых термомодулей по критерию минимальной энергоемкости с учетом физических констант полупроводников и температуры наружного воздуха;
разработаны предложения к техническому заданию на изделие -полупроводниковое устройство для регулирования теплового режима в кабинах горных машин в северном исполнении.
Реализация результатов работы. Полученные результаты темы tMP "исследование и разработка экспериментального устройства для регулирования температурного режима в кабинах горных машин" были внедрены в 110 "Уікутуголь". Результаты диссертации были использованы при разработке государственной научно-технической программы. 'Техника Российского Севера" (Ііостановлеіше правительства Российской Федерации от 12 мая 1992 г., № ЗОВ, г.Москва).
Апробация работы. Работа докладывалась, обсуждалась и полу-чи.ле; одобрение:
I. На I Республиканской кии:|еренции молодых ученых и специ-алпстоь ::с секции 'Технические п4ч,бкемы Севера", лкутск, 197а.
Z. ria лУІІ всесоюзном семинаре "Горная теплофизика", іікутск» Ivdo г.
a. ria лУш всесоюзном научном семинаре по горной тепло^зике "Абсорбционные установки для кондиционирования рудничного воздуха". Киев, Ьог/ г.
t. На заседании научного семинара отдела термодинамики газовых потоков їінститута технической теплофизики'«И УССР, іиіев, КИУ г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы Ъ печатные работы и получено I авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит и введения, 4 глав и заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста, содержит 0 рисунков, 7 таблиц, 5 приложений и список литературы из 61 наименования.
