Наукове обґрунтування технічних рішень по вдосконаленню системи пневмопостачання гірничого обладнання

Дані висновки покладено в основу розробленого алгоритму і методики для розрахунку параметрів контактного охолоджувача циркуляційної води.

У шостому розділі розроблено конструкції та методики розрахунку апаратів контактної системи охолодження шахтного турбокомпресора, схему системи їхнього водопостачання; приведено результати промислових випробувань.

Конструкція апарата контактної системи охолодження шахтного турбокомпресора являє собою послідовно включені по повітрю змішувач типу труба Вентурі з дифузором 1 горловиною 2 і конфузором 3 (рис 10, а) та відцентровий сепаратор-краплеуловлювач (рис 10, б).

Сепаратор краплинної вологи контактного повітроохолоджувача має циліндричний корпус 1 з вихідними патрубками для газу 2 і води 3, відповідно на його кришці 4 та днищі 5. Усередині корпуса поміщено перегородку 6, що утворює у верхній його частині камеру розриву. У перегородці 6 співвісне закріплено внутрішній патрубок 8 з бічним вікном 9 і зливальна труба 7. Під перегородкою до корпуса тангенціально приєднано вхідний патрубок 10, сполучений із горизонтальним кільцевим каналом, що закінчується в бічному вікні 9. Канал утворено дном 11 і торцевою стінкою 12. Дно 11 має нахил убік корпуса й поздовжню по периметру корпуса щілину, до якої примикає кишеня 13 зі зливальною трубою 14. Торцева стінка 12 одним кінцем по дотичній примикає до внутрішнього патрубка 8 наприкінці вікна 9, а іншим утворює з корпусом вертикальну щілину.

Сепаратор краплинної вологи працює в такий спосіб. Водогазовий потік через вхідний патрубок 10 надходить у кільцевий канал, де під дією відцентрових сил відбувається його розшарування. При цьому, стікаюча під дією сили ваги вода зі стінки корпуса 1 і похилого дна 11 через поздовжню щілину йде в кишеню 13, і далі по трубі 14 на днище сепаратора. У вертикальній щілині потік розділяється: основна частина збезводненого газу йде через вікно 9, а притиснута відцентровою силою вода із частиною газу йде у вільний простір сепаратора. У вільному просторі швидкість газу зменшується до величини невиносу краплі, після чого він іде через внутрішній патрубок 8 з основним газовим потоком, а відділена вода стікає на днище 5 сепаратора.

У випадку попадання окремих крапель води у внутрішній патрубок 8 вони вловлюються в камері розриву завдяки виходу сюди закрученого потоку. При цьому, уловлена вода збирається на перегородці 6 і стікає по трубі 7. Остаточно очищений від води газ іде через вихідний патрубок 2, а відділена вода йде через патрубок 3 у регулятор рівня (на рис. 10 не показаний). Регулятор рівня підтримує гідрозатвор на днищі 5 сепаратора, що перешкоджає руху газу по трубах 7 і 14 і патрубку 3.

На відміну від контактного повітроохолоджувача в охолоджувачі циркуляційної води застосовується колінний сепаратор.

Розроблено методику розрахунку конструктивних і технологічних параметрів, а також методику перевірочного розрахунку апаратів контактної системи охолодження.

Промислові випробування апаратів контактної системи охолодження шахтного турбокомпресора проводились з метою перевірки адекватності отриманих теоретичних залежностей, а також методик розрахунку конструктивних і технологічних параметрів для умов проміжного й кінцевого охолодження стисненого повітря в шахтних турбокомпресорах.

Випробування контактного повітроохолоджувача шахтного турбокомпресора виконані на дослідній установці, що складалася з контактного повітроохолоджувача ВКС-65/8 із системою водопостачання, а також засобів виміру температур, тисків і краплинного віднесення рідини. Установка змонтована в камері кінцевого повітроохолоджувача турбокомпресора №7 типу К500-61-5 шахтної компресорної станції КСЦВ-4 РУ ім. Кірова ВАТ “Криворіжсталь”, м. Кривий Ріг, Україна.

У ході експериментів об'ємна витрата повітря, що приведена до нормальних початкових умов, Vв, варіюється від 260 до 490 м3/хв, абсолютний тиск повітря pв1 - від 0,2 до 0,72 МПа із кроком 0,05 МПа, початкова температура повітря tв1 - від 50 до 195С. Результати експериментів приведені на рис. 11.

Усереднене за результатами експериментів критичне значення критерію гідродинамічної стійкості газорідинної системи Kuкр становить близько 5,42, коефіцієнт гідравлічного опору сепаратора-краплеуловлювача з камерою розриву жс =1,9. Похибка експериментів становить не більше 10% при інтервалі довірчої імовірності 0,85. Температура стисненого повітря на виході з повітроохолоджувача знижувалася до 35-50С. Зміну коефіцієнта ефективності охолодження повітроохолоджувача зэ що представляє собою відношення фактичної кількості переданого тепла до максимально можливого, показано на рис. 12. Крива 1 отримана в ході промислових випробувань контактного повітроохолоджувача.

Як видно, середнє за період експлуатації значення коефіцієнта ефективності для повітроохолоджувача поверхневого типу становить не більше 0,47, ефективність контактного повітроохолоджувача при експлуатації практично не змінюється і становить не менше 0,78, що відповідає зниженню температури стисненого повітря в середньому на 40С, у порівнянні з повітроохолоджувачем поверхневого типу.

З урахуванням того, що підвищення температури повітря після проміжних повітроохолоджувачів на 10С, у діапазоні тисків 0,7-0,8 МПа, приводить до збільшення питомої витрати електроенергії в середньому на 2%, то економія електроенергії на один турбокомпресор становить 1400 кВт•год на добу.

Крива 2 відповідає даним В.І.Дегтярьова і Ю.І.Федорова для повітроохолоджувачів поверхневого типу.

Отримані в дисертаційній роботі, залежності та методики розрахунку використано при розробці і впровадженні контактних повітроохолоджувачів типу ВКС-1,0 і ВКС-1,6 на компресорних станціях ВАТ “Криворіжсталь”.

Рис. 12. Зміна ефективності повітроохолоджувачів шахтних турбокомпресорів при експлуатації: 1 - контактного типу; 2 - поверхневого типу (за даними В.І.Дегтярьова і Ю.І.Федорова).

ВИСНОВКИ

У результаті виконаних теоретичних і експериментальних досліджень отримано нове рішення актуальної наукової проблеми встановлення закономірностей тепломасообмінних і газо-гідродинамічних процесів у середовищі “стиснене повітря-циркуляційна вода” за рахунок визначення залежностей інтенсивності тепломасообміну й гідродинамічної стійкості газорідинної системи в апаратах типу “труба Вентурі - відцентровий сепаратор-краплеуловлювач”, що шляхом застосування розробленої на цій основі принципово нової контактної системи охолодження забезпечує стабільне постачання гірничого обладнання стисненим повітрям і має велике значення для гірничодобувної промисловості.

Основні наукові й практичні висновки і результати дисертаційної роботи:

Якість пневмопостачання гірничого обладнання багато в чому обумовлюється ефективністю охолодження стисненого повітря в турбокомпресорах, що дотепер залишалася низькою через забруднення теплообмінних поверхонь повітроохолоджувачів, характерного при експлуатації в умовах шахтних компресорних станцій, температура повітря після повітроохолоджувачів при цьому в середньому по Кривбасу завищена на 40-65С, що відповідає зниженню продуктивності турбокомпресорів на 12-20%.

Розроблено принципово новий високоефективний спосіб контактного охолодження стисненого повітря в турбокомпресорах, що забезпечує, за рахунок відсутності підлягаючих забрудненню теплообмінних поверхонь, нормалізацію теплових режимів шахтних турбокомпресорів і стабільне постачання стисненим повітрям гірничого обладнання.

Встановлено, що в апаратах контактної системи охолодження шахтного турбокомпресора типу “труба Вентурі - відцентровий сепаратор-краплеуловлювач”, при значеннях числа Рейнольдса-Фруда Rек = 4,2• 107-1,3• 1010; критерії теплових еквівалентів Вm1 = 1,5-27,5; параметричного числа подібності LD=3,2-25,3, коефіцієнт інтенсивності тепломасообміну зворотно пропорційний комплексному числу Рейнольдса-Фруда в ступені 0,1 і числу подібності теплових еквівалентів у ступені 0,45.

Краплеуловлювання в апаратах контактної системи охолодження шахтного турбокомпресора забезпечується при швидкості повітря в прохідних перетинах сепаратора-краплеуловлювача, меншої критичного значення прямо пропорційного кореню четвертого ступеня добутку коефіцієнта поверхневого натягу на густину води і зворотно пропорційного кореню квадратному густини повітря.

Розроблено модель термогазодинамічних процесів в апаратах контактної системи охолодження турбокомпресора типу “труба Вентурі-відцентровий сепаратор-краплеуловлювач”, розбіжність розрахункових значень і даних отриманих експериментальним шляхом не перевищує 15% при інтервалі довірчої імовірності 0,85.

Встановлено, що осушення повітря в контактних повітроохолоджувачах при номінальному режимі шахтного турбокомпресора, забезпечується подачею охолоджувальної води в кількості не менше 2,4 масової витрати стисненого повітря для першого повітроохолоджувача і - 1,5 для другого.

Встановлено, що швидкість повітря в горловині труби Вентурі контактного повітроохолоджувача шахтного турбокомпресора повинна вибиратися, виходячи із забезпечення максимального тиску стисненого повітря на виході з неохолоджуваної секції стискання, що відповідає значенню 60 м/с для першого повітроохолоджувача і 90 м/с для другого - при номінальному режимі турбокомпресора.

Розроблено методики розрахунку конструктивних і технологічних параметрів апаратів контактної системи охолодження шахтного турбокомпресора та проведено промислові випробування, що підтвердили адекватність отриманих теоретичних залежностей і методик розрахунку, а також працездатність апаратів у реальних умовах експлуатації шахтних компресорних станцій; ефективність контактного повітроохолоджувача при експлуатації практично не змінюється і становить не менше 0,78, що відповідає зниженню температури стисненого повітря в середньому на 40С, у порівнянні з повітроохолоджувачем поверхневого типу, при цьому, економія електроенергії на один турбокомпресор становить 1400 кВт·год на добу.

Отримані в дисертаційній роботі залежності й методики розрахунку використано при розробці та впровадженні контактних повітроохолоджувачів типу ВКС-1,0 і ВКС-1,5 на компресорних станціях ВАТ “Криворіжсталь”, річний економічний ефект через нормалізацію температурного режиму й економії води становить 400 тис грн на один турбокомпресор.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Трегубов В.А., Замыцкий О.В. Повышение эффективности эксплуатации пневматических установок железорудных предприятий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 1998. - № 6. - С.60-62.

2. Трегубов В.А., Замицький О.В., Домнічев О.В., Великий М.І. Основи теорії пневмозапуску турбокомпресора // Відомості Академії гірничих наук України. - 1998. - № 1. - С.101-105.

3. Трегубов В.А., Замицький О.В., Домнічев О.В., Великий М. І. Резерви енергозбереження при виробництві стислого повітря // Відомості Академії гірничих наук України. - 1999. - № 1. - С.43-44.

4. Трегубов В.А., Замыцкий О.В. Оценка энергопотерь от нарушений температурных режимов турбокомпрессорных установок // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук. -техн. зб. - Вип. 61. - Дніпропетровськ: НГА. - 1999. - С.130-132.

5. Замыцкий О.В. Влияние диссипативных сил на параметры сжатого воздуха при его движении по трубопроводу // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ.- 2001. - № 1. - С.64-65.

6. Замыцкий О.В. Анализ способов охлаждения при производстве сжатого воздуха для горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2001. - № 10. - С. 67-71.

7. Замыцкий О.В. Компьютерное моделирование режимов многоступенчатых турбокомпрессоров // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2001. - № 11. - С.58-59.

8. Замыцкий О.В. Влияние температуры окружающей среды на эффективность производства сжатого воздуха для горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2001. - № 12. - С.33-34.

9. Трегубов В.А., Замыцкий О.В., Копийка А.В. Оценка эффективности систем водоснабжения компрессорных станций // Разработка рудных месторождений. - Вып. 77.- Кривой Рог: КТУ. - 2001. - С. 118-121.

10. Замыцкий О.В. Влияние начального давления воздуха на эффективность производства сжатого воздуха для горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2002. - № 2. - С.49-51.

11. Замыцкий О.В. Влияние промежуточного охлаждения на показатели работы турбокомпрессоров // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2002. - № 1 - С.81-82.

12. Замыцкий О.В., Хруцкий В. Л., Копийка А. В. Влияние комплексного фактора на режимы турбокомпрессоров // Разработка рудных месторождений. - Вып. 81. - Кривой Рог: КТУ. - 2002.- С.111-115.

13. Замыцкий О.В., Хруцкий В. Л. Влияние внутренних протечек воздуха на характеристики турбокомпрессоров // Разработка рудных месторождений. - Вып. 89. - Кривой Рог: КТУ. - 2005.- С.80-85.

14. Замыцкий О.В. Моделирование характеристик центробежных турбомашин // Сб. научн. тр. Национальной горной академии Украины. - Том 3.-Днiпропетровськ: Навчальна книга. - 2002. - № 13. - С.33-36.

15. Трегубов В.А., Замыцкий О.В., Литовко Б.М. Обоснование применения и выбор конструктивных параметров контактных воздухоохладителей шахтных турбокомпрессоров // Разработка рудных месторождений. - Вып. 90. - Кривой Рог: КТУ. - 2006. - С.145-149.

16. Замыцкий О.В. Модель промежуточного воздухоохладителя турбокомпрессора с учетом загрязнения теплообменных поверхностей // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип. 11. - Кривий Ріг: КТУ. - 2003. - С.64-66.

17. Замыцкий О.В. О гидродинамической устойчивости газожидкостной системы в контактных воздухоохладителях турбокомпрессора // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ. - 2003. - №6. - С.43-45 .

18. Замыцкий О.В. Влияние состояния промежуточных воздухоохладителей турбокомпрессоров на эффективность производства сжатого воздуха // Гiрнича електромеханiка та автоматика: Наук. -техн. зб.-Вип. 73. - Днiпропетровськ: НГУ. - 2005. - С.104-110.

19. Замыцкий О.В. Математическая модель энергозатрат турбокомпрессора // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип. 11. - Кривий Ріг: КТУ. - 2006. - С. 80-83.

20. Замыцкий О.В., Литовко Б.М., Контактное охлаждение сжатого воздуха в турбокомпрессорах // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр.-Вип. 10.-Кривий Ріг: КТУ.-2005.- С.45-49.

21. Замыцкий О.В. Тепломассообмен в контактных воздухоохладителях турбокомпрессора // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2004. - №9. - С.327-330.

22. Замыцкий О.В. Определение рационального уровня снижения температуры сжатого воздуха в промежуточных воздухоохладителях турбокомпрессора // Гiрнича електромеханiка та автоматика: Наук.-техн. зб. -Вип. 74. - Днiпропетровськ: НГУ. - 2005. - С.104-109.

23. Замыцкий О.В. Тепломассообмен в контактном охладителе циркуляционной воды турбокомпрессора // Разработка рудных месторождений. - Вып. 87. - Кривой Рог: КТУ. - 2004.- С.125-129.

24. Замыцкий О.В. Выбор параметров контактных воздухоохладителей рудничных турбокомпрессоров // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип. 6. - Кривий Ріг: КТУ. - 2005. - С.85-88.

25. Трегубов В.А., Замыцкий О.В., Вититнев Ю.И. Комбинированная система охлаждения турбокомпрессора // Разработка рудных месторождений. - Вып. 88. - Кривой Рог: КТУ. - 2005. - С.167-170.

26. Декл. пат. 28482. Украина, МКИ F04B41/100, 41/06, F04D25/00, 25/16. Компрессорная станция / М.И.Великий, А.В.Домничев, О.В.Замыцкий, В.А.Трегубов. - Опубл. 16.10.2000, Бюл. № 5 - 11.-2 с.

27. Декл. пат. 52028. Украина, МКИ B04C1/00, B04C5/103, B04C5/16. Сепаратор капельной влаги / М.И. Великий, О.В. Замыцкий, Б.М. Литовко, В.А. Трегубов. - Опубл. 16.12.2002, Бюл. № 12. - 2 с.

28. Декл. пат. 16296. Украина, МКИ, МКИ F04B 39/06, F04D 29/58. Спосіб контактного охолодження стисненого повітря в турбокомпресорах/ В.А.Трегубов, О.В.Замыцкий. - Опубл. 15.08.2006, Бюл. №8. - 2 с.

29. Декл. пат. 15705. Украина, МКИ F04B 39/06, F04D 29/58. Пристрій контактного охолодження стисненого повітря в турбокомпресорах / В.А.Трегубов, О.В.Замыцкий. - Опубл. 17.07.2006, Бюл. №7. - 2 с.

30. Замыцкий О.В. Модель промежуточного воздухоохладителя турбокомпрессора с учетом загрязнения теплообменных поверхностей // Тезисы докладов научно-технической конференции “Проблемы развития криворожского железорудного бассейна”. - Кривой Рог: КТУ. - 2002. - С.154-155.

31. Трегубов В.А., Замыцкий О.В., Литовко Б.М. Выбор параметров смесительного воздухоохладителя турбокомпрессора // Сб. научн. тр. IX международной научно-технической конференции. Машиностроение и техносфера XXI века. - Том 2. - Донецк: ДНТУ. - 2002. - С.52-55.

32. Замыцкий О.В. О гидродинамической устойчивости газожидкостной системы в контактных воздухоохладителях турбокомпрессора // Материалы третьей всеукраинской научной конференции “Математические проблемы технической механики”. - Днепродзержинск: ДДТУ. - 2003. - С.51-52 .

33. Замыцкий О.В. Математическая модель энергозатрат турбокомпрессора // Труды Междунар. научн.-техн. конф. “Горная энергомеханика и автоматика”. - Том 2. - Донецк: ДонНТУ. - 2003. - С.86-91.

Размещено на Allbest.ru