Исследование объемных потерь в пневматических сетях рудничных компрессорных установок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Системы управления, использующие Стоимости систем управления двух только регулирование напряжения, более типов представлены в таблице. просты и дешевле.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чичинадзе, А.В. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, Н.А. Буше и др. - М.: Машиностроение, 2001. -664 с.

2. Копылов, И.П. Электрические машины /И.П. Копылов - М.: Высш. шк.; Логос; 2000. -607 с.

— Коротко об авторах -

Реутов А.А. - доктор технических наук, доцент, начальник учебно-методического управления, МясниковА.А. - аспирант кафедры «Подъемно-транспортные машины»,

Брянский государственный технический университет

--© Ю.Н. Миняев, А.В. Угольников,

В.В. Молодцов, 2006

УДК 622.272:621.5

Ю.Н. Миняев, А.В. Угольников, В.В. Молодцов

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ ПОТЕРЬ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЕТЯХ РУДНИЧНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК

Семинар № 15

ахтная пневматическая сеть является соединительным звеном между компрессорной станцией, вырабатывающей сжатый воздух, и горными машинами и механизмами с пневмоприводом - потребителями сжатого воздуха. На шахтах, где широко используется пневматическая энергия для приводов забойных и проходческих машин, общая протяженность сети может достигать десятков километров. Вследствие динамики горных работ происходит изменение топологии пневмосети и длины ее отдельных участ-

ков во времени. Прокладываемый по горным выработкам трубопровод сжатого воздуха эксплуатируется в неблагоприятных условиях, характеризующихся высокой влажностью окружающего воздуха, вызывающей высокую коррозию труб, а также возможность деформации крепи выработок, на которой монтируются трубы, приводящей к нарушению герметичности их соединений. Кроме того, реальные условия монтажа труб в горных выработках не всегда позволяют выдержать уклон трубопровода, необходимый для

сбора конденсата в местах установки водоотделителей.

Все это приводит к тому, что именно пневматические сети являются местом наибольших потерь энергии при эксплуатации рудничных компрессорных установок [1].

Объемные потери, связанные с утечкой сжатого воздуха из пневмосети, являются обычно причиной наибольших потерь энергии в компрессорных установках. Проведенные кафедрой горной механики УГГУ (СГИ) исследования показали, что иногда утечки составляют 50 % и более производительности компрессорной станции [2]. Поэтому достаточно точное представление о факторах, определяющих величину утечки сжатого воздуха в пневмо-сети, важно при обследовании пневмохо-зяйства промышленного предприятия.

При движении сжатого воздуха от компрессорной станции до пневмоприем-ников неизбежные утечки представляют собой не просто потери количества, которые лимитируются нормативами в процентах от полезного расхода воздуха потребителями, а влекут за собой дополнительные потери давления.

Большое значение имеет установление мест утечки, формы и размеров неплотностей, а также режима дви-жения потока при истечении через неплотности. В общем зависимость утечки от различных факторов можно выразить в следующем виде:

= / (ё; р; п; I; апр; ^; кщ), (1)

где ё - диаметр воздухопровода; р - давление сжатого воздуха; п - число фланцев (или сварных стыков) на единицу длину трубопровода; I - длина трубопровода; апр

- характеристика прокладки (материалы, толщина, площадь и др.); - сила натяжения соединительных болтов фланца; кщ

- характеристика неплотности (форма щели, отношение площади канала к длине, шероховатость стенок щели и др.)

Кроме перечисленных факторов остаются еще неучтенными степень негер-

метичности сварного шва, наличие перекосов в стыках трубопроводов, неравномерность толщины прокладок, качество соединяемых поверхностей прокладки и фланца.

Отсюда с полной очевидностью можно сделать вывод, что расчет утечек сжатого воздуха может быть построен только на базе эксперимента с помощью эмпирических формул.

Проведенные многочисленные лабораторные исследования и промышленные испытания показали, что при прочих равных условиях утечки через неплотности зависят от давления сжатого воздуха с показателем степени больше единицы, причем показатель степени увеличивается с увеличением неплотности в том же соединении.

Предполагая удовлетворительное состояние соединений воздухопроводов, можно при проектировании принимать показатель степени равным 1,3, но в действительности он может возрасти до 1,6 и более.

Все утечки по форме их учета должны быть разбиты на две группы. Первая -утечки в функции длины и диаметра трубопровода. При фланцевом соединении труб в стыках утечки определяются по эмпирической формуле Qyl = 0,15 • р1,3 • ё • I, (2)

где р - среднее избыточное давление воздуха в трубопроводах; ё - наружный диаметр трубопровода, дм; I - длина трубопровода с постоянным диаметром, км.

При соединении труб сваркой коэффициент в формуле (2) следует брать равным 0,05-0,03.

Вторая группа - утечки у потребителей. Опыт показывает, что не менее половины утечек находится непосредственно в местах подключения гибких шлангов к металлическому трубопроводу и к штуцерам потребителей. Очевидно, логично эту часть утечек при проектировании учитывать не в функции длины трубопровода, а в процентах от полезного расхода и счи-

тать их сосредоточенными на концах рассчитываемых элементов трубопровода у потребителей. Тогда утечки на участке выразятся формулой

бу2 = бп • А • р^3, (3)

где А - опытный коэффициент, характеризующий неплотности в местах подсоединения определенного диаметра шланга к данному потребителю и к металлическому трубопроводу; - полезный расход пневмоприемниками; рпр - давление сжатия воздуха у пневмоприемника.

Для уменьшения утечек необходимо, прежде всего, определить их величину.

Наиболее простым и точным методом, позволяющим определить величии-ну непроизводительных потерь сжатого воздуха в воздухопроводах, является метод, применяемый при определении производительности компрессора по перепаду давления в дроссельном приборе.

Определение величины утечки сжатого воздуха по падению давления в трубопроводе затруднительно и неточно из-за невозможности выявить объем испытываемых трубопроводов предприятия.

Метод определения величины утечки в воздухопроводах основан на следующем положении: при абсолютной плотной сети воздухопроводов после ее наполнения сжатым воздухом до давления р должно существовать равенство б = б1, т. е. количество воздуха, проходящее через диафрагму при отключенной сети б, должно равняться количеству воздуха б1, проходящему через диафрагму при работе компрессора на общую сеть предприятия или ее отдельного участка. В действительности этого не существует, так как часть воздуха через неплотности сети теряется, поэтому всегда существует неравенство 0>01, где б всегда больше б1 на величину утечки воздуха из сети воздухопроводов.

Таким образом, утечка, м3/мин, опре-

Схема воздушной сети предприятия: 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 - диафрагма

деляется разностью двух измерений по дроссельной диафрагме, т. е.

бу = б - а.

(4)

Практическое применение описанного метода определения утечек сжатого воздуха в воздухопроводах предприятия или отдельных его частей сводится к следующему (рисунок):

1. На магистральном воздухопроводе за воздухосборником 2 монтируется дополнительный трубопровод, на котором устанавливаются диафрагма 3 и дифференциальный манометр.

2. Определяется действительная подача компрессора б при отключенной сети воздухопроводов, а вырабатываемый компрессором воздух при давлении р пропускается через диафрагму и выпускается в атмосферу.

3. Не изменяя режима работы компрессора, к нему подключают испытываемую воздушную сеть. При помощи вентиля, установленного на конце дополнительного трубопровода, создается давление р и выполняются все замеры, указанные выше, что дает возможность определить количество воздуха б1, проходящего через диафрагму в атмосферу. При этом часть вырабатываемого компрессором воздуха расходуется на компенсацию утечек из сети, а остальная часть пропускается через диафрагму в атмосферу.

4. После определения количества возду-

ха Р и проходящего через диафрагму, устанавливают величину утечки.

Приведем пример определения значения общей утечки сжатого воздуха из пневмосети, а также утечек из отдельных ее участков по схеме, приведенной на рисунке.

Для определения суммарного значения утечки сжатого воздуха из общей сети воздухопроводов предприятия и отдельных ее участков необходимо провести пять опытов.

Опыт 1. Определение действительной подачи компрессора Q, при помощи которого ведется испытание сети (закрыты задвижки 1 и 2).

Опыт 2. Определение количества воздуха Ql, проходящего через диафрагму при подключенной к работающему компрессору сети (открыты задвижки 1-4 и закрыты задвижки 5-14).

Опыт 3. Определение количества воздуха Q2, проходящего через диафрагму при включении 1-го участка сети (закрыты задвижки 2, 11-14).

Опыт 4. Определение количества воздуха Q3, проходящего через диафрагму при включении 2-го участка сети (закрыты 1, 4 и 7-10).

Опыт 5. Определение количества воздуха Q4, проходящего через диафрагму при включении 3-го участка сети (закрыты задвижки 1, 3, 5 и 6).

1. Миняев Ю.Н. Энергетические потери в пневмосетях рудничных компрессорных установок. Известия УГГГА, серия «Горная электромеханика», Вып. 16, 2003. с. 44-47.

Для точного подсчета значений утечек сжатого воздуха необходимо убедиться в плотности задвижек или следует установить между участками заглушки.

Данные, полученные в результате проведенных опытов, дают возможность определить:

а) суммарную утечку сжатого воздуха из всей пневмосети:

XQу = Q - а; (5)

б) утечку сжатого воздуха в 1-м участке: Qу1 = Q - Qг; (6)

в) утечку сжатого воздуха в 2-м участке:

QУ2 = Q - Qз; (7)

г) утечку сжатого воздуха в 3-м участке: Qуз = Q - Q^■; (8)

Учитывая утечки сжатого воздуха на отдельных участках, суммарная утечка сжатого воздуха из всей сети может быть вычислена по формуле

X Qу = Qуl + Qу2 + Qуз. (9)

Получив суммарную величину утечек больше 30 % от полезного расхода, необходимо провести ревизию всех воздухопроводов и их арматуры с целью выявления негерметичных участков и неплотностей соединений с последующим устранением утечек через эти элементы пневмо-сети.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Миняев Ю.Н. Энергетическое обследование пневмохозяйства промышленных предприятий. Екатеринбург, Изд-во УГГГА, 2003, с. 58-62.

— Коротко об авторах -

Миняев Ю.Н., Угольников А.В. - Уральский государственный горный университет (УГГУ), МолодцовВ.В. - ОАО «Севуралбокситруда», ОАО «СУБР».

© А.А. Кулешов, Е.А. Григорьев, 2006

УДК 622.611(24)