CC BY
28
УДК 622.44; 656.342.071.S
КРИТЕРИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСОВ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ И ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
С. A. Tu мух nu, А. X. ¿арипов
Впершей функции прсмсни получены критериальные зависимости энергетической эффективности м)МплексО» главных veimcnrropHUX и водоотливных установок, позволяющие дпват ь объе ктшшу к> оцен ку ■»иергетики устаногюх как сложных систем (комплексов),
/(минтаиrm*Ht wpuTrpiiii чядкк'ниогтк гяяяииг яснтилятпряые и иоллепяннные установки. комплексы. энергетика, эффективность.
For ilic firs! time in function of lime criiennnal dependences have been received of energy efficiency of complexe» ofmnin ventilaior-water-removiny installations. enabling to give objective assessment uf installations energetics as complicated systems (complexes).
Key words', criteria, dependence, main venlHntorund water-removing instaUotionj. complexes, energetics, efficiency.
Очевидно, что баланс энергии t поверхностном комплексе главной вентиляторной ус-tлновкн (I ВУ)н шахтной пеигилициоинойсети (ШВС) следует рассматривать а рамках одной целостной системы в позиции ак>гветству-юших общесистемных критериев энергетической эффективности. Последнее л полной мере согласуется н с классическим в гортой механике определением турбоустановки как совокупности гурбомашнны п внешней сети.
Как покачано нами ¡кшес [ I ], общесистемными показателями энергетической эффектив-мости ГВУ является обший КПД установок И их удельное электропотребление (расход энергии за определенное время, отнесенный к од* ному м1 свежего воздух«, подляпого за это время в шахту: се»свая мощность привода, Отнесенная к одному м7с воздуха, подаваемого вентилятором п шахту),
Общий КПД ГВУ т)> определите» как произведение:
Л^ЧДЛ1!-'
где Л^' Пл течения КПД электрической сети, привода, вентилятора н вентиляционной сети (вентиляционные каналы в поверхностном комплексе включены в состаи ШВС) соответственно.
Значения т1в1, могут быть легко определены но соответствующим техни-
ческим характеристикам машин. При анализе параметра т^ будем исходить из того, что полезная гидравлическая мощность В!TI Nu - QtP„. где Q. - подача ьентидято-ра: Pim - статическое давление вентиля гора, полностью передается пере.мешаемому и сеть потоку воздуха. Следовательно, она является входной гидравлической мощностью LIJBC.
В общем случае значение КПД вентиляционной сети может быть представлено как отношение полезной работы, совершаемой н ней, ко всей затраченной.
Будем считать при этом, чго движение воздуха в сети обусловлено только работой ВГП (без учета влияния естественной тяги млн каких-либо других источников).
В этом случае удельная полезная работа в сел» из расчета перемещения I кг воздуха по цепи последовательно соединенных горных выработок, например, для условии всасывающей ГВУ
*КИ=/?Л п-£ч (2)
где R - газовая постоянная, Г - температура перемешаемого воздуха; °К, Рт - абсолютное давление воздуха ни входе в сеть (атмосферное давление); Г - абсолютное давление
воздуха на выходе из сети (перса коллектором или входной коробкой ВГП).
В нормальных условиях проветривая ля принято считать процесс изменения состояния воздуха п каждоИ выработке, а следовательно. и во всей ссш и целом изотермичен ким (понижение температу ры воздухе, Kcmv рос должно было бы происходить вследствие Понижения его давления. практически компенсируется нагревом за счет теплоты трения Í2]), Следовательно, в формуле (2) значение температуры воздуха Г может быть принято постоянным при его движении от входа до выхоли va ШВС
Полная удельная pu6ota в ШВС из расчета перемещения I кг воздуха за время движения с учетом входной мощности
me М массовая подача вентилятора.
С4)
р
me р - плотность воздуха (среднеарифметическое для сети значений):
4
'•-г-
с?
где v4(i - средневзвешенное значение скорости воздуха; I - Длина вентиляционной сети Отсюда КПД ШВС
Анализ уравнения (5) показывает что энергетическая эффективность вентиляционных сетей зависит в первую очередь от оре-менн прохождения воздуха через них и. следовательно, от скорости вентиляционных ПОТОКОВ. Значительное влияние на нее оказывает также статическое давление ВШ. обусловленное величиной общешахтной депрессии.
По формуле (5) выполнены расчеты фак-> ичсских значений КПД вентиляционнь а сетей ряда рудников цветной металлургии Урала (см таблицу) Расчеты наглядно показали весьма значительную зависимость энергетической эффективности 111ПГ от их пепрсссни Отсюда очевидна целесообразность и эффек-лшность любых мероприятий по снижешво сопротивления и герметизации вентиляционных сетей дли уменьшения энергозатрат ив обще-шахт ное проветривание
Слсдусг отмстить, что чрезвычайно низкая энергетика шахтных вентиляционш/х сетей (следовательно, и ГВУ и целом) обусловлена их спецификой: весьма значительным аэродинамическим сопротивлением сетей, высоким уровнем объемных потерь в них при незначительной величине энергии, полезно расходуемой нп перемещение воздушных потоков по сети. т. с. на сам процесс проветривания горных выработок.
С учетом того, что полезной работой, совершаемой на ГВУ. яалястоя полезная робота, совершаемая в ШВС. ее общий коэффициент полезного действия:
" ir pjJ p^
С5) „ _ wm __ pRT г
Опенка:Hicpiriii4iXKoil »ффек'шнноом шахтных пигппншюнньи ссгеп некоторых рудников Урал»
Предприятие, вечтнкяшюпиий ствол, тип ВГП Оц. м'/с Ршс. Па
ОАО «Севу ралбокс игру да», шахта № 13 ЮВС. ВЦД-32 220.5 116.8 4086 0,22
СВС. В1ДД - 47 «Север» 210.4 111,5 2231 0.37
ОАО «Севуралбокснтрудв». шахта Si 15 СВС. ВИД -31,5 245,(1 171,5 4258 0.22
ЮВС. ВЦ-25 94,0 66.0 1654 0,61
ОАО 1(Севуралбокснтруди«, шахта '(Черсмуховская». 172,7 S6.4 2356 u
СВС. ВЦД-51,5; Ствол №9 накл. 136,0 68.0 2971 0,69
Крыл* говскиЯ рудник, ДРУ СВС. ВОД-21м 57.0 47.8 465 7,7
где m - полная удельная работа установки нз расчета Перемещения сю по сети I кг воздуха.
Данное уравнение, полученное в результате рассмотрении общего баланса энергии к системе ВГП-Ч11ВС позволяет давать объективную оценку энерголффсюивности комплексов главных вентиляторных установок.
Очевидно, что с учетом общей теории турбоусгановок критерий энергоэффекгнвно-стн комплексов главных водоотливных установок должен устанавливаться каким-то аналог ичным образом, учитывающим специфику шахтного водоотлив.-».
Как известно, полезная гидравлическая мощность («V . Вт), передаваемая насосом перемещаемому им потоку воды, определяется и общем случае по формуле
.V с Р%QHH, (7)
где Q - подача насоса. м5/о; Яи - мапомсгри-ческнй напор насоса, м; г - плотность шахт-llOtl волы, кг/м';#-ускорение свободного падения. м/с2.
В трубопроводе нагнетательного era в и водоотливной установки осуществляется подъем волы на геометрическую (геодезическую) высоту водоподъема (Я). сс перемещение по став\ (динамический напор - Я) н связанное с этим преодоление его сопротивления (потери напора п ставе - Д//^). Кроме лого и трубопроводе происходит нагреп воды, обусловленный трением воды о стенки трубопровода.
В соответствии с этим полезная гидравлическая мощность (A'J потока воды ь трубопроводе разделяется на следующие составляющие; Вг.
где N^ N^ - мощности, необходимые соответственно для подъема воды, перемещения воды, преодоления сопротивления трубопровода при перемещении по нему волы (потерей гидравлической энергии, связанной с превращением ее в теплоту, в условиях наше« ЯШчМ нренсбрш асм «виду ее неаиачитель-иосгн).
Проанализируем зависимости ,Ve, Л' _.
, Л в функции времени перемещения воды по трубопроводу. Мощность, необходи-
мая для подъема воды на высоту Н.. определяется последующей формуле, Вт
Л^ « PxQH . (9)
Выразив подачу насоса Q через г.юиыдь сечения трубопровода lвнутренний шаметр (/1 и скорость движения веды в нем v ):
Q = (Ю)
4
получим
где г)^ = Я//„
Так как насосные камеры обычно располагаются в непосредственной близости от шахтных стволов, с небольшим допущением можно принять, чго Я, = 1.,г. где ¿^ - "сомет-рическая длина трубопровода, м.
С учетом вышеприведенных замечаний уравнение (II) запишем в следующем виде:
Г,
(12)
ГаКИМ образом, мощность, необходимая для подъема воды, находится а обратно пропорциональной зависимости от времени Однако количество энергии* затраченной на данный процесс в водоотливной установке, от времени зависеть не будет, поскольку это процесс увеличения потенциальной энергии системы.
Мощность, необходимая для перемещения воды но трубопроводу, определяется по формуле
Нтш1*0Нл, (13)
где Я - динамический напор, м Гак как Н& = и?р/2£
(14)
pjffoi' Н. то Л'^ =0,125** 7
'а»
Анализ полученного уравнения показывает: как мощность, гак и расход энергии на перемещение попы по трубопроводу являются функцией времени.
Мощность, необходимая на преодоление сопротивлений трубопровода, определяется по следующей формуле;
Л^р^ДЯ,,. (15)
гас А// , - потерн напора в трубопроводе. определяемые по формуле
Д//.
ур
_ - V
'Р
2*
(16)
где Л - коэффнннет гидравлического трения воды о стенки трубопровода: - сумма местных сопротивлений трубопровода
11одставляя выражения 114) и (16) в уравнение (! 5), получим
ли -
С
. (17)
Очевидно, что выводы относительно характера и вида зависимости мощности сопротивлений трубопровода от скорости двнже» ня волы в нем. а также расхода энергии на преодоление сопротивления трубопровода аналогичны изложенным выше зависимостям относительно МОЩНОСТИ перемещения воды.
Просуммировав выражения (14) и 11"7). получим общую МОНСНМОСТЬ (;Ук! ♦ Л' а|1 =
: К'„>:
Л1« + Л^ -
}МГ
(8)
Проанализируем зависимость КПД трубопровода от времени продвижения и нем поды. Зной. что
»Vе
N.... г N... * «V..
(19)
п(шс1авнвзначения уравнений (17) и (IX) н (10), после соответствующих преобразовании приведем данное выражение к виду
■«р
(20)
ч»
I1з уравнения (20) вилно. что КПД трубопроводе шахтной водоотливной установки является функцией времени чниженно ко.чы по трубопроводу.
С учетом (20) общий КПД шахтной водоотливной установки как целостной системы, состоящей из следующих подсистем: электрической сети (система электроснабжения), привода, насоса и трубопроводного става, запишется в следующей виде:
(21)
* Н,
кИг
где т) . Т) . л„ - соответственно КПД электрической с ст. 5, привода и насоса.
Таким образом, общий КПД комплекса шахтной водоотливной установки в целом, так же как и трубопроводного сгава. является функцией времени
БИБШ ГОГВ\Ф51ЧЕСЮ )й СПИСОК
I ТютухинСЛ Обоснование рабочих областей паяных нсилляторних установок// Изи цуэои Горный журнал. 1996 Кг 7. С II О-11 •»
2.Л/<**к0м£ Н.,Г\лцинА.М.ЛЫтй Л, Естественная тяга глуозкИх шахт. М.: Недра, 1985.77 и.
