CC BY
20
Как видно из графиков, с увеличением времени движения воды уменьшается потребляемая энергия, увеличивается К1Щ трубопровода и уменьшается мощность, т. е. энергетические показатели трубопроводов улучшаются. Полученные зависимости могут использоваться для оценки энергетической эффективности и при оптимизации параметров трубопроводных ставов шахтных водоотливных установок.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Братиенко Б. Ф. Стационарные установки шахт. М.: Недра, 1977.438 с.
2. Посырее Б. А. Насосные установки горных предприятий. Екатеринбург: Над-во УПТА, 1997. 161 с.
УДК 622.44
С. А. 'Гимухин, В. В. Шлейвин, С. А. Упоров, А. С. Потапова
ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ И ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК
Принятое в настоящее время раздельное рассмотрение баланса энергии в поверхностном комплексе главной ветгиляторной установки (ГВУ) (электрическая сеть, вентилятор главного проветривания, привод, вентиляционные каналы) и в подземном - (шахтная вентиляционная сеть) - приводит на практике к диаметрально противоположным результатам.
С одной стороны, любое уменьшение аэродинамического сопротивления сети (рассматриваемое в рудничной аэрологии с позиции се критериев) приводит к снижению энергетических затрат на перемещение воздушных потоков по сети, т. с. к улучшению баланса энергии в ней. С другой - в поверхностном комплексе ГВУ (рассматриваемом в горной механике) приводит к снижению статического КПД вс»ггнляторов главного проветривания (ВГП) и ухудшению их энергетического баланса. Следовательно, баланс энергии в поверхностном комплексе ГВУ и шахтной вентиляционной сети (ШВС) следует рассматривать в рамках одной целостной системы в позиции соответствующих общесистемных критериев энергетической эффективности. Последнее в полной мере согласуетсяи с классическим в горной механике определением турбоустановки как совокупности турбомашины и внешней сети.
Как показано ранее [1], общесистемными показателями энергетической эффективности ГВУ является общий КПД установок и их удельное электропотребление (расход энергии за определенное время, отнесенное к 1 м3 свежего воздуха, поданного за это время в шахту; сетевая мощность привода, отнесенная к I м3/с воздуха, подаваемого вентилятором в шахту).
Общий КПД ГВУ пУ определяется как
% =ПэсППрП„Пк, (1)
где Пх'Ппр'Лп-'Лвс" КПД, соответственно, электрической сети, привода, вентилятора и вентиляционной сети (вентиляционные каналы в поверхностном комплексе включен в состав ШВС).
Значения Пэс»т)пр»т1л>могУт быть легко определены по соответствующим техническим характеристикам машин. При расчете значения будем исходшь из того, что полезная гидравлическая мощность ВГП Nл = Qvx Р^ где (?„ - подача вентилятора; Р„ - статическое давление вентилятора, полностью передается перемещаемому в сеть потоку воздуха. Следовательно, она является входной гидравлической мощностью ШВС.
Статическое давление ВГП (числанно ровное полной депрессии сети) расходуется на перемещение воздуха по сети (динамическая составляющая депрессии сети - Р^) и на преодоление аэродинамического сопротивления сети (статическая составляющая депрессии сети - Р$ьс).
77
Нетрудно видеть, что Р^ представляет собой полезно затраченную удельную энергию воздушного потока, а Р^ - потерянную удельную энергию в сети. В случае идеальной сети (без потерь)
= с
Таким образом, с учетом объемных потерь в ШВС КПД ШВС (цепи последовательно соединенных между собой горных выработок)
'<Ыс + *Ае У V
где Q„ - секундное количество воздуха, полезно расходуемое на проветривание.
Так как динамическое давление различно в разных по сечениям выработках, в расчет следует принимать его средневзвешенное, для рассматриваемого вентиляционного направления, значение.
Первый сомножитель уравнения (2) представляет собой гидравлический КПД, а второй -объемный КПД ШВС и, следовательно, уравнение учитывает все виды потерь в сети, как в канализаторе гидравлической энергии.
КПД ШВС может быть прсдстазлено так же как отношение полезной работы, совершаемой в ней, ко всей затраченной. Будем считать при этом, что движение воздуха в сети обусловлено только работой ВГП (без учета влияния естественной, или каких-либо других источников, тяги).
В этом случае удельная полезная работа в сети из расчета перемещение 1 кг воздуха по цепи последовательно соединенных горных выработок, например, для условий всасывающей ГВУ, кВт-с
(3)
' »их
где Я - газовая постоянная; Т - температура перемещаемого воздуха, °К; Рю - абсолютное давление воздуха на входе в сеть (атмосферное давление); Р^ - абсолютное давление воздуха на выходе из сети (перед коллектором или входной коробкой ВГП).
В нормальных условиях проветривания принято считать процесс изменения состояния воздуха в каждой выработке, а, следовательно, и во всей сети в целом, изотермическим (понижение температуры воздуха, которое должно было бы происходить вследствие понижения его давления, практически компенсируется нагревом за счет теплоты трения [2]). Следовательно, в формуле (3) значение температуры воздуха Т может быть принято постоянным при его движении от входа до выхода из ШВС и равным своему среднеарифметическому значению.
Полная удельная работа в ШВС из расчета перемещения 1 кг воздуха за время движения !т с учетом входной мощности
где М, - массовая подача вентилятора:
»'полн^'д./р. (4)
где р - плотность воздуха (среднеарифметическое для сети значения);
/д,= Дс/ Кр,
где Уср - средневзвешенное значение скорости воздуха; и ~ длина вентиляционной сети. Отсюда КПД ШВС
* IV р I р
''поля уу дв ' ьых
Анализ уравнения (5) показывает, что энергетическая эффективность вентиляционных сетей зависит в первую очередь от времени прохождения воздуха через них и, следовательно, от скорости вентиляционных потоков. Значительное влияние на нес оказывает также статическое давление ВГП, обусловленное величиной общешахтной депрессии.
По формулам (2) и (5) выполнены расчеты фактических значений КПД вентиляционных сетей ряда рудников цветной металлургии Урала (табл.). Расчеты наглядно показали весьма значительную зависимость энергетической эффективности ШВС от их депрессии. Отсюда очевидна целесообразность и эффективность любых мероприятий по снижению сопротивления и герметизации вентиляционных сетей для уменьшения энергозатрат на общешахтнос проветривание.
Оценка энергетической эффективности шахтных вентиляционных сетей некоторых рудников Урала
Предприятие, вентиляционный ствол, тип ВГП Q,u>/с р.с. Па п •с
формула (2) формула (5)
ОАО «Севуралбокситруда», шахта № 13 ЮВС. ВЦД-32 220,5 116,8 4086 02 0,22
СВС, ВЦД-47 «Север» 210,4 111,5 2231 0,40 0,37
ОАО «Севуралбокситруда», шахта № 15 СВС, ВЦД-31,5 245,0 171,5 4258 0,29 0,22
ЮВС, ВЦ-25 94,0 66,0 1654 0,50 0,61
ОАО «Севуралбокситруда», шахта «Черемуховская», 172,7 86,4 2356 1.1 1,2
СВС. ВУД-31,5; Ствол № 9 накл. 136,0 68,0 2971 0,7 0,69
Крылатовский рудник. ДРУ СВС, ВОД-21м 57,0 47,8 465 7,9 7,7
Следует отметить, что чрезвычайно низкие значения КПД шахтных вентиляционных сетей (следовательно и ГВУ в целом) обусловлены их спецификой: весьма значительным аэродинамическим сопротивлением сетей, высоким уровнем объемных потерь в них при незначительной величине энергии, полезно расходуемой на перемещение воздушных потоков по сети, т. е. на сам процесс проветривания горных выработок.
С учетом того, что полезной работой, совершаемой на ГВУ, является полезная работа, совершаемая в ШВС, ее общий коэффициент полезного действия
Пу - --= ПхЛпрПя- р—»
"поли ГВУ гп' и выл
где УУполи гву - полная удельная работа установки из расчета перемещения ею по сети 1 кг воздуха.
Данное уравнение, полученное в результате рассмотрения общего баланса энергии в системе ВГП+ШВС, позволяет давать однозначную оценку энергетической эффективности главной вентиляторной установки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тимухин С. А. Обоснование рабочих областей главных вентиляторных установок!/ Изв. вузов. Горный журнал. 19%. №7. С. 110-114.
2. Медведев Б. И., Гущин А. А/. Лобов В. Л. Естественная тяга глубоких шахт. М.: Недра, 1985. 77 с.
