Теплотехническое сравнение вариантов работы системы кондиционирования рудничного воздуха с теплообменником высокого давления и с гидрораспределителем Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 622.4:532.595.2

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ РАБОТЫ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА С ТЕПЛООБМЕННИКОМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И С ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ

Ф. А. Корсун, к. т. н.

Ключевые слова: система кондиционирования рудничного воздуха (СКРВ), теплообменник высокого давления (ТВД), гидрораспределитель (ГР), холодильная машина (ХМ)

Проблема. При передачи холода на глубокие горизонты шахт системой кондиционирования рудничного воздуха (СКРВ) с теплообменником высокого давления возникают большие потери холода. Холод передаётся рекуперативным путём. Большие потери холода - это значит большие потери электроэнергии для его приготовления. Для любого производства затраты электроэнергии нужно сократить. В этой статье предлагается заменить ТВД на гидрораспределитель, благодаря которому потери холода значительно сократятся. Предлагается методика работы системы кондиционирования рудничного воздуха с ТВД и гидрораспределителем. Сравнивается коэффициент полезного действия при работе СКРВ с ТВД и с гидрораспределителем.

Анализ публикаций. Проблемой замены ТВД на гидрораспределитель в системе распределения хладоносителя глубоких шахт сотрудники нашей академии занимались более 20 лет. Было получено десятки авторских свидетельств и патентов. Гидрораспределитель, который предлагается здесь, разрабатывался более десяти лет. В этом гидрораспределителе нет гидравлических ударов при переключении потоков жидкости.

Цель статьи. Предлагается методика теплотехнического расчёта работы ТВД и гидрораспределителя системы кондиционирования рудничного воздуха шахт. Рассчитаем коэффициент полезного действия при работе системы с ТВД и с гидрораспределителем. Главная задача статьи - показать коэффициент полезного действия работы ТВД и гидрораспределителя и сравнить их эффективность.

Основной материал. Для анализа использован эксергетический метод. Сравнение вариантов приведено для одинаковых условий работы гипотетической СКРВ. Сравниваются системы с теплообменником высокого давления и гидрораспределителем, который передаёт хладоноситель без его нагрева.

Показатели СКРВ с теплообменником высокого давления.

Расчётная схема приведена на рисунке 1.

Исходные данные: Q = 15 000 кВт (кДж /с)

и = 4° С Г2 = 5°С и = 10,5°С и = 11,5°С

Р1 =3 атм Р2 = 100 атм Р3 = 12 атм Р4 = 11 атм

Расход хладоносителя в системе:

0 = -^ =

с-М

где с - 4,187 кДж (кг х град)

г5 = 14,5°С и= 15,5°С

7 = 10°С

8 = 11 °С

15000 4,18-(11-4)

= 512,6

8

(11°) 2 атм

Холодильная "установка

1 (4') 3 атм

100 атм

(5е)

ТВД

т-т.в1

? Г

7 {10°) 100 атм

12 атм

(10,5°)

I

Р5 = 10 атм Р6 = 13 атм Р7= 100 атм Р8 = 2 атм

(1)

11 атм ,(11.5°)

Воздухоохладитель

6

(15,5') 13 атм

5

(14,5°) 10 атм

Рис. 1. Расчётная схема СКРВ с теплообменником высокого давления

Нагрузка теплообменника высокого давления составит:

= G АРс = 512,6(10 - 5) 4,187 = 10731 кВт. Нагрузка агрегатированного воздухоохладителя:

д3 = &АРс = 512,6 (14,5 - 11,5) 4,187 = 6439кВт. (3)

Эксергетический коэффициент полезного действия с теплообменником высокого давления:

(4)

П=

"вых .100О/о=1£2^.100%=18,49%

Е„х 589,59

Диаграмма эксергетического баланса теплообменника высокого давления приведена на

рисунке 2.

Рис. 2 Эксергетический баланс узла теплообменника высокого давления

Показатели СКРВ с гидрораспределителем, передающем хладоноситель без нагрева. Расчётная схема данного устройства приведена на рисунке 3.

Гцдрораспредел ител ь

5

(12.5-)

10 ЯТМ

Рис. 3. Расчётная схема системы кондиционирования рудничного воздуха с

гидрораспределителем

Исходные данные: д1=15000 кВт , G1=G2=512.6 кг/с (так как G=const)

I! = 7°С 12 = 8°С Ь = 8,5°С и = 9,5°С

Р1 = 3 атм Р2 = 100 атм Р3 = 12 атм Р4 = 11 атм

г5 = 12,5°С

6 = 13°С

7 = 13°С

8 = 14°С

Изменение температуры воды в испарителе:

с-й

15000

■=7°С

Р5 = 10 атм Р6 = 13 атм Р7 = 100 атм Р8 = 2 атм

(4,187-512,6)

Нагрузка агрегатированного воздухоохладителя:

= G•Аt•c = 512,6 (12,5 - 9,5) 4,187 = 6439 кВт Эксергетический коэффициент полезного действия работы гидрораспределителем будет:

(5)

(6)

системы с

ч= Ьк .100%= -100%= -100%=98,55%

Евх ЕТ2+ЕТ6 5990

(7)

Диаграмма эксергетического баланса работы системы с гидрораспределителем приведена на рисунке 4.

Е, , + Е, ь = 5490 кВт

Е, з + ЕТ1 =590УкВт П = 98.55%

Рис. 4. Эксергетический баланс работы системы кондиционирования рудничного воздуха

с гидрораспределителем

Сравнение вариантов по потерям эксергии.

Определяем количество эксергии системы кондиционирования рудничного воздуха на входе и выходе систем для I и II вариантов

Е™,5=0^ =150 00- 293;18°-5 =640 кВт

,т„-т

На входе в систему:

Е"=10 3=^=15000-

' 'о

На выходе к воздухоохладителям:

293

293-283, 5 293

(^ббгдкВт-Е^з^ббгд

(^2=6439КВТ-Е£Т11о=6439

Величина коэффициента неадекватности составит высокого давления:

640

293-286

293 293-286 293

=486,3 кВт

=158,4 кВт =197,8 кВт

(8)

(9)

(10) (11)

для варианта с теплообменником

К, = = =4 04

"■I 17 КОН -1ГОЛ

ЕКОН

(12)

гидрораспределителя,

(13)

(14)

^ 158,4

Величина коэффициента неадекватности при использовании работающего без нагрева хладоносителя составит:

_ Е{|ач _ 486,3 Л

Кп-ЁГ~Ш~2'46

Соотношение коэффициентов неадекватности будет:

^ = ^=1,64

К„ 2,46 '

Из этого следует, что вариант с гидрораспределителем обеспечивает лучшее использование эксергии, что выражается более высокими термодинамическими показателями.

Выводы. 1. При передаче холода на глубокие горизонты с теплообменником высокого давления холод передаётся рекуперативным путём, а с гидрораспределителем проходит через гидрораспределитель и поступает прямо к воздухоохладителям в забои, этим достигается эффективное охлаждение воздуха в забое.

2. При передаче хладоносителя на глубокие горизонты в гидрораспределителе очень малые потери эксергии и этим экономятся затраты энергоресурсов.

3. Таким образом, видно, что система ПСРХ с гидрораспределителем будет работать эффективней, с меньшей затратой эксергии на передачу холода к воздухоохладителям.

4. Теплотехническое сравнение вариантов работы системы кондиционирования рудничного воздуха с теплообменником высокого давления и с гидрораспределителем показало, что при работе с ТВД д = 18,49 % , а с гидрораспределителем д = 98,55 %

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Аверин Ф. А. Лабораторный практикум рудничной вентиляции / Ф. А. Аверин, В. А. Бойко, В. А. Долинский. - М. : Недра, 1966. - 64 с .

2. А. с. 1642204, МКИ F24 F13/06. Воздухораспределитель / В. Ф. Рожко, В. А. Стебловцев, И. С. Игнашкин (СССР). - № 4678905/29; Заявл. 14.04.89; Опубл. 15.04.91, Бюл. №14. - 3 с.

3. Андрющенко А. И. Термодинамические расчёты оптимальных параметров тепловых электростанций. - М. : Высш. шк., 1963. - 230 с.

4. Андрющенко А. И. Основы термодинамических циклов теплоэнергетических установок. - М. : Высш. шк., 1968. - 288 с.

5. Андрющенко В. Н. Методы измерения состояния микроклимата в горных выработках / В. Н. Андрющенко, В. Ф. Рожко. - М. : 1989. - 16 с. - Дек в ЦНИИЭИ - уголь 28.11.1989, №5011.

6. Бродянский В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа. - М. : Энергия 1973. - 296 с.

7. Пат. 23867 А Украина, иА Е21 F3/00 Пдророзподшьник / В. Ф. Рожко, I. С. 1гнашкш, Л. О. Харук, Ф. О. Корсун та ш. / Опубл. 31.08.98. - Бюл. № 4. - С. 73 - 75.

SUMMARY

Problem. There are vast losses of cold that take place during the transition of cold to deep horizons of shafts by the mine air conditioning system (MASC) with high pressure heat exchanger. Cold is transferred by the recuperative way. Vast losses of cold mean vast losses of electricity to in order to supply it. Any enterprise requires the reduction of electricity consumption. This article gives proposals on how to replace HPHE into hydrodistributor which will considerably reduce cold losses. A method for mine air conditioning system using HPHE and hydrodistributor. Efficiency factor while using MASC with HPHE and hydrodistributor have been compared.

Literature review. The staff of our Academy has been investigating the problem of HPHE replacement by hydrodistributor in the system of cold-bearer distribution of deep shafts for more than 20 years now. A number of patents and inventor's certificate were received. Hydrodistributor proposed here has been elaborated for more than 10 years. There are no hydraulic impacts in this hydrodistributor at switching hydraulic flows.

Aim. A method of thermotechnical calculation of HPHE functioning and hydrodistributor of mine air conditioning system have been proposed. Efficiency factor while using HPHE and hydrodistributor have been calculated. The main task of the article is to show the efficiency factor of HPHE and hydrodistributor as well as to compare their efficiency.

We use exergic method to analyze heat engineering comparison of the variants of system operation. Correlation of the variants is given for similar operational conditions of hypothetic mine air conditioning system. Systems of cold bearer systems to the deep horizon with thermal exchanger of high pressure and a hydraulic distributor that transports cold bearer without heating it are compared.

In order to compare variant, certain locations in the pipelines are chosen where the temperature and pressure of cold bearer are estimated. Design models are given in Pictures 1 and 3.

Cold bearer expenditures in the system are calculated with the following formula

G=0t= 1500 .

cAt 4,187(11-4) ' 6

The load of high pressure heat exchanger will be

Q2 = G-t-c = 512,6(10 - 5) • 4,187 = 10731 kWt

Unit air cooler load will be

Q3 = G-t-c = 512,6(14,5 - 11,5) • 4,187 = 6439 kWt

Exergic coefficient of efficiency with high pressure heat exchanger will be

EBbIX 109,02

„=-^■100% = —.100% = 18,49%

Picture 2 demonstrates exergic balance diagram of high pressure heat exchanger. Exergic coefficient of efficiency of the system equipped with hydraulic distributor will be

EBMX ETa + ET, 5903

T) = • 100% = —• 100% = —— = 98,55%

EBX ET_ + ET, 5990

Exergic balance diagram of system operation with hydraulic distributor is given in Picture 4.

Consequently, the variant with hydraulic distributor ensures a better use of exergy which results in higher thermodynamic indexes.

When the cold is transferred to deeper horizons with high pressure thermal exchanger, the cold is transferred by means of recuperation, whereas with hydraulic distributor it goes through the latter directly to air coolers in the bottomholes. By means of this, effective air cooling in the bottomhole is achieved and energy resources can be saved.

Heat engineering comparison of the variants of mine air conditioning system operation with high pressure thermal exchanger and a hydraulic distributor has shown that while working with high pressure thermal exchanger q = 18,49 %, whereas the same for hydraulic distributor is q = 98,55 %.

Conclusion. 1. In the process of cold transition to deep horizons with the help of high pressure thermal exchanger, the cold is conveyed in a recuperative way, whereas with hydraulic distributor it goes through the distributor it is conveyed directly to air-cooling unit in the bottomhole. By means of this effective air cooling is achieved.

2. A very small exergy loss is registered while cold bearer transition to deep horizons by hydraulic distributor. In such way energy resources are used more effectively.

3. Thus, it can be observed that the operation of the system with hydraulic distributor will be more efficient, with smaller exergy losses for cold conveyed to air cooling units.

4. Thermal technical correlation of performed for different variants of mine air conditioning with high-pressure thermal exchanger and hydraulic distributor has shown that while working with q = 18,49 % and with hydraulic distributor it is q = 98,55 %.

REFERENCES

1. Averin F. A. Laboratornyj praktikum rudnichnoj ventiljacii / F. A. Averin, V. A. Bojko, V. A. Dolinskij. - M. : Nedra, 1966. - 64 s .

2. A. s. 1642204, MKI F24 F13/06. Vozduhoraspredelitel' / V. F. Rozhko, V. A. Steblovcev, I. S. Ignashkin (SSSR). - № 4678905/29; Zajavl. 14.04.89; Opubl. 15.04.91, Bjul. №14. - 3 s.

3. Andrjushhenko A. I. Termodinamicheskie raschjoty optimal'nyh parametrov teplovyh jelektrostancij. - M. : Vyssh. shk., 1963. - 230 s.

4. Andrjushhenko A. I. Osnovy termodinamicheskih ciklov teplojenergeticheskih ustanovok. -M. : Vyssh. shk., 1968. - 288 s.

5. Andrjushhenko V. N. Metody izmerenija sostojanija mikroklimata v gornyh vyrabotkah / V. N. Andrjushhenko, V. F. Rozhko. - M. : 1989. - 16 s. - Dek v CNIIJeI - ugol' 28.11.1989, №5011.

6. Brodjanskij V. M. Jeksergeticheskij metod termodinamicheskogo analiza. - M. : Jenergija 1973. - 296 s.7. Pat. 23867 A Ukraina, UA E21 F3/00 Gidrorozpodilnik / V. F. Rozhko, I. S. Ignashkin, L. O. Haruk, F. O. Korsun ta in. / Opubl. 31.08.98. - Byul. № 4. - S. 73

УДК 004.896:621.796.5

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 РОБОТИ ПОШУКОВИХ АЛГОРИТМ1В У СИСТЕМ1 УПРАВЛ1ННЯ СКЛАДСЬКИМ ПРИМ1ЩЕННЯМ

В. О. Ужеловський, к. т. н., доц., П. С. Кашуба, маг1стр

Ключовi слова: алгоритм, ¡мтацтна модель, комп'ютерне досл1дження, оптим1зац1я, пошук шляху, програмування, складське примщення

Постановка проблеми. Автоматизоване складське примщення являе собою сукупшсть стелажних конструкцш та автоматичних транспортерiв, як виконують операци iз завантаження та розвантаження збережуваних виробiв без участ людини, що дозволяе уникнути помилок у робот^ як зазвичай спричинюе людський фактор. До того ж, автоматизащя складу сприяе тдвищенню пропускно! здатност складського примщення, прискорюе вс основш складсью процеси, а також дозволяе вщстежувати стан i поточш завдання транспортерiв та положення ушх збережуваних i транспортованих виробiв у реальному чаш (для виконання цього завдання використовуеться iнформацiйно-керiвна система, так звана 8СЛБЛ-система).

Саме iнформацiйно-керiвна система вщповщае за автоматизащю операцш транспортування, гарантуе вiзуалiзацiю та управлшня даними щодо кожного об'екта у