Влияние начального давления воздуха на эффективность производства сжатого воздуха для горных машин Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© О.В. Замыцкий, 2002

УДК 622.23.05

О.В. Замыцкий

ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА СЖАТОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН

Н

а предприятиях подземной добычи полезных ископаемых основным видом энергии для механизации является пневматическая энергия. Выработка ее осуществляется центральными компрессорными станциями. Применяемые для этих целей турбокомпрессоры наряду со свойственными им достоинствами имеют и некоторые недостатки, одним из которых является зависимость от различных факторов. При этом происходит изменение характеристики турбокомпрессора и потребляемой им мощности, причем часто с увеличением удельных затрат электроэнергии. С учетом того, что на выработку сжатого воздуха на угольных шахтах расходуется в среднем около 25 % электроэнергии потребляемой машинами и механизмами, а при разработке рудных месторождений на выработку сжатого воздуха расходуется до 50-60 % электроэнергии [1], суммарные непроизводительные потери энергии могут достигать значительных величин.

Одним из таких факторов, влияющих на эффективность применения турбокомпрессоров, является давление засасываемого воздуха. Под этим параметром обычно подразумевают давление воздуха во всасывающем патрубке компрессора. В свою очередь оно зависит от гидравлического сопротивления всасывающей магистрали, положения дроссельного устройства, состояния воздушных фильтров, величины атмосферного давления. Первое является конструктивной величиной и в процессе

эксплуатации практически не изменяется, влияние его при соблюдении соответствующих норм проектирования незначительно. Второе служит для регулирования режима работы в ходе эксплуатации и его применение является вынужденной мерой. Сопротивление воздушных фильтров в период между их очисткой постоянно возрастает в результате загрязнения, что приводит к уменьшению давления во всасывающем патрубке. Колебание атмосферного давления также приводит к изменению давления засасываемого воздуха и режима работы. Таким образом, влияние величины давления воздуха во всасывающем патрубке компрессора можно свести к рассмотрению двух последних факторов.

Исследования проведены на компьютерной модели турбокомпрессора К500-61-5 [2]. Потери давления на воздушном фильтре могут быть описаны зависимостью

Q2

АРф ф 'Ре 2 ;

2-®ф

где Арф - потери давления на воздушном фильтре, Па; ^ф - коэффициент местных сопротивлений фильтра; Q -объемная производительность, м3/с; рв - плотность воздуха, кг/м3; <Вф -

площадь сечения фильтра, м2.

Как видно, потери давления на воздушном фильтре не являются постоянной величиной, а зависят от объемной производительности компрессора (пропор-циональны квадрату скорости потока). При этом коэффициент местных сопротивлений фильтра может быть определен исходя из нормальных потерь давления Арф= 250 Па при номинальных режимах (объемной производительности Q = 8,75 м3/с).

Площадь сечения фильтра может быть задана исходя из рекомендуемой максимальной скорости потока не более 1 м/с. В результате значение коэффициента местных сопротивлений воздушного фильтра составит ^ф = 545. Исследовалось увеличение сопротивления воздушного фильтра в 2-5 раз, (перепад давления на фильтре при номинальной производительности варьировал в пределах 2501250 Па). Начальные условия приняты номинальными: давление атмосферного воздуха рн = =0,98-105 Па, начальная температура воздуха Твн = 293 К.

На рис. 1 приведены характеристики турбокомпрессора К500-61-5 в зависимости от сопротивления воздушного фильтра, полученные при помощи компьютерного моделирования. Кривые, проведенные сплошной линией, соответствуют нормальному сопротивлению фильтра (Арф = 250 Па при номинальных режимах).

В табл. 1 приведены сведения о влиянии сопротивления воздушного фильтра на показатели работы турбокомпрессора в процентах по отношению к показателям при нормальном состоянии фильтра (произ-водитель-ность номинальная).

Таблица 1

ВЛИЯНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ НА ВОЗДУШНОМ ФИЛЬТРЕ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ТУРБОКОМПРЕССОРА К500-61 -5

Потеря давления на воздушном фильтре, Па Изменение параметров турбокомпрессора

Производительность объемная, м3/мин Давление абсолютное, % Мощность потребляемая, % КПД изотермический, %

250 525 - - -

500 -0,72 -0,13 -

750 -1,44 -0,27 -0,1

1000 -2,17 -0,4 -0,1

1250 -2,89 -0,54 -0,2

Таблица 2

ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ТУРБОКОМПРЕССОРА К500-61-5

Давление засасываемого воздуха, мм. рт. ст Изменение параметров турбокомпрессора

Производительность объемная, м3/мин Давление абсолютное, % Мощность потребляемая, % КПД изотермический, %

720 -7,4 -1,5 -0,63

735 - - -

750 525 +6,9 +1,8 +0,41

765 +12,8 +2,5 +0,62

780 +17,6 +3,2 +0,9

Как видно из табл. 1, абсолютное давление воздуха на выходе из компрессора уменьшается примерно на 0,72 % на каждые 250 Па увеличения сопротивления воздушного фильтра, потребляемая мощность при этом снижается на 0,13 %, что приводит к некоторому увеличению удельных затрат электроэнергии (рис. 2).

Таким образом, в диапазоне абсолютных давлений, поддерживаемых центральными компрессорными станциями (0,7-0,8 МПа), удельные затраты электроэнергии увеличиваются в среднем на 0,10,15 % на каждые 250 Па увеличения сопротивления фильтра, перерасход электроэнергии при максимально допустимом сопротивлении фильтра (500 Па) составляет 70-100 кВт-ч в сутки.

Влияние атмосферного давления исследовалось в пределах 0,96-1051,04 105 Па (720-780 мм рт. ст.). Остальные начальные условия приняты номинальными.

На рис. 3 приведены характеристики турбокомпрессора К500-61-5 в зависимости от величины атмо-

сферного давления. Кривые, проведенные сплошной линией, соответствуют номинальному атмосферному давлению 0,98-105 Па (735 мм рт. ст.).

В табл. 2. приведены сведения о влиянии атмосферного давления на показатели работы турбокомпрессора в процентах по отношению к показателям при номинальном атмосферном давлении (производительность номинальная).

Как видно из табл. 2, абсолютное давление воздуха на выходе из компрессора увеличивается в среднем на 5-7 % на каждые 15 мм рт. ст. увеличения атмосферного давления, потребляемая мощность при этом повышается на 0,7-1,8 %, что приводит снижению удельных затрат электроэнергии (рис. 4).

Напротив, при снижении атмосферного давления на 15 мм рт. ст. от номинального значения (720 мм рт. ст.) абсолютное давление на выходе из компрессора уменьшается на 7,4 %, потребляемая мощность уменьшается на 1,5 %. Удельные затраты электроэнергии, в диапазоне абсолютных давлений 0,7-

0,8 МПа, возрастают на 0,56-0,67 %, перерасход электроэнергии при этом составляет 400-480 кВт-ч в сутки.

Таким образом, величина начального давления воздуха оказывает существенное влияние как на режимы работы турбокомпрессоров, так и на их экономические показатели.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Докукин А.В. Применение сжатого воздуха в горной промышленности. - М.: ГОСГОРТЕХИЗДАТ, 1962. - 348 с.

2. Замыцкий О.В. Компьютерное моделирование режимов многоступенчатых турбокомпрессоров //

- М.: Изд-во МГГУ, ГИАБ, №11, 2001. - С. 58-59.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Замыцкий Олег Владимирович — доцент, кандидат технических наук, Криворожский технический университет.

300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 Производительность объемная О, м3/мин

--------720

---------735

--------750

-------765

........780

300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 Производительность объемная О, м3/мин

-----------720

-----------735

-----------750

----------765

..........780

300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550

Производительность объемная О, м3/мин

-----------720

-----------735

-----------750

----------765

..........780

Рис. 3. Зависимость характеристик турбокомпрессора К500-61-5 от атмосферного давления