Введение к работе
Актуальность темы. В мировой практике добыча горной массы производится в основном буровзрывным способом. Буровые работы ведутся с применением механизмов и станков, использующих сжатый воздух в качестве источника энергии. В подземных условиях сжатый воздух широко используется в других механизмах, ввиду его доступности, простоты конструкции устройств, относительной безопасности по сравнению с электроэнергией и т.д.
Рудничные компрессорные установки (РКУ), генерирующие пневматическую энергию, являются наиболее электроемким оборудованием. Их удельный вес в энергетическом балансе горных предприятий с подземным способом добычи полезного ископаемого составляет значительную долю, для ОАО "Севу-ралбокситруда" (ОАО "СУБР") составляет 20 %. Затраты на производство сжатого воздуха в течение последних лет увеличиваются в связи с ростом тарифов на электрическую энергию. Увеличение объемов производства сжатого воздуха и снижение производительности компрессоров ввиду увеличения доли изношенных компрессоров с истекшим сроком эксплуатации также приводят к увеличению затрат.
Учитывая это и пербпективы применения пневматической энергии в горнодобывающей промышленности, следует особое внимание уделять снижению затрат на энергоресурсы при производстве сжатого воздуха, в соответствии с современными требованиями энергосбережения.
Цель работы состоит в повышении энергетической эффективности производства и распределения энергии сжатого воздуха.
Идея работы заключается в минимизации потерь энергии при производстве сжатого воздуха и снижении объемов его выработки за счет оптимизации потребления.
Методы исследований. Изучение эффективности эксплуатации действующих РКУ на основе анализа технико-экономических показателей, личных исследований автора в промышленных условиях. Основные теоретические результаты получены с использованием положений термодинамики, теоретической механики и математического анализа.
Научные положения, выносимые на защиту.
Реальные термодинамические процессы в компрессоре зависят от фаз (своевременности срабатывания) и динамики газораспределения поршневых компрессоров при закрытии и открытии самодействующих клапанов. Определение методами технической механики компромиссной конструкции клапанов, соответствующей противоречивым условиям обеспечения своевременности закрытия и открытия клапанов.
Методика расчета элементов пар трения композитный материал - металл цилиндропоршневой группы1 компрессоров.
Закономерности изменения давления .сжатого воздуха, возникающие в процессе неуправляемого расхода сжатого воздуха потребителями.
Достоверность научных положений обоснована:
1) использованием методов статистической обработки эксперименталь
ных данных с использованием современной вычислительной техники и про
граммного обеспечения, применением современной измерительной и регистри
рующей аппаратуры;
достаточным объемом экспериментальных данных с расхождением не более 10 %;
корректностью сделанных допущений при анализе термодинамических процессов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан опытный стенд для испытания клапанов, оборудованный современной измерительной и регистрирующей аппаратурой с использованием компьютерной обработки данных, позволяющий в динамике наблюдать работу клапана в различных режимах. Программное обеспечение позволяет по результатам испытаний определять параметры замыкающего органа клапана применительно к конкретному типу компрессора и месту установки клапана.
Применение бессмазочных технологий при эксплуатации поршневых компрессоров обеспечивает безызносную работу цилиндропоршневой группы и уменьшает удельный расход электроэнергии.
Экспериментально доказано, что использование преобразователей частоты для регулирования производительности компрессоров позволяет стабилизировать давление сжатого воздуха в сети при минимальном значении, достаточном для технологических нужд. Такая стабилизация давления сжатого воздуха приводит к снижению удельного расхода электроэнергии и уменьшению потребления сжатого воздуха потребителями.
Практическое значение представленной работы состоит в следующем:
Внедрен (впервые в России) преобразователь частоты для регулирования скорости вращения приводного синхронного двигателя поршневого компрессора, имеющего неуравновешенные движущиеся массы.
Обоснованы направления внедрения энергосберегающих технологий, позволяющих, кроме экономии электроэнергии и ресурсов, повысить безопасность производства и улучшить условия труда.
Разработана двухэтапная программа энергосбережения при производстве сжатого воздуха.
Реализация рекомендаций и выводов работы в промышленности заключается во внедрении таких разработок на шахтах ОАО "Севуралбокситру-да", как:
прямоточные клапана СГИ;
перевод поршневых компрессоров на режим работы без смазки;
регулирование производительности поршневых компрессоров с помощью
преобразователей частоты. ;
Экономический эффект от вышеуказанных внедрений в 2007 году составил 6,5 млн. рублей.
Апробация работы. Основные результаты работы и ее отдельные положения докладывались на ежегодном международном симпозиуме "Неделя горняка" (Москва, 2006, 2007); на всероссийских совещаниях по энергосбережению (Екатеринбург, 2005, 2006); на ежегодных научно-технических конференциях СГИ-УГГГА-УГГУ (Екатеринбург, 2005, 2006, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 в ведущих рецензируемых научных журналах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 87 наименований, содержит 140 страниц машинописного текста, 64 рисунка, 23 таблицы.
