Введение к работе
Актуальность темы. Горные предприятия России имеют относительно низкую эффективность по сравнению с аналогичными предприятиями в других странах, так как тратят в несколько раз больше энергетических ресурсов для производства своей продукции. Такая ситуация с учетом роста тарифов на энергоресурсы обуславливает значительный рост интереса к проблеме повышения эффективности производства в горной промышленности за счет снижения энергопотребления основными технологическими объектами — рудничными стационарными установками (РСУ). Однако предприятия серьезно недооценивают все возможности и выгоды повышения энергоэффективности.
В настоящее время из всех объектов горного производства РСУ, как с технической, так и с технологической точек зрения, в наибольшей степени подготовлены для организации на них эффективно действующего мониторинга. Обусловлено это, в первую очередь, многолетними предыдущими наработками в области контроля параметров и управления данными объектами (дистанционного, автоматического и т.п.), создавшими к настоящему времени для мониторинга необходимую техническую базу.
Таким образом, решение проблемы обоснования и обеспечения эффективной эксплуатации РСУ на основе мониторинга их технического состояния и эффективности представляет собой актуальную научно-практическую задачу, решение которой может обеспечить существенное повышение конкурентоспособности горных предприятий России.
Объект исследования. Рудничные стационарные установки-вентиляторные, водоотливные и компрессорные агрегаты и их внешние сети (проводники пневматической и гидравлической энергий).
Предмет исследований. Рабочий процесс стационарных вентиляторных, водоотливных и компрессорных систем шахт.
Цель работы. Повышение эффективности работы РСУ за счет снижения их энергопотребления.
Идея работы. Повышение эффективности работы РСУ достигается снижением их энергопотребления на основе мониторинга режимов работы и технического состояния.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Оптимизация технологических и эксплуатационных параметров и режимов РСУ на основе предложенной математической модели их функционирования.
-
Обоснование рациональных параметров и режимов эксплуатации РСУ на основе разработанных целевых функций управления.
3. Минимизация энергопотребления при эксплуатации РСУ
достигается предложенной методикой мониторинга эффективности их
работы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Установлены обобщенные критерии эффективности работы комплексов РСУ, в соответствии с которыми предложены новые подходы к снижению затрат на их эксплуатацию.
-
Разработаны математические модели, рассматривающие функционирование главных вентиляторных и водоотливных установок и соответствующие сети как единую систему.
-
Предложен способ распределения сжатого воздуха, позволяющий учитывать пространственное расположение компрессора и пневмоприемника.
-
Исследована стратегия диагностирования и выведены целевые функции энергосберегающего управления комплексами РСУ.
Личный вклад автора состоит в проведении экспериментальных исследований, анализе их результатов, разработке обобщенных критериев эффективности функционирования комплексов РСУ на основе мониторинга их технического состояния.
Практическое значение диссертации состоит в разработке и внедрении на объектах ОАО «Севуралбокситруда» (СУБР) систем:
контроля качества работы поверхностных дренажных водоотливных узлов;
учета параметров работы подземных водоотливных станций;
- учета параметров выработки и потребления сжатого воздуха.
Достоверность и обоснованность основных научных положений и
выводов работы обоснована корректностью использования методов математического и физического моделирования, термодинамики и гидравлики, математической статистики, достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, использованием самых современных методов и средств контроля параметров и режимов эксплуатации РСУ. Относительное расхождение теоретических и экспериментальных данных не превышает 10-15 %.
Реализация результатов. Результаты работы использованы при:
создании и внедрении систем контроля качества работы (АСККР) Сосьвинского, Северо-Восточного и Южного дренажных узлов ОАО «СУБР»;
создании и внедрении системы учета параметров выработки и потребления сжатого воздуха (АСУРВ) шахт ОАО «СУБР». Данная система позволяет вычислять, архивировать и отображать расходы, давления, температуры сжатого воздуха по пяти основным действующим компрессорным станциям: Кальинская 13 (узлы 1, 2); Красная шапочка 14, 15; Черемуховская 9, 10;
создании и внедрении системы учета параметров сбрасываемых вод шахтных водоотливов и очистных сооружений ОАО «СУБР». Данные системы внедрены и эксплуатируются на шахтах 16-16 бис, Кальинская, Ново-Кальинская;
- реализации на ОАО «СУБР» двухэтапной программы децентрализации снабжения сжатым воздухом шахтных пневмоприемниксв с использованием винтовых компрессоров 6ВВ-25/9, 6ВВ-32/7 и УКВШ- 15/7.
Результаты работы используются в процессе обучения студентов направления 150400 - «Технологические машины и оборудование», специальности 150402 - «Горные машины и оборудование» и специальности 140604 - «Электрификация и автоматизация промышленных установок и технических комплексов» Уральского государственного горного университета.
Апробация работы. Результаты работы, ее основные положения докладывались на ежегодных международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005, 2006, 2010), всероссийских совещаниях по энергосбережению (Екатеринбург, 2005, 2006, 2007), 7-й Международной Карпатской конференции по автоматизации (Чехия, Острава, 2006), ежегодных научно-технических конференциях СГИ-УГГГА-УГТУ (Екатеринбург, 2005, 2006, 2007, 2008), Международных научно-технических ' конференциях «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, 2007, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ в журналах, сборниках научных трудов, материалах международных конференций, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и трех приложений. Содержит 112 страниц машинописного текста, 20 рисунков и 27 таблиц.
