УДК 622.234:622.251(075)

Кумыкова Т.М., к.т.н., доцент, Кумыков В.Х., д.т.н., профессор

Восточно-Казахстанский государственный технический университет (г.Усть-Каменогорск)

Энергосберегающая технология при разработке комплексных месторождений

Эффективным средством стабилизации и повышения давления сжатого воздуха у пневмоприемников признаны гидропневматические аккумуляторы (ГПА), которые возводятся на пути движения сжатого воздуха от компрессорной станции до потребителя. В этом случае подземный пневмоэнергокомплекс включает в себя следующие составляющие: компрессорная станция – шахтные пневматические сети – гидропневматический аккумулятор – пневмоприемники.

В зависимости от выбранного режима работы гидропневмоаккумулятора имеется возможность сгладить пиковые нагрузки как на пневмосеть рудника, так и на энергосистему, повысить производительность технологического оборудования с пневмоприводом, экономить электроэнергию на выработку сжатого воздуха /1/.

Обычно для каждого конкретного рудника конструкция и параметры гидропневмоаккумулятора подбираются индивидуально. Динамизм постоянно протекающих в них процессов и слабая его изученность выдвигают задачу изучения этих процессов как в промышленных, так и, особенно, в лабораторных условиях. Это предопределяет постановку работ по исследованию и установлению режима эксплуатации гидропневмоаккумуляторов сжатого воздуха.

Принцип работы ГПА (рисунок 1) заключается в следующем: используются две выработки, расположенные в массиве горных пород на разных геодезических отметках по вертикали, связанные между собой по принципу сообщающихся сосудов. Верхняя выработка 3 (гидрокамера) служит для аккумулирования воды. Нижняя выработка 5 выполняет роль воздухосборника. Воздух непосредственно от компрессорной станции (КС) по питающему трубопроводу

поступает в пневмокамеру 5, а из нее по расходному трубопроводу направляется к потребителю. Пневмокамера перед приемом сжатого воздуха заполняется водой. По мере поступления сжатого воздуха излишний объем воды из нее вытесняется и по соединительной скважине 4 поступает в гидрокамеру. Между гидро- и пневмокамерами образуется столб жидкости, благодаря которому создается гидростатическое давление.

На основе геометрической схемы ГПА составляется система уравнений, позволяющая описать процессы происходящие при его работе в составе пневмоэнергокомплекса рудника /2/. Основные динамические процессы ГПА – переток жидкости из пневмокамеры в гидрокамеру (его зарядка) и переток жидкости в обратном порядке (его разрядка). На эти процессы влияют такие параметры, как давление Р и плотность r флюидов хранимого продукта, величина уровня поверхности жидкости, Z, площадь горизонтального сечения камеры S, время t, ускорение силы тяжести g

Исследованиями доказано, что утечка сжатого воздуха из пневмосети пропорциональна избыточному давлению заключенного в ней воздуха. Можно предположить, что аналогичный характер носит зависимость потерь сжатого воздуха из пневмокамеры. Величина их связана линейной зависимостью с площадью обнаженной поверхности пневмокамеры.

В результате анализа динамических процессов /2/, происходящих в гидропневмоаккумуляторе, включенного в состав пневмоэнергокомплекса подземного рудника получена математическая модель ГПА в виде системы дифференциальных уравнений

. (1)

Данная модель позволяет моделировать все динамические процессы в ГПА при его эксплуатации:

- переток рабочей жидкости из гидрокамеры в пневмокамеру со сжатием воздуха в пневмокамере:

Р₂₀ = 0; V₃₀ ¹ 0; V₄₀ = 0; Q₂(t) = 0; Q₃(t) = 0,

где V₃₀ и V₄₀ – соответственно суммарный объем рабочей жидкости в гидрокамере и соединительном водоводе и объем рабочей жидкости в пневмокамере в начальный момент времени, м³;

Р₂₀ – избыточное давление сжатого воздуха в пневмокамере в начальный момент времени, МПа;

- зарядка аккумулятора от компрессорной станции при отключенной пневмосети:

Q₂(t) ¹ 0 и Q₃(t) = 0;

- совместная работа аккумулятора и пневмосети при отключенной компрессорной станции:

Q₂(t) = 0 и Q₃(t) = 0 ;

- совместная работа аккумулятора, пневмосети и компрессорной станции.

Согласно уравнению баланса энергии при совместной работе компрессорной станции, аккумулятора и потребителей сжатого воздуха выводится формула /2/, позволяеющая выбрать конструктивные параметры водовода, соединяющего гидро- и пневмокамеры, отвечающие рациональным значениям динамических характеристик пневмоэнергокомплекса.

Список использованных источников

1. Проходов В.В., Рындин Э.Г. Оценка динамических параметров аккумулятора сжатого воздуха. Резервы повышения эффективности разработки рудных месторождений: Сб.научн.трудов–Усть-Каменогорск: ВНИИцветмет, 1990.–175 с.

2. Предпатент КZ 15534 кл.Е21F17/16 Гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха/ Кумыкова Т.М., Лисовский Г.Д., бюл. №3, 2005. – 4 с.