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 “Севуралбокситруда” (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 перспективы 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.
В диссертации, представляющей законченную научно-квалификационную работу, содержится научно обоснованное техническое решение актуальной задачи энерго- и ресурсосбережения при эксплуатации рудничных компрессорных установок.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:
1. РКУ можно считать однородной термодинамической системой, для которой рабочим телом является атмосферный воздух. Несмотря на различие в принципах действия объемных (поршневых и винтовых) и динамических (центробежных) компрессоров, термодинамические процессы, протекающие в них, могут быть приняты одинаковыми.
2. Разработан опытный стенд, оборудованный современной измерительной и регистрирующей аппаратурой с использованием компьютерной обработки данных, для испытания клапанов, позволяющий в динамике наблюдать термодинамические процессы и 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.
3. Разработана методика расчета элементов пар трения композитный материал – металл цилиндропоршневой группы для перевода компрессоров на режим работы без смазки.
4. Экспериментально доказано, что использование преобразователей частоты для регулирования производительности компрессоров позволяет стабилизировать давление сжатого воздуха в сети на минимальном значении, достаточном для технологических нужд. Такая стабилизация давления сжатого воздуха приводит к снижению удельного расхода электроэнергии и уменьшению потребления сжатого воздуха потребителями.
5. На основании проведенных исследований разработана двухэтапная программа энергосбережения при производстве сжатого воздуха.
6. Результаты исследований (прямоточные клапаны СГИ, перевод компрессоров на работу без смазки, преобразователь частоты для привода компрессоров) внедрены на шахтах ОАО “Севуралбокситруда” с экономическим эффектом 6 500 000 рублей и рекомендованы VI Всероссийским совещанием по энергосбережению для модернизации компрессорно-воздушного хозяйства промышленных предприятий.
