WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Макаров Николай Владимирович

Обоснование параметров

и РАЗРАБОТКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ШАХТНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ

Специальность 05.05.06 – «Горные машины»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Екатеринбург – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Косарев Николай Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Попов Николай Андреевич

кандидат технических наук

Волков Александр Геннадьевич

Ведущая организация – Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горного и обогатительного машиностроения «НИПИгормаш» (г. Екатеринбург).

Защита состоится «18» декабря 2008 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ГСП-126, ул. Куйбышева, 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан « » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета М.Л. Хазин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Непрерывный рост цен на энергоносители в условиях формирования рыночной экономики и сложности горно-геологических условий отработки шахтных полей поднимают проблему обеспечения технической и экономической конкурентоспособности шахт на внутреннем и зарубежном рынках на уровень наиболее актуальной задачи для угольной промышленности России. Для решения этой проблемы ускоренными темпами ведется реструктуризация действующих и проектирование новых шахт с учетом передовых достижений горной науки, создание и внедрение современной техники.

Вентиляция как основной элемент обеспечения безопасных санитарно-гигиенических условий в шахтах, будучи вспомогательным технологическим процессом, потребляет, однако, значительную часть электроэнергии от общей энергоемкости горного предприятия.

На каждую тонну добытого угля в шахту подается до 30 тонн воздуха в зависимости от горнотехнических условий и способа вентиляции. Это приводит к тому, что в себестоимости угля доля затрат на вентиляцию может превышать 25 %. Именно поэтому задачи создания высокоадаптивных шахтных вентиляторов и научно-технического обоснования рациональных вентиляционных режимов постоянно были в центре внимания ученых и специалистов в области горной механики, научно-исследовательских, проектных институтов и заводов горного машиностроения.

Известные в настоящее время средства регулирования, по принципу действия относящиеся к механическим регуляторам, не обеспечивают требуемой адаптивности шахтных центробежных вентиляторов либо отличаются сложностью конструктивного исполнения, недостаточной надежностью в условиях эксплуатации на горных предприятиях.

В результате работа высокоэкономичных шахтных центробежных вентиляторов приводит к функциональной и экономической неэффективности системы вентиляции. Для повышения адаптивности и эффективности энергопотребления шахтными центробежными вентиляторами в условиях их работы на сложную многосвязную вентиляционную систему необходимы принципиально новые, в частности, энергетические средства регулирования, подходы к обоснованию их аэродинамических параметров и конструкции. Указанные факторы лежат в основе актуальности проблемы, решаемой в диссертационной работе.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с план-заказом головной темы 0701 компании «Росуголь» в рамках целевой комплексной программы Ц070110, а также тематических планов научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «УГГУ» (Г. 5, Г. 24), проводимых по заданию Федерального агентства по образованию РФ.

Цель работы состоит в разработке метода расчета регуляторов с энергетическим управлением обтеканием для решения научной задачи повышения адаптивности высокоэкономичных шахтных центробежных вентиляторов и научного обоснования технических решений для создания энергетических устройств регулирования центробежных вентиляторов.

Идея работы основана на использовании эффекта повышения регулируемости адаптивности и экономичности центробежных вентиляторов при целенаправленном воздействии управляющего аэрогазодинамического потока на элементы проточной части устройств регулирования режима их работы.

Задачи исследований. В диссертации поставлен и решен ряд взаимосвязанных задач, основными из которых являются:

- анализ фактических параметров вентиляции угольных шахт и составление прогноза полей вентиляционных режимов;

- обоснование необходимости системного подхода к определению аэродинамических параметров энергетических регуляторов режима работы шахтных центробежных вентиляторов;

- разработка критериев эффективности энергетических регуляторов;

- изучение механизма образования потерь в энергетическом регуляторе центробежного вентилятора;

- теоретический расчет идеальной аэродинамической характеристики вращающейся круговой решетки с энергетическим регулятором;

- разработка энергетических регуляторов центробежных вентиляторов по результатам теоретических и экспериментальных исследований;

- обоснование и разработка технических условий эксплуатации шахтных центробежных вентиляторов с энергетическим регулятором.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Взаимодействие центробежного вентилятора и шахтной вентиляционной сети определяется степенью изменения кинематических параметров потока в рабочем колесе вентилятора и радиальном энергетическом регуляторе, которые находятся во взаимосвязи с показателями его функциональной и энергетической эффективности.

2. Целенаправленное воздействие управляющего аэрогазодинамического потока на элементы проточной части регулирующих устройств обеспечивает повышение адаптивности высокоэкономичных шахтных центробежных вентиляторов.

3. Зависимость характеристик радиального энергетического регулятора и критериев подобия управляющего потока от параметров аэродинамической схемы центробежного вентилятора.

4. Аэрогазодинамическая связь проточной части центробежного вентилятора и радиального энергетического регулятора обеспечивает эффективное преобразование энергии потока, тем самым позволяя существенно влиять на форму теоретической характеристики вращающейся круговой решетки с регулятором.

Методы исследований:

- анализ фактических и прогнозируемых полей вентиляционных режимов, разработка критериев эффективности энергетических регуляторов выполнены по материалам исследований НИИГМ им. М.М. Фёдорова;

- теоретическое обоснование и разработка методов аэродинамического расчета энергетических регуляторов со струйным управлением циркуляцией выполнены с использованием теории радиальной решетки профилей, теории аэрогазодинамики тел со струями, теории турбулентных струй, метода конформного преобразования, теории функций комплексного переменного и вычетов;

- основные результаты экспериментальных исследований получены с использованием методов корреляционного и регрессионного анализов и методов минимизации функций Бокса-Уилсона и покоординатного спуска.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- многосторонними теоретическими исследованиями аэродинамики энергетических регуляторов со струйным управлением обтеканием на основе современных математических методов расчета в области аэрогазодинамики и статистической обработки экспериментальных данных;

- достаточной сходимостью результатов испытаний вентиляторов, выполненных по известным аэродинамическим схемам и с энергетическими регуляторами, предложенными в диссертации;

- точностью измерений и порогом чувствительности испытательных стендов, при которых с вероятностью 0,95 погрешность исследуемых параметров потока в радиальном энергетическом регуляторе центробежного вентилятора не превышает 0,5 %, а их изменений – 10 % и сходимостью полученных аналитических уравнений с результатами физических экспериментов в пределах 5 – 7%;

- положительными результатами приемочных испытаний опытных образцов вентиляторов с энергетическими регуляторами.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

- получена картина течения в проточной части радиального энергетического регулятора центробежного вентилятора. Показана эффективность управления циркуляцией за счет энергии аэрогазодинамического потока для повышения регулируемости вентиляторов;

- разработана математическая модель аэродинамики радиального энергетического регулятора с профилями произвольной формы;

- предложен алгоритм аэродинамического расчета радиального энергетического регулятора для частных случаев формы профилей проточной части;

- получено уравнение теоретической характеристики вращающейся круговой решетки с энергетическим регулятором.

Личный вклад состоит:

- в установлении первопричин низкой функциональной и экономической эффективности вентиляторных установок угольных шахт в условиях обеспечения ими безопасных санитарно-гигиенических условий;

- в экспериментальном и теоретическом обосновании модели процесса управления циркуляцией энергетическим регулятором центробежного вентилятора;

- в разработке теории аэродинамического расчета радиального энергетического регулятора с профилями произвольной формы, а также в рассмотрении теории для частных случаев формы профилей проточной части;

- в теоретическом расчете идеальной аэродинамической характеристики вращающейся круговой решетки с энергетическим регулятором;

- в обосновании и разработке технических условий эксплуатации шахтных центробежных вентиляторов с энергетическими регуляторами.

Практическая ценность работы заключается в том, что сформулированные в ней научные и технические основы разработки энергетических регуляторов шахтных центробежных вентиляторов позволяют:

- рассчитывать показатели эффективности шахтных центробежных вентиляторов с энергетическими регуляторами на стадии их проектирования;

- разрабатывать алгоритмы синтеза и проектировать радиальные аэродинамические схемы энергетических регуляторов центробежных вентиляторов в соответствии с конкретными техническими заданиями;

- разрабатывать технические условия эксплуатации шахтных центробежных вентиляторов с энергетическими регуляторами.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы использованы для:

- обеспечения эффективного проветривания угольных шахт при комбинированном проветривании с помощью газоотсасывающих вентиляторных установок и вентиляторных установок главного проветривания;

- разработки технических условий, формуляров, руководства по эксплуатации, конструкторской документации на энергетические регуляторы газоотсасывающих вентиляторных установок УВЦГ-7М, УВЦГ-9М.

Внедрение разработанных в рамках диссертации энергетических регуляторов шахтных вентиляторов позволило повысить эффективность проветривания при отработке выемочных столбов высокопроизводительными механизированными очистными забоями на шахтах Кузбасса и Воркуты.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации докладывались на научно-практических конференциях УГГУ в период с 2006 по 2008 гг.; на научных симпозиумах «Неделя горняка МГГУ» (г. Москва, 2007, 2008 гг.); на Всероссийских конкурсах «Моя законотворческая инициатива» (г. Москва, 2007, 2008 гг.)); на научно-техническом совете Артемовского машиностроительного завода «Вентпром» (г. Артемовский, 2006, 2007 гг.); на научно-техническом совете НИПИгормаш (г. Екатеринбург, 2008 г.); на производственно-техническом совете компании «Южкузбассуголь» (г. Кемерово, 2006 г.); на Всероссийских конкурсах Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «СТАРТ-07» (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2007 г.), «СТАРТ-08» (г. Челябинск, ЮрГУ, 2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в восьми научных работах, из них три в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 124 наименования, и приложения. Работа содержит 105 страниц машинописного текста, 31 рисунок и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  1. Анализ состояния и пути повышения адаптивности шахтных центробежных вентиляторов

Анализ эффективности эксплуатации вентиляторных установок главного проветривания (ВУГП) и газоотсасывающих вентиляторных установок (ГВУ), выполненный на базе обширных экспериментальных данных депрессионных съемок и обзора информационных материалов, показал, что до 45 % потребляемой установками энергии расходуется непроизводительно. Низкая экономичность ВУГП обусловлена спецификой их эксплуатации в условиях непрерывно изменяющихся параметров шахтных вентиляционных сетей, а также существенным рассогласованием аэродинамических характеристик вентиляторов проектным и фактическим полям вентиляционных режимов.

Широкий диапазон вентиляционных режимов по расходу и давлению требует увеличения адаптивных свойств шахтных вентиляторов, увеличения глубины регулирования режимов их работы, причем взаимовлияние вентиляторов через вентиляционную систему накладывает ограничения на параметры регулируемости вентиляторов.

Комплекс шахтных вентиляторов, осуществляющих проветривание угольных шахт, должен обеспечивать такое поле распределений депрессий и расходов потоков в области, ограниченной выемочными участками и прилегающими к ним зонами выработанного пространства, при котором устраняются проявления метаноопасности и газового барьера.

Именно поэтому актуальна задача создания принципиально новых средств глубокого оперативного регулирования шахтных ВУГП и ГВУ, что позволит решить проблему безопасного и надежного проветривания при минимуме энергозатрат в условиях роста производительности угледобычи.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»