Анализ работы и повышение эффективности компрессорных установок на геологоразведочных работах

При бурении геологоразведочных скважин с продувкой газообразными агентами сжатый воздух имеет особое место.

Компрессорные установки – генерирующие пневматическую энергию, являются наиболее энергоемким оборудованием. Их удельный вес в энергетическом балансе горных предприятий составляет значительную долю [1]. Затраты на производство сжатого воздуха в течение последних лет увеличиваются в связи с ростом затрат на топливо. Увеличение объемов производства сжатого воздуха и снижение производительности компрессоров ввиду увеличения доли изношенных компрессоров с истекшим сроком эксплуатации также приводят к увеличению затрат [1].

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.

Производительность компрессора является основным его показателем, поскольку определяет степень использования оборудования и влияет на удельный расход энергоресурсов [1].

Факторами, влияющими на снижение производительности компрессорных установок, являются:

• -    потери тепловой энергии в ДВС привода компрессора;

• -    потери производительности за счет нагрева воздуха;

• -    потери за счет снижения давления;

• -    потери за счет утечки в клапанах;

• -    потери за счет вредного пространства.

На рисунки  1 показана диаграмма  потерь производительности компрессорной установки в реальных условиях по данным [2].

Уменьшение потерь в клапанах приведет к увеличению производительности компрессора. Увеличенный объем вредного пространства приводит к снижению производительности на 14,1%. Потери вследствие снижения давления в цилиндре компрессора во время процесса всасывания составляет 17,2%. Утечки сжатого воздуха снижают производительность на 10,9%. Потери за счет подогрева воздуха при всасывании составляют 7,8%.

11%

17%

Потери производительности компрессора

За счет подогрева воздуха

Утечки

50%

14%

За счет снижения давления

Фактическая производительность

За счет вредного пространства

Рис. 1. Диаграмма потерь производительности компрессора.

Потери давления в цилиндре компрессора также определяются конструктивным совершенством воздухораспределительных органов, величиной проходного сечения всасывающих клапанов и зависят от их своевременного открытия и закрытия. Тепловой режим работы компрессора в некоторой степени определяется состоянием воздухораспределительных органов. Тепловой режим связан с утечками сжатого воздуха через клапаны и величиной потерь энергии от дросселирования в клапанах.

Увеличение скорости бурения скважин с продувкой охлажденным воздухом связано с повышением энергоемкости бурения за счет применения компрессорных установок, мощность привода которых значительно больше, чем у насосов, применяемых при бурении с промывкой в аналогичных условиях.

Анализ работы передвижных компрессорных установок показывает, что значительная часть энергетических потерь приходится на ДВС привода компрессора, так как не вся сгораемая топлива преобразовывается в полезную мощность. Большее количество тепловой энергии отводится от двигателя в систему охлаждения и уносится с отработавшими газами [2]. Отвод теплоты в систему охлаждения необходим для воспрепятствования пригоранию поршневых колец, обгоранию седел клапанов, задиру и заклиниванию поршня, растрескиванию головок цилиндров и возникновению детонации. По данным [2] на рисунки 2 приведены тепловые потери дизельного двигателя.

Рис. 2. Диаграмма тепловых потерь в дизельном двигателе привода компрессора.

На геологоразведочных работах применяются поршневые и винтовые компрессорные установки производительностью 4-10 м3/мин с приводом от дизельных двигателей мощностью 25÷75 кВт и расходом топлива 6÷16 кг/ч.

Наибольшая доля потерь связана с тепловыми потерями. Поэтому, повышение КПД компрессора возможно за счет использования теплоты, отводимой системой охлаждения компрессорной установки и ДВС привода компрессора.

Использование утилизируемой теплоты позволит снизить тепловые потери в окружающую среду и повысить КПД энергоисточника.