Влияние расхода воздуха сверх нормы на потребляемую и полезную мощность источника тяги

Объем потребляемой электроэнергии с целью эффективного проветривания рудника составляет существенную, а иногда большую, часть энергопотребления подземного горного предприятия [3, 4, 8]. Он оказывает значительное влияние на издержки производства; увеличение себестоимости добываемого полезного ископаемого, рост количества участков месторождения, попадающих в разряд забалансовых, и в итоге – на сокращение прибыли горного предприятия. Анализ публикаций показал, что в настоящее время пути и способы нормализации проветривания подземных рудников изучены недостаточно, а рациональные и экономичные методы и средства их проветривания не разработаны [1].

Повышенный уровень энергопотребления системой вентиляции горного предприятия во многом определяется перерасходом электроэнергии сверх нормы, требуемой для обеспечения необходимым количеством воздуха всех потребителей. В соответствии с видами и объемом горных работ, проводимых в подземных горных выработках, в отдельные рабочие зоны и рудник в целом требуется подавать определенное количество воздуха в единицу времени. Для чего источник тяги (ГВУ, ВВУ, ПВВУ, ППВУ, ВМП и т.д.) должен быть способен создать необходимую разность давлений.

Потребляемая источником тяги мощность N (кВт) будет определяться по формуле [2]

Фит ' "ит

N =---------

1000 ’ ^ву • ^п , где Фит – производительность источника тяги, м3/с; ^ит – развиваемое источником тяги давление, Па; ^ВУ – коэффициент полезного действия вентиляторной установки в указанном режиме работы, отн.ед.; ^п – коэффициент полезного действия привода вентилятор-

ной установки в указанном режиме работы, отн.ед.

При этом действительная полезная мощность N (кВт), развиваемая источником тяги, определяется по формуле [6]

Сит ' "ит

Д 7 — -------- д 1000

,

где Сит – подача (производительность) источника тяги, м3/с; лит – развиваемое источником тяги давление, Па.

Кривая характеристики любой вентиляционной сети описывается уравнением [9, 6, 7]

, где Л - перепад давления вентиляционной сети, Па; Л – общее аэродинамичекое сопротивление вентиляционной сети, Н⋅с2/м8; С– общий расход воздуха в вентиляционной сети, м3/с.

Отсюда развиваемое источником тяги давление ^ит, необходимое для того, чтобы обеспечить рассматриваемую вентиляционную сеть требуемым уровнем расхода воздуха, пропорциональным квадрату величины производительности источника тяги Сит , а также общему аэродинамическому сопротивлению вентиляционной сети :

^ит ~ ^ ■ Сит2

.

Полезная мощность N , развиваемая источником тяги:

К ' Сит³

N = ----- д юоо

.

Анализ формулы показывает, что величина действительной полезной мощности источника тяги N пропорциональна кубу величины производительности данного источника тяги :

*д~ИТ3

.

Запись формулы именно в таком виде более приемлема в данном случае, чем традиционная запись данного выражения в виде произведения величины давления, развивае- мого источником

тяги, и величины его про- изводительности, деленной на тысячу. Это объясняется тем, что на данном этапе нет необходимости в поиске рабочей точки источника тяги, а значит, и нет необходимости в вычислении развиваемого источником тяги давления. С другой стороны, данное выражение наглядно отражает первичные условия поставленной задачи: аэродинамическое со-

А.И. Петров противление вентиляционной сети и расход воздуха, который должен быть обеспечен в данной вентиляционной сети.

Представим абсолютную величину перерасхода воздуха в какой-либо вентиляционной сети следующим образом:

, где Стр – количество воздуха, требуемое для обеспечения эффективного проветривания всех фактических на рассматриваемый момент потребителей воздуха.

Тогда

= M2ze±^c£ = д 1000

£J^V + 3J^/jAC^

.

Абсолютный перерасход полезной мощности:

Д-^д — Дд — ^тр , где Дтр – действительная полезная мощность, необходимая для подачи в вентиляционную сеть количества воздуха, требуемого для обеспечения эффективного проветривания всех фактических на рассматриваемый момент потребителей.

тр 1000

.

Относительный перерасход полезной мощности:

(*, - "тр) • 100

Д^ =

^

.

Относительный и абсолютный перерасход воздуха:

ДО • 100 ^=-^—

лв = ^1®2 100

.

Выразим относительный перерасход полезной мощности через относительный перерасход воздуха:

10000 .

= з•дс% +

3 ■ ДСк

Анализ полученной математической зависимости относительного перерасхода полезной мощности Д^ от относительного перерасхода воздуха дс^ показал:

График зависимости величины относительного перерасхода полезной мощности л^ ГВУ от относительного перерасхода воздуха Д%

• -    величина относительного перерасхода полезной мощности не зависит от характеристики вентиляционной сети рудника, т. е. от ее аэродинамического сопротивления;

• -    величина относительного перерасхода полезной мощности не зависит от характеристики источника тяги;

• -    величина относительного перерасхода полезной мощности определяется только величиной относительного перерасхода воздуха.

Зависимость относительного перерасхода полезной мощности ^ (%) от относительного перерасхода воздуха АСад (%) будет иметь вид, изображенный на графике.

Абсолютный перерасход полезной мощности, выраженный через абсолютный перерасход воздуха, можно записать следующим образом:

^д=^-^ = "моо^'^'^13'9’’^2'1’4'^

В отличие от относительного, абсолютный перерасход полезной мощности будет являться функцией от аэродинамического сопротивления л вентиляционной сети и количества воздуха Стр , требуемого для обеспечения эффективного проветривания всех фактических на рассматриваемый момент потребителей воздуха в рассматриваемой вентиляционной сети.

Полученная зависимость относительного перерасхода полезной мощности ^ от относительного перерасхода воздуха AQ^ была проверена на математической модели вентиляционной сети южного участка рудника объекта «Горнодобывающее и перерабаты- вающее предприятие на месторождении “Нежданинское”», построенной с помощью программного комплекса «АэроСеть 2D», позволяющего выполнять расчет распределения потоков воздуха по вентиляционной сети.

Для построенной модели вентиляционной сети рудника в соответствии с нормативными расходами воздуха во всех предполагаемых рабочих зонах был подобран источник тяги, вентиляторная установка ВОД-18. Путем изменения скорости вращения рабочего колеса вентиляторной установки от 500 до 1000 об/мин с интервалом изменения 50 об/мин, были получены данные, отражающие зависимость изменения величины подачи вентиляторной установки С и ее активной мощности ^а от скорости вращения рабочего колеса П (таблица). Для рассматриваемых режимов работы вентиляторной установки были рассчитаны величины абсолютного AQ и относительного AQ^ перерасходов воздуха, а также абсолютного д^ и относительного А*^ перерасхода мощности.

Полученная таким путем зависимость «относительный перерасход полезной мощности источника тяги – относительный перерасход воздуха » идентична ранее полученной. Графические изображения указанных зависимостей будут полностью совпадать, тем самым подтверждая друг друга.

, об/мин	, м3/мин	, кВт	, м3/мин	, %	, кВт	, %
500	5124	9,3	0	0	0	0
550	5637	12,4	513	10,01	3,1	33,33
600	6149	16,1	1025	20,00	6,8	73,12
650	6662	20,4	1538	30,01	11,1	119,35
700	7174	25,5	2050	40,00	16,2	174,19
750	7687	31,4	2563	50,01	22,1	237,63
800	8199	38,1	3075	60,01	28,8	309,68
850	8711	45,7	3587	70,00	36,4	391,39
900	9224	54,2	4100	80,01	44,9	482,79
950	9736	63,8	4612	90,00	54,5	586,02
1000	10249	74,4	5125	100,01	65,1	700,00

Таким образом, величина действительной полезной мощности, развиваемой источником тяги (вентиляторной установкой), главным образом определяется величиной подачи воздуха в вентиляционную сеть, на которую работает данный источник тяги. Величина прироста полезной мощности не пропорциональна соответствующему ей приросту расхода воздуха, и даже небольшое увеличение производительности источника тяги сверх нормы приводит к существенному перерасходу полезной и потребляемой мощности.