Проектиране на руднични пневматични мрежи с помощта на еим



Дата18.07.2016
өлшемі96.59 Kb.


Годишник на Минно-геоложкия университет "Св. Иван Рилски"


том 44-45, свитък III, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, София, 2002, стр. 21-23
проектиране на руднични пневматични мрежи с помощта на еим


Георги Фетваджиев

Диана Дечева

Здравко Илиев

Минно-геоложки университет

“Св. Иван Рилски”

София 1700, България


Минно-геоложки университет

“Св. Иван Рилски”

София 1700, България


Минно-геоложки университет

“Св. Иван Рилски”

София 1700, България


Резюме


Разработен е уточнен метод за проектиране на руднични пневматични мрежи (РПМ), послужил като словесен алгоритъм за съставяне на програма в среда на MATLAB за персонални компютри. Методът позволява от голям брой варианти на основните параметри да се определи оптималния вариант на РПМ по отношение на капиталните и експлоатационни разходи. Програмата дава информация за РПМ по отношение на основните параметри, както в процеса на разрастване на рудника, така и при отделните етапи от изграждането й. Оптимизирането на основните параметри при проектирането увеличават ефективността на РПМ при експлоатация.


При проектирането на руднични пневматични мрежи е необходимо да се вземат предвид следните основни изисквания на които те трябва да отговарят:

  • да доставят на потребителите необходимите коли­чества сгъстен въздух с определено налягане и мини­мални обемни загуби;

  • капиталните разходи да бъдат минимални;

  • експлоатационните разходи да бъдат минимални;

  • с развитието на рудника да се разгръща и пневма­тичната мрежа без да се влошават икономическите й показатели.

Изискването за минимални капитални разходи се изпъл­нява със залагането на минимален диаметър на оразме­рявания тръбопровод, а изискването за минимални експ­лоатационни разходи се удовлетворява с минимални за­губи на налягането, които са толкова по-малки колкото е по-голям диаметър на същия тръбопровод. Тези взаимно­противоречащи си изисквания довеждат до големи разли­чия и неточности при различните методи за проектиране на пневматични мрежи.


Развитието на всеки рудник е съпроводено с промяна на броя на потребителите, промяна на доставяните коли­чества сгъстен въздух, усложняване на разпределителната мрежа и увеличаване на общата дължина на тръ­бопроводите. В известните методи за проектиране рудничните пневматични мрежи се приемат стационарни непроменящи се във времето, при максимален брой пот­ребители, максимални разходи на сгъстен въздух и мак­симални дължини на тръбопроводите. Така проектирана рудничната пневматична мрежа е нерационална, не са известни точните разходи на сгъстен въздух по отделните й участъци, както и общите разходи в различните етапи от строителството и експлоатацията й. Тези методи за про­ектиране на рудничните пневматични мрежи (Гарбуз, 1961; Смородни, 1980; Цейтлин, Мурзин, 1985; Янков, 1980) използват емпирични формули, номограми и малки диапа­зони на скоростите на транспортирания сгъстен въздух.
За да бъде отговорено най-пълно на изброените по-горе основни изисквания към рудничните пневматични мрежи е разработен метод за проектирането им базиращ се на най-изгодната скорост на движение на сгъстения въздух по тръбопроводите, при която капиталните и експлоата­ционните разходи могат да бъдат оптимизирани. Освен това за всеки етап от развитието на мрежата може да се получава информация за основните й параметри. Разра­ботеният метод е послужил като основен алгоритъм за съставянето на програма в средата на MATLAB за персо­нални компютри. Въвеждането на входните данни се из­вършва в матричен вид съгласно топологията на пневма­тичната мрежа.
Същността на метода се състои в пресмятане на вът­решните диаметри на тръбопроводите, което се извършва последователно от най-отдалечения пункт на потребление към компресорната станция. Приема се, че налягането във всички пунктове на потребление е еднакво и равно на най-високото номинално налягане на потребителите. Определя се разходът на сгъстен въздух във всеки пункт на потребление, всеки участък от мрежата и за ця­лата мрежа, т.е. на изхода на компресорната станция. Това се осъществява с помощта на известни аналитични методи (Дегтяров, 1987; Смородни, 1980; Цейтлин, Мурзин, 1985). Следва изчисляване на вътрешните диа­метри и загубите на налягане за всеки участък от пневма­тичната мрежа.
Оразмеряването на пневматичната мрежа се извършва на два основни етапа. Първият се състои в пресмятане на голям брой варианти на магистралния тръбопровод и на­миране на оптималния от тях, т.е. този при който сумар-ните капитални и експлоатационни разходи са минимални при скорост на въздуха в допустимите граници. Вторият етап включва пресмятане на диаметрите на разклонител­ната мрежа и общите технико-икономически показатели.
Вътрешните диаметри на участъците на магистралния тръбопровод се пресмятат по равенството за определяне на разход на свиваем флуид през определено сечение:


,

(1)

където:


F е площта на сечението на тръбопровода от оразмерения участък, m2;

u - скорост на сгъстения въздух в тръбопровода, m/s;

Vy - обемен разход на сгъстен въздух през участъка, m3/s;

0 - плътност на атмосферния въздух, kg/m3. За нормални условия се приема, че 0 = 1,2 kg/m3 (Смородни, 1980).

ср - средна плътност на сгъстения въздух в участъка, kg/m3.
В съществуващите методи за проектиране на руднич­ните пневматични мрежи (Цейтлин, Мурзин, 1985; Янков, 1980) се препоръчва диапазона на най-изгодните скорости на движение на сгъстения въз­дух по тръбопроводите да се приеме от 6 до 10 m/s. Дългогодишните изследвания в Ленинградския минен институт (Смородни, 1980) показват, че този диапазон може да се разшири от 4 до 12 m/s.
Средната плътност на сгъстения въздух в участъците се определя по формулата:


,

(2)

където:


pср е средно налягане в тръбопровода, равно на средноаритметичната стойност между началното и крайното налягане в същия тръбопровод, Ра;

R - газова константа. Равна е на 287 J/kgK;

Тср - средна абсолютна температура на сгъстения въздух в тръбопровода, К.
Като се изрази площта чрез вътрешния диаметър на участъковия тръбопровод Dy и се вземат предвид стой­ностите на r0, u, R и rср от формула (2) за изчислявания вътрешен диаметър от равенство (1) се получава следната уточнена формула:


.

(3)

Загубите на налягане в същия тръбопровод се определят по формулата на Дарси-Вайсбах (Цейтлин, Мурзин, 1985):



,

(4)

където:


Му е масов разход на сгъстен въздух през участъка, kg/s.


,

(5)

Ly - дължина на участъка, m.




,

(6)


- проектна дължина на участъка, m.
Дължината на всеки участък се увеличава с 15 % за компенсиране на наклона на тръбопроводите и загубите на дължина в резултат на монтажните работи.
За всечи изчислен вариант на магистралния тръбо­провод на пневматичната мрежа се получават данни за Vy, My, p, pср и Dy. По тези данни се изчисляват общия обемен разход на сгъстен въздух през пневматичната мрежа Vпм, и налягането на изхода на компресорната станция ркс.
Магистралният тръбопровод може да бъде изчислен в произволно голям брой варианти. При приетата разлика в скоростите на въздуха в различните варианти 0,1 m/s се получават 81 варианта на магистрален тръбопровод отговарящ на нуждите на конкретното пневматично стопанство. Всички тези варианти са оразмерени за нормална работа на пневматичните потребители, но не всеки от тях е достатъчно икономичен по отношение на сумарните капитални и експлоатационни разходи.
Оптималният вариант, при който пневматичната мрежа ще има благоприятни стойности на Dy и p се определя чрез съпоставяне на загубите и диаметрите при едни и същи скорости на сгъстения въздух с помощта на разработената програма. Тя дава данни както в числен така и в графичен вид. По изчислените варианти се определя за всеки от тях среден диаметър Dср и сумарни загуби на налягане Dp. Тези параметри позволяват да се построят графики на функциите Dср = f(u) и Dp = f(u), които са от вида показани на фиг. 1.
В таблица 1 са посочени основните параметри на вариантите на магистралния тръбопровод използвани за оптимизиране на разходите.
Таблица 1

У-к



Vy,

m3/s



My,

kg/s


Dpy,

MPa


pср,

MPa


Dy,

m


Dср, m

åDp, Mpa


pкс, МРа

вариант № .......... ; =


























Фигура 1.


Пресечната точка на кривите Dср и åDp определя оптималните стойности на средния диаметър, загубите на налягане и скоростта на сгъстения въздух, т.е. оптималния вариант на магистралния тръбопровод, а именно Dср0, åDp0 и u0. Този вариант се получава при точно определена оптимална скорост на въздуха, но при определянето й са използвани средни вътрешни диаметри и сумарни загуби. За да се получат стандартните вътрешни диаметри на тръбопроводите при оптимални разходи се извършва преизчисляване на магистралния тръбопровод при определената оптимална скорост на въздуха (u=u0).
Оптимизиране на вариантите на основните параметри на пневматичната мрежа се извършва само при оразме­ряването на магистралния тръбопровод, защото при него­вото строителство се усвояват основните капитални вло­жения, през него преминават всички количества сгъстен въздух и при него се отчитат големите загуби на налягане.
Вторият етап от проектирането на рудничната пневма­тична мрежа, което се състои в определяне на вътрешните диаметри на тръбопроводите на разклонителната мрежа при известни загуби на налягане в тях, се извършва с помощта на формула (4) предварително решена относно вътрешния диаметър Dу. Всички данни се дават в табличен вид по участъци на разклонителната мрежа.
Разработената програма за персонални компютри дава информация за диаметрите на всички тръбопроводи на пневматичната мрежа, за обемните разходи на сгъстен въздух за всеки участък, за части от пневматичната мрежа и за цялата мрежа. Тя може да преизчислява разходите и диаметрите на тръбопроводите при промяна на броя на потребителите и при промяна на дължините на тръбопро­водите.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ


  1. Уточненият метод за проектиране на руднични пневматични мрежи, включващ разширяване на диапазона най-изгодни скорости на движение на сгъстения въздух, е послужил като словесен алгоритъм за съставяне на програма в среда на MATLAB за персонални компютри.

  2. Методът позволява от голям брой варианти на основните параметри на магистралния тръбопровод на рудничната пневматична мрежа, с помощта на ЕИМ, да се определи оптималният вариант по отношение на капиталните и експлоатационни разходи.

  3. Разработената програма за ЕИМ може да дава информация за основните параметри на пневматичната мрежа не само в нейния статичен вид, но и при промяна на броя на потребителите, промяна на дължините на участъците, както и на отделните етапи от изграждането й в процеса на разработване на рудника.

  4. Определянето чрез ЕИМ на основните параметри на рудничната пневматична мрежа намалява многократно времето за проектирането й и увеличава ефективността й.

ЛИтература


Гарбуз Д. Л. 1961. Рудничные пневматические установки. М. ГНТ ИГД.

Дегтярев В. И. 1987. Снижение потерь в шахтных пневмоэнергостемах, Киев. Техника.

Смородни С. С. 1980. Проектирование рудничных воздухопроводных сетей, Л. МВССО.

Цейтлин Ю. А., В. А. Мурзин. 1985. Пневматические установки шахт, М. Недра.



Янков С. Р. и др. 1980. Нормативи и правила за технологично проектиране на подземни рудници, С. НИПРОРУДА, Техника.



Препоръчана за публикуване от
катедра “Механизация на мините” на МЕМФ








Достарыңызбен бөлісу:


©dereksiz.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет