Проектирования и внедрения гидропневматических аккумуляторов

Колебания расхода сжатого воздуха, связанные с организацией работ рудника, относятся к устранимым колебаниям, а колебания, связанные с неравномерностью работы машиипотребителей, к неустранимым.
Современные устройства для регулирования производительности компрессоров при постоянном числе оборотов не могут регулировать подачу сжатого воздуха в полном соответствии с колебаниями расхода. Вследствие этого в воздушной сети получается избыток или недостаток сжатого воздуха, что, в свою очередь, вызывает колебания давления.
Гидропневматические аккумуляторы позволяют держать давление сжатого воздуха в воздушной сети постоянным и являются наиболее эффективным средством для повышения производительности механизмов с воздушным приводом.
Эти аккумуляторы представляют собой простое сооружение, имеющее, в отличие от подземных камерных воздухосборников, верхний водосборный бассейн и соединительный водяной трубопровод.
Гидропневмоаккумуляторы, построенные по проектам Криворожского НИГРИ, имеют существенные недостатки. Проектами НИГРИ простое устройство гидропневматических аккумуляторов превращено в сложное и дорогое сооружение, с блокировкой, сигнализацией, с пультом управления и даже, в некоторых случаях, с насосной станцией или эрлифтом и специальным обслуживающим персоналом.
Эксплуатация таких аккумуляторов ни при каких условиях не может быть экономически целесообразна.
В связи с тем, что в проектах НИГРИ дается неправильная трактовка основных предпосылок при расчете главных узлов гидропневматических аккумуляторов, необходимо проанализировать основные положения и рекомендации, которые выдвигает инженер Г. Т. Ямковой в проектах НИГРИ.
Основными расчетными элементами гидропневматических аккумуляторов, от которых зависит надежность и экономичность работы компрессорной установки в целом, являются:
1) камеры гидропневматического аккумулятора,
2) вертикальное расстояние между камерами,
3) размеры соединительного водяного трубопровода и
4) длина обратного колена.
Чтобы определить эти основные элементы, необходимо знать:
1) зависимость изменений кривой расхода от коэффициента использования рабочего времени потребителей сжатого воздуха, а также от коэффициента одновременности.
2) количество воды, протекающей в единицу времени через водяной соединительный трубопровод;
3) предельную допустимую величину гидравлических потерь в соединительном водяном трубопроводе и диапазон регулирования компрессоров.
Для действующего предприятия правильно определить емкость аккумулятора можно по реальным расходным графикам, записанным регистрирующим воздухомером. Если таких графиков нет, емкость аккумулятора определяют аналитически.
Для расчета емкости аккумулятора Г. Т. Ямковой принимает график расходов сжатого воздуха, отражающий почасовые колебания. Этот график построен из предположения, что колебания расхода сжатого воздуха вызываются только неравномерностью добычи. При этих условиях использованная Г. Т. Ямковым формула проффесор А. С. Ильичева для определения емкости аккумулятора имеет лишь символическое значение.
График Г. Т. Ямкового показывает, что работа по бурению концентрируется в середине смены на протяжении трех часов, причем коэффициент неравномерности расхода воздуха равен 1,4. При такой концентрации работ по бурению для покрытия максимального расхода сжатого воздуха компрессорная станция, даже без учета потерь на утечку, должна иметь производительность не менее 12 000 м3/час. Применением гидропневматического аккумулятора производительность компрессорной станции можно уменьшить до 8500 м3/часу т.е. на 29%, а не на 15%, как это указано в статье Г. Т. Ямкового.
Методика построения графиков расхода инженером Ямковым не указана. В разбираемом им примере длительность периода пиковой нагрузки, так же, как и ее максимальная высота, заданы произвольно. Это дает основание утверждать, что расходные графики, предлагаемые Г. Т. Ямковым, не могут быть положены в основу расчета емкости гидропневматического аккумулятора.
При определении вертикального расстояния между камерами необходимо учитывать строительную высоту нижней камеры, чего нет в расчетах НИГРИ. При определении диаметра соединительного водяного трубопровода необходимо предварительно определить расход воды.
Количество воды, протекающей через трубопровод в каждый момент, равно разности между подачей и расходом сжатого воздуха; подача остается постоянной и равной производительности компрессорной станции, а расход меняется.
Не анализируя процесс работы гидропневматического аккумулятора во взаимодействии с работой компрессорной станции, Г. Т. Ямковой не смог определить поминутные колебания расхода сжатого воздуха и принял количество протекающей воды равным производительности компрессорной станции по сжатому воздуху.
В результате такого упрощения размеры диаметра соединительного водяного трубопровода (по проектам НИГРИ 400-500 мм) не оправдываются необходимостью, повышают его стоимость и создают технические затруднения при размещении и креплении труб в стволе шахты.
Обратное колено предназначается для увеличения высоты водяного столба. Вследствие этого регуляторы производительности компрессоров последовательно, автоматически выключают их, в случае переполнения нижней камеры сжатым воздухом, чтобы предотвратить возможность прорыва его через водяной столб.
Длину обратного колена следует определять с учетом работы регуляторов производительности компрессоров. Она зависит от диапазона и количества ступеней регулирования, а также от величины гидравлических потерь в соединительном трубопроводе.
Эти исходные положения Г. Т. Ямковой не учитывает, предлагаемая им методика расчета длины обратного колена неправильна и не может обеспечить надежность эксплуатации аккумулятора без других средств блокировки.
Изоляция камеры аккумулятора — основная и наиболее трудная задача. Практика строительства гидропневматических аккумуляторов в железорудной промышленности опровергла предположения инженером Ямкового о том, что «вопрос изоляции камер трудностей не представляет».
Основная утечка сжатого воздуха происходит не путем диффузии, как полагает инженером Ямковой, а через неплотности и волосные трещины, которые с течением времени появляются в бетонной крепи камеры в результате давления горных пород. Кроме того, наибольшей утечки сжатого воздуха надо ожидать по периферии перемычки в местах заделки ее в породу.
Рекомендованные Г. Т. Ямковым средства изоляции камер несостоятельны. Бетонирование и торкретирование камер, без специальных средств изоляции, не дадут эффекта. Облицовка камеры сваренным листовым железом толщиной 4-5 мм не выдерживает критики, как с экономической, так и с технической точки зрения. Облицовка пневмо-камеры клебемассой может дать соответствующий эффект при условии тщательной подгонки швов и постоянной пластичности облицовки, однако, экономически это средство не приемлемо для широкого практического использования.
Наиболее дешевое и эффективное средство для создания воздухонепроницаемости пневмоаккумулятора — это асфальтирование. Пластичный асфальт 3-5-мм слоем наносят в горячем состоянии на внутреннюю поверхность аккумулятора, если окружающие породы сухие и не оказывают давления; в противоположном случае слой асфальта наносят на бетонную или торкретную крепь. При застывании образуется пластичная, тягучая масса, которая впрессовывается в трещины воздушным давлением обеспечивая абсолютную плотность, так как этот слой никогда не становится хрупким.
Величина утечки и затраты на сооружение и уплотнение камер гидропневмоаккумуляторов — решающий фактор для определения экономической целесообразности их применения.
Гидропневмоаккумулятордо, предназначенные только для поддержания давления, будут экономически целесообразны, если сумма стоимости утечки воздуха за год и амортизации сооружения окажется меньше 5% общей стоимости годового расхода сжатого воздуха.
Эти обстоятельства в проектах НИГРИ и в. работах инженером Ямкового также не учтены, а экономическая целесообразность применения гидропневматических аккумуляторов определяется без учета стоимости утечки воздуха.
Кроме того, при выборе места для заложения аккумулятора не учитывались: характер окружающих горных пород, трещиноватость их и близость расположения существующих горных выработок.
Выводы
4) Первые гидропневматические аккумуляторы необходимо было выполнить по наиболее простой конструктивной схеме, т.е. одна верхняя открытая выработка для воды и другая, нижняя, герметическая камера для сжатого воздуха.
Соединительный водяной трубопровод с обратным коленом и регуляторы производительности компрессоров обеспечивают необходимую автоматизацию и не требуют специального обслуживающего персонала, а также устройств для управления и специальных средств блокировки.
5) Расчет основных элементов гидропневмоаккумуляторов следует производить с учетом поминутных колебаний расхода сжатого воздуха.
6) Гидропневматические аккумуляторы дают экономический эффект не при всех условиях. Применение их может оказаться экономически нецелесообразным вследствие значительных затрат на крепление и изоляцию, если окружающие породы мягкие, рыхлые или массивно-кристаллические, трещиноватые с водоносными жилами.
7) При выборе места заложения пневматической камеры аккумулятора необходимо избегать зон нарушения. Не следует также располагать пневматическую камеру вблизи горных выработок и параллельно им. Воздухонепроницаемость пневмоаккумуляторов следует обеспечить асфальтированием их.

Записи горного дела