Проведення статистичних досліджень можливих схем охолодження стисненого повітря в турбокомпресорах і вибір найбільш ефективної системи. Розробка моделі термогазодинамічних процесів у апаратах альтернативної системи охолодження шахтного турбокомпресора.
Аннотация к работе
Стабільність і якість пневмопостачання гірничого обладнання в істотній мірі обумовлюється ефективністю охолодження стисненого повітря в турбокомпресорах. Це повязано з інтенсивним утворенням накипу на внутрішній поверхні труб повітроохолоджувачів через високу мінералізацію води в циркуляційній системі водопостачання турбокомпресорів, а також з утворенням пило-мастильного пригару на зовнішній поверхні труб і оребріння внаслідок роботи на забрудненому промисловими викидами й кварцитовим пилом повітрі. При цьому зростання температури повітря на виході із проміжних повітроохолоджувачів (ППО) усього на 10°С приводить до зниження продуктивності шахтного турбокомпресора на 2-4%, питомі витрати електроенергії зростають на 1,5-2%. Розробка нових технічних рішень для вдосконалення пневмопостачання гірничого обладнання вимагає наукового обґрунтування заснованого на закономірностях тепломасообмінних і газо-гідродинамічних процесів, що протікають при охолодженні повітря в турбокомпресорах шахтних компресорних станцій Таким чином, встановлення закономірностей тепломасообмінних і газо-гідродинамічних процесів у середовищі “стиснене повітря - циркуляційна вода” стосовно до умов охолодження повітря в шахтних турбокомпресорах, що шляхом розробки нових технічних рішень забезпечує стабільне постачання гірничого обладнання стисненим повітрям є актуальною науковою проблемою.Проаналізовано відомі способи охолодження повітря в турбокомпресорах: попереднє охолодження на вході в турбокомпресор, внутрішнє охолодження відводом тепла від повітря при русі його по напрямних апаратах ступенів і упорскуванням охолоджувальної рідини в потік повітря між робочими колесами (випарне), зовнішнє в повітроохолоджувачах поверхневого типу, а також різні їхні комбінації. Так потужність, споживана компресорною установкою, включає потужність, затрачену першою, другою і третьою секціями стиснення, та потужність, що витрачається на подачу води в перший і другий проміжний повітроохолоджувачі: , (1) де Nky-сумарна потужність споживана компресорною установкою, Вт; Gв-масова подача компресора, кг/с; l1, l2, l3-питома робота стиснення в першій, другій і третій секції стиснення турбокомпресора, відповідно, Дж/кг; зк-к.к.д. компресора; Vw1,Vw2-обємна витрата охолоджувальної води через перший і другий проміжний повітроохолоджувачі, м3/с; Дpw1, Дpw2-перепад тиску на першому і другому проміжних повітроохолоджувачах, Па; зн-к.к.д. насоса. , (3) де ДТР1-раціональне зниження температури повітря в першому повітроохолоджувачі, К; ДТР2-раціональне зниження температури повітря в другому повітроохолоджувачі, К; R-газова постійна; m2, m3-показник політропи стиснення в другій і третій секції турбокомпресора, відповідно; е2, е3-ступінь підвищення тиску в другій і третій секції, відповідно; лд-коефіцієнт гідравлічного опору Дарсі; cw-густина води, кг/м3; L1=l1• xn1, L2=l2• xn2-сумарна довжина труб першого і другого повітроохолоджувача по ходу, м; l1, l2-довжина труб у першому і другому повітроохолоджувачі, м; xn1, xn2-число ходів по воді в першому і другому повітроохолоджувачі; dв1, dв2-внутрішній діаметр труби першого і другого повітроохолоджувача з урахуванням забруднення, м; nx1, nx2 - число труб в одному ході в першому і другому повітроохолоджувачі; Gв-масова витрата повітря, кг/с; срв-питома ізобарна теплоємність повітря, Дж/(кг•К); cw-питома теплоємність води, Дж/(кг•К); ДTW1-збільшення температури води в першому повітроохолоджувачі, К; ДTW2-збільшення температури води в другому повітроохолоджувачі, К. Потужність, яка затрачується на кінцеве охолодження і транспортування стисненого повітря, включає: потужність, що витрачається на подачу води; потужність, що витрачається на подолання гідравлічних опорів повітроохолоджувачів; потужність, що витрачається на подолання гідравлічного опору трубопроводу: Вт, (4) де Дpw-гідравлічний опір водяної порожнини повітроохолоджувача, Па; Vw-обємна витрата води через повітроохолоджувачі, м3/с; Дрв-гідравлічний опір повітроохолоджувача по повітрю, Па; Vвв-обємна витрата стисненого повітря через повітроохолоджувачі, м3/с; Дрм-перепад тиску на магістральному трубопроводі, Па; Vвм-обємна витрата стисненого повітря в магістральному трубопроводі, м3/с. отримано вираз для раціональної по енерговитратам температури кінцевого охолодження стисненого повітря: K, (5) де лд1-коефіцієнт гідравлічного опору Дарсі для труб повітроохолоджувача; Lt=ltxn-сумарна довжина труб повітроохолоджувача по ходу, м; lt-довжина труб у повітроохолоджувачі, м; xn-число ходів по воді в повітроохолоджувачі; dв-внутрішній діаметр труби повітроохолоджувача з урахуванням забруднення, м; nx-труб в одному ході; ДTW-збільшення температури води в повітроохолоджувачі, К; жв-коефіцієнт місцевого опору повітроохолоджувача по повітрю; рк-тиск стисненого повітря на виході з компресора, Па; лд2-коефіцієнт гідравлічного опору Дарсі магістрального трубопроводу; Lm-довжина магістрального трубопроводу, м; Тср-середня температура стисненого повітря в трубопроводі, K; dm-внутрішній діамет