Пути энергосбережения на пневматической установке рудника «Холбинский»

рода в данном случае обеспечивает при свертках системы отрицательную обратную связь. Если использовать рычаг второго рода, в котором i > 0, то обратная связь в системе будет положительной, что изменяет знак в характеристическом уравнении системы - он становится отрицательным (знак «минус»). Учет особенностей рычажных связей приводит к тому, что динамические свойства систем будут различными при различных типах рычажных связей.

Работа выполнялась совместно с Паршутой Е.А. по гранту ФЦП «Научные и педагогические кадры Инновационной России» на 2012-2013 гг. (мероприятие 1.3.2 - естественные науки) №14.132.21.1362 по теме «Мехатроника виброзащитных колебательных систем».

Статья поступила 16.06.2014 г.

Библиографический список

1. Махутов Н.А., Петров В.П., Куксова В.И., Москвитин Г.В. Современные тенденции развития научных исследований по проблемам машиноведения и машиностроения // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2008. № 3. С. 3-19.

2. Механизмы в упругих колебательных системах: особенности учета динамических свойств, задачи вибрационной защиты машин, приборов и оборудования / Хоменко А.П., Елисеев С.В., Артюнин А.И., Паршута Е.А., Каимов Е.В.; Ирк. гос. ун-т путей сообщ. Иркутск, 2013. 187 с. Деп. в ВИНИТИ 15.08.2013, №243. - В 2013.

3. Елисеев С.В., Артюнин А.И., Каимов Е.В. Особенности динамических взаимодействий в схемах подвески транспортных средств с устройствами для преобразования движения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 7. С. 11-20.

4. Елисеев С.В., Ермошенко Ю.В., Большаков Р.С. Рычажные связи в динамических взаимодействиях механических колебательных систем с двумя степенями свободы // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 1-2. С. 6-12.

5. Лаврусь В.В. Совершенствование пневматических рычажно-шарнирных систем железнодорожного транспорта: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Орел, 2006. 20 с.

6. Иванов Б.Г. Разработка методов расчета динамики и прочности агрегатов транспортной техники с рычажно-шарнирными связями: автореф. дис. . д-ра техн. наук. Самара, 2007. 48 с.

7. Елисеев С.В., Резник Ю.Н., Хоменко А.П. Мехатронные подходы в динамике механических колебательных систем. Новосибирск: Наука, 2011. 394 с.

8. Белокобыльский С.В., Елисеев С.В., Кашуба В.Б. Прикладные задачи структурной теории виброзащитных систем. СПб.: Политехника, 2013. 364 с.

УДК 681.5

ПУТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ РУДНИКА «ХОЛБИНСКИЙ»

© С.Ю. Красноштанов1, М.В. Корняков2, Е.А. Дмитриев3, А.И. Найденов4

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Выполнен анализ производства сжатого воздуха на руднике «Холбинский». Выявлено, что пневматическая установка на предприятии используется нерационально: в течение суток сжатый воздух потребляется нерегулярно и непланомерно. В результате наблюдаются большие потери энергоресурсов. Предложены мероприятия по регулированию производительности и, как следствие, экономии электроэнергии на пневматической установке рудника «Холбинский». Ил. 2. Табл. 3. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: пневматическая установка; регулирование производительности; компрессоры; энергосбережение.

1Красноштанов Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, зав. кафедрой горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405869, e-mail: sk@istu.edu

Krasnoshtanov Sergei, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405869, e-mail: sk@istu.edu

2Корняков Михаил Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405080, e-mail: kornikov@istu.edu

Kornyakov Mikhail, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405080, e-mail: komikov@istu.edu

3Дмитриев Евгений Алексеевич, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405101, e-mail: gm_gor@istu.edu

Dmitriev Evgeny, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405101, e-mail: gm_gor@istu.edu

4Найденов Алексей Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405101, e-mail: gm_gor@istu.edu

Naidenov Aleksei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405101, e-mail: gm_gor@istu.edu

ENERGY SAVING METHODS AT "KHOLBINSKY" MINE PNEUMATIC PLANT S.Yu. Krasnoshtanov1, M.V. Kornyakov2, E.A. Dmitriev3, A.I. Naidenov4

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article analyzes the production of compressed air at "Kholbinsky" mine. It is found that the enterprise misuses a pneumatic plant: daily air consumption is sporadical and irregular. It results in large energy losses. Measures aimed at air production regulation and energy savings on the pneumatic plant of "Kholbinsky" mine are proposed. 2 figures. 3 tables. 3 sources.

Key words: pneumatic plant; production control; compressors; energy saving.

Рудник «Холбинский» ОАО «Бурятзолото» ведет добычу и обогащение рудного золота на территории Республики Бурятии в южной части Саянских гор. На предприятии широко используется пневматическая энергия для бурильных установок и погрузочных машин, вентиляторов местного проветривания и насосов, тормозов подъемных машин и др.

Выработка сжатого воздуха производится поршневыми компрессорами с суммарной производительностью 446 м3/мин, установленной мощностью электродвигателей 2870 кВт (табл. 1).

Годовая выработка сжатого воздуха компрессорной станцией составляет 60,0 млн м3, при этом расходуется более 9 млн кВтч электроэнергии, или 20% от общего энергопотребления рудника. Удельный расход электроэнергии на выработку 1 м3 сжатого воздуха -0,115 кВт-ч/м3. Таким образом, пневматическая энергия является одной из самых дорогих видов энергии, используемых на руднике. Для поиска основных путей энергосбережения и повышения эффективности установки предприятия выполнен системный анализ производства, распределения и использования пневматической энергии.

Пневматические приемники сжатого воздуха: перфораторы ПТ-48, погрузочные машины ППН-1С, буровые станки НКР-100, буровые каретки СБКН-1С, лебедки ЛТ-2, комплексы КПВ-1 и другие - работают циклично, в повторно-кратковременном режиме. Такая организация производства создает нагрузку на компрессорную станцию случайного характера и вызывает несоответствие между производительностью компрессорной станции и потреблением сжатого воздуха. При уменьшении расхода сжатого воздуха в начале и конце рабочей смены, при технологических перерывах давление на выходе компрессорной станции возрастает, достигая максимального значения 0,77 МПа (7,9 кгс/см2). При увеличении потребления, когда включа-

ется максимальное число пневмоприемников, давление в пневмосети снижается до 0,68 МПа (6,7 кгс/см2). Сложившийся режим работы компрессорной станции является крайне неэкономичным и ведет к значительному перерасходу электроэнергии, достигающему 20% и более.

Суточный график работы компрессорной станции представлен в табл. 2 и на рис. 1.

Из таблицы и рисунка видно, что потребление сжатого воздуха пневмоприемниками в течение суток крайне неравномерное, изменяется от 4,5-103 до

Таблица 1

33

12,7-10 м /ч, т.е. в 3 раза. Модифицируется и давление в пневмосети: от 0,68 до 0,77 МПа. Для повышения эффективности и снижения энергопотребления на руднике в часы минимального потребления сжатого воздуха производится регулирование производительности компрессорной станции путем остановки компрессора К5 с 18 до 22 часов и снижением производительности компрессоров К4 и К1 до 50 % от номинальной с 19 до 22 час. Однако достичь полного регулирования не удается, в результате давление в пнев-мосети колеблется от 0,68 до 0,77 МПа.

Для установления закономерности изменений давления на выходе компрессорной станции производились измерения в течение 5 месяцев (июнь, июль, август, сентябрь, октябрь). Всего было записано 1740 значений, по ним составлены вариационные ряды распределения давления с интервалом 0,01 МПа, или 0,1 кгс/см2 (табл. 3).

Параметры теоретического нормального распределения: математическое ожидание 7,3193; стандарт 0,1497; коэффициент вариации 2,0; показатель асимметрии 0,104; показатель эксцессии 0,185; значения критерия ХИ-квадрат 200,15.

Гистограмма, теоретические дифференциальные и интегральные функции распределения давлений представлены на рис. 2.

Компрессорная станция рудника «Холбинский»

№ п/п Марка компрессора Кол-во Производительность, м3/мин Избыточное давление Ном. мощность, кВт Обозначение

кгс/см2 МПа

1 4М10-100/8 1 100 8,0 0,78 630 К1

2 2М10-50/8 1 50 8,0 0,78 320 К2

3 2М10-63/8 1 63 8,0 0,78 400 КЗ

4 2М10-50/8 1 50 8,0 0,78 320 К4

5 2М10-63-8 1 63 8,0 0,78 400 К5

6 4М10-120/8 1 120 8,0 0,78 800 К6

Всего 6 446 2870

Таблица 2

Суточный график работы компрессорной станции рудника_

Часы К1 К2 КЗ К4 К5 Р, кгс/см2 10, ^ 3 ОчАС, м

100 50 63 50 63 м /мин

8 75 - - - 31,5 6,9 106,5 6390

9 75 - - - 31,5 7,0 106,5 6390

10 100 - - 50 63 6,9 213 12780

11 100 - - 25 63 7,0 188 11280

12 100 - - 50 31,5 7,0 181,5 10890

13 100 - - 50 31,5 6,9 181,5 10890

14 50 - - 50 31,5 6,9 131,5 7890

15 100 - - 50 31,5 7,0 181,5 10890

16 100 - - 50 31,5 7,0 181,5 10890

17 100 - - 50 31,5 6,9 181,5 10890

18 75 - - 50 - 6,9 125 7500

19 50 - - 25 - 6,9 75 4500

20 50 - - 25 - 6,7 75 4500

21 75 - - 25 - 7,0 100 6000

22 75 - - 25 - 7,0 100 6000

23 100 - - 50 63 6,9 213 12780

24 100 - - 50 63 6,8 213 12780

1 100 - - 25 31,5 6,9 156,5 9390

2 100 - - 25 31,5 6,7 156,5 9390

3 100 - - 50 63 6,7 213 12780

4 100 - - 50 63 6,8 213 12780

5 75 - - 50 31,5 6,8 156,5 9390

6 75 - - 50 31,5 7,0 181,5 10890

7 75 - - 25 - 6,9 100 6000

Итого 223860

Рис. 1. График выработки сжатого воздуха на компрессорной станции рудника в течение суток

Таблица 3

Эмпирическое и теоретическое нормативное распределение давления_

Класс, Частота Частость Плотность Накопл. Частота Частость Накопл.

кгс/см2 эмпирич. эмпирич. частота эмпирич. теоретич. теоретич. частость теоретич.

6,7-6,8 2 0,0011 0,0115 0,0011 0,5 0,0003 0,0003

6,8-6,9 5 0,0029 0,0287 0,0040 3,9 0,0022 0,0025

6,9-7,0 43 0,0247 0,2471 0,0287 23,7 0,0136 0,0161

7,0-7,1 73 0,0420 0,4195 0,0707 93,7 0,0538 0,0700

7,1-7,2 265 0,1523 0,5230 0,2230 241,4 0,1387 0,2087

7,2-7,3 250 0,1437 1,4368 0,3667 405,9 0,2333 0,4420

7,3-7,4 617 0,3546 3,5460 0,7213 445,7 0,2561 0,6981

7,4-7,5 265 0,1523 1,5230 0,8736 319,6 0,1837 0,8818

7,5-7,6 205 0,1178 1,1782 0,9914 149,6 0,0860 0,9678

7,6-7,7 15 0,0086 0,0862 1,0000 45,7 0,0263 0,9940

Р

0,3901

1,0 _

0,9_ 0,8 0,7 и 0,6 0,5 и 0,4_ 0,3_ 0,2_ 0,1 0,0 J

0,3546 и 0,3191. 0,2837. 0,2482. 0,2128_ 0,1773 _ 0,1418_ 0,1064_ 0,07090,0355

0,0000

0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,77

Р

МПа

Рис. 2. Гистограмма (1), теоретические дифференциальные (2) и интегральные (3) функции

распределения давления

Изменение давления на выходе компрессорной станции, соответствующее нормальному распределению, представлено выражением

/ ( ^ ) =

1

0,1497>/2^

ехр

(р-7,3193) 2 • 0,14972

В компрессорной станции рудника «Холбинский», где установлено 6 поршневых оппозитных компрессоров типа 2М10-50/8, 2М10-63/8, 4М10-100/8, 4М10-120/8, регулирование производительности возможно осуществлять только тремя способами:

- периодической остановкой;

- с помощью клапанов-байпасов;_

- регулированием электропривода от тиристорно-го преобразователя частоты.

Разные способы регулирования дают различную эффективность, поэтому необходимо выбрать наиболее результативный.

Периодическая остановка одного или нескольких компрессоров в междусменный перерыв достаточно экономичный способ. Его недостаток состоит в том, что при прямом пуске синхронного двигателя пусковой ток в 5-7 раз превышает номинальное значение. Это вызывает чрезмерный износ компрессора и электродвигателя. Рекомендуется установить устройство для плавного безударного пуска высоковольтного (6 кВ) двигателя УБПВД, с помощью которого обеспечивает-

ся плавный пуск синхронного двигателя с небольшим пусковым током, равным номинальному значению. В компрессорной станции рудника достаточно одного такого устройства для всех 6 компрессоров.

В оппозитных поршневых компрессорах, установленных в компрессорной рудника, регулирование производительности осуществляется путем перепуска воздуха из рабочих полостей цилиндров во всасывающие полости с помощью клапанов-байпасов. Таким образом достигается ступенчатое изменение производительности со 100 до 75; 50; 25; 0%. Недостаток способа состоит в том, что удельный расход электроэнергии на сжатие 1 м3 воздуха при регулировании увеличивается в 1,2-1,4 раза.

Наиболее современным способом регулирования компрессоров является регулирование с помощью преобразователей частоты электропривода. Этот способ признан одним из наиболее энергосберегающих и ресурсосберегающих механической части компрессоров. Система автоматического регулирования позволяет поддерживать давление в пневмосети на постоянном уровне независимо от изменяющегося расхода воздуха. При увеличении давления в пневмосети вы-

ше оптимального значения снижаются и частота вращения двигателя, и производительность компрессора.

Существенным резервом повышения эффективности пневматической установки рудника является также утилизация теплоты, отводимой от сжатого воздуха. В настоящее время нагретая в компрессоре вода подается на башенную градирню, где охлаждается, и возвращается обратно. Тепловая мощность нагретой воды в компрессорной превышает 200 кВт. Нагретую воду следует использовать в душевых и в котельной.

Рекомендуется и реконструкция схемы охлаждения компрессоров с мая по октябрь, во время таяния снега. Направляя холодную воду из протекающего неподалеку от рудника горного ручья непосредственно в систему охлаждения, можно отключить градирню на этот период. Экономический эффект от отключения двух вентиляторов по 8 кВт, двух насосов по 5 кВт, от ежедневной доставки испаряющейся воды автомобильным транспортом, от повышения КПД компрессоров за счет лучшего охлаждения составит более 400 тыс. руб. в год.

Статья поступила 30.05.2014 г.

Библиографический список

1. Леоненко С.С., Дмитриев Е.А. АС 1310790 СССР, МКИ ООБ Е 1/70. Автоматический регулятор коэффициента мощности. № 3994094/24-07. Заявка от 24.12.85. Опубл. 15.05.87. Бюл. № 18.

2. Огнев Н.Г., Дмитриев Е.А. Патент 2056564. РФ, МКИ П6К 15/14. Дискополосовой самодействующий клапан. РФ,

№ 93008988/06. Заявка от 16.02.93. Опубл. 20.03.96. Бюл. № 8.

3. Миняев Ю.Н. Энергосбережение при производстве и распределении сжатого воздуха на горных предприятиях. Екатеринбург: Изд-во ЕГУ, 2010. 138 с.

УДК 539.3

АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ТРЕХСЛОЙНОЙ ПАНЕЛИ С ЛЕГКИМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ

© Н.В. Осадчий1, В.Т. Шепель2

Научно-производственное объединение «Сатурн», 152903, Россия, Ярославская обл., г. Рыбинск, пр. Ленина,163.

Представлено аналитическое решение задачи поперечного изгиба трехслойной панели из композита с легким заполнителем, толщина которого больше толщины обшивок, при условии, что две противоположные кромки удлиненной панели опираются на шарниры. Выявлено хорошее совпадение результатов, полученных на основе аналитического решения, с показателями конечно-элементного расчета для плоской и объемной моделей. Разработанные методы послужат эффективной основой для исследования прочности панелей звукопоглощающих конструкций.

Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 1 назв.

Ключевые слова: трехслойная панель; легкий заполнитель; конечно-элементные модели.

ANALYTICAL AND NUMERICAL STUDY OF STRENGTH PROPERTIES OF THREE-LAYER PANEL WITH LIGHTWEIGHT CORE N.V. Osadchii, VX Shepel

NPO Saturn,

163 Lenin pr., Rybinsk, Yaroslavl region, 152903, Russia

1Осадчий Николай Васильевич, кандидат технических наук, эксперт конструкторского отдела прочности, тел.: 89206522794. Osadchii Nikolai, Candidate of technical sciences, Expert of Construction Department of Durability, tel.: 89206522794.

2Шепель Вячеслав Тимофеевич, доктор технических наук, профессор, начальник конструкторского отдела сертификации, тел.: 89605386407, e-mail: sshepel@yandex.ru

Shepel Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor, Head of Construction Department of Certification, tel.: 89605386407, e-mail: sshepel@yandex.ru