Новый подход к расчету вентиляторной эжекторной установки

© Д.Н. Алыменко, 2004

УДК 621.63 Д.Н. Алыменко

НОВЫЙ ПОДХОД К РАСЧЕТУ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ

~П вентиляционных сетях с малыми

JJ аэродинамическими сопротивлениями эффективно перераспределять воздушные потоки можно с помощью вентиляторных эжекторных установок (ВЭУ). Ранее проведенные исследования режимов работы и моделирование вентиляторов - эжекторов, работающих в шахтной вентиляционной сети, посвящены работы Гуменюк Т.E., Медведева И.И., Мохирева H.H., и как отмечалось ранее [1], были выявлены недостатки в методах расчета, предложенных этими авторами. А именно либо не учитывалось, либо учитывалось частично:

• потенциальная энергия (энергия разности высот);

• тепловая энергия;

• «гидравлические» потери при смешении эжектирующего, эжектируемого потоков воздуха и по длине камеры смешения (участку горной выработки в котором происходит процесс смешения и выравнивание поля скоростей).

В одной из последних работ по данной тематике, выполненной Шалимовым A.B.

[2], предложено определять параметры работы ВЭУ с помощью законов сохранения импульса и массы. На основе этих законов выведено аналитическое выражение. Однако, как показывают исследования самого автора, в области малых значений аэродинамического сопротивления (R), когда R ^ 0, предложенное выражение, в результате расчета, дает производительность ВЭУ - Q стремящуюся к бесконечности. Получается вечный двигатель, так как за счет ограниченной энергии вентилятора можно осуществить движение бесконечно большого объема воздуха. Кроме этого, при использовании выражения Шалимова A.B. и росте R выше определенной величины общая производительность Q становиться меньше производитель-

ности вентилятора - q. Однако автор не ставил условие частичной циркуляции и в граничных условиях Q > q, но было заявлено, что его выражение позволяет определять параметры эжекторов в широких пределах. Поэтому на наш взгляд предложенный Шалимовым A.B. подход и разработанное выражение имеют узкое, ограниченное применение. Кроме этого автору еще необходимо четко оговорить граничные условия применения его выражения.

Академик Абрамович Г.Н. в своих трудах

[3] предлагал считать эжектора с использованием законов сохранения энергии, массы и импульса. Им были предложены ряд аналитических выражений с помощью которых сначала рассчитывались геометрические размеры (площадь поперечного сечения камеры смешения - F) эжекторной установки. Для этого использовались законы сохранения массы и энергии. Затем при неизменных геометрических размерах с использование закона сохранения импульса определялись технологические параметры (температура, скорость, давление и т.д.) суммарного газового потока. Если определенные параметры не отвечали требуемым, то корректировали геометрические размеры посредством изменения F и повторяли расчет заново. Таким образом, расчет производится методом последовательных приближений. Во все эти выражения входят газодинамические функции и, поэтому автор утверждал, что не требуется подробно рассматривать сам процесс эжекции при расчете. Погрешность же расчета не будет превышать 14 %. Такой метод расчета был разработан для реактивных двигателей и движениях потоков газа при сверх звуковых или близких к звуковым скоростях. Недостатками этого метода расчет применительно к ВЭУ является следующее:

• расчет выполняется для безнапорного устройства, а ВЭУ должна создавать статический напор;

• высокие временные затраты за счет цикличности повторных вычислений при необходимости достичь высокой точности определения параметров;

• точность определения параметров лежит в интервале (100 ^ 86) %;

• использование газодинамических функций усложняет расчет, а изменение самих функций в интервале скоростей, развиваемых шахтными вентиляторами, невелико.

Анализ, ранее проведенных исследований, выше перечисленных авторов, позволил сделать следующие выводы:

A. Расчет ВЭУ должен состоять из двух этапов:

- расчет геометрических размеров;

- определение аэродинамических параметров.

Б. Необходимо учесть влияние всех возможных факторов, которые способны изменить параметры эжектора и позволит увеличить точность расчета.

B. Целесообразно упростить расчет, отказавшись от использования газодинамических функций и сократив число итераций до минимума.

Исследования, проведенные нами, позволили заключить следующее:

1. Количество законов сохранения, которые будут использованы для расчета ВЭУ, можно сократить до двух: массы и энергии.

2. Исключить из выражений газодинамические функции и вести расчет с рассмотрением процесса эжекции и движения воздуха по камере смешения.

3. С помощью соответствующих коэффициентов учесть влияние факторов, влияющих на параметры работы ВЭУ:

- геометрический параметр - отношение поперечных площадей эжектируемого и эжектирующего потоков воздуха;

- коэффициент эжекции - отношение эжектируемого и эжектирующего расходов;

- температурный коэффициент - учитывает разницу температур эжектирующего и эжектируемого потоков воздуха в интервале (- 50 + + 50) °С.;

- высотный коэффициент - учитывает влияние между разностями высотных отметок поперечных выходных сечений эжекти-

рующего и суммарного потоков воздуха при условии, что ВЭУ расположена вертикально;

- коэффициент сопротивления, который учитывает снижение эжекционного эффекта при увеличении аэродинамического сопротивления вентиляционной сети в интервале (0 ^ 0,35) нс2/м8;

- суммарный коэффициент, учитывающий потери «гидравлические» и при смешении потоков воздуха;

- коэффициент, учитывающий влияние других источников тяги, а также естественной тяги на направление и скорости движения эжектирующего - VI (при работе ВЭУ) и эжектируемого - V2 (когда ВЭУ не работает) потоков воздуха и напорную характеристику ВЭУ при условии, что |^|>^|.

4. Способы регулирования ВЭУ позволяют компенсировать снижение тех или иных параметров ВЭУ, учтенных с помощью соответствующих выше перечисленных коэффициентов.

Исходными данными для расчета ВЭУ, как правило, являются:

- требуемая производительность Q, которая определена из расчета необходимого количества воздуха;

- необходимый статический напор РСТ = К^2. Сопротивление вентиляционной сети, на которую будет работать ВЭУ, определено при проведении ВДС;

- температуры, плотности, направления движения, скорости эжектируемого и эжектирующего потоков воздуха;

- коэффициенты, учитывающие влияние разных факторов на параметры работы ВЭУ.

Расчет выполняется следующим образом. Для условия безнапорной работы ВЭУ рассчитываются геометрические размеры и форма камеры смешения. После этого, при неизменных геометрических размерах определяются аэродинамические параметры. Затем, в соответствии со значениями соответствующих коэффициентов, учитывающих изменение параметров работы ВЭУ в зависимости от действующих факторов, ВЭУ переводится на требуемый режим работы за счет соответствующего способа регулирования.

Набор исходных данных и использование подхода, перечисленных выше, позволит с помощью одного выражения, выведенного на

основании законов сохранения энергии и массы, и за один цикл рассчитать геометрические размеры ВЭУ, которая будет способна обеспечить заданные аэродинамические параметры: Q и Рст. Определить аэродинамические зависимости при ее регулировании

1. Алыменко Д.Н. Условия, которые необходимо учитывать при определении параметров работы вентилятора - эжектора. // Горный информационно аналитический бюллетень.-2003.- № 8.- М: МГГУ.- С. 42-43.

2. Шалимов A.B. Исследование влияния эжекторных установок на воздухораспределение в рудничных вентиляционных сетях произвольной топологии. // Диссерта-

позволит то же выражение, но при переменных q и Я.

С использованием разработанного подхода были рассчитаны 7 ВЭУ, которые успешно работают на разных горнодобывающих предприятиях.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ция на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Пермь: Горный институт УрО РАН, 2003.- С. 142.

3. Абромович Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2ч. Ч. 1: Учеб. руководство: Для вузов. - 5 - е изд., пере-раб. и доп. - М: Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит. - 1991. -С. 600.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------

Алыменко Даниил Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры ТМП Березниковского филиала ПермГТУ.

---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙУНИВЕРСИТЕТ

СМИРНОВ Андрей Михайлович Методология геоэкологического мониторинга при подземной угледобыче 25.00.36 05.26.03 д.т.н.

ЩАДОВ Михаил Иванович Экономический механизм развития собственности угледобывающих предприятий России 08.00.05 д.э.н.

ХООХОРЫН БАДАМСУРЭН Обоснование оценок недропользования на горных предприятиях Монголии 25.00.16 д.т.н.

ЗАЙЦЕВА Наталья Вячеславовна Эколого-экономическая оценка размещения городских подземных объектов с учетом инфраструктуры на поверхности 08.00.05 к.э.н.

СТОЯНОВА Инна Анатольевна Эколого-экономическое обоснование увеличения добычи угля на шахтах России 08.00.05 к.э.н.

ПЕСТРЯК Ирина Васильевна Повышение эффективности окомкования углей на основе применения комбинированного орга-но-минерального связующего 25.00.13 к.т.н.