RACJONALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII DO NAPĘDU WENTYLATORÓW GŁÓWNEGO PRZEWIETRZANIA KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO. Czerwiec 2018

Transkrypt

1 RACJONALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII DO NAPĘDU WENTYLATORÓW GŁÓWNEGO PRZEWIETRZANIA KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO Zbigniew Krawczyk Klaudiusz Pilarz Czerwiec 2018

2 I. WSTĘP II. III. IV. OCENA DOBORU WENTYLATORA GŁÓWNEGO PRZEWIETRZANIA DO SIECI WENTYLACYJNEJ MOŻLIWOŚCI PRZYSTOSOWANIA PARAMETRÓW PRZEPŁYWOWYCH WENTYLATORA DO WYMAGAŃ SIECI WENTYLACYJNEJ POD WZGLĘDEM EKONOMICZNEJ I STABILNEJ PRACY WNIOSKI KOŃCOWE

3 I. WSTĘP Wentylatory głównego przewietrzania kopalń obok sprężarek i pomp głównego odwadniania są urządzeniami pracującymi w sposób ciągły. Urządzenia te napędzane są silnikami elektrycznymi dużych mocy i zużywają około 40% energii elektrycznej w całkowitym bilansie kopalni, w tym wentylatory głównego przewietrzania zużywają około 14%. W związku z restrukturyzacją techniczną kopalń zachodziły zmiany parametrów (punktów) pracy wentylatorów głównego przewietrzania. W nowych warunkach eksploatacji kopalń wentylatory kopalniane głównego przewietrzania, które instalowane były dawniej z uwzględnieniem prognozowanego wzrostu wydobycia węgla, mogą w nowych warunkach pracować przy parametrach znacznie odbiegających od parametrów optymalnych tj. zapewniających najwyższą sprawność całkowitą. Zmiany parametrów powinny być zawsze kontrolowane i analizowane w aspekcie wpływu na bezpieczeństwo sieci wentylacyjnej, jak również stabilności i ekonomiczności działania.

4 Moc wentylatorów zainstalowanych w stacjach wentylatorowych dochodzi czasem do 3 MW, a roczny czas pracy wentylatorów przy parametrach maksymalnych wynosi ponad 8000 godzin. Przy wysokiej obecnie i ciągle zwiększającej się cenie energii elektrycznej koszty energii do napędu wentylatorów są coraz wyższe. Pomiary eksploatacyjne wykazują, że istnieje jeszcze duża liczba zabudowanych wentylatorów głównego przewietrzania promieniowych i osiowych nie spełniających wymagań w zakresie ekonomiczności działania. Efektywność wykorzystania energii do napędu wentylatora, w całym okresie użytkowania, powinna być podstawowym czynnikiem decydującym o ocenie pracy wentylatora głównego przewietrzania.

5

6 II. OCENA DOBORU WENTYLATORA GŁÓWNEGO PRZEWIETRZANIA DO SIECI WENTYLACYJNEJ KOPALNI

7 Rys. 1. Wentylator promieniowy kopalniany typu WPK

8 Rys. 1a. Wentylator promieniowy kopalniany typu WPK

9 PODSTAWOWE CZYNNIKI PRZYDATNOŚCI WENTYLATORA GŁÓWNEGO DO SIECI WENTYLACYJNEJ. Punkt pracy wentylatora Kryterium i obszar ekonomicznej pracy wentylatora Kryterium stabilnej (statecznej) pracy wentylatora Wysoka niezawodność Kryterium wytrzymałości elementów wirujących Spełnienie wymagań środowiskowych w zakresie dopuszczalnego poziomu hałasu Układy zdalnej sygnalizacji, sterowanie, kontrola parametrów i układy zabezpieczeń

10 Punkt pracy wentylatora głównego. Punkt pracy wentylatora głównego: Punkt pracy P wentylatora ustali się przy takiej wydajności Vp, przy której spiętrzenie całkowite ΔPcp jest równe oporowi sieci. Zmianę punktu pracy P można osiągnąć poprzez zmianę charakterystyki za pomocą jednego ze sposobów regulacji np. - aparatem kierowniczym (wentylatory promieniowe), - kątów ustawienia łopatek (wentylatory osiowe), - prędkością obrotową, regulacją zasuwą, bądź przez zmianę otworu równoznacznego sieci (krzywa A zmienia nachylenie).

11 Obszar ekonomicznej pracy wentylatora głównego: Sprawności obecnie produkowanych wentylatorów typu WPK i WOK mieszczą się w zakresie 80 92%. Dla spełnienia warunku ekonomicznej pracy w punkcie P wentylator powinien pracować w punkcie nominalnym z max sprawnością. Na charakterystykach przepływowych zaznacza się obszar ekonomicznej pracy, który powinien się mieścić w granicach h w >0,8h maxw Wielkość tego obszaru zależy od charakterystyki regulacji wentylatora.

12 Regulacja wentylatora przy zmianie obrotów.

13 Kryterium stabilnej (statecznej) pracy wentylatora. Istnieją dwa kryteria stabilnej pracy wentylatora: Kryterium spiętrzenia całkowitego określa że: DPc p <0,9DPc w Kryterium otworu równoznacznego określa że: A W /A P <0,8=A gr lub A W /0,8<A P

14 III. MOŻLIWOŚCI PRZYSTOSOWANIA PARAMETRÓW PRZEPŁYWOWYCH WENTYLATORA DO WYMAGAŃ SIECI WENTYLACYJNEJ POD WZGLĘDEM EKONOMICZNEJ I STABILNEJ PRACY.

15 III 1. WPŁYW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH WIRNIKA NA PARAMETRY WENTYLATORA.

16 Rys. 3. Schemat konstrukcyjny wirnika wentylatora typu WPK

17 Wpływ poszczególnych parametrów konstrukcyjnych wirnika na parametry wentylatora: Kąt wlotowy łopatki β1 dobierany jest z warunku napływu czynnika na łopatkę bez uderzenia. Praktycznie w wentylatorach promieniowych wynosi on od 12 o do 34 o. Źle dobrany kąt wlotowy β1 powoduje zmniejszenie sprawności wewnętrznej wentylatora. Kąt wylotowy β2 wpływa na przyrost ciśnienia całkowitego oraz sprawność. Wysokosprawne wentylatory przeznaczone do pracy w czynniku niezapylonym posiadają kąty wylotowe łopatek mieszczące się w granicach od 20 o do 36 o. Wirniki o niskich kątach β1 i β2 cechują się wyższymi sprawnościami, ale posiadają skłonności do odkładania się pyłów o dużej przyczepności (np. wilgotnych) na wewnętrznych powierzchniach łopatki. Liczba łopatek wirnika wpływa na zmianę przyrostu ciśnienia całkowitego. Zbyt duża liczba łopatek profilowanych powoduje spadek sprawności i przyrostu ciśnienia całkowitego z powodu przysłonięcia kanałów międzyłopatkowych. Profil łopatki wirnika powoduje wzrost sprawności w porównaniu z wirnikiem o łopatkach nieprofilowanych. Głównym uzasadnieniem stosowania łopatek profilowanych, w dużych wentylatorach promieniowych typu WPK są względy wytrzymałościowe.

18 Dla zapewnienia optymalnego doboru wentylatora do wymagań sieci często konieczna jest zmiana konstrukcyjna jego elementów czyli wirnika i współpracującego z nim spiralnego kanału zbiorczego. Obecnie oprócz badań modelowych do weryfikacji konstrukcji stosuje się analizy numeryczne wykonywane w programach CFD do modelowania przepływu płynów, w tym przypadku gazu, przez układ przepływowy.

19

20

21 III 2. PRZYCZYNY ZMIAN CHARAKTERYSTYKI PRZEPŁYWOWEJ WENTYLATORA Wentylator wysokosprawny, poprawnie dobrany do projektowanej sieci wentylacyjnej, często nie uzyskuje założonej sprawności, pomimo zgodności jego charakterystyki przepływowej z charakterystyką fabryczną. Powodem jest błąd w ocenie oporów przepływu lub zamierzona zmiana sieci wentylacyjnej kopalni i wtedy zachodzi konieczność korekty charakterystyki wentylatora. Dostosowanie parametrów wentylatora do aktualnych potrzeb kopalnianej sieci wentylacyjnej zależy od charakteru zmian parametrów rzeczywistych od założonych. Można tu wyróżnić następujące przypadki: - zmiana natężenia przepływu przy stałym otworze równoznacznym sieci; - zmiana natężenia przepływu przy zmienionym otworze równoznacznym sieci; - utrzymanie projektowanego natężenia przepływu przy zmianie otworu równoznacznego sieci.

22 2.2 ZMIANA PARAMETRÓW WENTYLATORA PRZY ZMIANIE OTWORU RÓWNOZNACZNEGO. Zmiana parametrów wentylatora przy rosnącym lub malejącym otworze równoznacznym jest bardziej złożona i wymaga wykorzystania kilku sposobów regulacji równocześnie, a mianowicie: zmiany prędkości obrotowej wirnika, zmiany geometrii części przepływowej wentylatora (wirnika i obudowy spiralnej). Zmiana prędkości obrotowej praktycznie może być zrealizowana przez wymianę silnika napędowego. Przy małych mocach (poniżej 120 kw) można zastosować przekładnię pasowo klinową. Zmiana geometrii wirnika lub wymiarów gabarytowych wentylatora promieniowego dokonywana jest praktycznie dwoma sposobami, a mianowicie: - wykonanie w fabryce i wymiana całego wirnika z lejem wlotowym; - korekcja długości łopatek lub czynnej szerokości wirnika poprzez przedłużenie lub skrócenie końcówki wylotowej łopatki oraz przez przysłanianie czynnej szerokości łopatek za pomocą przegrody w kształcie tarczy, wykonywane na wirniku podczas remontu eksploatacyjnego wentylatora.

23 IV. WNIOSKI KOŃCOWE. Znaczna liczba wentylatorów głównego przewietrzania typu WPK i WOK w dalszym ciągu jest eksploatowana w warunkach odbiegających od zasad ekonomicznego doboru do sieci wentylacyjnej kopalni. Koszty poniesione na modernizację wentylatorów głównego przewietrzania typu WPK i WOK zwracają się w większości przypadków już po jednym roku eksploatacji, z uwagi na niższe zużycie energii elektrycznej. Zakres modernizacji podjętej w celu zwiększenia sprawności całkowitej może również obejmować zmiany konstrukcyjne i technologiczne powodujące poprawę dyspozycyjności tych urządzeń.

24 Wprowadzenie w/w zmian modernizacyjnych w wentylatorach głównego przewietrzania kopalń typu WPK i WOK powoduje powstanie nowego wyrobu, i zgodnie z obowiązującymi przepisami powinny one zostać poddane ocenie zgodności stosownie do przepisów ustawy z dnia 30 sierpnia 2002r o systemie oceny zgodności (Dz. U z 2004r Nr 204 poz. 2087, z późn. zm.). Opisane zmiany modernizacyjne wentylatorów głównego przewietrzania kopalń powinny być przeprowadzane przez producenta, który dysponuje pełną dokumentacją będącą podstawą wprowadzenia wentylatora do ruchu.

25 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ