О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси
В статье приведена оценка экологической и экономической целесообразности внедрения утилизационных систем для шахтной метановоздушной смеси на базе жидкостно-кольцевых компрессорных машин (ЖКМ). Разработана методика пересчета режимных характеристик ЖКМ при работе в вакуумкомпрессорном режиме для разл...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Назва видання: | Промышленная теплотехника |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61332 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси / В.Н. Козин, В.М. Арсеньев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 107-110. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61332 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-613322014-05-01T03:01:29Z О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси Козин, В.Н. Арсеньев, В.М. В статье приведена оценка экологической и экономической целесообразности внедрения утилизационных систем для шахтной метановоздушной смеси на базе жидкостно-кольцевых компрессорных машин (ЖКМ). Разработана методика пересчета режимных характеристик ЖКМ при работе в вакуумкомпрессорном режиме для различных концентраций метана в откачиваемой среде и при использовании различных видов рабочей жидкости. У статті наведено оцінку екологічної і економічної доцільності впровадження систем утилізацій для шахтної метано-повітряної суміші на базі рідинно-кільцевих компресорних машин (РКМ). Розроблено методику перерахунку режимних характеристик РКМ при роботі у вакуум-компресорному режимі для різних концентрацій метану у відкачуваному середовищі та при використанні різних видів робочої рідини. The author has considered an estimation ecological and economic feasibility of introduction by recycling systems for mine’s methane-air mixture basing on liquid-ring compressor machines (LRCM) at this article. The technique of recalculation of regime characteristics of LRCM is designed at work on a vacuum-compressor mode for various concentration of methane in pumping mix and at use of various kinds of a working liquid. 2007 Article О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси / В.Н. Козин, В.М. Арсеньев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 107-110. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61332 621.51 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В статье приведена оценка экологической и экономической целесообразности внедрения утилизационных систем для шахтной метановоздушной смеси на базе жидкостно-кольцевых компрессорных машин (ЖКМ). Разработана методика пересчета режимных характеристик ЖКМ при работе в вакуумкомпрессорном режиме для различных концентраций метана в откачиваемой среде и при использовании различных видов рабочей жидкости. |
| format |
Article |
| author |
Козин, В.Н. Арсеньев, В.М. |
| spellingShingle |
Козин, В.Н. Арсеньев, В.М. О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси Промышленная теплотехника |
| author_facet |
Козин, В.Н. Арсеньев, В.М. |
| author_sort |
Козин, В.Н. |
| title |
О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси |
| title_short |
О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси |
| title_full |
О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси |
| title_fullStr |
О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси |
| title_full_unstemmed |
О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси |
| title_sort |
о применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61332 |
| citation_txt |
О применении жидкостнокольцевых компрессорных машин для дегазации и транспортировки шахтной метановоздушной смеси / В.Н. Козин, В.М. Арсеньев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 107-110. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT kozinvn oprimeneniižidkostnokolʹcevyhkompressornyhmašindlâdegazaciiitransportirovkišahtnojmetanovozdušnojsmesi AT arsenʹevvm oprimeneniižidkostnokolʹcevyhkompressornyhmašindlâdegazaciiitransportirovkišahtnojmetanovozdušnojsmesi |
| first_indexed |
2025-07-05T12:21:29Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:21:29Z |
| _version_ |
1836809548109709312 |
| fulltext |
По имеющимся прогнозам мировое потребле;
ние первичной энергии к 2020 г. может возрасти
более чем в 1,65 раза [1]. В связи с этим наряду с
основными органическими энергоресурсами:
нефтью и природным газом из традиционных ис;
точников – возрастает роль метана из угольных
пластов и угленосных толщ, который является
высококачественным и экологически чистым
энергоносителем. В настоящее время во всей Ук;
раине очень остро стоит проблема по проведе;
нию дегазации и утилизации шахтного метана.
Решение данной проблемы позволило бы решить
сразу две задачи – улучшить безопасность шахт и
уменьшить выброс метана в атмосферу (влияние
СН4 на “парниковый эффект” в 22 раза интен;
сивней чем СО2).
Существуют два основных способа дегазации.
Применение первого из них позволяет обеспе;
чить лишь безопасность шахтеров. При втором
способе в стволах бурятся шурфы, через которые
идет откачка метана, в целях недопущения его
попадания в стволы шахт, где ведутся работы, да;
лее метан по трубам подается на поверхность.
Концентрация метана при такой откачке его из
шахты составляет порядка 25...40%, что делает
возможным его дальнейшее использование в ка;
честве топлива для газо;поршневых, газотурбин;
ных установок и других энергогенерирующих
установках (ЭГУ). В данном случае также возни;
кает проблема в выборе типа вакуумного насоса
для откачки метановоздушной смеси (МВС), а
также, – в подборе компрессора для дальнейшей
его транспортировки к месту утилизации. Наи;
более выгодную позицию среди разнообразных
типов компрессорных машин имеют жидкостно;
кольцевые компрессорные машины (ЖКМ). В
ЖКМ можно использовать различные по своим
физико;химическим свойствам рабочие жидкос;
ти, и за счет этого сжимать токсичные, взрыво;
опасные и воспламеняющиеся газы, пары и газо;
жидкостные смеси, в том числе агрессивные и
загрязненные механическими примесями [2].
Поэтому ЖКМ очень хорошо подходят для ути;
лизации шахтного метана с последующей его
транспортировкой к потребителю.
В существующей практике дегазации уголь;
ных шахт уже есть прецеденты использования
ЖКМ в качестве первой ступени (извлечение ме;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 107
У статті наведено оцінку екологічної і
економічної доцільності впровадження
систем утилізацій для шахтної метано)
повітряної суміші на базі рідинно)
кільцевих компресорних машин (РКМ).
Розроблено методику перерахунку ре)
жимних характеристик РКМ при роботі у
вакуум)компресорному режимі для
різних концентрацій метану у відкачува)
ному середовищі та при використанні
різних видів робочої рідини.
В статье приведена оценка экологи)
ческой и экономической целесообраз)
ности внедрения утилизационных сис)
тем для шахтной метановоздушной
смеси на базе жидкостно)кольцевых
компрессорных машин (ЖКМ). Разрабо)
тана методика пересчета режимных ха)
рактеристик ЖКМ при работе в вакуум)
компрессорном режиме для различных
концентраций метана в откачиваемой
среде и при использовании различных
видов рабочей жидкости.
The author has considered an estima)
tion ecological and economic feasibility of
introduction by recycling systems for
mine’s methane)air mixture basing on liq)
uid)ring compressor machines (LRCM) at
this article. The technique of recalculation
of regime characteristics of LRCM is
designed at work on a vacuum)compres)
sor mode for various concentration of
methane in pumping mix and at use of var)
ious kinds of a working liquid.
УДК 621.51
КОЗИН В.Н., АРСЕНЬЕВ В.М.
Сумский государственный университет
О ПРИМЕНЕНИИ ЖИДКОСТНОКОЛЬЦЕВЫХ
КОМПРЕССОРНЫХ МАШИН ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ И
ТРАНСПОРТИРОВКИ ШАХТНОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ
СМЕСИ
тановоздушной смеси из шахт). При этом, как
правило, ЖКМ работает как вакуумный насос, а
в качестве рабочей жидкости используется вода.
С одной стороны, схема довольно изученная, но, с
другой – не экономичная. Ведь вода имеет доста;
точно большую плотность, что приводит к возра;
станию потребляемой мощности вакуум;насоса,
а, следовательно, – к увеличению экономичес;
ких затрат. Еще одним недостатком применения
воды в качестве рабочей жидкости ЖКМ есть не;
гативное ее влияние непосредственно на процесс
преобразования шахтного метана в электроэнер;
гию. Поясняется этот факт следующим образом.
После дегазации угольной шахты МВС, пройдя
водокольцевую компрессорную машину, приоб;
ретает некоторое количество влаги. Существую;
щие водоотделители, которые изготавливаются в
наше время, не обеспечивают полного отделения
воды. Поэтому возникает дилемма: транспорти;
ровать к месту утилизации МВС с водяными
включениями или устанавливать на нагнетатель;
ной линии дорогостоящее сепарационное обору;
дование для тонкой очистки. При этом послед;
ний вариант предусматривает не только большие
капитальные затраты на приобретение данного
оборудования, но и довольно большие эксплуа;
тационные затраты на его обслуживание. Пер;
вый же вариант, хоть и не предусматривает выше;
описанных затрат, но таит в себе другой “подвод;
ный камень”: когда МВС все;таки попадает в
ЭГУ, то остатки воды забирают часть выработан;
ного тепла на собственное парообразование, что
влияет на снижение эффективности работы ЭГУ.
Кроме того, снижается производительность по
МВС на линии подачи в ЭГУ за счет наличия
“мертвого” пространства, занимаемого водой.
Обе эти проблемы можно решить, применяя в
качестве рабочих жидкостей жидкости, отлич;
ные от воды по таким физико;химическим свой;
ствам как плотность, вязкость, давление насы;
щенных паров, возможность горения и пр.
Применяя, например, в качестве рабочей жидко;
сти ЖКМ метанол, который в 1,26 раза легче во;
ды и в 1,3 раза менее вязкий, удельная мощность
ЖКМ, работающей в вакуумном режиме, умень;
шится в среднем на 12%, о чем свидетельствуют
расчеты, проведенные автором согласно методи;
ке [3]. Это хорошо видно на рис.1. В компрессор;
ном режиме метанол показывает еще лучшие ре;
зультаты – уменьшение удельной мощности
достигает 15% (рис.2). Кроме того, как видно из
рис. 1 и 2, перспективным является дизельное
топливо, которое имеет низкую плотность
(845 кг/м3 при 20 оС), низкое давление насыщен;
ных паров (10...13 мм рт. ст. при 38 оС), что
сравнимо с давлением насыщенных паров во;
108 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 1. Вакуумный режим работы ЖКМ с различными рабочими жидкостями при давлении всасывания 40 кПа.
ды, но при этом – большие молярную массу
(около 203 кг/кмоль) и температуру вспышки в
закрытом тигле (около 65 оС). Как результат –
снижение удельной мощности ЖКМ на 8...10 %
по сравнению с водой. Еще одним достоинством
применения этих жидкостей в качестве рабочих
сред ЖКМ есть их горючесть. Даже при непол;
ной очистке МВС от рабочей жидкости, послед;
няя, попадая в ЭГУ, сгорает, выделяя дополни;
тельное количество тепла, а, следовательно,
возрастает эффективность этого устройства. Ко;
нечно же, нужно стремиться к уменьшению доли
рабочей жидкости в потоке МВС, т.к. стоимость
того же метанола намного больше, чем воды, но
проблема качества сепарации перестает быть та;
кой актуальной. При этом достаточно ограни;
читься обычным отделителем жидкости, кото;
рым комплектуется каждая ЖКМ.
Современные отделители жидкости должны
обладать такими преимуществами как простота
конструкции, надежность и высокая степень се;
парации. Этого можно добиться различными
способами, применяя, например, многостадий;
ную пространственную закрутку потока. При
этом увеличивается величина инерционных сил,
что приводит к интенсивному отделению жидкой
фазы как более тяжелой.
Из полученных результатов можно сделать
еще один не менее важный вывод о добыче МВС
с повышенной концентрацией метана в воздухе,
но, конечно же, в рамках предела взрываемости.
Это объясняется тем, что метан легче воздуха, и
при увеличении доли метана в МВС возрастает
объемная производительность при той же по;
требляемой мощности, т.е. удельная мощность
ЖКМ уменьшается.
При добыче и утилизации шахтного метана су;
ществуют два этапа: непосредственно откачива;
ние МВС из шурфы и ее транспортировка к ЭГУ.
При этом одна ЖКМ работает в вакуумном ре;
жиме, а другая, – в компрессорном. Возникает
вопрос: возможно ли объединение этих двух уст;
ройств в единое целое? Теоретически это воз;
можно, но в реальности жидкостнокольцевые ва;
куум;компрессоры применяются очень редко.
Это обусловлено сложностью конструкции этих
машин и более низкой эффективностью по срав;
нению с одноступенчатыми ЖКМ, что, в свою
очередь, обусловлено малой изученностью двух;
ступенчатых ЖКМ. Еще одним недостатком
применения двухступенчатых машин по сравне;
нию с одноступенчатыми – высокая вероятность
поломки. Двухступенчатые вакуум;компрессоры
работают с переменно изменяющимися нагруз;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 109
Рис. 2. Компрессорный режим работы ЖКМ с различными рабочими жидкостями при давлении
нагнетания 0,1 МПа.
ками большой амплитуды, т.к. нагрузки в ком;
прессорном режиме намного больше, чем в ваку;
умном вследствие значительной разницы пере;
пада давления в компрессорном и вакуумном
режимах. Кроме того, применение двухступенча;
тых машин значительно повышает вероятность
выхода установки из строя, т.к. вероятность од;
новременной поломки двух компрессорных ма;
шин во много раз меньше вероятности поломки
одной двухступенчатой. Выходом из сложившей;
ся ситуации является агрегатирование ЖКМ, т.е.
применение для утилизации шахтного метана
двух ЖКМ, работающих соответственно в ваку;
умном и компрессорном режимах.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать
выводы о необходимости агрегатирования ЖКМ,
т.е. создания комплекса, состоящего из вакуумно;
го насоса и компрессора как двух самостоятель;
ных устройств, работающих на одну цель – утили;
зацию шахтного метана. Это позволит увеличить
общий КПД установки в целом в отличие от при;
менения двухступенчатых вакуум;компрессоров.
В то же время, необходима экспериментальная
проверка работы ЖКМ с использованием в каче;
стве рабочей жидкости сред, не требующих тон;
кой сепарации на линии нагнетания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Энергия: экономика, техника, экология. –
2001. – № 1.
2. Бурмака В.Ю. Анализ и совершенствование
методов расчета жидкостно;кольцевых компрес;
сорных машин / Совершенствование турбоуста;
новок методом математического и физического
моделирования: Сб. научн. трудов. – Харьков:
ИПМаш НАН Украины, 2000. – С. 475–479.
3. Е.С. Фролов, И.В. Автономова, В.И. Василь[
ев и др. Механические вакуумные насосы. – М.:
Машиностроение, 1989. – 288 с.: ил.
110 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
|