Системы шахтной вентиляции

Энергетическое обследование систем шахтной вентиляции направлено на оценку потребления электроэнергии главными вентиляторами с учётом аэродинамического сопротивления сети горных выработок и обязательного воздухообмена. Основная задача — установить рабочие точки вентиляторов, составить аэродинамический баланс и определить, какая часть энергетической нагрузки обусловлена необходимыми условиями проветривания, а какая требует проверки на избыточные потери давления.

Особенность шахтной вентиляции заключается в том, что расход воздуха определяется не только энергетической эффективностью, но прежде всего требованиями промышленной безопасности. Поэтому снижение электрической мощности не может рассматриваться как самостоятельная цель без подтверждения достаточности воздухообмена.

Аэродинамический баланс шахтной вентиляционной сети

В границу обследования включают главные вентиляторы и сеть горных выработок. По схемам устанавливают взаимосвязь вентиляционного оборудования и участков движения воздуха, затем сопоставляют фактический расход, потери давления и электрическую нагрузку вентиляторов.

Аэродинамический баланс позволяет определить распределение воздушных потоков и сопротивления сети. Его задача — установить, какие параметры необходимы для обеспечения воздухообмена и где возникают отклонения, требующие дополнительной проверки.

Рабочая точка вентилятора — сочетание расхода воздуха и создаваемого давления при фактическом сопротивлении подключённой сети. Изменение сопротивления влияет на рабочую точку и, следовательно, на условия энергопотребления.

При анализе учитывают фактический режим шахты. Повышенная мощность главного вентилятора не доказывает неэффективность, если она связана с необходимым преодолением сопротивления сети и обеспечением требуемого расхода воздуха.

Аэродинамический расчёт и воздушно-депрессионные измерения

Основной метод обследования объединяет аэродинамический расчёт и воздушно-депрессионные измерения. Измерения позволяют установить фактические расходы воздуха и перепады давления, а расчёт — связать их с сопротивлением вентиляционной сети и рабочими точками главных вентиляторов.

Специалист сопоставляет измеренные параметры с эксплуатационными режимами. Это необходимо, чтобы отличить изменение электрической нагрузки, вызванное необходимым воздухообменом, от возможного увеличения потерь давления.

Расчёт и измерения рассматривают совместно. Одно значение электрической мощности или давления не позволяет определить место возникновения избыточного сопротивления. Для обоснованного вывода необходимо установить связь между расходом воздуха, сопротивлением сети и фактической работой вентилятора.

Если существующие данные не позволяют свести аэродинамический баланс или восстановить рабочую точку вентилятора, определяют необходимость дополнительных измерений. До их выполнения причина повышенного энергопотребления остаётся неподтверждённой.

Исходные данные для энергетического обследования

Для определения границ анализа и проверки фактических режимов используют три группы материалов:

• Схемы и перечень оборудования. Позволяют установить конфигурацию вентиляционной сети, состав главных вентиляторов и связи между обследуемыми участками.
• Данные учёта, журналы режимов или архивы автоматики за сопоставимый период. Используются для анализа изменения электрической нагрузки и её связи с работой вентиляционной сети.
• Эксплуатационные регламенты, графики и настройки. Позволяют определить требуемые режимы проветривания и отличить необходимый воздухообмен от предполагаемого отклонения.

До обследования подготавливают доступные схемы, интервальные данные потребления, сведения об эксплуатационных режимах и перечень крупных потребителей электроэнергии.

Эти материалы необходимы для правильной интерпретации инструментальных измерений. Схемы определяют границу аэродинамического расчёта, данные учёта характеризуют энергетическую нагрузку, а регламенты позволяют проверить, соответствует ли фактический режим требованиям проветривания.

Избыточное сопротивление, внутренние утечки воздуха и дросселирование

При обследовании проверяют взаимосвязанный комплекс возможных причин повышенного энергопотребления: избыточное сопротивление вентиляционной сети, внутренние утечки воздуха и дросселирование.

Увеличение сопротивления может сопровождаться изменением требуемого давления вентилятора. Внутренние утечки воздуха влияют на распределение потоков, а дросселирование связано с регулированием расхода посредством дополнительного сопротивления. Эти явления рассматривают в составе единого аэродинамического баланса.

Специалист сопоставляет фактические расходы воздуха и потери давления с рабочими точками главных вентиляторов. На этой основе проверяют, имеются ли подтверждённые признаки избыточного сопротивления, утечек или неэффективного регулирования.

Если несколько факторов проявляются одновременно, сначала определяют нагрузку, необходимую для обязательного воздухообмена. Затем оценивают оставшееся отклонение, не относя один и тот же прирост давления или энергопотребления к нескольким независимым причинам.

Само наличие сопротивления или перепада давления не свидетельствует о потерях, которые допустимо устранить. Для каждого предполагаемого отклонения необходимо установить его связь с фактическим режимом сети.

Рост энергопотребления при увеличении протяжённости выработок

Увеличение расхода электроэнергии может быть связано с ростом протяжённости вентиляционной сети и её аэродинамического сопротивления. В таком случае дополнительная энергетическая нагрузка не обязательно указывает на неэффективность главных вентиляторов.

Для проверки этого объяснения специалист сопоставляет конфигурацию сети и эксплуатационные режимы с измеренными расходами воздуха, перепадами давления и электрической нагрузкой.

Если увеличение энергопотребления объясняется изменением сопротивления сети при сохранении необходимого воздухообмена, соответствующую нагрузку нельзя автоматически считать устранимой потерей.

Если после учёта конфигурации сети сохраняются необъяснённые отклонения, проверяют признаки избыточного сопротивления, внутренних утечек и дросселирования. При недостаточности измерительных данных оба объяснения остаются проверяемыми гипотезами.

Результат обследования и требования промышленной безопасности

Результатом становится аэродинамическая карта потерь давления с определением участков, требующих дополнительной проверки, и безопасных вариантов регулирования вентиляционной системы.

Полученные сведения используют для выбора направлений снижения избыточного сопротивления и внутренних утечек воздуха. При этом целью является уменьшение необоснованных энергетических затрат, а не сокращение обязательного воздухообмена.

Оценка вариантов регулирования должна учитывать установленную аэродинамическую модель, фактические рабочие точки вентиляторов и требуемые режимы проветривания. Расчётное снижение электрической мощности само по себе не подтверждает допустимость изменения режима.

Граница результата: любая энергетическая мера подчинена требованиям промышленной безопасности и обеспечению необходимого воздухообмена. Нельзя обосновывать экономию за счёт уменьшения расхода воздуха ниже требуемого уровня. При отсутствии достоверного аэродинамического баланса результат ограничивается проверяемыми гипотезами и необходимыми измерениями.

Общий контекст обследования представлен в разделе «Вентиляция и холодоснабжение». Состав работ по инженерным системам рассматривается на странице «Энергоаудит инженерных систем». Связанные вопросы раскрываются в направлениях «Снижение потребления электроэнергии» и «От чего зависит энергопотребление шахтной вентиляции».