ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР СЖАТОГО ВОЗДУХА Российский патент 1994 года по МПК E21F17/10 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для аккумулирования и стабилизации давления сжатого воздуха в пневмосетях шахт.

Известен гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха, включающий пневмокамеру и гидрокамеру, соединенные между собой скважиной, перемычками, питающий и отдающий трубопроводы, глухую перемычку с клапаном в гидрокамере (авт. св. N 436160).

Недостатком данного гидропневматического аккумулятора является то, что не указаны условия, определяющие рациональные геометрические размеры переточной подсистемы, включающей соединительную скважину, питающий и отдающий трубопроводы, трубопровод с клапаном.

Вследствие этого данный гидропневматический аккумулятор не может иметь оптимальный режим работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидропневматический аккумулятор, содержащий пневмокамеру и разделенную глухой перегородкой гидрокамеру, сообщающиеся между собой при помощи скважины, через глухую перегородку в гидрокамере пропущена труба, соединенная одним концом с атмосферой, а другим - с выемкой в гидрокамере, выполненной выше уровня кровли, в пневмокамеру введены нагнетательный и расходный воздуховоды [1] .

Недостатком ГПА, выбранного в качестве прототипа, является то, что не при всех режимах работы он способен повысить давление сжатого воздуха у потребителей, так как поперечное сечение его трубопроводов выбрано произвольно. Кроме того, не учитывались коэффициенты соотношения труб, отношение плотности жидкости к плотности воздуха, отношение максимального давления в воздухопроводе к атмосферному.

Целью изобретения является оптимизация режимов гидропневматического аккумулятора.

Поставленная цель достигается тем, что гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха, включающий пневмокамеру с зумпфом и отделенную от нее глухой перегородкой гидрокамеру, сообщенные между собой водоводом, нагнетательный и расходный трубопроводы воздуха, размещенные в пневмокамере с выводом их за пределы последней, воздухосборную выемку, выполненную выше уровня кровли, и трубу для сообщения гидрокамеры с атмосферой, один конец которой размещен в воздухосборной выемке, а другой пропущен через перегородку для сообщения с атмосферой, площади нагнетательного и расходного трубопроводов пневмокамеры, водовода и трубы для вытеснения воздуха из гидрокамеры выбраны из следующих условий:
0.184·189.7(λ_16.17-1)+189.7(λ_6.7+1)(Γ₁₆/Γ₇)²+λ_14.15(Γ₁₆/Γ₁₄)²>0
-0.429·189.7(λ_18.19+1)-189.7(λ_6.7-1)·(Γ₁₉/Γ₇)²-λ_14.15(Γ₁₉/Γ₁₄)<0, где Г₁₆ - площадь сечения нагнетательного трубопровода при вводе в пневмокамеру;
Г₁₉ - площадь сечения расходного трубопровода при вводе его в пневмокамеру;
Г₁₄ - площадь сечения водовода в зумпфе пневмокамеры;
Г₇ - площадь сечения трубы для вытеснения воздуха из гидрокамеры;
λ_16,17 - суммарный коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода между точками входа и выхода в пневмокамеру;
λ_18,19 - суммарный коэффициент сопротивления расходного трубопровода между точками входа и выхода в пневмокамеру;
λ_6,7 - суммарный коэффициент сопротивления трубы для сообщения гидрокамеры с атмосферой между ее концами;
λ_14,15 - суммарный коэффициент сопротивления водовода между его концами.

Авторами приведен сравнительный анализ известных технических решений, который показал, что при работе ПЭКПР: компрессорная станция - шахтные пневматические сети - гидропневматический аккумулятор - шахтные пневматические сети - пневмоприемники, известные гидропневматические аккумуляторы не выполняют роль стабилизаторов всей этой системы, т. е. при избытке сжатого воздуха вырабатываемого компрессорной станцией они не успевают загружаться (заполнить весь объем пневмокамеры сжатым воздухом), а во время часов "пик" не отдают (разгрузка) требуемого количества сжатого воздуха в систему. Так, например, переток жидкости по соединительному водоводу в гидрокамеру составлял 6 ч, а при быстром заполнении жидкостью гидрокамеры сечение трубы, соединяющей гидрокамеру с атмосферой, не справлялось с выбросом воздуха, в результате в ней создавались большие шумовые помехи, а в гидрокамере избыточное давление, мешающее поступлению жидкости.

Все перечисленные недостатки устраняются при соблюдении приведенных авторами расчетов сечений трубопроводов, эти математические выражения конкретизируют, таким условиям должны отвечать соотношения геометрических размеров устройства, чтобы снизить износ конструкций, уменьшить шумовые помехи и при любых режимах работы повысить давление у потребителей сжатого воздуха. Площади сечений трубопроводов рассчитанные в предлагаемом изобретении (ранее такие расчеты не проводились) позволяют более эффективно использовать гидропнематический аккумулятор, что дает положительный эффект и позволяет говорить о существенных отличиях.

На чертеже представлена схема гидропневматического аккумулятора сжатого воздуха.

В точках 6, 7, 14, 15, 16 17, 18, 19 камеры гидропневматического аккумулятора соединены круглыми трубами, площадь сечения которых одинакова.

Г₁₆ = πd²_16/4 = Г₁₇ = πd²_17/4;
Г₁₈ = πd²_18/4 = Г₁₉ = πd²_19/4;
Г₁₄ = πd²_14/4 = Г₁₅ = πd²_15/4;
Г₆ = πd²_6/4 = Г₇ = πd²_1/4.

Гидропневматический аккумулятор содержит расположенные на разных уровнях пневмокамеру 1 и гидрокамеру 2, разделенную глухой перегородкой 3, которые сообщаются между собой через водовод 4. Через глухую перегородку 3 пропущена труба 5, соединенная одним концом 6 с атмосферой, а другим концом 7 - с гидрокамерой 2. Конец 6 трубы 5, соединенный с атмосферой, введен в полость 8, сообщающуюся с атмосферой. В гидрокамере 2 выполнена выше уровня кровли 9 воздухосборная выемка 10 в которую выведен конец 7 трубы 5. В пневмокамеру 1 введены нагнетательный 11 и расходный 13 воздухопроводы, площади сечения которых выбраны из приведенных в формуле условий, из этих же условий рассчитан и диаметр трубы 5.

Аккумулятор работает следующим образом. При первоначальном заряде аккумулятора воздух из компрессора (не показан) подается в пневмокамеру 1, в которой находится вода. По мере повышения давления воздуха в пневмокамере 1 вода по водопроводу вытесняется в гидрокамеру 2. Благодаря тому, что его диаметр рассчитан, это происходит в течение 2 ч перерыва между сменами. В таком состоянии гидропневматический аккумулятор готов к работе.

При увеличении расхода сжатого воздуха потребителями, превышающему производительность компрессора, объем воздуха в пневмокамере уменьшается и по водоводу 4 вода поступает в пневмокамеру 1 из гидрокамеры 2, заполняя освобождающийся объем. При уменьшении расхода сжатого воздуха вода из пневмокамеры 1 по водоводу 4 вытесняется в гидрокамеру 2, одновременно вытесняя воздух из гидрокамеры через воздухозаборную выемку и через трубу 5. Благодаря тому, что диаметр трубы 5 рассчитан, по приведенной авторами формуле исключаются шумовые помехи, которые были очень значительными и не соответствовали требованиям техники безопасности.

Предлагаемое изобретение обеспечивает оптимизацию режимов работы гидропневматического аккумулятора. (56) Авторское свидетельство СССР N 681986, кл. E 21 F 17/10, 1971.

Изобретение предназначено для создания гидропневматического аккумулятора сжатого воздуха в подземных условиях и обеспечивает оптимизацию режима работы аккумулятора за счет выбора площадей сечений нагнетательного и расходного трубопроводов пневмокамеры, водовода и трубы для вытеснения воздуха из гидрокамеры, исходя из условий, описанных в математических выражениях. 1 ил.

ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР СЖАТОГО ВОЗДУХА, включающий пневмокамеру с зумпфом и отделенную от нее глухой перегородкой гидрокамеру, сообщенные между собой водоводом, нагнетательный и расходный трубопроводы воздуха, размещенные в пневмокамере с выводом их за пределы последней, воздухосборную выемку, выполненную выше уровня кровли, и трубу для сообщения гидрокамеры с атмосферой, один конец которой размещен в воздухосборной выемке, а другой пропущен через перегородку для сообщения с атмосферой, отличающийся тем, что, с целью оптимизации режимов работы гидропневматического аккумулятора, площади сечений нагнетательного и расходного трубопроводов пневмокамеры, водовода и трубы для вытеснения воздуха из гидрокамеры выбраны из следующих условий:
0.184·189.7(λ_16.17-1)+189.7(λ_6.7+1)(Γ₁₆/Γ₇)²+λ_14.15(Γ₁₆/Γ₁₄)²>0
-0.429·189.7(λ_18.19+1)-189.7(λ_6.7-1)·(Γ₁₉/Γ₇)²-λ_14.15(Γ₁₉/Γ₁₄)<0,
где Г₁₆ - площадь сечения нагнетательного трубопровода при вводе в пневмокамеру;
Г₁₉ - площадь сечения расходного трубопровода при вводе его в пневмокамеру;
Г₁₄ - площадь сечения водовода в зумпфе пневмокамеры;
Г₇ - площадь сечения трубы для вытеснения воздуха из гидрокамеры;
λ_16,17 - суммарный коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода между точками входа и выхода в пневмокамеру;
λ_18,19 - суммарный коэффициент сопротивления расходного трубопровода между точками входа и выхода в пневмокамеру;
λ_6,7 - суммарный коэффициент сопротивления трубы для сообщения гидрокамеры с атмосферой между ее концами;
λ_14,15 - суммарный коэффициент сопротивления водовода между его концами.