Критериальное уравнение энергоэффективности улавливания угольной пыли

Актуальность повышения эффективности улавливания угольной пыли обусловлена ростом интенсификации производственных процессов. Для повышения эффективности высоконапорного пылеподавления предложена технология и критериальное уравнение для расчета энергоэффективности улавливания пыли на базе математической модели процесса. Показано, что эффективность улавливания угольной пыли зависит от качества диспергирования капель жидкости, т. е. степени их дробления. Построено критериальное уравнение эффективности пылеулавливания, связывающие критерии Вебера и Рейнольдса, рассчитанные с учетом кинематики вращательного движения капель жидкости. Доказано снижение расходной скорости с ростом угловой скорости вращения капель жидкости при заданных величинах чисел Вебера и Рейнольдса, что позволяет снизить расход воды при гидровихревом пылеулавливании. Показано повышение эффективности дробления капель жидкости, т. е. уменьшение их медианного диаметра с расчетом угловой скорости вращения. С учетом кинематики гидровихревого обеспыливания получен патент на форсунку с двойной циркуляцией потока диспергируемой жидкости с вращением капель по пространственной спирали и одновременно вокруг скорости поступательного движения. Экспериментальная отработка предложенной конструкции форсунки подтвердила рост эффективности пылеулавливания с увеличением угловой скорости вращения капель жидкости, т.е. относительной скорости капель тангенциальных встречных потоков на поверхности разрыва. Интегральная эффективность во всем диапазоне диаметров частиц пыли составила не менее 99% при дроблении капель жидкости до диаметра 2·10–5 м, при снижении общего расхода воды на 10%.

Макаров В. Н., Угольников А. В., Макаров Н. В., Чураков Е. О. Критериальное уравнение энергоэффективности улавливания угольной пыли // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 11-2. – С. 126–136. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_112_0_126.

Макаров Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: uk.intelnedra@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3785-5569,
Угольников Александр Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, e-mail: ugolnikov@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-8442-4841,
Макаров Николай Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, e-mail: mnikolay84@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7039-6272,
Чураков Евгений Олегович¹ — аспирант, e-mail: gmf.gm@m.ursmu.ru,
¹ Уральский государственный горный университет.

Угольников А.В., e-mail: ugolnikov@yandex.ru.

1. Евтушенко А. И., Евтушенко И. И., Нор-Аревян С. Л., Бельская Я. В. К вопросу исследования путей повышения эффективности пылеподавления орошением // Инженерный вестник Дона. — 2016. — Т. 42. — № 3(42). — С. 46—55.

2. Валиев Н. Г., Страданченко С. Г., Голодов М. А., Армейсков В. Н., Масленников С. А. К концепции охраны окружающей среды угледобывающего региона // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2021. — № 7. — С. 80—91.

3. Alimenko N. I., Kamenskikh A. A., Nikolaev A. V., Petrov A. I. Numerical modeling of heat and mass transfer during hot end cool air mixing in a supplyshaft in underground mine // Eurasian Mining. 2016, no. 2, pp. 45—47.

4. Ivanov A. V., Strizhenok A. V. Evaluation of the effectiveness of dust screens and the possibilities of taking into account their influence in software models // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1728, no. 1, article 012008. DOI: 10.1088/1742-6596/1728/1/012008.

5. Nikolaev A. V., Lyalkinaa G. B., Kychkin A. V., Vöth S. Season-oriented mine ventilation modes analysis // Eurasian Mining. 2021, no. 2, pp. 81—85.

6. Makarov V. N., Potapov V. Ya., Davydov S. Ya., Makarov N. V. A method of additive aerodynamic calculation of the friction gear classification block // Refractions and Industrial Ceramics. 2017, vol. 38, no. 3, pp. 288—292. DOI: 10.1007/s11148-017-0098-8.

7. Borowski G., Smirnov Yu., Ivanov A., Danilov A. E. Effectiveness of carboxymethyl cellulose solutions for dust suppression in the mining industry // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2020, no. 1, pp 1—13. DOI: 10.1080/19392699.2020.1841177.

8. Макаров В. Н., Угольников А. В., Матеров А. Ю., Макаров Н. В., Таугер В. М. Модификация критериального уравнения гидровихревого пылеподавления на угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 7. — С. 53—61. — DOI: 10.25018/0236-1493-2019-07-0-53-61.

9. Валиев Н. Г., Симисинов Д. И., Кошкаров В. Е., Ахметов А. Ф. Эмульсионные профилактические средства из тяжелых нефтяных остатков для обеспыливания карьерных автодорог и отвалов техногенных отходов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2015. — № 8. — С. 13—21.

10. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Multilevel optimization of the splitter blade profile in the impeller of a centrifugal compressor // Scientia Iranica. 2017, no. 24, pp. 707—714. DOI: 10.24200/sci.2017.4055.

11. Пелевин А. Е., Сытых Н. А. Особенности процесса классификации в гидро-циклонах при измельчении титаномагнетитовой руды // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2021. — № 1. — С. 74—84. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-1-74-84.

12. Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В., Свердлов И. В. Энергоэффективная технология локализации техногенных аварий в шахтах на базе математической модели гидровихревой коагуляции // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2019. — № 2. — С. 118—127. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-2-118-127.

13. Косарев Н. П., Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В., Лифанов А. В. Эффективная локализация взрывов угольной пыли с использованием гидровихревой коагуляции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2018. — Т. 18. — № 2. — С. 78—189. DOI: 10.15593/2224-9923/2018.4.7.

14. Николаев А. В. Энергоэффективное кондиционирование шахтного воздуха в неглубоких рудниках // Горный журнал. — 2017. — № 3. — С. 71—74. DOI: 10.17580/gzh.2017.03.13.

15. Yang S., Nie W., Lv S., Liu Z., Peng H., Ma X., Cai P., Xu C. Effects of spraying pressure and installation angle of nozzles on atomization characteristics of external spraying system at a fully-mechanized mining face // Powder Technology. 2019, vol. 343, pp. 754—764. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.11.042.

16. Han H., Wang P., Liu R. Experimental study on atomization characteristics and dustreduction performance of four common types of pressure nozzles in underground coal mines // International Journal of Coal Science and Technology. 2020, vol. 7, no. 3, pp. 581—596. DOI: 10.1007/s40789-020-00329-w.

17. Wang P. Multi-objective design of a transonic turbocharger compressor with reduced noise and increased efficiency. Ph. D. Thesis. UCL University. London, 2017. 213 р.

18. Mao Y. F. Numerical study of correlation between the surge of centrifugal compressor and the piping system. Ph. D. Thesis. Xian Jiaotong University, Xian. 2016, 174 p.

19. Wu D., Yin K., Yin Q., Zhang X., Cheng J., Ge D., Zhang P. Reverse circulation drilling method based on a supersonic nozzle for dust control // Applied Sciences. 2017, vol. 7, no. 1, pp. 5—20. DOI: 10.3390/app7010005.

20. Lyashenko V. I., Gurin A., Topolniy F. F., Taran N. A. Justification of environmental technologies and means for dust control of tailing dumps surfaces of hydrometallurgical production and concentrating plants // Metallurgical and Mining Industry. 2017, no. 4, pp 8—17.

21. Bautin S. P. Mathematical simulation of the vertical part of an upward swirling flow // High Temperature. 2014, vol. 52, no. 2, pp. 259—263. DOI: 10.7868/S0040364414020033.

22. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Numerical optimization and manufacturing of the impeller of a centrifugal compressor by variation of splitter blades // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Seoul, 2016, рр. 1—7.

23. Davydov S. Y., Valiev N. G., Tauger V. M. Effect of the flow of transported bulk material on design features of a belt conveyor // Refractories and Industrial Ceramics. 2019, vol. 60, no. 1, pp. 10—13. DOI: 10.1007/s11148-019-00301-5.

24. Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В., Дылдин Г. П., Чураков Е. О. Патент № 2737161 C1, 25.11.2020. Способ гидровихревого кинематического пылеподавления и устройство для его реализации. 2020. Бюл. 33.