Исследование влияния переходных процессов на технические показатели рудничных систем производства и транспортирования сжатого воздуха

Сжатый воздух является безопасным и универсальным энергоносителем на горных предприятиях. Однако централизованные системы производства и транспортирования сжатого воздуха имеют низкую эффективность из-за наличия разветвленных воздухопроводных сетей, обладающих технологическими потерями сжатого воздуха, и компрессорных станций, вырабатывающих сжатый воздух для поддержания давления в пневмосети на заданном уровне без учета режимов работы пневматического оборудования. Создание эффективных систем производства, распределения и потребления сжатого воздуха требует реализации интеллектуальной системы автоматического управления, основанной на энергоэффективных алгоритмах, предопределяющих требуемые параметры системы с наименьшими затратами на производство сжатого воздуха. Реализация данной концепции возможна благодаря использованию математического имитационного моделирования с применением специализированных программных продуктов. Рассмотрены схемы классификации величин и параметров участков системы производства и распределения сжатого воздуха, разработана алгоритмическая структура схемы, которая реализована в математической модели в программе Matlab Simulink. Результаты имитационного моделирования показали широкие возможности повышения эффективности действующих систем производства и распределения сжатого воздуха путем использования аккумулирующей способности пневмосетей и рационального управления турбоагрегатами на компрессорной станции.

Копачев В. Ф., Копачева Е. А. Исследование влияния переходных процессов на технические показатели рудничных систем производства и транспортирования сжатого воздуха // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1-1. – С. 106–119. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_11_0_106.

Копачев Валерий Феликсович¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: u1331@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-8241-8114,
Копачева Елена Александровна¹ — преподаватель, e-mail: Kopacheva.E@m.ursmu.ru, ORCID ID: 0009-0006-1407-4950,
¹ Уральский государственный горный университет.

Копачев В.Ф., e-mail: u1331@yandex.ru.

1. Cabello Eras J. J., Sagastume Gutiérrez A., Sousa Santos V., Cabello Ulloa M. J. Energy management of compressed air systems. Assessing the production and use of compressed air in industry // Energy. 2020, vol. 213, article 118662. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118662.

2. Nehler T. Linking energy efficiency measures in industrial compressed air systems with nonenergy benefits — a review // Renew and Sustain Energy Reviews. 2018, vol. 89, pp. 72—87. DOI: 10.1016/j.rser.2018.02.018.

3. Saidur R., Rahim N. A., Hasanuzzaman M. A review on compressed-air energy use and energy savings // Renew Sustain Energy Reviews. 2010, vol. 14, no. 4, pp. 1135—1153. DOI: 10.1016/j.rser. 2009.11.013.

4. Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy efficiency of compressed air systems // Procedia CIRP. 2014, vol. 15, pp. 313—318. DOI: 10.1016/j.procir.2014.06.026.

5. Миняев Ю. Н. Энергетические потери в пневмосетях рудничных компрессорных установок // Известия УГГГУ. — 2003. — № 16. — С. 44—46.

6. Жуковский Ю. Л., Лаврик А. Ю., Семенюк А. В., Васильков О. С. Потенциал управления электропотреблением в условиях изолированной энергосистемы удаленного населенного пункта // Устойчивое развитие горных территорий. — 2020. — Т. 12. — № 4(46). — С. 583—591. DOI: 10.21177/1998-4502-2020-12-4-583-591.

7. Goldberg A., Reinaud J., Taylor R. P. Promotion systems and incentives for adoption of energy management systems in industry. Institute for Industrial Productivity, 2011, 36 p.

8. La T. Don't let compressed air blow away your profits // Energy Engineering. 2013, vol. 111, no. 1, pp. 7—15. DOI: 10.1080/01998595.2013.10769725.

9. Abdelaziz E. A. Saidur R., Mekhilef S. A review on energy saving strategies in industrial sector // Renew Sustain Energy Reviews. 2011, vol. 15, no. 1, pp. 150—168. DOI: 10.1016/j.rser.2010.09.003.

10. Marshall R. C. Optimization of single-unit compressed air systems // Energy Engineering. 2012, vol. 109, no. 1, pp. 10—35. DOI: 10.1080/01998595.2012.1043657.

11. McKane A., Hasanbeigi А. Motor systems energy efficiency supply curves. A methodology for assessing the energy efficiency potential of industrial motor systems // Energy Policy. 2011, vol. 39, no. 10, pp. 6595—6607. DOI: 10.1016/j.enpol.2011.08.004.

12. Паляницин П. С., Петров П. А., Бажин В. Ю. К вопросу ресурсои энергосбережения в производстве корунда // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2020. — Т. 24. — № 6 (155). — С. 1347—1356.

13. Копачев В. Ф., Копачева Е. А. Рациональные алгоритмы управления системой производства сжатого воздуха / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. — Екатеринбург, 2024. — С. 81—84.

14. Слободчиков К. Ю. Алгоритмы управления режимом компрессорного цеха в распределенной структуре программного регулятора // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2009. — Т. 3. — № 3 (39). — С. 30—37.

15. Цветков В. Я., Буравцев А. В. Метрики сложной детерминированной системы // Онтология проектирования. — 2017. — Т. 7. — № 3(25). — С. 334—346. — DOI: 10.18287/2223-95372017-7-3-334-346.

16. Михеева Т. В. Обзор существующих программных средств имитационного моделирования при исследовании механизмов функционирования и управления производственными системами // Известия Алтайского государственного университета. — 2009. — № 1(61). — С. 87—90.

17. Батицкий В. А., Куроедов В. И., Рыжков А. А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности. — М.: Недра, 1991. — 303 с.

18. Крюков О. В., Гуляев И. В., Сычев М. Н., Сычев Н. И., Еразумов М. И. Энергоэффективность и автоматизация электрооборудования компрессорных станций. — Вологда, 2022. — 548 с.

19. Шабаев О. Е., Нечепаев В. Г., Бридун И. И., Зинченко П. П. Математическая модель формирования потоков горной массы комбайнами со шнековыми исполнительными органами малого диаметра // Известия вузов. Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 60—69. DOI: 10.21440/053610282023-5-60-69.

20. Гендлер С. Г., Копачев В. Ф., Ковшов С. В. Мониторинг потерь сжатого воздуха в разветвленных воздухопроводных сетях горных предприятий // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 3—11. DOI: 10.31897/PMI.2022.8.

21. Залазинский А. Г. Мониторинг технического состояния рудничных установок главного подъема // Известия вузов. Горный журнал. — 2022. — № 1. — С. 84—91. DOI: 10.21440/05361028-2022-1-84-91.