Анотація до роботи:

Зінов’єв С.М. Обґрунтування параметрів устаткування для зневоднення канатів шахтних підйомних установок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 Гірничі машини. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Вивчено взаємодію повітряного потоку з плівкою води на поверхні рухомого підйомного каната ШПУ. Розроблено математичні моделі винесення води канатом та видалення води з поверхні каната. Доведена адекватність побудованих математичних моделей лабораторним і шахтним експериментальним даним.

Обґрунтовано проектні параметри устаткування для зневоднення канатів, що з імовірністю 95 % гарантують повне видалення води з поверхні канатів.

Розроблено та впроваджено на ВО «Красноармійськвугілля» і в проектні роботи ДПІ «Кривбаспроект» методичні рекомендації по розробці та обґрунтуванню раціональних параметрів устаткування для зневоднення канатів на основі пристрою для видалення води.

Очікуваний річний економічний ефект від впровадження устаткування для зневоднення канатів на шахті «Гвардійська» ВАТ «Кривбасзалізрудком» становить 600 тис. грн за рахунок скорочення експлуатаційних витрат.

Дисертація являє собою закінчену науково-дослідну роботу, в якій вирішена актуальна наукова задача щодо обґрунтування параметрів устаткування для ефективного зневоднення канатів шахтних підйомних установок на основі встановлення закономірностей робочих процесів.

Основні наукові результати, висновки та рекомендації:

1. Визначення раціональних параметрів устаткування для зневоднення повітряним потоком канатів шахтних підйомних установок, яке змонтоване на
   копрах баштового типу і складається з пристрою для видалення води, водовіддільника та вентилятора, можливе тільки на основі встановлення функціональних залежностей між проектними параметрами з використанням засобів математичного і фізичного моделювання, включаючи аналітичні методи гідродинаміки та математичної фізики, скінченно-елементне моделювання, методи планування багатофакторного експерименту і статистичної обробки експериментальних даних.

2. Дослідження процесу винесення води підйомним канатом на математичній моделі, зображеній рівняннями Нав’є-Стокса та безперервності, граничними умовами для швидкості і тиску на поверхні каната та поверхні плівки води, дало змогу одержати розподіл швидкості в плівці води, а також залежність інтенсивності винесення води від товщини плівки і швидкості руху каната. У результаті доведено, що інтенсивність винесення води канатом пропорційна діаметру каната і перебуває в степеневій залежності від швидкості руху підйомного каната з показником степеня 3/2.

3. Дослідження процесу видалення води з поверхні підйомного каната передбачає наукове вивчення початку процесу втрати стійкості хвилі, коли амплітуда хвиль на поверхні плівки води мала, та визначення інтенсивності видалення води. Приймаючи математичну модель базової течії двофазного потоку у вигляді рівнянь Нав’є-Стокса і безперервності для води, рівнянь Ейлера та безперервності для повітря і математичну модель для збуреної течії у вигляді рівнянь Нав’є-Стокса та безперервності для води і повітря при відповідних граничних умовах, використовуючи методи малих збурень, лінеаризації рівнянь, розділення змінних та розв’язання задач на власні значення, визначено характер розподілу швидкості і тиску в обох середовищах. Доведено, що інтенсивність видалення води з поверхні каната пропорційна інтегральній функції швидкості повітряного потоку, діаметру каната і залежить від співвідношення густини води та повітря.

4. Інтегральна функція швидкості повітряного потоку залежить від особливостей конструкції та параметрів пристрою, яким видаляється вода з поверхні підйомного каната. Числовими експериментами на скінченно-елементних k- моделях турбулентного руху показано, що під час роботи пристрою вздовж поверхні підйомного каната по всій довжині камери пристрою формується турбулентний кільцевий повітряний струмінь. Для діапазону величини щілини між канатом й ущільнювальним кільцем від 2 до 6 мм, товщини кільця від 5 до 15 мм, довжини камери пристрою 300...600 мм та депресії вентилятора від 1,0 до 15,0 кПа ефективна довжина взаємодії повітряного потоку з плівкою води з похибкою 2,3 % постійна і дорівнює 175 мм. Розташування та кількість відвідних патрубків змінює ефективну довжину взаємодії потоків не більше ніж на 2 %. Статистичний аналіз регресійної моделі для інтегральної функції швидкості підтвердив її адекватність експериментальним даним. Інтегральна функція швидкості, а отже, й інтенсивність видалення води з поверхні каната пропорційні ефективній довжині взаємодії водного і повітряного потоків та кореню квадратному з величини депресії вентилятора.

5. Лабораторним експериментом підтверджено, що інтенсивність видалення води з поверхні циліндричного та круглопрядного підйомних канатів прямо пропорційна діаметру каната і кореню квадратному з депресії вентилятора. Визначено коефіцієнт інтенсивності видалення води: для моделі каната закритої конструкції він дорівнює (5,45 ± 0,36)10^-4, а для круглопрядного каната за ГОСТ 7669-80 – (5,42 ± 0,39)10^-4.

6. З умови повного розпилення в камері пристрою води на поверхні каната одержано основне рівняння устаткування для зневоднення канатів, з якого виходить, що депресія вентилятора прямо пропорційна кубу швидкості руху підйомного каната. За даними статистичної обробки фізичного експерименту, проведеного на шахті «Центральна» ВО «Красноармійськвугілля», значення коефіцієнта інтенсивності видалення води з імовірністю 95 % становить (5,34 ± 0,73)10^-4, а коефіцієнта інтенсивності винесення води – (6,23 ± 0,92)10^-1. Для гарантованого видалення води з поверхні підйомного каната при швидкості його руху 9 м/с депресія в пристрої для видалення води повинна бути не меншою ніж 5,7 кПа, а при швидкості 12 м/с – 13,2 кПа.

7. Розроблено нову конструкцію пристрою для видалення води з поверхні підйомного каната. Ця конструкція захищена патентом України на винахід і вирізняється тим, що за рахунок формування кільцевого повітряного струменя шляхом створення розрядження в камері пристрою та вибору її раціональних параметрів у пристрої утворюється ефективніший повітряний струмінь для розпилення плівки води на поверхні каната.

8. Експериментальний зразок устаткування для видалення води з поверхні підйомного каната пройшов випробування на шахті «Центральна» ВО «Красноармійськвугілля».

9. Методичні рекомендації по вибору раціональних параметрів устаткування для видалення води з поверхні підйомних канатів шахтних підйомних установок впроваджені на ВО «Красноармійськвугілля» і для використання при проектуванні нових пристроїв у ДПІ «Кривбаспроект».

10. Запропоноване устаткування для видалення води з поверхні підйомного каната дає можливість підвищити швидкість роботи та продуктивність підйомної установки. Очікуваний річний економічний ефект, визначений для ШПУ шахти «Гвардійська» ВАТ «Кривбасзалізрудком», обладнаної багатоканатною підіймальною машиною типу МК 54, становить 600 тис. грн.

Основні положення дисертаційної роботи відображені в публікаціях:

1. Заболотный К.С., Зиновьев С.Н. Анализ конструктивных решений по удалению влаги с головных канатов многоканатных подъемных машин со шкивами трения // Вибрации в технике и технологиях. – 2000. – № 4 (16). – С. 70-73.

2. Зиновьев С.Н., Жупиев А.Л. Критерии моделирования отрыва капель с поверхности подъемного каната // Вибрации в технике и технологиях. – 2002. – № 5 (26). – С. 37-38.

3. Жупиев А.Л., Зиновьев С.Н. Теория рабочих процессов горношахтного оборудования для удаления воды с поверхности подъемного каната // Науковий вісник НГУ. – 2003. – № 7. – С. 40-42.

4. Заболотный К.С., Жупиев А.Л., Зиновьев С.Н. Анализ технических решений по повышению производительности шахтных подъемных установок в сильно обводненных стволах // Вибрации в технике и технологиях. – 2004. – № 1 (33). – С. 19-20.

5. Зиновьев С.Н. Обоснование параметров горношахтного оборудования для удаления воды с поверхности подъемного каната // Науковий вісник НГУ. – 2004. – № 4. – С. 55-57.

6. Заболотный К.С., Жупиев А.Л., Зиновьев С.Н. Удаление пленки воды струей воздуха с поверхности подъемного каната // Сб. науч. тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. – 2004. – Вып. 98. – С. 171-173.

7. Патент № 45169А. Україна. Пристрій для видалення вологи з каната потоком повітря / К.С. Заболотний, С.М. Зінов’єв. Опубл.15.03.2002. Бюл. № 3.

8. Заболотный К.С., Зиновьев С.Н. Устройство для удаления воды с поверхности подъемных канатов шкивов трения // Сб. тез. и докл. междунар. науч.-техн. конф. «Перспективы развития горнорудной, угледобывающей и обогатительной отраслей промышленности». – Краматорск, 2001. – С.47-48.

9. Заболотный К.С., Зиновьев С.Н. Моделирование отрыва жидкой пленки и капель с поверхностного слоя жидкости, расположенной на цилиндрической поверхности // Матер. междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы механики горно-металлургического комплекса» – Днепропетровск, 2002. –С. 176-178.

Особистий внесок здобувача в роботи, опубліковані у співавторстві: [1] – доведена актуальність задачі і розроблена схема пристрою для видалення води; [2] – виконано огляд робіт, присвячених розпаду струменів, плівок, крапель рідини, і вибрано критерії математичного моделювання процесу видалення води з поверхні підйомного каната; [3] – розроблена загальна теорія робочих процесів у камері пристрою для видалення води з поверхні підйомного каната; [4] – проаналізовані пристрої і технічні рішення, які можна застосовувати при видаленні води з поверхні каната, та сформульовані наукові задачі, вирішення яких дасть змогу визначати раціональні параметри пристроїв для видалення води з поверхні підйомного каната; [6] – досліджена модель розпилення води на поверхні підйомного каната; [7] – розроблені істотні ознаки винаходу;
[8] – розроблена схема установки для видалення води; [9] – розроблена модель розпилення води на поверхні підйомного каната.