Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха
В статье исследовано влияние утечек сжатого воздуха на надѐжность работы шахтной пневматической сети при нарушении еѐ герметичности. Исследования выполнены на основании методов прикладной теории надѐжности с выбором вероятности безотказной работы шахтной пневматической сети в качестве показателя над...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2015
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138057 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха / Д.И. Губенко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 121. — С. 196-200. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860067327280676864 |
|---|---|
| author | Губенко, Д.И. |
| author_facet | Губенко, Д.И. |
| citation_txt | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха / Д.И. Губенко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 121. — С. 196-200. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | В статье исследовано влияние утечек сжатого воздуха на надѐжность работы шахтной пневматической сети при нарушении еѐ герметичности. Исследования выполнены на основании методов прикладной теории надѐжности с выбором вероятности безотказной работы шахтной пневматической сети в качестве показателя надѐжности. В построенной
математической модели оценки показателей надѐжности использован экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы. Получена зависимость вероятности безотказной работы пневматической системы шахты от еѐ суммарной негерметичности. Показано,
что вероятность безотказной работы шахтной пневматической сети в течении восьмичасового рабочего дня может быть менее 50 % в зависимости от степени негерметичности сети.
Применение полученных результатов позволит повысить требования по обеспечению
надѐжности и эффективности работы пневматического оборудования на горнодобывающих
предприятиях.
Стаття спрямована на дослідження впливу витоків стисненого повітря на надійність
роботи шахтної пневматичної мережі при порушенні її герметичності. Дослідження виконані на підставі методів прикладної теорії надійності з вибором ймовірності безвідмовної роботи шахтної пневматичної мережі як показника надійності. У побудованій математичній моделі оцінки показників надійності використаний експонентний закон розподілу часу безвідмовної роботи. Отримано залежність ймовірності безвідмовної роботи пневматичної системи шахти від її сумарної негерметичності.
Показано, що ймовірність безвідмовної роботи шахтної пневматичної мережі протягом восьмигодинного робочого дня може бути менше 50 % залежно від степеню негерметичності мережі. Застосування отриманих результатів дозволить підвищити вимоги щодо забезпечення надійності та ефективності роботи пневматичного обладнання на гірничодобувних підприємствах.
The article presents a study of compressed air leakage impacting on reliable performance of
the mine pneumatic systems with damaged hermeticity. The study was based on methods of applied reliability
theory with a probability of the mine pneumatic system nonfailure operation chosen as a reliability factor.
A mathematic model was created for estimating the reliability factors by exponential law of nonfailure operation
time distribution. Dependence between probability of the mine pneumatic system nonfailure operation
and the system summary leakages was determined. It was shown that probability of the mine pneumatic
system nonfailure operation during one 8-hour working day could be less than 50 % depending on the rate of
the system nonhermeticity. The findings shall improve requirements for ensured reliability and efficiency of
pneumatic equipment operation at the mining companies.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:08:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2015. № 121
196
УДК 62-522:622.457.2:620.165.29
Губенко Д.И., инженер
(ГП «КБ «Южное» им. М.К. Янгеля»)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ НАДЕЖНОСТИ ШАХТНОЙ
ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕТИ ОТ УТЕЧЕК СЖАТОГО ВОЗДУХА
Губенко Д.І., инженер
(ДП «КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля»)
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ НАДІЙНОСТІ ШАХТНОЇ
ПНЕВМАТИЧНОЇ МЕРЕЖІ ВІД ВИТОКІВ СТИСНЕНОГО
ПОВІТРЯ
Gubenko D.I., M.S (Tech.)
(SE «Design Office «Yuzhnoye» by M.K. Yangel»)
STUDY OF DEPENDENCE BETWEEN THE MINE PNEUMATIC
SYSTEM RELIABILITY AND COMPRESSED AIR LEAKAGES
Аннотация. В статье исследовано влияние утечек сжатого воздуха на надѐжность рабо-
ты шахтной пневматической сети при нарушении еѐ герметичности. Исследования выполне-
ны на основании методов прикладной теории надѐжности с выбором вероятности безотказ-
ной работы шахтной пневматической сети в качестве показателя надѐжности. В построенной
математической модели оценки показателей надѐжности использован экспоненциальный за-
кон распределения времени безотказной работы. Получена зависимость вероятности безот-
казной работы пневматической системы шахты от еѐ суммарной негерметичности. Показано,
что вероятность безотказной работы шахтной пневматической сети в течении восьмичасово-
го рабочего дня может быть менее 50 % в зависимости от степени негерметичности сети.
Применение полученных результатов позволит повысить требования по обеспечению
надѐжности и эффективности работы пневматического оборудования на горнодобывающих
предприятиях.
Ключевые слова: шахтная пневматическая сеть, надѐжность, сжатый воздух, утечка, не-
герметичность, время безотказной работы.
Надѐжность системы или элемента в общем случае является сложным ме-
ханизмом, который характеризуется способностью системы или элемента вы-
полнять заданные функции, обусловленные безотказностью, долговечностью и
ремонтопригодностью. Основным и наиболее важным в обеспечении надѐжно-
сти технических систем и элементов, которые могут быть невосстанавливае-
мыми и восстанавливаемыми, является свойство безотказности, которое оцени-
вается по количественным показателям надѐжности [1].
Наиболее часто надѐжность технической системы или элемента оценива-
ется по вероятности безотказной работы р(). Поэтому для оценки надѐжности
снабжения шахтных потребителей сжатым воздухом, производимым шахтным
компрессорным хозяйством и транспортируемым по трубопроводным сетям,
применим именно этот количественный показатель надѐжности.
Основываясь на принципиальной схеме компрессорного хозяйства горно-
добывающего предприятия, приведѐнной в работе [2], примерную структурную
© Губенко Д.И., 2015
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2015. № 121
197
схему шахтной пневматической сети можно
представить, в виде, который приведѐн на ри-
сунке 1.
На рис. 1 приведена примерная струк-
турная схема шахтной пневматической сети
горнодобывающего предприятия, которая со-
держит как последовательно, так и параллель-
но соединѐнные элементы. В методах теории
вероятностей эти группы структурных эле-
ментов обычно заменяются квазиэлементами,
вероятность безотказной работы которых
определяется [1]:
пос
1
пар
1
;
1 1 ,
n
i
i
n
i
i
р p
р p
где рпос() – вероятность безотказной работы
квазиэлемента, состоящего из i последова-
тельно соединѐнных элементов; – время ра-
боты, ч; n – количество квазиэлементов; рi() –
вероятность безотказной работы i–ого эле-
мента; рпар() – вероятность безотказной рабо-
ты квазиэлемента, состоящего из i параллель-
но соединѐнных элементов.
Поскольку рассматривается структурная схема абстрактной пневматиче-
ской сети, в которой нет конкретного количества отдельных структурных эле-
ментов, вполне допустимо рассматривать упрощѐнную структурную схему,
приведѐнную на рис. 2.
Согласно схемы, приведѐнной на рис. 2, вероятность рсети() безотказной
работы шахтной пневматической сети по воздухоснабжению потребителей бу-
дет равна:
сети А Б С Д( ) ( ) ( ) ( ) ( )р р р р р , (1)
где рА() – вероятность безотказной работы квазиэлемента А; рБ() – вероят-
ность безотказной работы квазиэлемента Б; рС() – вероятность безотказной ра-
боты квазиэлемента С; рД() – вероятность безотказной работы квазиэлемента
Д;
Практика эксплуатации компрессорных систем на шахтах Донбасса пока-
зала, что основными причинами, снижающими эффективность и надѐжность
работы этих агрегатов, являются неисправности механической системы и си-
стемы смазки компрессоров, а также неудовлетворительная работа системы
1 – 3 (блок А) – воздушные филь-
тры; 4 – 6 (блок А) – компрессор-
ные станции; 7 – 8 (блок А) – ре-
сиверы; 10 – 11 (блок Б) – маги-
стральные трубопроводы; 12 – 17
(блоки С) – участковые трубо-
проводы; 18 – 27 (блоки Д) –
шахтные потребители
Рисунок 1 – Примерная струк-
турная схема шахтной пневмати-
ческой сети
А – компрессорное оборудова-
ние; Б – система магистральных
трубопроводов; С – система
участковых трубопроводов; Д –
система шахтных потребителей
Рисунок 2 – Упрощѐнная струк-
турная схема шахтной пневмати-
ческой сети
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2015. № 121
198
охлаждения воздуха в них. Экономичность и устойчивость работы турбоком-
прессорных систем определяется в основном интенсивностью охлаждения воз-
духа в промежуточных воздухоохладителях.
Шахтная пневматическая сеть, включающая в себя магистральные и
участковые трубопроводы, является соединительным звеном между компрес-
сорной станцией, вырабатывающей сжатый воздух, и пневмоприводом горных
машин и механизмов – потребителями сжатого воздуха. Она монтируется ча-
стично из стальных труб общего назначения, а частично – из гибких резиновых
или резинотканевых шлангов. Условия эксплуатации шахтной пневматической
сети характеризуются высокой влажностью окружающей среды, что вызывает
усиленную коррозию труб. Поэтому надѐжность этой сети зависит в первую
очередь от еѐ технического состояния и герметичности соединений.
Утечка сжатого воздуха из пневматической сети шахты приводит к паде-
нию давления во всей технологической системе, что существенно снижает ве-
роятность еѐ безотказной работы по воздухоснабжению потребителей. Учиты-
вая это и приведѐнную выше характеристику структурных элементов схемы,
приведѐнной на рис. 2, для вероятности безотказной работы этих элементов
можно принимать
у у у у
А Б С Др р р р
где индекс «у» соответствует утечке сжатого воздуха. С учѐтом этого равенство
(1) будет иметь вид:
4
у у
сети Ср р . (2)
Показатели надѐжности в прикладной теории надѐжности в общем случае
определяются по [1-3]: экспоненциальному закону распределения времени без-
отказной работы; нормальному закону распределения времени безотказной ра-
боты с использованием функций Лапласа; закону распределения Вейбулла с
использованием параметров закона распределения Вейбулла и гамма-функций;
закону распределения Релея времени безотказной работы.
Наиболее часто на практике применяется экспоненциальный закон рас-
пределения вероятности безотказной работы системы [4]:
у
С
0
expр d
, (3)
где () – интенсивность отказов системы.
Степень негерметичности системы или объекта , которая имеет размер-
ность м
3
Па/с = Вт = 7,50210
3
лмкм рт.ст./с принято оценивать по общеприня-
той в вакуумной технике формуле:
к н cР Р V ,
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2015. № 121
199
где Рк и Рс – соответственно конечное и начальное давление рабочей среды, Па;
VC – объѐм рассматриваемой системы или объекта, м
3
.
С учѐтом этого интенсивность отказов шахтной пневмосистемы при
нарушении надѐжности воздухоснабжения потребителей за счѐт утечек воздуха
будет равна:
C к нV P P
, (4)
С учѐтом равенств (3) и (4)
соотношение (2) примет вид
4
у
сети
C к н
expр
V P P
.
На рис. 3 представлены рас-
чѐтные зависимости вероятности
безотказного воздухоснабжения
потребителей шахтной пневмоси-
стемой от еѐ суммарной негерме-
тичности для восьмичасового рабочего дня = 8 ч. Зависимости построены для
шахтной пневмосети, характеристика которой приведена в таблице 1.
Как видно из рис. 3, в зависимости от степени негерметичности шахтной
пневматической сети вероятность еѐ безотказной работы по воздухоснабжению
потребителей в течение восьмичасового рабочего дня может быть менее 50 %.
Таблица 1 – Примерная характеристика шахтной пневматической сети
Давление на потребителях,
Рк, МПа
Общая длина, км Длина участка, м Внутренний диаметр, м
0,5 3,9
400 0,05
1000 0,10
1000 0,15
500 0,20
500 0,25
500 0,30
Выводы.
В результате выполненных исследований установлено:
негерметичность шахтной пневматической сети существенно (до 50 %) влия-
ет на надежность снабжения потребителей сжатым воздухом;
для повышения эффективности работы шахтного пневматического оборудо-
вания необходимо повышать требования по контролю герметичности эле-
ментов шахтной пневматической сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сырицын, Т.А. Надежность гидро- и пневмопривода. – М.: Машиностроение, 1981. – 216 с.
2. Соловьев, В.С. Стационарные машины и комплексы: Учебное пособие / В.С. Соловьев, А.С.
Смородин. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный горный институт (техниче-
ский университет), 2002. – 88 с.
1 – для значений рн = 0,9 МПа; 2 – для значений
рн = 0,7 МПа
Рисунок 3 – Расчѐтные зависимости вероятно-
сти безотказного воздухоснабжения потребите-
лей шахтной пневматической системой от еѐ
суммарной негерметичности
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2015. № 121
200
3. О проблемах пневмоэнергетического комплекса шахт / Грядущий Б.А., Кирик Г.В., Коваль
А.Н. [и др.] // Компрессорное и энергетическое машиностроение. – 2008. – №1(11). – С. 2-5.
4. Фатеева, Н.Н. Алгоритм расчета количественных показателей безотказности в системах гид-
ропневмоагрегатов на этапе их синтеза / Н.Н. Фатеева // Энергетические и теплотехнические процес-
сы и оборудование. – Харьков: НТУ «ХПІ». – 2011. – №5. – С. 129-135.
REFERENCES
1. Syritsyn, T.A. (1981), Nadezhnost gidro- i pnevmoprivoda [Reliability of hydro- and pneumatic actu-
ator], Machine Building, Moscow, SU.
2. Solovyev, V.S. (2002), Stazionarnye mashiny i kompleksy: Uchebnoye posobiye [Stationary machines
and complexes: Textbook], St. Petersburg State Mining Institute (Technical University), St. Petersburg, Rus-
sia.
3. Gryaduschiy B.A., Kirik G.V., Koval A.N. (et al.) (2008), “On the problems pneumoenergetic com-
plex of mines”, Compressor and power engineering, no. 1 (11), pp. 2-5.
4. Fateeva, N.N. (2011), “The algorithm for calculating of quantitative indicators reliability in systems
gidropnevmo of aggregates at the stage of synthesis”, Power and thermal engineering processes and equip-
ment, no. 5, pp. 129-135.
Об авторе
Губенко Дмитрий Иванович, начальник СНИЛ-110, Государственное предприятие «Конструк-
торское бюро «Южное» им. М.К. Янгеля» (ГКБ «Южное» им. М.К. Янгеля), Днепропетровск, Украи-
на, di_gubenko@i.ua
About the author
Gubenko Dmitry Ivanovich, Head of SRL-110, State Enterprise “Design Office “Yuzhnoye” by M.K.
Yangel (SE “Design Office “Yuzhnoye” by M.K. Yangel), Dnepropetrovsk, Ukraine, di_gubenko@i.ua
Анотація. Стаття спрямована на дослідження впливу витоків стисненого повітря на надійність
роботи шахтної пневматичної мережі при порушенні її герметичності. Дослідження виконані на підс-
таві методів прикладної теорії надійності з вибором ймовірності безвідмовної роботи шахтної пнев-
матичної мережі як показника надійності. У побудованій математичній моделі оцінки показників на-
дійності використаний експонентний закон розподілу часу безвідмовної роботи. Отримано залеж-
ність ймовірності безвідмовної роботи пневматичної системи шахти від її сумарної негерметичності.
Показано, що ймовірність безвідмовної роботи шахтної пневматичної мережі протягом восьмигодин-
ного робочого дня може бути менше 50 % залежно від степеню негерметичності мережі. Застосуван-
ня отриманих результатів дозволить підвищити вимоги щодо забезпечення надійності та ефективнос-
ті роботи пневматичного обладнання на гірничодобувних підприємствах.
Ключові слова: шахтна пневматична мережа, надійність, стиснене повітря, витік, негерметич-
ність, час безвідмовної роботи.
Abstract. The article presents a study of compressed air leakage impacting on reliable performance of
the mine pneumatic systems with damaged hermeticity. The study was based on methods of applied reliabil-
ity theory with a probability of the mine pneumatic system nonfailure operation chosen as a reliability factor.
A mathematic model was created for estimating the reliability factors by exponential law of nonfailure op-
eration time distribution. Dependence between probability of the mine pneumatic system nonfailure opera-
tion and the system summary leakages was determined. It was shown that probability of the mine pneumatic
system nonfailure operation during one 8-hour working day could be less than 50 % depending on the rate of
the system nonhermeticity. The findings shall improve requirements for ensured reliability and efficiency of
pneumatic equipment operation at the mining companies.
Keywords: mine pneumatic system, reliability, compressed air, leakages, nonhermeticity, nonfailure
operation time.
Статья поступила в редакцию 02.04. 2015
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
mailto:di_gubenko@i.ua
mailto:di_gubenko@i.ua
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138057 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:08:58Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Губенко, Д.И. 2018-06-18T07:33:08Z 2018-06-18T07:33:08Z 2015 Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха / Д.И. Губенко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 121. — С. 196-200. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138057 62-522:622.457.2:620.165.29 В статье исследовано влияние утечек сжатого воздуха на надѐжность работы шахтной пневматической сети при нарушении еѐ герметичности. Исследования выполнены на основании методов прикладной теории надѐжности с выбором вероятности безотказной работы шахтной пневматической сети в качестве показателя надѐжности. В построенной
 математической модели оценки показателей надѐжности использован экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы. Получена зависимость вероятности безотказной работы пневматической системы шахты от еѐ суммарной негерметичности. Показано,
 что вероятность безотказной работы шахтной пневматической сети в течении восьмичасового рабочего дня может быть менее 50 % в зависимости от степени негерметичности сети.
 Применение полученных результатов позволит повысить требования по обеспечению
 надѐжности и эффективности работы пневматического оборудования на горнодобывающих
 предприятиях. Стаття спрямована на дослідження впливу витоків стисненого повітря на надійність
 роботи шахтної пневматичної мережі при порушенні її герметичності. Дослідження виконані на підставі методів прикладної теорії надійності з вибором ймовірності безвідмовної роботи шахтної пневматичної мережі як показника надійності. У побудованій математичній моделі оцінки показників надійності використаний експонентний закон розподілу часу безвідмовної роботи. Отримано залежність ймовірності безвідмовної роботи пневматичної системи шахти від її сумарної негерметичності.
 Показано, що ймовірність безвідмовної роботи шахтної пневматичної мережі протягом восьмигодинного робочого дня може бути менше 50 % залежно від степеню негерметичності мережі. Застосування отриманих результатів дозволить підвищити вимоги щодо забезпечення надійності та ефективності роботи пневматичного обладнання на гірничодобувних підприємствах. The article presents a study of compressed air leakage impacting on reliable performance of
 the mine pneumatic systems with damaged hermeticity. The study was based on methods of applied reliability
 theory with a probability of the mine pneumatic system nonfailure operation chosen as a reliability factor.
 A mathematic model was created for estimating the reliability factors by exponential law of nonfailure operation
 time distribution. Dependence between probability of the mine pneumatic system nonfailure operation
 and the system summary leakages was determined. It was shown that probability of the mine pneumatic
 system nonfailure operation during one 8-hour working day could be less than 50 % depending on the rate of
 the system nonhermeticity. The findings shall improve requirements for ensured reliability and efficiency of
 pneumatic equipment operation at the mining companies. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха Дослідження залежності надійності шахтної пневматичної мережі від витоків стисненого повітря Study of dependence between the mine pneumatic system reliability and compressed air leakages Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха Губенко, Д.И. |
| title | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха |
| title_alt | Дослідження залежності надійності шахтної пневматичної мережі від витоків стисненого повітря Study of dependence between the mine pneumatic system reliability and compressed air leakages |
| title_full | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха |
| title_fullStr | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха |
| title_full_unstemmed | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха |
| title_short | Исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха |
| title_sort | исследование зависимости надежности шахтной пневматической сети от утечек сжатого воздуха |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138057 |
| work_keys_str_mv | AT gubenkodi issledovaniezavisimostinadežnostišahtnoipnevmatičeskoisetiotutečeksžatogovozduha AT gubenkodi doslídžennâzaležnostínadíinostíšahtnoípnevmatičnoímerežívídvitokívstisnenogopovítrâ AT gubenkodi studyofdependencebetweentheminepneumaticsystemreliabilityandcompressedairleakages |