MASTA: Nowe rozwiązania w urządzeniach do klimatyzacji górniczej produkcji WUCh „PZL-Dębica” S.A.


WUCH „PZL-Dębica” S.A., to dobrze znana polska firma chłodnicza z ponad 80-letnim doświadczeniem w tym 55 lat w chłodnictwie przemysłowym, zajmująca się produkcją sprężarek zarówno tłokowych, jak i śrubowych, agregatów chłodniczych, montażem instalacji chłodniczych oraz agregatów do gazu typu ASR, które przeznaczone są do sprężania gazów takich jak: propan, butan, gaz ziemny i inne węglowodory.


W sprężarkach produkowanych w WUCH „PZL-Dębica” S.A. w ostatnich latach wprowadzono wiele istotnych z punktu widzenia trwałości i funkcjonalności zmian, np. omawianą niedawno sprężarkę SR163 z automatyczną regulacją sprężu. Nie były to zmiany widowiskowe, a ich wprowadzanie było ostrożne tak, aby na rynek trafiły sprężarki dobrze przebadane i sprawdzone w trakcie badań eksploatacyjnych. Stąd też dopiero teraz ruszają prace nad kolejnymi sprężarkami w typoszeregu. Rozwój sprężarek umotywowany jest zapotrzebowaniem w przemyśle chłodniczym i klimatyzacyjnym, a w szczególności do klimatyzacji kopalń.

Niezaprzeczalnym faktem jest to, że głębokość pokładów złóż i eksploatacja kopalń surowców naturalnych wpływa znacząco na pogarszanie się warunków pracy dla pracowników podziemnych kopalń. Występująca tam wysoka temperatura pierwotna skał przy dużej wilgotności obniża znacznie komfort pracy, co powoduje niską wydajność wydobywania zasobów. W przypadku klimatyzacji kopalń nie mamy do czynienia z luksusem, czy nawet komfortem pracy – chodzi tutaj o możliwość pracy. W wielu przypadkach bez klimatyzacji praca człowieka jest niemożliwa lub możliwa w bardzo ograniczonym wymiarze, a zagrożenie wybuchem metanu wymuszają specjalną budowę, inne niż na lądzie są również parametry pracy.

Historia produkcji agregatów w WUCH „PZL-Dębica” S.A. do klimatyzacji kopalń sięga lat 70., kiedy głównym produktem były jednostki chłodnicze bezpośredniego działania montowane w pobliżu wyrobiska. Wytwarzaniem tych urządzeń zakład zajmował się z przerwami od roku 1978. W okresie przemian politycznych ich sprzedaż zanikła aż do momentu podjętej współpracy z firmą z branży górniczej oraz znacznej intensyfikacji prac rozwojowych na przełomie 2005/2006 roku. Wtedy powstała koncepcja nowego typoszeregu agregatów do klimatyzacji kopalń. Są to nowoczesne, proekologiczne i energooszczędne urządzenia przewidziane do pracy w warunkach kopalnianych w strefie zagrożenia wybuchem. Są to zarówno urządzenia o małej wydajności tj. 350-360 kW z bezpośrednim odparowaniem czynnika w chłodnicy zabudowywane w pobliżu przodka, jak i urządzenia duże o wydajności 1000 - 2000kW o działaniu pośrednim do zabudowy w specjalnej komorze w pobliżu szybu wentylacyjnego.

Dla przypomnienia przedstawiamy opracowany w 2005 roku dla potrzeb klimatyzacji kopalń przedstawiony w tabeli 1.

Uwzględniając rozwój nowoczesnych technologii, konstrukcji oraz zapotrzebowanie i wymagania klientów, po upływie kilku lat wprowadzono nowe rozwiązania. W tabeli 2 zestawiono dane techniczne zbudowanych ostatnio agregatów.

W niniejszej publikacji ograniczono się do omówienia agregatów bezpośredniego działania (RC360B), tzn. urządzenia do bezpośredniego ochładzania powietrza kopalnianego przepływającego przez te urządzenia i pośredniego do chłodzenia wody lodowej (GMC1800, GMC-E 1000 i RC360P).

Budowa i działanie Górniczej Maszyny Chłodniczej GMC 1800 do klimatyzacji grupowej

Urządzenie GMC 1800, to najnowsza wyprodukowana maszynadla potrzeb klimatyzacji grupowej. Ze względu na wymaganądużą wydajność chłodniczą, parametry pracy i panujące w kopalniach warunki, zbudowana została ona na bazie dławnicowej sprężarki śrubowej. Na wstępie należy wyjaśnić dlaczego sprężarka„otwarta” dławnicowa i dlaczego z łożyskami ślizgowymido przenoszenia sił poprzecznych:

  • dławnicowa bowiem musi istnieć możliwość łatwej i szybkiej wymiany uszkodzonego silnika;
  • dławnicowa, ponieważ istnieje konieczność doboru silnika pod istniejące zasilanie w kopalni (1000 V, 3000 V, 6000 V);
  • z łożyskami ślizgowymi, ponieważ musi być odporna na trudne warunki tj. przekroczenia parametrów pracy, podlewanie ciekłym czynnikiem, również uderzenia podczas transportu, czy tąpnięcia podczas pracy (łożyska toczne są wrażliwe na wszelkiego rodzaju uderzenia czy znaczne przeciążenia).

Wyjaśnienia wymaga również fakt, że aktualnie stosowane nowoczesne uszczelnienia dławnicowe renomowanych firm zapewniają niezbędną szczelność w całym okresie eksploatacji. Główne podzespoły funkcjonalne Górniczej Maszyny Chłodniczej GMC 1800, to sprężarka śrubowa SR 255, silnik elektryczny, odolejacz, skraplacz, parownik, zawór rozprężny, wodna chłodnica oleju. Podkreślić należy fakt, że zarówno sprężarka, wszystkie aparaty, oraz silnik są produktem krajowym, a dotychczasowe doświadczenia eksploatacyjne potwierdzają prawidłowość przyjętych założeń, obliczeń, oraz wysoką jakość wykonania. Górnicza Maszyna Chłodnicza GMC 1800 przeznaczona jest do pracy z czynnikiem R404A, co wynika z jego

korzystnych właściwości w zestawieniu z wymaganymi parametrami pracy.

Czynnik R404A został zastosowany z następujących powodów:

  • wymagana niska temperatura wody na wylocie z parownika (3°C) przy niestabilnym jej przepływie i dużej wydajności sprężarki (1800 kW), czyli dużej bezwładności;
  • trudne warunki pracy – wysoka temperatura skraplania i częste przekraczanie nominalnej wartości, co wynika z zabudowy wyparnych chłodnic wody w powietrzu zużytym wyrzucanym z kopalni (duża wilgotność, wysoka temperatura i duża ilość zanieczyszczeń);
  • przy zastosowaniu czynnika R404A, który jest mieszaniną zeotropową grupy HFC powszechnie stosowaną w niskoi średniotemperaturowych zastosowaniach chłodniczych.

Górnicza Maszyna Chłodnicza typu GMC 1800 jest zbudowana z kilku zespołów transportowych zmontowanych na dwóch ramach nośnych połączonych ze sobą przy pomocy specjalnych uchwytów. Ramy ustawione są na podłożu na wibroizolatorach tłumiących ewentualne drgania, oraz umożliwiających dokładne wypoziomowanie ram i całej maszyny GMC 1800. Nie ma konieczności kotwienia do podłoża. Rama I jest sztywną kratownicową konstrukcją nośną zespołu sprężarkowego. Na tej ramie zabudowana jest sprężarka SR255 z silnikiem, elementami układu olejowego wraz z pompą oleju i chłodnicą oleju. Rama II jest prostą płaską konstrukcją usztywnianą zabudowanym na niej odolejaczem, skraplaczem płaszczowo-rurowym i parownikiem płaszczowo-rurowym. Głównymi zespołami maszyny GMC 1800 są:

Sprężarka śrubowa

Sprężarka zainstalowana w agregacie GMC 1800, to jednostopniowa dławnicowa sprężarka śrubowa typu SR 255 produkcji WUCH „PZL-Dębica” S.A. z wirnikami o specjalnym zarysie asymetrycznym, stosunkiem objętości wbudowanej Vi=2,6, suwakowym hydraulicznie poruszanym układem regulacji wydajności i odciążenia przy rozruchu, dławnicą obrotową (typu odciążonego) wraz ze ślizgowymi łożyskami promieniowymi i kulkowymi łożyskami skośnymi.

Parownik (parowacz) PG 1800

Parownik PG 1800 jest poziomym, dwustopniowym aparatem płaszczowo-rurowym zbudowanym na bazie rur miedzianych i płaszcza stalowego. Składa się z dwóch zbiorników: parownika wstępnego i parownika głównego. Woda przepływa w przestrzeni

zewnątrz rurowej, a czynnik R404A w przestrzeni wewnątrz-rurowej. Dla intensyfikacji wymiany ciepła od strony czynnika wprowadzono specjalne rozdzielacze i elementy zawirowujące wewnątrz parownika. Dzięki tym rozwiązaniom uzyskano schłodzenie wody o 15 K tj. z temperatury 18°C do 3°C oraz możliwość utrzymania temperatury 3°C, przy temperaturze odparowania 0,5°C, niestabilnym przepływie wody i zmiennej temperaturze skraplania. Zmniejszając gabaryty całego agregatu

zmuszeni byliśmy „zawinąć” parowniki tj. umiejscowić obydwie części równolegle obok siebie.

Skraplacz SG 2700

Skraplacz SG 2700 jest wymiennikiem płaszczowo-rurowym zbudowanym na bazie żebrowanych rur miedzianych i płaszcza stalowego. Woda chłodząca przepływa wewnątrz rurek, jej przepływ jest czteroprzepływowy. Czynnik chłodniczy jest skraplany w przestrzeni na zewnątrz rurek. Para doprowadzana jest czterema króćcami od góry do przestrzeni rozdzielającej równomiernie na całej długości rurek. Skraplacz został zaprojektowany dla temperatury skraplania 42°C przy temperaturze wody na wlocie 28°C i jej temperaturze na wylocie 38°C.

Sprzęgło elastyczne metalowe

W skład sprzęgła wchodzą sprężyste wieszaki płytkowe i tuleja dystansowa umożliwiającą demontaż sprzęgła i dławnicy obrotowej sprężarki bez potrzeby odsuwania silnika lub sprężarki. Sprzęgło jest wyważone dynamicznie, nie posiada ono elementów gumowych, ani z tworzyw sztucznych, co pozwala na jego zastosowanie w strefie zagrożenia wybuchem bez dodatkowych badań.

Silnik elektryczny

Silnik asynchroniczny o mocy 710 kW, 2950 rpm, napięcie zasilania 3 x 1 kV, 50 Hz.

Dwustopniowy odolejacz poziomy OHS 255G

Odolejacz OHS 255G składa się z dwóch przestrzeni: wstępnej i końcowej. W części wstępnej znajdują się wkłady do wstępnego odolejania. Dolna, wstępna część odolejacza pełni rolę zbiornika oleju. Z tej części olej jest zabierany przez pompę oleju do układu olejowego. W części końcowej znajdują się demistery dokładnego odolejenia.

Chłodnica oleju GWCO 120

Chłodnica oleju GWCO 120 jest wymiennikiem płaszczowo-rurowym zbudowanym na bazie rur miedzianych i płaszcza stalowego. Woda przepływa wewnątrz rurek, a olej jest schładzany w przestrzeni zewnątrz-rurowej. Wodna chłodnica oleju GWCO 120 została zaprojektowana dla temperatury oleju na wlocie do chłodnicy 80°C i wylocie 54 do 60°C przy temperaturze wody na wlocie 28°C i jej temperaturze na wylocie 38°C.

Pompa oleju

Śrubowa pompa oleju służy do utrzymania odpowiedniego ciśnienia oleju, zapewniając możliwość chłodzenia i smarowania sprężarki oraz regulację jej wydajności. Ciśnienie oleju w zakresie 2,5 do 3,5 bar utrzymywane jest za pomocą zaworu upustowego.

Górnicza Maszyna chłodnicza GMC 1800 wyposażona jest w odpowiednie czujniki przeznaczone do pomiaru: ciśnienia parowania, ciśnienia skraplania, ciśnienia oleju przed filtrem, ciśnienia oleju przed sprężarką, temperatury tłoczenia, temperatury ssania, temperatury oleju w odolejaczu, temperatury oleju za chłodnicą oleju, temperatury wody chłodzonej – wejście, temperatury wody chłodzonej – wyjście, temperatury wody chłodzonej – łącznik pomiędzy parownikami, temperatury wody chłodzącej skraplacz – wejście, temperatury wody chłodzącej skraplacz – wyjście, temperatury wody na wlocie do chłodnicy oleju, temperatury wody na wylocie z chłodnicy oleju, przepływu wody chłodzonej, przepływu wody chłodzącej skraplacz.

Górnicza Maszyna Chłodnicza GMC 1800 została wyposażona w niezbędne urządzenia zabezpieczające i umożliwiające kontrolę jej pracy. Zabezpieczenia ograniczają możliwość wzrostu wartości ciśnień i temperatur ponad wartości dopuszczalne, przekroczenia dopuszczalnych różnic ciśnień wpływających na bezpieczeństwo pracy sprężarki, pompy i filtrów.