Hőcserélők működése a bányászati radiátorrendszerekben

A hőátvitel alapelvei a bányászati radiátorrendszerekben

Hőelnyelés és hővezetés folyadékkörök mentén

Bányászati hűtőrácsok a hőfelhalmozódás kezelése vezetéssel és a folyadékok mozgásának szabályozásával történik. Amikor a motorok nagy terhelés alatt működnek, a hő közvetlenül az acélalkatrészekből átterjed a tömörített körutakon átáramló hűtőfolyadékba. Ezek a rendszerek maguk is jelentősen felmelegedhetnek, néha túllépve a 200 Fahrenheit-fokot teljes terhelés mellett. A lapos csövek kialakítása ezen hűtőkben valójában növeli a hővezetéshez rendelkezésre álló felületet, ami azt jelenti, hogy kb. 40 százalékkal gyorsabban veszik fel a hőt, mint a hagyományos kerek csövek. A hűtőfolyadék ezután a speciális réz- és alumíniumötvözet csatornákon keresztül elszállítja a hőt. A réz kiváló termikus tulajdonságokkal rendelkezik, így kiválóan alkalmas a hő elnyelésére közvetlenül a motorblokk közelében. Az alumínium is jól alkalmazható, mivel könnyebb és olcsóbb, miközben még mindig hatékonyan elosztja a hőt a hűtőtesten belül. A hűtőfolyadék folyamatos áramlásának fenntartása segít elkerülni azokat a veszélyes forró pontokat, amelyek károsíthatják a fontos motoralkatrészeket, és biztosítja, hogy minden a normál határokon belül, biztonságosan működjön.

Folyadék-levegő vs. folyadék-folyadék hőelvezetés Bányászati hűtő Kontextusok

A hőelvezetési módszer kiválasztása az üzemeltetési környezettől és a levegőáramlási korlátoktól függ:

• Folyadék-levegő rendszerek felületi műveleteknél dominálnak, a hőt bordás hűtőkkel és kényszerített légárammal vezetik el a környezeti levegőbe. Nyílt bányákban akár 70% hőhatékonyságot is elérhetnek, de hatékonyságuk csökken poros körülmények között – a szilárd részecskék felhalmozódása akár 25%-kal is csökkentheti a hőátadást.
• Folyadék-folyadék rendszerek , elsősorban alulról alkalmazott rendszerek, hőt vezetnek át másodlagos hűtőfolyadékokba tömör lemezcserepes hőcserélőkön keresztül. Ez a módszer zárt, alacsony szüllőzésű környezetekben 80–85% hatékonyságot tart fenn, bár agresszív bányavíz kémiai körülmények között korrózióálló anyagokra, például rozsdamentes acélra van szükség.

A kiválasztás a levegőáramlás rendelkezésre állásától, a szennyezőanyag-kitérés mértékétől és a térbeli korlátozásoktól függ – hibrid konfigurációk egyre nagyobb teret nyernek magasabban fekvő telephelyeken, ahol az ambient sűrűség és a hűtőteljesítmény is csökkentett.

Bányászati osztályba sorolt sugárzó hőcserélők tervezési jellemzői

Robusztus laposcsöves és cső-lamellás kialakítások kemény környezetekhez

A lapos csövek geometriája a bányászati hűtőbordákban két fő célt szolgál: hatékonyan kezelik a hőátadást, miközben ellenállnak azoknak a durva körülményeknek, amelyekkel a bányászok nap mint nap szembesülnek. Gondoljon csak bele azokba a rezgésekbe, amelyeket a nehézgépek okoznak, a sziklákból pattanó ütésekbe, valamint a hirtelen behatásokba, akár a felszíni bányákban, akár a mély alatti alagutakban. A csőbordák nagy sűrűsége (csökkenőleg 12 és 16 között hüvelykenként) biztosítja a megfelelő levegőáramlást még porfelhalmozódás vagy iszap lerakódása után is. Néhány érdekes áramlástan vizsgálat kimutatta, hogy speciális bordamintázatok torlaszoló elemekkel akár egyötödével csökkenthetik a hőellenállást a hagyományos egyenes bordákhoz képest. Ez fontos, mivel egyedül a korróziós problémák évente kb. hétszáznegyvenezer dollárt vonnak el a bányavállalatoktól, ahogyan azt a Nemzetközi Bányászati és Fémtanács (ICMM) 2023-as jelentése is megjegyezte.

Korrózióálló anyagok és lerakódáselőző bevonatok

Az olyan anyagok, mint az alumínium és réz ötvözetek, valamint a grafitot tartalmazó bevonatok viszonylag jól ellenállnak a kénsavas környezetnek, a tengervíz okozta károsodásoknak, illetve azoknak a durva bányászati szuszpenzióknak, amelyek gyorsan elhasználják a berendezéseket. Az elektroforézises bevonatolás, más néven E-bevonat egy rendkívül vékony, nanoméretű réteget hoz létre, amely megakadályozza a vízkő lerakódását a hűtőrendszerek belsejében. Néhány független teszt szerint a bevonattal ellátott rendszereknél kb. 90 százalékkal kevesebb volt a lerakódási probléma 5000 üzemóra után, összehasonlítva a hagyományos, bevonat nélküli rendszerekkel. Ez fontos, mert az elmúlt évben kiadott, a bányászati berendezések tartósságáról szóló jelentés szerint a hőcserélő meghibásodások majdnem kétharmadát a korrózió okozta. Léteznek továbbá duplarétegű kezelések is, amelyek visszatartják a vizet, és megakadályozzák a szuszpenzió behatolását a kritikus területekre, így növelve a berendezések élettartamát a mindennapi gyakorlatban.

Bányászati hűtőbordák által lehetővé tett kritikus hűtési alkalmazások

Hidraulikus olaj és motorhűtő-folyadék hőmérséklet-szabályozása terhelés alatt

A bányászati hűtők hidraulikus olaj hőmérsékletét akkor is a megfelelő 45–65 °C-os tartományban tartják, amikor a gépek hosszú ideig folyamatosan működnek. Ez megakadályozza, hogy az olaj túlságosan elvékonyodjon, ami számos problémát okozhat, például szivattyúszívás-csökkenést, szelepek ragadását és tömítések idővel történő meghibásodását. Ugyanakkor ezek a rendszerek a hőtermelés körülbelül 30–40 százalékát visszajuttatják az égés során keletkezett hőből a motorhűtő-rendszerbe. Ez segít megvédeni a hengertömlőket a túlmelegedéstől és torzulástól, még akkor is, ha a berendezések napról napra folyamatosan üzemelnek. A megfelelő hőmérsékletszabályozás valójában jelentős hatással van az alkatrészek élettartamára. A szakmai adatok szerint megfelelően karbantartott rendszerek az alkatrészek élettartamát két-három évvel meghosszabbíthatják azokhoz képest, amelyeknél nincs megfelelő hűtés.

Folyamatos üzemű megbízhatóság és hőfeszültség csökkentése

A modern hűtőrendszerrendszerek mostantól speciális anyagokat használnak, amelyek megfelelően tágulnak, valamint gondosan kialakított illesztésekkel rendelkeznek, így képesek elviselni az ismétlődő melegedési és hűlési ciklusokat anélkül, hogy apró repedések keletkeznének a forrasztási vagy ékekötési pontokban. Amikor a hőmérséklet fokozatosan változik az egész hűtőborda magon keresztül, ez segít megelőzni a feszültségi pontok kialakulását, amikor a műszakok végén vagy terheléscsökkenéskor gyorsan lehűl a rendszer. Az előrejelző karbantartás adatai szerint ezek a fejlesztések valóban körülbelül 17%-kal csökkentik a váratlan meghibásodásokat a folyamatos üzemben működő bányákban. És amikor jobban alakított bordákkal kombinálják ezeket a hűtőbordákat, akkor hatékonyan továbbra is leadják a hőt annak ellenére, hogy idővel por lerakódik rajtuk, így megbízható teljesítményt nyújtanak nagyon nehéz üzemeltetési körülmények között, ahol a meghibásodás nem opció.

GYIK szekció

Mik a hőátadás alapelvei a bányászati hűtőrendszer-rendszerekben?

A hőátadás a bányászati hűtőkben elsősorban a folyadékok hőelnyelésén és hővezetésén keresztül valósul meg. A hűtők lapos csöves kialakítást alkalmaznak a jobb hővezetés érdekében nagyobb felület biztosításával, míg a hűtőfolyadékok réz- és alumíniumcsatornákon keresztül viszik el a hőt.

Miben különböznek egymástól a folyadék-levegő és folyadék-folyadék rendszerek a bányászati hűtőkben?

A folyadék-levegő rendszereket elsősorban a felszínen használják, kényszerített légszellőztetéssel hűtve, míg a folyadék-folyadék rendszereket az alacsony szellőzésű, földalatti területeken részesítik előnyben, mivel magasabb hatékonyságot nyújtanak, kompakt lemezes hőcserélőkön keresztül másodlagos hűtőfolyadékokat használva.

Miért szükségesek az erős hűtőkialakítások a bányászati műveletekhez?

A bányászati hűtők erős kialakításúak, mint például a lapos csöves vagy cső-bordás konfigurációk, amelyek képesek ellenállni a bányászatban jellemző kemény körülményeknek, legyen szó gépek okozta rezgésekkel vagy iszapfelhalmozódásokkal, így biztosítva a hatékony hőátadást és a hűtőrendszer tartósságát.

Milyen anyagokat használnak a bányászati radiátorok korróziójának megelőzésére?

Olyan anyagokat, mint alumínium-bronzból készült keverékek, grafitot tartalmazó bevonatok és elektroföre géz (E-bevonat), használnak a korrózióállóságuk miatt, amelyek megelőzik a károsodást kénsav, sós víz és zagy hatására, és csökkentik a lerakódást.

Hogyan javítják a modern hűtőrendszerek a megbízhatóságot a bányászati műveletek során?

A modern hűtőrendszerek olyan anyagokat és terveket alkalmaznak, amelyek kezelik a hőfeszültséget és a változó hőmérsékleteket anélkül, hogy anyagfáradtságot okoznának, így csökkentve a váratlan meghibásodásokat és meghosszabbítva a gépek élettartamát folyamatos bányászati műveletek során.