Шахтные вентиляторные установки

ГАОУ СПО УЧАЛИНСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ.

Методическое пособие

для студентов

Дисциплина «Горная механика»

Тема: Шахтные вентиляторные установки.

Специальность: 130404, 140613

Разработала преподаватель Т.Т.Гарипова

Учалы 2008

Шахтные вентиляторные установки

Общие сведения

Схема вентиляции рудника - установленный порядок распределения и движения воздуха по горным выработкам, обусловленный взаимным расположением забоев, горных выработок, постоянно действующих вентиляционных сооружений.

Депрессия – разность между атмосферным давлением и давлением, создаваемым всасывающим вентилятором.

Реверсирование вентиляционной струи – искусственное изменение направление воздуха в горных выработках на обратное.

Вентиляторные установки шахт делятся на главные, вспомогательные и местного проветривания. Главные вентиляторные установки располагаются на поверхности у устья герметически закрытых стволов, шурфов, скважин и обеспечивают проветривание всей шахты или ее части – крыла, блока, панели.

Вспомогательные установки также располагаются на поверхности, но проветривают только один - два очистных забоя. Эти установки по мере смещения работ периодически переносятся. К вспомогательным также относятся установки, проветривающие обособленные камеры и шахты в период строительства. Как исключение допускается расположение вспомогательных вентиляторных установок под землей.

Для проветривания глухих забоев, а часто и подготовительных выработок применяются установки местного проветривания.

Шахтные вентиляторы применяются для транспортирования шахтного

воздуха при незначительном повышении его давления и представляют собой

турбомашины, в рабочих колесах которых происходит приращение удельной

энергии воздуха за счет взаимодействия лопаток колеса с обтекающим их

потоком.

В центробежных вентиляторах воздушный поток через входной патрубок в осевом направлении засасывается из всасывающей или всасывающих (в вентиляторе двустороннего всасывания) коробок в рабочее колесо, где отклоняется на 90° в межлопаточном пространстве рабочего колеса и под

действием центробежных сил выбрасывается лопатками в радиальном направлении в спиральный корпус (кожух), который отводит воздух в требуемом направлении, одновременно частично преобразуя динамическое давление потока в статическое. В осевых вентиляторах воздушный поток поступает в рабочее колесо в осевом направлении и выдается из межлопаточного пространства также в осевом направлении, например, в диффузор и далее в атмосферу (при работе вентилятора на всасывание).

Шахтные вентиляторы характеризуются подачей Q (м³/с), статическим Р_{s v}

или полным Р_v (в зависимости от того, работает вентилятор на всасывание или нагнетание) давлением (Па), мощностью электропривода N (кВт), статическим h_s или h полным коэффициентом полезного действия. Аэродинамические качества вентиляторов оценивают по индивидуальным

аэродинамическим характеристикам, которые строят в виде графиков зависимостей значений Р_sv, N и h_s для данного диаметра рабочего колеса, по заданной частоте или частотам вращения (при регулируемом приводе), при

определенных углах (©) установки лопаток (закрылков) рабочего колеса, направляющих и спрямляющих аппаратов при работе с воздухом, имеющим плотность 1.2 кг/м³. Аэродинамические характеристики вентиляторов строят

по данным аэродинамических испытаний, которые проводятся согласно

ГОСТ 10921-74. Точка пересечения кривых давления вентиляторной

установки и шахтной вентиляторной сети определяет конкретный режим

работы установки. Совокупность режимов, на которых вентилятор работает устойчиво и экономично (n _s>=0.6), „образует рабочую область вентиляторной установки.

В процессе эксплуатации шахтных вентиляторных установок главного проветривания сопротивление вентиляционной сети значительно изменяется, поэтому вентиляторы необходимо оборудовать средствами регулирования подачи и давления, т. е. конструкция вентилятора должна обеспечивать гибкое приспособление его аэродинамических характеристик к изменяющейся во времени характеристике сети.

Центробежные вентиляторы регулируют различными способами: поворотом лопаток направляющих аппаратов; с помощью поворотных закрылков, устанавливаемых на лопатках рабочих колес (редко из-за низкой надежности и сложности); изменением частоты вращения рабочего колеса, применяя регулируемый электропривод или заменяя на двигатель с другой частотой вращения, а также установкой на концах лопаток гибких элементов или жестких поперечных ребер определенной высоты и др. Наиболее распространено регулирование осевыми направляющими аппаратами и изменением частоты вращения рабочего колеса (регулируемый привод). Последний способ наиболее экономичен, однако регулируемый привод еще сложен, дорог и требует совершенствования.

Режим работы осевых вентиляторов главного проветривания регулируют, поворачивая лопатки рабочего колеса, направляющего и спрямляющего аппаратов, а также снимая часть лопаток с рабочих колес и изменяя их частоту вращения, например, заменив данный двигатель на двигатель с большим или меньшим числом оборотов. В настоящее время разрабатываются одноступенчатые осевые вентиляторы с поворотом рабочих лопаток на ходу, что позволит плавно регулировать параметры в широких пределах.

Создаваемое вентилятором давление зависит от: формы и размеров лопастей, угла их установки относительно плоскости вращения в осевых вентиляторах; угла выхода потока в центробежных вентиляторах; размеров рабочего колеса и частоты его вращения; производительности вентилятора; форм и размеров всей проточной части вентилятора.

Полное давление Н, развиваемое вентилятором, расходуется на: 1) преодоление сопротивлений в вентиляционной сети (статическое давление Н_ст) и 2) на сообщение потоку на выходе из диффузора вентилятора в атмосферу некоторой скорости (динамическое - скоростное давление Н_д).

Н = Н_ст+ Н_д

Отношение полезной мощности, определенной по полному давлению вентилятора, к потребляемой мощности (на валу вентилятора) называется полным к.п.д. вентилятора. Аналогично по статическому давлению определяется статический К.П.Д. вентилятора.

Экономичность вентилятора при работе на всасывание оценивается статическим к.п.д. ŋ_ст (т.к. динамическое давление на выходе из диффузора бесполезно теряется), а при работе на нагнетание - полным к.п.д. ŋ

Вентиляторная установка = вентилятор + примыкающий участок вентиляционного канала + выходные элементы.

Аэродинамические характеристики вентилятора Н_ст = ƒ(Q); N = ƒ(Q);

ŋ_ст = ƒ(Q) получают опытным путем при определенных углах установки Ө лопастей рабочего колеса, лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов и при постоянной частоте вращения его ротора.

Рис. 1 Индивидуальные аэродинамические характеристики вентиляторной установки с центробежным вентилятором.

Рабочий участок 1-2 характеристики установки с центробежным вентилятором получен из условия экономичности. Работа главной вентиляторной установки считается экономичной при ŋ_у.ст.> 0,6 и вспомогательной при ŋ_у > 0,5

Рис. 2.Индивидуальные аэродинамические характеристики вентиляторной установки с осевым вентилятором

На характеристиках установок с осевыми вентиляторами (см. рис.) слева от точки В – область неустойчивой, т. е. недопустимой работы. Поэтому координаты точки 1 определяются из условия устойчивой работы пересечением параболы

Н =

с характеристикой вентилятора. Ордината точки 3 определяется из условия обеспечения устойчивой работы вентилятора при увеличении сопротивления вентиляционной сети в 1,5 раза. Точка 2 получена условия экономичной работы. Таким образом, для установок с осевыми вентиляторами рабочий участок 1 – 2 аэродинамической характеристики определяется из условия устойчивой и экономичной работы.

Преимущества осевых вентиляторов: возможность реверсирования вентиляционной струи без обводных каналов; большая глубина регулирования по давлению (0,68 – 0.79 за счет изменения угла установки лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов); меньшие в сравнении с центробежными габариты поперечного сечения; большие средневзвешенные статические КПД (0,76-0,77 против 0,74-0,76 у большинства центробежных вентиляторов).

Недостатки осевых вентиляторов: седлообразная или с разрывами кривая давления, что усложняет их эксплуатацию, особенно при параллельном включении; уровень звукового давления 55-60 дБ на расстоянии 150 м от установки достигается уже при окружных скоростях 80-85 м/с, а поэтому номинальное статическое давление двухступенчатых машин лежит в пределах 2450-3900 Па; недоступность подшипниковых узлов осмотру, что снижает надежность установки; большие габариты по длине; повышенные требования к точности изготовления.

Центробежные вентиляторы указанный выше уровень шума создают при окружных скоростях около 125 м/с, поэтому их номинальное статическое давление достигает 6200-7000 Па; они характерны монотонными кривыми давления; большинство, особенно крупных, вентиляторов имеют более высокий в сравнении с осевыми максимальный статический КПД.

Но центробежным вентиляторам присущ ряд недостатков: большие в поперечном сечении габариты; меньшая в сравнении с осевыми глубина регулирования по давлению – 0,52-0,55 (кроме машин с изменяемой частотой вращения ротора); больший момент инерции ротора (например, для ВОД-50 он составляет 103000 кг*м², а для ВЦД-47,5А – 206000 кг*м²), что осложняет пуск машины; при больших подачах и низких давлениях необходимы малые частоты вращения, что в ряде случаев потребует установки понижающего редуктора.

Оценивая в единстве преимущества и недостатки, ученые и производственники пришли к выводу, что при давлениях до 1500 Па следует применять осевые вентиляторы, при давлениях более 3000 Па – центробежные, в диапазоне давлений 1500-3000 Па следует проводить технико-экономический анализ и предпочтение отдавать лучшему варианту с осевой или центробежной машиной.