При выборе и эксплуатации вентиляторных установок главного проветривания необходимо учитывать следующие важнейшие особенности шахтной вентиляционной сети: перемещаемый агрегатами воздух существенно отличается от атмосферного; за время эксплуатации вентиляторных установок до списания вследствие развития горных работ, увеличения производственной мощности шахты и газовыделения наблюдается значительное изменение аэродинамического сопротивления сети, необходимого расхода воздуха; при недостаточном внимании к вопросам уплотнения надшахтных сооружений и вентиляционных каналов резко возрастают подсосы (утечки) воздуха; на работу ряда установок заметное влияние оказывает естественная тяга; правила безопасности требуют при определенных обстоятельствах изменять направление движения воздуха в выработках на обратное (реверсировать вентиляционную струю).
Воздух в шахте отличается от атмосферного наличием вредных газов, значительной запыленностью и повышенной влажностью. При транспортировании его наблюдается отложение пыли в главном вентиляционном канале установки и, следовательно, рост сопротивления сети; пыль в потоке вызывает износ элементов проточной части вентилятора, заполняет внутренние полости лопаток, налипает на них, что нарушает балансировку ротора агрегата. К этому ведет также попадание влаги в полости лопаток и образование льда на их поверхностях в холодный период времени.
На давление, создаваемое вентилятором, существенное влияние оказывает изменение плотности транспортируемого воздуха. Основные факторы, определяющие плотность шахтного воздуха, - давление, температура и влажность.
Шахтная вентиляционная сеть представляет собой сложную систему большого числа соединенных последовательно и параллельно выработок разной длины, конфигурации, сечения, имеющих крепление с различным удельным аэродинамическим сопротивлением, которые переменны во времени. Вследствие этого суммарное сопротивление шахтной сети непрерывно изменяется.
Изменение сопротивления сети существенно зависит от системы проветривания. При центральной системе оно может возрасти в сравнении с минимальным в 4-10 раз, при диагональной системе – эти изменения меньше – в 1,5-2,5 раза.
В процессе эксплуатации шахты вследствие изменения ее производственной мощности и газовыделения значительно меняется необходимый расход воздуха (в 1,5-4 раза). Статическое давление изменяется в 2-6 раз.
При проектировании шахт с учетом развития горных работ, принятой системы проветривания и изменения потребного количества воздуха составляют прогноз изменения необходимых давлений и расхода воздуха по годам на период не менее 20 лет, определяемый сроком службы вентиляторной установки.
Для нормального проветривания шахты сооружения, примыкающие к вентиляционному стволу, герметизируются. В соответствии с нормативными документами при проектировании проветривания шахты подсосы, в зависимости от того, какие технологические операции обеспечивает вентиляционный ствол, принимается равными 10-30% от общешахтного расхода воздуха.
Практически в любой шахтной вентиляционной сети действует естественная тяга. Природа ее возникновения обусловлена разностью температур в подающем и вентиляционном стволах. Зимой в шахту поступает холодный воздух. В соответствии с ПБ калориферные установки должны обеспечить его подогрев всего до 275 К (+2 С). В шахте температура воздуха растет (тепловыделение пород, работающих механизмов). При Т=275 К плотность воздуха выше плотности при Т=299 К почти на 9%.
Шахтные центробежные вентиляторы
Главного проветривания.
ГОСТом определено семь типоразмеров центробежных вентиляторов: ВЦ-15; ВЦ-16; ВЦ-25М; ВЦ-31,5М; ВЦД-31,5М; ВЦД-47,5У; ВЦД-47,5А.Маркировка ВЦ относится к вентиляторам центробежным, одностороннего всасывания, а УВД – двустороннего. Цифра маркировки обозначает диаметр рабочего колеса в дециметрах. Буквы М, У, А характеризуют конструктивную особенность. В соответствии с ГОСТом структура обозначений типоразмеров вентиляторов, кроме отмеченного, должна включать указание на способ регулирования (направляющим аппаратом – Н, изменением угла установки лопаток рабочего колеса – К, изменением частоты вращения – В, изменением формы лопаток – Ф); сведения о климатическом исполнении (умеренный – У, тропический – Т) и сведения о категории размещения (З – в закрытом помещении). Пример условного обозначения ВЦД-31,5М ВУЗ: вентилятор центробежный, двусторонний, с номинальным диаметром рабочего колеса 3150 мм, конструктивной особенности М, регулируемый изменением частоты вращения, предназначенный для эксплуатации в умеренном климате, в закрытом помещении.
Все основные элементы центробежного вентилятора можно объединить в группы: подвод, ротор и отвод (см.рис.)
|
К подводам, которые применительно к вентиляторам чаще называют входными элементами, относят входные патрубки и направляющие аппараты, располагаемые перед рабочим колесом, а также входные коробки и колена.
Влияния коробки на аэродинамические характеристики вентиляторов можно свести к двум моментам: в коробках наблюдаются потери давления; закручивающийся ими в сторону вращения поток снижает создаваемое машиной давления. В современных шахтных вентиляторах главного проветривания применяются входные коробки со скосом.
Важный элемент современных шахтных вентиляторов главного проветривания – направляющий аппарат. Он выполняет две функции: регулирует рабочий режим и для крупных вентиляторов обеспечивает перекрытие потока при пуске. При повороте лопаток осевого направляющего аппарата на 90 сечение потока перед рабочим колесом перекрывается практически полностью. В этом случае разворот ротора при пуске происходит при близкой к нулю подаче, т.е. при минимальном моменте сопротивления.
Осевой направляющий аппарат состоит из системы лопаток, механизма их одновременного поворота на одинаковый угол, обтекателя и растяжек для крепления последнего к корпусу. Лопатки осями опираются на подшипники корпуса и обтекателя. ОНА вентиляторов ВЦ-11М, ВШЦ-16; ВЦП-16 и ВЦ-25М имеют по 12 плоских лопаток; вентиляторов ВЦ-31,5М и ВЦД-31,5М – по 10 и ВЦД-47,5У – 15 лопаток. В вентиляторе ВЦД-47,5 осевого направляющего аппарата нет. Для облегчения пуска двигателей и отсоединения от сети при переключениях этот вентилятор имеет специальное устройство, расположенное на входе в коробки. Устройство состоит из рамы, пяти прямоугольных пластин и механизма их одновременного поворота.
Основной элемент центробежного вентилятора, как и любой лопастной машины, - рабочее колесо. В нем механическая энергия вала приводного двигателя преобразуется в гидравлическую энергию воздуха. Различают колеса одно- и двустороннего всасывания. Колесо одностороннего всасывания состоит: из коренного и покрывного дисков, между которыми крепятся лопатки; уплотнения со стороны всаса; ступицы, к которой крепятся коренной диск; в ряде конструкций обтекателя, обеспечивающего плавный подвод потока к межлопаточным каналом. Колеса двустороннего всасывания имеют один общий коренной диск; а в вентиляторе ВЦД-47,5А рабочее колесо состоит из двух полуколес – левого и правого, коренные диски которых закреплены не только на ступице, но и соединены болтами друг с другом.
Рабочие колеса выпускаемых в настоящее время вентиляторов сходны по конструкции, имея по восемь загнутых назад пустотелых лопаток крыловидной формы.
За рабочим колесом вентилятора располагается отвод. В большинстве вентиляторов он состоит из спирального корпуса и диффузора. Спиральный корпус предназначен для сбора вышедшего из рабочего колеса воздуха, его раскручивания и, таким образом, частичного превращения скоростного давления в статическое, а также для формирования соответствующего поля скоростей при входе в диффузор. Форма спирального корпуса во многом определяет аэродинамическую схему вентилятора – схему проточной части, в которой основные конструктивные параметры выражены в долях диаметра рабочего колеса.
Диффузоры предназначены для преобразования динамического давления в статическое. Это ведет к росту статического к. п. д. В современных вентиляторах доля скоростного давления в полном составляет зачастую от 10 до 30%, и поэтому диффузоры для повышения экономичности установки имеют большое значение.
Муфты соединительные служат для передачи вращения от вала электродвигателя к валу ротора. Для центробежных малых вентиляторов применяют упругие муфты, для крупных - зубчатые. Упругие муфты состоят из полумуфт - моторной и ротора, а также из упругих втулок с кольцами.
Зубчатые муфты состоят из обойм и зубчатых втулок, торцевых крышек и
уплотнений. На крупных вентиляторах между зубчатыми обоймами размещают промежуточную вставку, обеспечивающую съем втулок с концов вала ротора при ремонте и замене подшипников качения, не снимая с фундамента электродвигатель или ротор.
Система циркуляционной смазки подшипников ротора центробежного вентилятора включает маслостанцию, систему подводящих и отводящих маслопроводов, указатель подачи масла на подводящем маслопроводе для визуального наблюдения за поступлением смазки в подшипник, реле протока масла, установленное на сливном маслопроводе, и контрольно-измерительную аппаратуру, позволяющую следить за температурой масла в подшипниках и выходящего из маслостанции.
Реверсирование воздушной струи согласно ПБ должно быть произведено не более чем за 10 мин, при этом подача воздуха в шахту должна составлять не менее 60% его подачи при нормальном направлении вентиляционной струи.
Комплект средств для реверсирования воздушной струи и перехода с работающего вентилятора на резервный входит в состав шахтного вентилятора и поставляется с ним только по требованию потребителя.
Комплект состоит из ляд (дверей) для перекрытия (открытия) вентиляционных каналов, механизма подъема ляд, обводных блоков, канатов и рам с уплотнительными устройствами. В качестве ляд применяют жесткие стальные металлоконструкции или гибкие резиновые заслонки (шторы).
Ляды шахтных вентиляторных установок выполняют падающего типа, вертикальными самоходными по типу дверей или в виде вертикальной подвесной двери, перемещающейся по направляющим. Выбирается конструкция ляд проектантом в зависимости от условий (температуры, влажности и т. д.), в которых они будут работать. Для подъема (опускания)
или открытия (закрытия) ляд применяют лебедки, винтовые механизмы или
редукторные приводы.
Рис. 1. Схема вентиляторной установки главного проветривания
с двумя центробежными вентиляторами ВЦ–25.
1 — вентиляционный ствол; 2 — сопряжение; 3 — главный вентиляционный канал; 4 — обводной канал; 5, 7, 8 — ляда; 6 — диффузор; 9 — тройник; 10 — рабочий вентилятор (имеет левое вращение); 11 — резервный вентилятор (имеет правое вращение); 12 — ляда, с помощью которой резервный вентилятор отсоединяется от вентиляционной сети;
13 — всасывающая будка; 14 — атмосферная ляда.