Рассчитать вентиляторную установку для шахты первой категории по газовому режиму. Требуемая производительность вентилятора Q = 300 м3/с, минимальное давление Ну.ст.min = 130 даПа =1300 Па, максимальное давление Ну.ст.max = 250 даПа =2500 Па. Срок службы установки 15 лет.
1. Выбор вентиляторной установки
Наносим точки Q, Ну.ст.min и Ну.ст.max на сводные графики областей промышленного использования вентиляторных установок и находим, что в заданных условиях проветривание шахты может обеспечить вентиляторная установка ВОД-40.
По аэродинамическим характеристикам установок определяем к. п. д. при Ну.ст.min и Ну.ст.max и мощность двигателя.
Окончательно принимаем установку с двумя вентиляторами ВОД-40 при частоте вращения n = 375 об/мин ., ηmin = 0,63; ηmах = 0,76; N = 1000кВт.
2. Регулирование рабочих режимов установки осуществляется изменением углов установки лопастей на рабочих колесах вентилятора.
3. Характеристики вентиляционнойсети
Постоянная сети находится из формулы 
,
при минимальном давлении
при максимальном давлении
Уравнения характеристик сети при минимальном и максимальном давлениях:
Ну.ст.min =0,0145Q2;
Ну.ст.max = 0,0278Q2.
В полученные выражения подставляем значения Q от 0 до 1,25 требуемой производительности и получаем соответствующие значения:
| Показатели | 0.25Q | 0,5Q | 0,75Q | Q | 1.25Q |
| Q, м3/с | |||||
| Ну.ст.min, Па | |||||
| Ну.ст.max, Па |
По полученным данным на аэродинамической характеристике вентиляторной установки ВОД-40 строим характеристики 1и 2 вентиляционной сети (рис.1).
Рисунок 1. Аэродинамическая характеристика вентилятора ВОД-40
4. Рабочие режимы. Через точки а и b заданных режимов проводим прямую линию и находим режим с (Qc = 300 м3/с; Нс = 1950 Па) как точку пересечения линии ab с характеристикой вентилятора, соответствующей углу установки лопастей на рабочих колесах θк = 35°, т. е. углу, при котором начнется эксплуатация вентилятора (режим d).
Для построения дополнительнойхарактеристики сети, проходящей через точку с, имеем:
Нс =0,0217Q2
Ниже приведены результаты вычислений по этому уравнению:
| Показатели | 0.25Q | 0,5Q | 0,75Q | Q | 1.25Q |
| Q, м3/с | |||||
| Нс, Па |
Построенная по приведенным данным характеристика 3 вентиляционной сети позволяет установить ступени регулирования рабочих режимов установки.
На первой ступени регулирования угол установки лопастей рабочих колес равен θ1 = 35°. При этом в начале работы будет обеспечен режим d (Qd =320 м3/с; Hd = 1500 Па). При перемещении режима в точку с происходит переход на вторую ступень регулирования установкой лопастей на угол θ2 = 40°. Начальный режим на этой ступени — точка е (Q e= 330 м3/с; He = 2350 Па). Окончание работы на второй ступени регулирования — режим f (Qf =310 м3/с; Hf = 2650 Па).
При общей продолжительности работы вентиляторной установки Т = 15 лет и допущении линейности закона изменения от Ну.ст.min до Ну.ст.max устанавливаем продолжительность работы:
на первой ступени
года
на второй ступени
года
5. Резерв производительности вентилятора определяется режимами k (Qk = 390 м3/с; Hk = 2300 Па) и n (Qn = 335 м3/с; Hn = 3150 Па) при характеристиках 1 и 2 вентиляционной сети и угле установки лопастей на рабочих колесах θ = 45°:
при характеристике сети 1
.
при характеристике сети 2
,
в среднем 
.
6. Реверсирование вентиляционной струи обеспечивается изменением направления вращения ротора вентилятора с одновременным поворотом лопаток промежуточного направляющего и спрямляющего аппаратов. При этом производительность вентилятора в режимах k', т' и n' равна 225, 205 и 200 м3/с, что составляет соответственно 75, 68 и 66% от заданной производительности Q = 300 м3/с.
7. Мощностьдвигателя на первой ступени регулирования по режиму с
кВт
Мощностьдвигателя на второй ступени регулирования по режиму n
кВт.
При переходе на вторую ступень регулирования предусматриваетсязамена двигателя.
Для работы на первой ступени регулирования принимаем синхронныйэлек-тродвигатель СДВ-16-41-16 мощностью N = 1000кВт (1180кВА); n = 375об/мин; ηд = 0,94; cosφ = 0,9; U = 6000 В.
Коэффициент запаса мощности
.
Для работы на второй ступени регулирования принимаем синхронный электродвигатель СДВ-17-39-16: N = 1600 кВт (1880 кВ-А); п = 375 об/мин; ηд = 0,946; cos φ= 0,9.
Коэффициент запаса мощности kД= 1,17.
8. Среднегодовой расход электроэнергии на первой ступени регулирования в диапазоне режимов d и с:
м3/с
Па
Расход энергии
,
кВт ч
Среднегодовой расход электроэнергии на второй ступени регулирования в диапазоне режимов е и f:
м3/с
Па
Расход энергии
кВт ч
9. Дистанционное управление и контроль вентиляторной установки осуществляются с помощью аппаратуры УКАВ.
10. Калориферная установка.
Расчет калориферной установки производится по общему количеству подаваемого в шахту воздуха (кг/с) определяемого по формуле
т = Q · ρ,
где Q – объем подаваемого в шахту воздуха, м3/с;
ρ – плотность воздуха, 
ρ = 1,293 кг/м3.
т = 300 · 1,293=387,9 кг/с.
Количество подогреваемого воздуха (кг/с), находится по формуле:
,
где т – количество подаваемого в шахту воздуха, кг/с;
tсм – требуемая температура смеси холодного и подогретого воздуха поступаемого в шахту, по ПБ tсм = +2ºС;
tн - наружная температура воздуха в зимнее время, -25 ºС;
tП - температура подогретого воздуха, +70 ºС.
кг/с.
Расход тепла при подогреве воздуха (кДж/ч) находится по формуле
где т – количество подаваемого в шахту воздуха, кг/с;
сР - массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении, сР = 1,012 кДж/(кг·К).
кДж/ч
Объем воздуха (м3/ч), подаваемый калориферным вентилятором при 0°С, 101,3 кПа определяется по формуле
,
ρ0 – плотность поступаемого в калорифер воздуха, ρ0 = 1,293 кг/м3.
м3/ч.
Объем подогретого воздуха (м3/ч), подаваемого калориферным вентилятором определяется по формуле
,
где V0 - объем воздуха подаваемый калориферным вентилятором, м3/ч.
м3/ч.
Расход пара (кг/ч) при избыточном давлении 0,35 МПа равен Dк = 79 880 кг/ч для калориферной установки с учетом 10 % потерь в паропроводе равен
где QК.Т -расход тепла при подогреве воздуха, кДж/ч;
сВ - теплоемкость воды (конденсата), сВ = 4,19 кДж/(кг·К);
tПАР — температура пара при 0,35Мпа 147,9;
tСР — средняя температура воздуха в калориферах (полусумма температур наружного и подогретого воздуха).
ºС
кг/ч.
Приложение
Таблица. Технические данные электродвигателей вентиляторов главного проветривания
| Тип электродвигателя | Частота вращения, об/мин | Мощность кВт | Напряжение, В | К.п.д., % | Cos φ |
| АКН-2-19-33-20У4 | 93,4 | 0,76 | |||
| АКН-2-19-41-20У4 | 93,9 | 0,79 | |||
| СДСЗ-17-39-20 У4 | 94,8 | 0,9 | |||
| АКН-2-17-23-16У4 | 91,3 | 0,78 | |||
| АКН-2-17-27-16У4 | 91,9 | 0,78 | |||
| АКН-2-17-31-16У4 | 92,6 | 0,78 | |||
| АКН-2-17-39-16У4 | 93,3 | 0,78 | |||
| АКН-2-18-36-16У4 | 93,8 | 0,76 | |||
| АКН-2-18-43-16У4 | 94,1 | 0,78 | |||
| АКН-2-18-53-16У4 | 94,5 | 0,72 | |||
| АКН-2-19-33-16У4 | 94,5 | 0,84 | |||
| АКН-2-19-41-16У4 | 94,8 | 0,85 | |||
| СДВ 16-41-16 | 94,1 | 0,9 | |||
| СДСЗ-17-39-20 У4 | 94,6 | 0,9 | |||
| АКН-2-16-39-12У4 | 93,4 | 0,8 | |||
| АКН-2-16-48-12У4 | 93,8 | 0,8 | |||
| АКН-2-16-57-12У4 | 94,3 | 0,8 | |||
| АКН-2-17-48-12У4 | 94,6 | 0,81 | |||
| АКН-2-17-57-12У4 | 94,8 | 0,82 | |||
| АКН-2-18-43-12У4 | 94,6 | 0,85 | |||
| АКН-2-18-53-12У4 | 95,0 | 0,86 | |||
| АКС-17-76-12У4 | 95,2 | 0,88 | |||
| СДВ 15-34-12 | 93,0 | 0,9 | |||
| СДВ 15-34-12 | 93,2 | 0,9 | |||
| СДВ 15-49-12 | 94,3 | 0,9 | |||
| СДВ 15-41-12 | 94,7 | 0,9 | |||
| СДВ 15-51-12 | 95,0 | 0,9 | |||
| СДВ 16-64-12 | 95,6 | 0,9 | |||
| СДСЗ-2-17-76-12У4 | 95,5 | 0,9 | |||
| АК 13-62-10У4 | 93,0 | 0,84 | |||
| АКН-2-15-57-10У4 | 94,5 | 0,83 | |||
| АКН-2-15-69-10У4 | 94,6 | 0,83 | |||
| АКН-2-16-57-10У4 | 94,7 | 0,84 | |||
| АКН-2-16-69-10У4 | 94,9 | 0,85 | |||
| АКН-2-17-57-10У4 | 95,2 | 0,86 | |||
| АКН-2-17-69-10У4 | 95,3 | 0,87 | |||
| СД 2-85/57-10У4 | 94,0 | 0,9 | |||
| СДВ 15-39-10 | 94,3 | 0,9 | |||
| СДВ 15-49-10 | 94,8 | 0,9 | |||
| СДВ 15-64-10 | 95,3 | 0,9 | |||
| СДВ 15-64-10 | 95,5 | 0,9 | |||
| АК 13-52-8 | 92,0 | 0,87 | |||
| АК 13-62-8 | 93,5 | 0,85 | |||
| АКН 2-15-57-8У4 | 94,8 | 0,86 | |||
| АКН 2-15-69-8У4 | 95,0 | 0,87 | |||
| СД 2-85/47-8У4 | 94,3 | 0,9 | |||
| СД 2-85/57-8У4 | 94,8 | 0,9 | |||
| СДН-2-16-36-8 | 94,9 | 0,9 | |||
| СДН-2-16-46-8 | 95,4 | 0,9 | |||
| АО102-6 | 92,0 | 0,85 | |||
| АО103-6 | 93,0 | 0,85 |
Таблица. Техническая характеристика шахтных осевых вентиляторов главного проветривания регулируемых поворотом лопаток рабочих колес
| Показатели | Типоразмер вентилятора | ||||||
| ВОД-16П | ВОД-18 | ВОД-21М | ВОД-30М | ВОД-40М | ВОД-50М | ||
| Диаметр рабочего колеса, мм | |||||||
| Частота вращения, мин-1 | |||||||
| Окружная скорость, м/с | 82,5 | 94,2 | 82,5 | 78,5 | 94,2 | 78,5 | 78,5 |
| Диапазон в зоне промышленного использования: | |||||||
| подачи, м3/с | 17…72 | 22…100 | 22…112 | 48…225 | 57,5… | 83…383 | 100… |
| статического давления, Па | 1150… | 920… | 700… | 610… | 880… | 650… | 900… |
| Максимальный статический КПД установки | 0,8 | 0,81 | 0,81 | 0,8 | 0,81 | 0,815 | |
| Габариты, мм: | |||||||
| длина | |||||||
| ширина | |||||||
| высота | |||||||
| Масса, кг | 11 000 | 41 000 |
Таблица. Техническая характеристика шахтных центробежных вентиляторов главного проветривания, регулируемых поворотом лопаток направляющих аппаратов
| Показатели | Типоразмер вентилятора | |||||
| ВЦ-15 | ВЦ-25М | ВЦ-31,5М | ВЦД-31,5М | ВЦД-47,5У | ВЦД-47,5А | |
| Диаметр рабочего колеса, мм | ||||||
| Частота вращения, мин-1 | ||||||
| Окружная скорость, м/с | 98,1 | 100,5 | 100,5 | 123,5 | ||
| Диапазон в зоне промышленного использования: | ||||||
| подачи, м3/с | 12…48 | 30..105 | 45…166 | 150…300 | 140…590 | 90…710 |
| статического давления, Па | 2800… | 1650… | 1850… | 1900… | 2300… | 1300… |
| Максимальный статический КПД установки | 0,87 | 0,86 | 0,84 | 0,84 | 0,85 | 0,865 |
| Габариты, мм: | ||||||
| длина | ||||||
| ширина | ||||||
| высота | ||||||
| Масса, кг |
Рис. Б.1. Сводный график областей промышленного использования шахтных осевых вентиляторов главного проветривания, регулируемых изменением угла установки лопаток рабочего колеса
Рис. Б.2. Сводный график областей промышленного использования шахтных центробежных вентиляторов главного проветривания, регулируемых изменением угла установки лопаток направляющего аппарата
Рис. Б.3. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВЦ-11М при 980 об/мин (а) и при 1460 об/мин (б)
Рис. Б.4. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВЦ-25М при 750 об/мин
Рис. Б.5. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВЦ-31,5М при 500 и 600 об/мин
Рис. Б.6. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВЦД-47У при 495 об/мин, с нерегулируемым приводом
Рис. Б.7. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВЦД-47У при 375 об/мин, с нерегулируемым приводом
Рис. Б.8. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВОД-11П при 1470 об/мин
Рис. Б.9. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВОД-16П при 985 об/мин
Рис. Б.10. Аэродинамические характеристики вентиляторной установки ВОД21М при 750 об/мин: — и —•—•— напорные характеристики вентилятора соответственно при нормальной работе и регулировании снятием шести лопаток с рабочего колеса II ступени
Рис. Б.11. Аэродинамические характеристики вентиляторной установки ВОД-30М при вращении 500 (а) и 600 (6) об/мин: — и •—• — напорные характеристики вентилятора соответственно при нормальной и реверсивной работе
Рис. Б.12. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВОД-40М при 375 об/мин
Рис. Б.13. Аэродинамическая характеристика вентиляторной установки ВОД-50 при 300 об/мин