2.2. Осевые вентиляторы

Основными элементами одноступенчатого осевого вентилятора являются: рабочее колесо, корпус, коллектор, передний обтекатель- кок сферической формы, спрямляющий аппарат и диффузор. Диффузор состоит из двух обечаек, помещенных одна в другую: наружной конусной — собственно диффузора и внутренней (на большинстве вентиляторов цилиндрической формы) — заднего обтекателя.

Для повышения давления осевой вентилятор изготавливают обычно двухступенчатым с двумя последовательно соединенными рабочими колесами, промежуточным направляющим аппаратом между ними и спрямляющим аппаратом за последним рабочим колесом. Иногда перед первым рабочим колесом устанавливают входной направляющий аппарат.

Рабочие колеса вместе с валом, на котором они закреплены, образуют ротор вентилятора, который приводится во вращение непосредственно от электродвигателя. Опорами вала являются шариковые или роликовые подшипники.

Коллектор и обтекатель предназначены для обеспечения правильного подвода воздуха к лопастям колеса, чтобы поток воздуха был направлен по оси вентилятора с возможно более равномерным полем скоростей. Действие коллектора наиболее эффективно, когда между ним и колесом имеется цилиндрический участок корпуса длиной не менее 0,5 диаметра колеса. При отсутствии коллектора давление вентилятора уменьшается на 10...20%, а к. п. д. — 10...15%. Обтекатель неподвижен и при его отсутствии давление снижается примерно на 20%.

Направляющий и спрямляющий аппараты, представляющие собой неподвижные колеса с радиальными лопатками, необходимы для раскручивания потока и, следовательно, повышения к. п. д. вентилятора. Поворотные лопатки промежуточных направляющего и спрямляющего аппаратов обеспечивают возможность регулирования рабочего режима вентилятора, а также реверсирования вентиляционной струи. Для регулирования иногда применяют входной направляющий аппарат с поворотными лопатками.

Одним из основных узлов вентилятора является диффузор, благодаря которому значительная часть динамического давления (не менее 70 %) должна превращаться в статическое давление.

Лопасти укреплены на втулке рабочего колеса через равные промежутки под углом к плоскости его вращения. Наиболее рациональна лопасть более широкая у втулки, чем на периферии. Лучшей конструкцией является крученая лопасть с формой, подобной форме лопасти авиационного винта.

Лопасти изготовляют полыми (рис. 24, а) со стержнем для - закрепления ее на втулке и литыми (рис. 24, б) из алюминиевых или магниевых сплавов. Полая лопасть состоит из: стержня 1 с приклепанной к нему крученой обшивкой 2 из стали толщиной 2 — 3 мм; приваренного к обшивке ребра 3, выполняющего роль армировки против истирания угольной пылью, приваренных к ребру верхнего и нижнего донышек 4.

Изготовление лопастей возможно из пластмасс. Такие лопасти изготавливаются с большей степенью точности, исключают опасность искрообразования при возможном касании лопасти о корпус вентилятора, стойки в химически агрессивной среде. Из условия надежности работы и уменьшения шума работающего вентилятора максимальная окружная скорость на концах лопастей должна быть не более 95 м/с.

На одной втулке устанавливают до 14 лопастей, узлы крепления которых должны обеспечивать возможность их установки под различными углами относительно плоскости вращения колеса, что необходимо для регулирования производительности и давления вентилятора.

В работающем вентиляторе под действием разности давления часть воздуха протекает через зазор между концом лопасти и корпусом со стороны выхода воздуха из рабочего колеса в сторону входа в него, при этом уменьшается давление и снижается к. п. д. вентилятора. Однако чрезмерное уменьшение зазора может привести к касанию лопасти о корпус вентилятора. Величина зазора зависит от типа вентилятора и обычно не должна превышать 1,5 % длины лопасти. При работе вентилятора вследствие разности давлений потока до и после рабочего колеса возникает осевая сила, действующая на ротор и направленная в сторону входа потока в вентилятор. Осевая сила воспринимается упорным подшипником.

Д вухступенчатые реверсивные вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 (В — вентилятор О — осевой, Д — двухступенчатый, цифры — диаметр рабочего колеса в дм) предназначены для главного проветривания шахт при требуемом статическом давлении вентилятора не более 300 даПа и расходе воздуха от 50 до 600 м²/с. Эти вентиляторы разработаны по аэродинамической схеме К-84 ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского (К — крученые лопасти, 84 — коэффициент быстроходности).

Главная вентиляторная установка с вентиляторами типа ВОД (рис. 25) состоит из рабочего и резервного вентиляторов 1 и 2 с синхронными электродвигателями 8 и 4, системы смазки 5, электроаппаратуры и аппаратуры автоматизации 6и устройств 7 и 8 (ляды или двери, управляемые лебедками или моторредукторами) для переключения на работу любого из вентиляторов и отключения другого, подводящего 9 и выходного 10 каналов, глушителя шума 11. Глушитель шума выложен из звукопоглощающих шлакоблоков и имеет 5 ... 7 параллельных стенок, разделяющих общую исходящую струю на отдельные струи; глушитель шума для работающего и резервного вентилятора общий, что исключает проникновение зимой наружного холодного воздуха к резервному вентилятору и, следовательно, его обмерзание.

Вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 (рис. 26) имеют корпус 1, раму 2, ротор 3, передний 4 и задний 5 опорные блоки, направляющий б и спрямляющий 7 аппараты, коллектор 8,

кок 9, диффузор 10, трансмиссионный вал 11 с муфтой 12 для соединения с синхронным электродвигателем 18.

Ротор вентилятора ВОД показан на рис. 27. На валу 1 с подшипниками 2, воспринимающими как радиальную, так и осевую нагрузку, закреплены рабочие колеса 8, 4 и полумуфта 5. Колесо закреплено на валу шпонкой 6 и от осевого смещения гайкой 7. Втулки 8 рабочих колес (диаметр втулки составляет 0,6 диаметра рабочего колеса) выполнены сварными и во

избежание появления дисбаланса от попадания в них влаги и пыли герметизированы. На втулке расположено 12 лопастей 9. Лопасти пустотелые сварно - клепаные, состоят из двух листов обшивки, армирующего ребра, донышек и хвостовика. Благодаря затвору крепления l0 лопасти при остановленном вентиляторе могут поворачиваться вручную в диапазоне 15 ... 45 ⁰. В целях регулирования рабочего режима вентилятора число лопастей колеса второй ступени может быть уменьшено в 2 раза.

Трансмиссионный вал выполнен подвесным с зубчатыми (в вентиляторе ВОД-21 с пальцевыми) муфтами.

Промежуточный направляющий аппарат имеет 14 поворотных лопаток, которые могут поворачиваться сервомотором на угол до 180⁰. Спрямляющий аппарат имеет 14 лопаток, из которых 11 поворотные, а 3 — несущие неповоротные.

Вентиляторы снабжены колодочным тормозом с электромагнитным приводом, который за 2 ... 2,5 мин останавливает ротор.

Для реверсирования воздушной струи необходимо отключить двигатель вентилятора и затормозить ротор, повернуть на 180 ⁰ лопатки направляющего и спрямляющего аппаратов, оттормозить ротор и пустить двигатель в противоположном направлении.

В е н т и л я т о р ВОД-16 — двухступенчатый реверсивный со встречным вращением рабочих колес, предназначен для главного проветривания шахт с потребным расходом воздуха

12 ... 67 м³/с и статическим давлением 90 — 430 даПа.

Принцип работы этого вентилятора заключается в том, что при противоположном вращении рабочих колес воздушный поток, получив энергию в первом рабочем колесе, выходит закрученным в сторону вращения и поступает во второе рабочее колесо, где раскручивается и получает дополнительную энергию. При определенном сочетании углов установки лопастей на рабочих колесах на выходе из второй ступени закручивание потока равно нулю. Необходимость в промежуточном направляющем и спрямляющем аппаратах отпадает. Благодаря этому уменьшаются размеры и масса вентилятора, упрощаются регулирование режима и реверсирование потока.

Для безударного приема потока от первого рабочего колеса и для равномерного распределения давления между ступенями угол установки лопастей второго рабочего колеса меньше, чем на первом колесе. При максимальном к. п. д. поток из вентилятора выходит в осевом направлении, а суммарное давление вентилятора распределено по ступеням поровну.

Вентилятор ВОД-16 (рис. 28) состоит из: корпуса 1 с коллектором и обтекателем; консольно насаженных на валу рабочих колес 2 и 3 соответственно первой и второй ступени; трансмиссионных валов 4 и 5 с упругими пальцевыми муфтами 6 и 7; диффузора 8, электродвигателей 9 и 10, системы смазки 11; электромагнитных тормозов 12 и 13; глушителя шума 14.

Рабочее колесо 2 имеет 12, а колесо 3 — 10 стальных сварных лопастей. С помощью фланца у основания лопасти она крепится к втулке посредством пружинного стопорного кольца и подпорной пружины.

Установка снабжена пускорегулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой.

Для уменьшения пиковой нагрузки в электросети при пуске вентилятора сначала включается электродвигатель второй ступени, а при достижении им номинальной частоты вращения— двигатель первой ступени.

Регулирование рабочего режима вентилятора производится: а) поворотом лопастей рабочих колес вручную при остановленном вентиляторе (наибольшая экономичность работы, обеспечиваемая при определенном сочетании углов, указана в характеристике вентилятора); б) поворотом лопастей только на первом колесе при постоянном угле установки 27 ⁰ на втором колесе (при этом рабочая область по давлению изменяется незначительно, а по производительности сокращается в 1,4 раза); в) отключением второго колеса (производительность вентилятора в этом случае составляет 40 ... 50 % номинальной).

Реверсирование вентиляционной струи производится изменением направления вращения рабочих колес.

В е н т и л я т о р ВОД-11 используется для вспомогательных установок при проветривании стволов и околоствольных выработок во время их сооружения, для калориферных установок, необходимых для обогревания главного ствола зимой, а также в качестве главных установок шахт малой производительности при потребном расходе воздуха 7 ... ЗЗ м³/с и давлении 115 ... 390 даПа. Вентилятор нереверсивный, поэтому на главных установках он снабжается входной и выходной реверсивными коробками, благодаря которым производится изменение направления воздушной струи (аналогично обводным каналам). Регулирование рабочего режима вентилятора осуществляется поворотом лопастей на рабочем колесе в диапазоне 15 ... 45 ⁰.

Вентиляторы местного проветривания, предназначенные для подачи воздуха в тупиковые выработки, изготавливают как с электрическим, так и с пневматическим двигателем. В этих вентиляторах для повышения экономичности применена коническая втулка рабочего колеса, в связи с чем имеет место меридиональное ускорение потока (в направлении от малого к

большему основанию конуса втулки).

Вентилятор - ВМ-4М одноступенчатый нерегулируемый с электроприводом применяется для проветривания забоев штреков, уклонов, сбоек сечением до 5 м² при расходе воздуха до 100 ... 150 м³/мин и длине труб до 300 м. Диаметр труб 400 мм, причем при работе на нагнетание применяются трубы гибкие; а на всасывание — жесткие металлические.

Вентиляторы ВМ-5М и ВМ-6М одноступенчатые регулируемые с электроприводом предназначены для проветривания забоев квершлагов, коренных и вентиляционных штреков, бремсбергов сечением соответственно не более 10 и 16 м ² и длине труб не более 400 и 600 м при диаметрах их 500 и 600 мм.

В ентиляторы ВМ-5М и ВМ-6М (рис. 29) имеют одинаковую конструкцию и состоят из корпуса 1 со спрямляющим аппаратом 2, рабочего колеса 3, входного направляющего аппарата 4 и встроенного взрывобезопасного асинхронного двигателя 5. Вентилятор смонтирован на салазках 6. На литой конической втулке рабочего колеса установлено семь крученых лопастей. Лопасть представляет собой залитую капроновой смолой стальную арматуру с хвостовиком и гайкой.

Направляющий аппарат имеет девять профильных резиновых лопаток со стальной армировкой входных и выходных кромок.

«Воздушный сепаратор» — кольцевой канал 7 предназначен для устранения впадины на аэродинамической характеристике вентилятора.

У вентилятора на всасывающей н нагнетательной сторонах могут быть установлены глушители шума. Конструктивно глушитель шума представляет собой два цилиндра (один вставлен в другой). Внешний цилиндр выполнен из тонколистовой стали, внутренний — из перфорированных оцинкованных листов. Пространство между цилиндрами заполнено звукопоглощающим материалом.

Рабочий режим вентиляторной установки местного проветривания регулируется при работающем вентиляторе поворотом закрылков лопаток направляющего аппарата на угол от +45 до — 50'. При положительном значении углов (отклонение лопаток против направления вращения рабочего колеса) производительность и давление возрастают, при отрицательном — уменьшаются.

Вентиляторы ВМ-8М и ВМ-12М одноступенчатые регулируемые; с электродвигателем, наиболее мощные по сравнению с другими вентиляторами типа ВМ, предназначены для проветривания тупиковых выработок большого сечения и стволов диаметром до 6 м.

Вентиляторы ВМП-ЗМ, ВМП-4, ВМП-5М и ВМП-6М одноступенчатые с приводом от встроенной пневматической турбины служат для проветривания глухих выработок, в которых применение электрических вентиляторов запрещено ПБ. Вентилятор ВМП-6М (рис. 30) состоит из корпуса 1, вала 2, рабочего колеса 3 с пневматической турбиной 4 и коробки с соплами б для регулирования рабочего режима вентилятора. С помощью трехходового крана б, связанного с рукояткой, производится подвод сжатого воздуха к одному, двум или трем соплам, благодаря чему достигается работа вентилятора соответственно на пониженном, нормальном и усиленном режиме.

При необходимости увеличения давления два вентилятора местного проветривания соединяются последовательно.

Технические характеристики осевых вентиляторов приведены в приложениях 1 и 2.