16. Области применения турбомашин на шахтах и рудниках. Режимы работы турбомашин, их статические характеристики. Требования к электроприводу турбомашин.

В выработках, в которых находятся или мо­гут находиться люди, согласно требованиям Правил безопас­ности ПБ воздух должен содержать по объему кислорода не менее 20 % и углекислого газа не более 0,5 %, а содержание метана в струе воздуха, исходящего из очистного участка, не должно превышать 1 %.

Для снабжения работающих в шахте или руднике людей достаточным количеством качественного воздуха и создания комфортных условий для высокопроизводительного труда не­обходима искусственная вентиляция, обеспечивающая постоян­ный приток свежего воздуха в горные выработки с поверхности и удаление отработанного воздуха из шахты (рудника) в ат­мосферу. Для этих целей на шахте (руднике) устанавливают вентиляторы.

Вентилятор принадлежит к механизмам, имеющим продол­жительный режим работы с постоянной нагрузкой.

В качестве ВМП применяются осевые вентиляторы с двигателями мощностью до 110кВт.

В качестве ВГП применяются как осевые так и центробежные вентиляторы с двигателями мощностью 1250-4000 кВт.

В качестве привода вентиляторов главного проветривания применяется:

• АДФ+Реостат

• АДФ+АВК

• СД до 500КВт

• АДФ+СД(каскад обеспечивает половинную и полную производительность)

Сравнивая между собой шахтные осевые и центробежные вентиляторы, следует отметить, что те и другие обладают как достоинствами, так и рядом недостатков.

К достоинствам осевых вентиляторов следует отнести: регули­рование режима работы (поворотом лопаток направляющего аппарата и рабочего колеса); реверсирование воздушной струи без обводных каналов (при соответствующей аэродинамической схеме и конструкции вентилятора).

Недостатками осевых вентиляторов являются:

скрытые, недоступные для систематического ухода подшип­ники, что снижает надежность работы вентиляторов; резко седло­образная форма характеристики давления (со впадинами и раз­рывами), что создает предпосылки для неустойчивой работы, особенно при параллельном включении вентиляторов с нерегу­лируемым приводом; сильный шум при работе со скоростями 90—95 м/с.

Центробежные вентиляторы лишены указанных недостатков, они проще по конструкции и надежнее в эксплуатации, создают более высокое давление, однако диапазон их экономичного регу­лирования (при прочих равных условиях) несколько меньше, чем у осевых.

Серийно выпускаемые шахтные осевые и центробежные венти­ляторы примерно равноценны по экономичности, но величина ее невелика — максимальный статический к. п. д. вентиляторов не превышает 0,8. Отдельные конструкции центробежных вентиляторов с сильно загнутыми назад лопатками позволили повысить к. п. д. до 0,88.

В настоящее время регулирование режима работы шахтных вентиляторов главного проветривания осуществляется одним из следующих способов:

• изменением сопротивления вентиляционной сети (дроссели­рование шибером, секторным затвором и т. д.);

• и зменением характеристики вентилятора.

Регулирование режима работы вентилятора главного про­ветривания изменением характеристики вентиляционной сети представлено на рис. Режим работы вентилятора с мини­мальным сопротивлением вентиляционной сети характери­зуется точкой 1. При этом вентилятор работает с подачей Q1 и давлением p1. При необходимости уменьшения подачи уве­личивается сопротивление вентиляционной сети путем частич­ного перекрытия вентиляционного канала регулирующим шибе­ром, что приводит к уменьшению эквивалентного отверстия, т. е. A2<A2. Режим работы вентилятора в этом случае харак­теризуется точкой 2.

Изменение характеристики вентилятора может произво­диться одним из нижеперечисленных способов:

• изменением угла поворота лопаток направляющих аппаратов (для центробеж­ных и осевых вентиляторов),

• изменением угла установки лопа­ток рабочего колеса (для осевых нентиляторов),

• изменением скорости электропривода рабочего колеса вентилятора.

Для правильного определения необходимого диапазона изменения производительности ГВУ следует произвести анализ основных причин, вызывающих необходимость в установке устройств регулирования производительности:

1) сезонное колебание температуры окружающей среды. Давление окружающего воздуха требует регулирования производительности в сравнительно небольших пределах. Диапазон регулирования производительности лежит в пределах 10—15% расчетной. Это регулирование относится к классу медленно меняющихся во времени;

2) регулирование производительности, вызванное развитием фронта работ. За период эксплуатации шахты производительность вентиляторной установки должна постепенно возрастать — в 1,5-2 раза превышать минимальную при наиболее интенсивной отра­ботке залежи;

3) регулирование производительности, вызванное измененном суточного ритма горных работ (взрывные работы в конце смены требуют повышения производительности на 15—20%);

4) регулирование производительности, вызванное празднич­ными и ремонтными днями. В этих условиях производительность должна составлять 30—50% рабочей;

5) массовые взрывы, требующие более интенсивного проветривания. Здесь производительность должна быть значительно выше по сравнению с обычным режимом проветривания.

Таким образом, в основном целесообразным диапазоном регу­лирования производительности вентилятора следует считать 2:1, предусматривая дополнительные меры для интенсификации про­ветривания после массовых взрывов.

Выбор того или иного способа регулирования вентилятором должен решаться с учетом наибольшей его экономичности, про­стоты и удобства обслуживания.

На современном горном предприятии при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в угольных шахтах со взрывоопасной средой, а также в рудниках черной и цветной металлургии основным видом энергии служит пневматическая. Кроме того компрессорные установки служат для заморозки ствола шахты. Для привода компрессорных установок возможно использование :

• СД 250-500КВт +ВТЕ

• АД + Преобразователь частоты на компр. Установках большой мощности(дорогой привод)

• АДФ+тир.коммутатор в роторной цепи

• АД+ТПЧ с НС

• Дв. Двойного питания.

По принципу работы компрессорные машины делятся на поршневые и центробежные.

Особенности компрессоров как объ­екта электропривода: пульсирующий характер нагрузочного момента; зависимость пульсаций от скорости электропривода; по­вышенный момент инерции, затрудняющий пуск привода; повышенный момент сопротивления при пуске.

Для поддержания режима работы пневматических установок в заданных преде­лах применяют различные способы регулирования режима работы компрессоров: изменением частоты вращения вала ком­прессора, а при постоянной частоте вращения — изменением числа параллельно работающих компрессоров.

При нерегулируемой частоте вращения вала компрессора регулирование ведется: дросселированием перед входом в компрессор, тогда расход воздуха уменьшается из-за понижения начального давления; включением дополнительного вредного пространства в поршневых компрессорах; отжатием пластан всасывающих клапанов в поршневых компрессорах.

Система регулируемого электропривода турбокомпрессоров должна отве­чать общим требованиям, предъявляемым ко всем системам привода: высокие энергетические показатели системы к. п. д. и cosφ; надежность и простота эксплуатации; минимально воз­можная первоначальная стоимость оборудования.

Регулируемый электропривод турбокомпрессора с двигателем двойного питания:

Двигатель двойного питания представляет собой асинхронный двигатель с фазным ротором, подключенный к двум источникам питания: со стороны статора — к сети с постоянным напряже

нием и частотой 50 Гц, а со стороны ротора — к источнику по­ниженной частоты, величина которой, как и напряжение источ­ника (по амплитуде и фазе), могут изменяться. Преобразовав

Принципиальная схема управления приводом компрессора с двигателем двойного питания (ДДП) приведена на рис. Она состоит из асинхронного двигателя с фазным ротором M_ преобразователя частоты UZ, включающего в себя силовой-трансформатор Т, согласующий напряжение сети с напряже­нием ротора двигателя, тиристорные блоки U1—UЗ, системы уп­равления AUZ преобразователем частоты, датчиков углового перемещения ротора (синхронный тахогенератор с постоянными магнитами GS), датчиков тока ротора UA1—UA3, давления и производительности на выходе компрессора, пускового устрой­ства электродвигателя (индукционный реостат L).

Сигналы частоты вращения ротора двигателя формируются углоизмерительной машиной GS , представляющей собой синхронный тахогенератор с постоянными магнитами и имеющей число пар полюсов, равное числу пар полюсов глав­ного двигателя. GS жестко связана с асинхронным двигателем.

В качестве электропривода, насосов в шахтных участковых и центральных водоотливных установках применяются асин­хронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Элек­тродвигатели насосов работают в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой, мощность (кВт) которых определяется по формуле

где k — коэффициент запаса (1,2—1,3 при подаче до 160 м³/ч и 1,1—1,15 при подаче свыше 160 м³/ч); Q — подача, м³/ч; у — удельный вес откачиваемой из шахты воды, кН/м³; Н — напор насоса, м; η_н, η_п— соответственно к. п. д. насоса и передачи.