2.1 Регулювання продуктивності вентиляторних установок і вимоги до електропривода

Вентиляторні установки головного провітрювання є одним з найбільш відповідальних і найбільш енергоємних агрегатів шах­ти. Режими роботи вентилятора змінюються і залежать від бага­тьох факторів. Параметри витрати і депресії змінюються на до­статню величину, тому необхідно забезпечити можливо більшу зону економічних режимів.

При виборі раціонального способу і діапазону регулювання швидкості електропривода необхідно враховувати наступне:

• сезонні коливання тиску і температури навколишнього се­редовища вимагають регулювання продуктивності в межах

10... 15%;

• за період експлуатації шахти продуктивність може зрости в

1.5...2 рази;

• зміна добового ритму гірничих робіт (підривні роботи на­прикінці змін) вимагає підвищення продуктивності на 15...20%;

• у святкові і ремонтні дні продуктивність може складати

30...50% робочої.

Аеродинамічне регулювання здійснюється такими методами: Дроселюванням; поворотом лопаток направляючого апарата; по­воротом лопаток робочого колеса (для осьових вентиляторів) чи поворотом закрилок (для відцентрових вентиляторів).

Перший метод не застосовується через низьку еко­номічність. Найбільш поширене регулювання направляючим апа­ратом. Але в такого методу мала глибина економічного регулю­вання. Також з’являються пульсації потоку і надмірні вібрації. Найбільш ефективним є застосування цього методу при підтримці постійної продуктивності, оскільки крива економічної роботи більш полога (похила).

Більш економічним методом є третій метод, але через

складність і ненадійність конструкції застосовується мало.

Найбільш перспективним є регулювання зміною швидкості обертання робочого колеса. За ши пропорційності чи закони ек­сплуатації турбомашин формул даться: зі зміною частоти обертан­ня робочого колеса турбомашини при постійній характеристиці зовнішньої мережі подача (продуктивність) змінюється пропорц­ійно першому степеню, напір — пропорційно квадрату, а спожи­вана потужність — пропорційно кубу частоти обертання:

Є • (п/п); Н=Н • (п/п)²; Р_ГР • (п/п)³;

звідки Н_}—Н • (О/О)²; Р=Р • (О/О)³.

Останні два рівняння є відповідно рівняннями квадратичної і кубічної парабол, які в свою чергу є геометричним місцем точок, координати яких визначають подібні режими турбомашини при зміні її частоти обертання.

Р, кВт

Рис. 4.1

На рис. 4.1 зображені графіки потужності при регулюванні відцентрового вентилятора ВЦД-32 направляючим апаратом (НА) і зміною швидкості (ЗШ).

Аналіз характеристик показує, що при невеликій глибині ре­гулювання в області малих і середніх витрат економічність обох методів однакова. Але з ростом глибини зміни витрати ефек­тивність регулювання різко зростає.

Області економічної роботи відцентрових і осьових венти­ляторів залежно від способу регулювання зображені на мал. 4.2 (7 — ВЦД-3,5 і 2— ВЦД-32 — регулювання направляючим апара-

том; 3 - ВОД-ЗО — регулювання направляючим апаратом і пово­ротом лопаток колеса; 4— ВЦЦ-32 - регулювання швидкості обер­тання за допомогою регульованого електропривода).

З рис. 4.2 видно, що найбільша зона економічної роботи у відцентрового вентилятора з регулюванням швидкості роботи. Розширення зони економічної роботи дозволяє з більшою ймовір­ністю забезпечити економічність проектованої чи підвищити ККД діючої установки.

Я, Па

На рис. 4.3 зображені криві, що характеризують економічність регулювання вентиляторних установок різними способами. Тут: 1 — дросельне регулювання; 2— направляючим апаратом; 3 — муфта­ми ковзання; 4 — реостатне з АД; 5 — каскадними схемами з АД.

к

0,8

1

0,6

0,4

0,2

0

0,4

і

0.

Рис. 4.3

Аналіз кривих показує, що найбільш економічним способом регулювання продуктивності вентиляторів головного провітрю­вання є регулювання за допомогою зміни швидкості обертання, найменш економічне - дросельне регулювання. Розрахунки по­казують, що регульований привод дозволяє значно скоротити вит­рату споживаної електроенергії (до 40%). Більш половини цього заощаджується за рахунок скорочення споживання в неробочі дні, коли продуктивність вентилятора може бути зменшена до 50% від граничного значення.

До переваг способу регулювання частоти обертання належать: висока економічність роботи; постійний ККД вентилятора при регулюванні з постійним еквівалентним отвором; простота кон­струкції вентилятора за рахунок виключення направляючого і по­воротного пристроїв; збільшення границі (зони) економічної ро­боти і зниження енергоспоживання.

Регулювання швидкості обертання виконується при обертанні двигуна і дозволяє здійснити настроювання вентилятора на необ­хідний режим роботи. Регульований електропривод найзручніше поєднувати зі схемами автоматизації й автоматичного регулюван­ня провітрювання. Існує практична можливість тривалої роботи вентиляторних установок зі зниженою в порівнянні з розрахунко­вою продуктивністю.

Застосування регульованого електропривода додатково дає:

• зняття обмежень за газовим фактором на ведення техноло­гічного процесу видобутку і можливість підвищення продуктив­ності шахти при тому самому устаткуванні і витратах;

• істотне збільшення зони економічної роботи вентилятора, зменшення числа типорозмірів вентиляторів, підвищення серій­ності і зниження вартості вентиляторів;

• збільшення терміну служби вентилятора за рахунок роботи в полегшених режимах при зниженій швидкості обертання;

• зниження витрат на виробництво, передачу і розподіл елек­троенергії, що обумовлено скороченням її споживання майже в два рази.

Додатково нова технологія енергозбереження у вентиляторних установках з великою сумарною потужністю дозволяє регулювати потужність у години максимуму навантаження і тим самим скоро­тити витрати на електроенергію при двоставочному тарифі.

Електропривод і система регулювання вентиляторів головно­го провітрювання вугільних шахт повинні забезпечувати:

• глибину регулювання за витратою 1:2, затиском 1:3 при плав­ному характері зміни параметрів;

• якомога більшу зону економічної роботи вентилятора;

• високі енергетичні показники — ККД і коефіцієнт потуж­ності;

• стійку швидкість при падінні чи кидку навантаження і ко­ливаннях напруги мережі живлення;

• можливість оперативного регулювання режиму роботи вен­тилятора.

Наведений порівняльний аналіз показує безумовну доцільність устаткування потужних шахтних вентиляторів регульованим елек­троприводом.