9.2. Вентиляторные установки

Исходные данные:

Требуемая производительность – Q = 86 м³/с,

Необходимое минимальное давление – Р_min = 1704 Па

Необходимое максимально давление – Р_max = 2019 Па

Срок службы установки -25 лет,

Способ проветривания - нагнетательный.

Регулирование рабочих режимов:

Ориентируясь на осевой вентилятор, регулирование производится изменением углов установки лопаток на рабочих колесах.

Определение расчетных параметре в работы вентилятора

Находим значение Q_рв, Р_minp, P_maxp:

Q_рв = к₁ · к₂ · Q , (9. 32)

Q_рв = 1,2 · 1,15 · 86 = 108,8 м³/с,

где к₁- коэффициент резерва производительности вентилятора(1,2); к₂ - коэффициент утечек или подсосов(1,15).

Статическое давление с учетом потерь в вентиляционном канале:

Р_minp = к₃ · Р_min = 1,1 · 1704 = 1874 Па

P_maxp = к₃ · Р_max = 1,1 · 2019 = 2221 Па

где к₃ -коэффициент учитывающий потери давления в подводящих каналах установки(1,1).

Выбор типа и номера вентилятора.

Полученные значения Q_рв, P_minp, P_maxp, принимаются за расчетные величины. ЗначенияQ_рв, P_minp, P_maxp находятся в зоне осевых вентиляторов, поэтому принимается к установке осевой вентилятор ВОД-30, что показано на рис. 9.5.

Рис. 9.5 График рабочих зон вентиляторов серии ВОД

Находим, что в заданных условиях проветривание шахты может обеспечить вентилятор ВОД-30 с частотой вращения n = 500 об/мин.

Частота вращения ВОД-30 - 500 минˉ¹. Регулирование режима работы изменением угла установки лопаток рабочего колеса. Для расчетных значений Q_рв =164,8 м3/с, P_min = 1518 Па, P_max = 1952 Па, расчетом определяются значения эквивалентных отверстий А и соответствующие значения постоянных R при Р_minp, Р_maxp.

A_max = 1,19 · Q_рв / √Р_min , (9. 33)

A_max = 1,19 · 108,8 / √1704 = 3,13 м².

A_min = 1,19 · Q_рв / √Р_max , (9. 34)

A_max = 1,19 · 108,8 / √2019 = 2,88 м².

Постоянные вентиляционных сетей R находятся по эквивалентным отверстиям по значениям А_min и А_max.

R_min = 1,41 / A²_max , (9. 35)

R_min = 1,41 / 3,13² = 0,01439.

R_max = 1,41 · A²_min , (9. 36)

R_max = 1,41 / 2,88² = 0,01728.

Графики вентиляционный сетей по уравнениям

Р_minp = 0,01439 Q²_рв, Па

Р_maxp = 0,01728Q²_рв, Па

Графики вентиляционных сетей 1 и 2, соответствуют начальному и конечному периодам эксплуатации. Графики вентиляционных сетей строятся по точкам, рассчитанным для значений Q_рв в интервале от 0 до 1,25 Q_рв с шагом 0,25 Q_рв и полученным значениям Р_minp, Р_maxp расчетные значения которых приведены в табл. 9.4.

Таблица 9.4

Расчетные значения

Qрв	0,25 Qрв	0,5 Qрв	0,75 Qрв	1,0 Qрв	1,25 Qрв	l,5 Qрв
Qрв м3/с	27,2	54,4	81,6	108,8	136	247,2
Рminp, Па	95	378	851	1513	2365	3405
Рmaxp, Па	121	486	1093	1942	3035	4370

Построенные характеристики вентиляционных сетей 1 и 2 , показаны на рис. 9.5. Все дальнейшие рассуждения по проведению расчета необходимо рассматривать совместно с рис. 9.6.

Определение параметров рабочих режимов

Рис. 9.6 Аэродинамическая характеристика ВОД-30.

Характеристика сети 1 пересекается с напорной характеристикой вентилятора с углом установки лопаток 30° в точке «d». Участок на напорной характеристике на отрезке «d-c» будет обеспечивать заданные параметры в первый период эксплуатации. В точке «с» нужно переставить угол установки лопаток на рабочих колесах на 35° и перейти на рабочую часть на отрезке «e-f»

В точке «с» параметры режима работы равны:

Q_c = 164,8 м3/с,P_c = 1800Па, η_c = 0,71.

Для построения дополнительной характеристики сети, проходящей через точку «с» определим постоянную R_c по формуле:

R_c = P_c / Q²_c , (9. 37)

R_c = 1800 · 164,8² = 0,06628.

тогда характеристика сети, которая проходит через точку С, строится по уравнению

Р_c = 0,06628Q².

Характеристика вентиляционной сети 3 строится по точкам, рассчитанным для переменных значений Q, результаты расчета введены в табл.9.5.

Таблица 9.5

Расчетные значения

Qрв	0,25 Qpb	0,5 Qpb	0,75 Qpb	1,0 Qpb	1,25 Qpb	l,5 Qpb
Qc, м3/с	41,2	82,4	123,6	164,8	206,0	247,2
Pc, Па	112,5	450	1012	1800	2813	4050

Характеристики позволяет установить начальные и конечные параметры рабочих режимов установки, соответствующих ступеням регулирования.

На первой ступени регулирования угол установки лопаток рабочих колёс равен θ₁ = 300. При этом в начале работы будет режим в точке «d», пapaметры режима работы в точке «d» равны:

Q_d = 170 мЗ/с; P_d = 1620 Па; η_d = 0,678.

При перемещении режима работы в точку «с» производится установка лопаток рабочих колес на угол θ2=35°, при этом осуществляется переход на вторую ступень регулирования. Начальная точка режима на этой ступени режим в точке «е» с параметрами:

Q_е = 183 м3/с; Р_е = 2100 Па; η_е = 0,71.

Окончание работы на второй ступени регулирования это режим в точке «f» с параметрами:

Q_f = 164,8 м3/с, P_f = 2500 Па, η_f = 0,742.

При общей продолжительности работы вентиляторной установки Т = 15 лет и принятой прямой пропорциональности изменения общешахтной депрессии от Р_min до Р_max устанавливаем продолжительность работы соответственно на первой и второй ступенях по формулам:

на первой ступени

T₁ = T(P_c – P_a / P_f – P_a), (9. 38)

T₁ = 25 · (1800 – 1512 / 2500 – 1512) = 7,3 лет

на второй ступени

T₁ = T(P_f – P_c / P_f – P_a), (9. 39)

T₁ = 25 · (2500 – 1800 / 2500 – 1512) = 17,7 лет

Резерв производительности вентиляторной установки

Резерв производительности вентиляторной установки рассматривают как отношение производительности вентилятора, определяемый точками пересечения характеристик вентиляционной сети с характеристикой вентилятора, к заданной производительности. Вентилятор должен иметь не менее, чем 20% резерв производительности.

при характеристике сети 1

∆Q₁ = (Q_k - Q_a / Q_a) · 100 , (9. 40)

∆Q₁ = (205 - 164,8 / 164,8) · 100 = 24 %

при характеристике сети 2

∆Q₁ = (Q_k - Q_a / Q_a ) · 100, (9. 41)

∆Q₁ = (188 – 164,8 / 164,8) · 100 = 15,8 %

В среднем Q_p = 20,1%

Реверсирование вентиляционной струи.

Реверсирование вентиляторной установки ВОД-30 осуществляется изменением вращения ротора и поворота лопаток спрямляющего и направляющего аппарата на угол соответственно 180º и 160º. Поворот всех лопаток спрямляющего и направляющего аппаратов осуществляется одновременно при заторможенном роторе с помощью специальных приводов, имеющих как ручное, так и дистанционное управление. Переход с нормального режима в реверсивный должен осуществляться за 10 минут. Подача вентилятора в реверсивном режиме должна составлять 60-70% от подачи в нормальном режиме.

Определение мощности электродвигателя.

Мощность двигателя определяется по формуле:

на первой ступени регулирования

N_{min c} = Q_c · P_c / 1000 · η_c , (9. 42)

N_{min c} = 164,8 · 1800 /1000 · 0,71 = 418 кВт

на второй ступени регулирования

N_{max f} = Q_f · P_f / 1000 · η_f , (9. 43)

N_{max f} = 164,8 · 2500 /1000 · 0,742 = 555 кВт

Для вентилятора ВОД-30 предусмотрен двигатель типа СДН-14-44-10 синхронного типа мощностью 630кВт, с частотой вращения 500 об/мин-1, напряжение – 6000 В. Этот двигатель и принимается к установке.

Среднегодовой расход электроэнергии.

Среднегодовой расход электроэнергии определяется по средним значениям Q и Р для первого и второго периодов эксплуатации.

на первой ступени регулирования

Q_1cp = Q_max + Q_min / 2, (9. 44)

Q_1cp = 170 + 164,8 = 167,4 м³/с,

P_1cp = P_max + P_min / 2, (9. 45)

P_1cp = 1620 + 1800 / 2 = 1710 Па.

η_1cp = η_max + η_min / 2, (9. 46)

η_1cp = 0,71 +0,678 / 2 = 0,694

Тогда среднегодовой расход электроэнергии при работе вентилятора в первом периоде

W_1cp = Q_1cp P_1cp η_ч η_д / 1000 η_1cp η_д η_с η_р , (9. 47)

W_1cp = 167,4 · 1710 · 24 · 365 / 1000 · 0,694 · 0,92 · 0,95 · 0,8 = 516670 кВт·час

на второй ступени регулирования

Q_2cp = Q_max + Q_min / 2, (9. 48)

Q_2cp = 183 + 164,8 = 173,9 м³/с,

P_2cp = P_max + P_min / 2, (9. 49)

P_2cp = 2500 + 2100 / 2 = 2300 Па.

η_2cp = η_max + η_min / 2, (9. 50)

η_2cp = 0,71 + 0,742 / 2 = 0,726

Тогда среднегодовой расход электроэнергии при работе вентилятора в первом периоде

W_2cp = Q_2cp P_2cp η_ч η_д / 1000 η_2cp η_д η_с η_р , (9. 51)

W_1cp = 173,9 · 2300 · 24 · 365 / 1000 · 0,726 · 0,92 · 0,95 · 0,8 =6902294кВт·час

Проведенный расчет показал, что выбранная вентиляторная установка соответствует заданным условиям, соответствует требованиям устойчивости экономичности режима эксплуатации, т.к. точки режима работы имеют большие значения КПД.

Вентиляторная установка имеет достаточный резерв производительности, обеспечивает совершенную схему реверсирования вентиляционной струи в соответствии с требованиями ПБ. Компоновка вентиляторной установки соответствует современным технологическим схемам предназначенным для всасывающего и нагнетательного режимов проветривания как с калориферными установками, так и без устройств для подогрева воздуха при работе в зимний период с отрицательными температурами.

Дистанционное управление и контроль вентиляторной установкой осуществляется с помощью аппаратуры УАКВ.