книги из ГПНТБ / Пак, В. В. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания

Шахтный центробежный вентилятор ВЦП-16 [93], спроектиро­ ванный Донгипроуглемашемпо аэродинамической схеме Ц38-12 ИГМ ТК им. М. М. Федорова предназначен для проветривания глухих забоев глубоких шахтных стволов большого сечения (диа­ метром 7—8,5 м и глубиной до 1600 м) и околоствольных выработок.

и1200 мм. Он может быть использован для проветривания строящихся тоннелей и там, где требуется высокое давление.

Вентиляторная установка ВЦП-16 состоит из рабочего колеса, корпуса, осевого напра­ вляющего аппарата, узла вала, Н,кгс/м рамы, реверсивного устройства

иэлектродвигателя с четырех­ скоростным переключением обо­ ротов (рис. 103).

Рабочее колесо состоит из

ально на равных расстояниях в сварной цилиндрической обе­ чайке, и механизма одновременного поворота лопаток. Реверсив­ ное устройство благодаря переключению ляд позволяет реверсиро­ вать воздушную струю с нагнетательного действия на всасывающее,

инаоборот. На рис. 104 показана установка с вентилятором ВЦП-16,

ана рис. 105 — его аэродинамические характеристики.

■191

Вентилятор ВЦП-16 по основным технико-экономическим показа­ телям соответствует лучшим отечественным и зарубежным образцам.

Вентилятор регулируется на ходу механизмом одновременного поворота лопаток направляющего аппарата и работает с низким уров­ нем шума, поэтому его можно устанавливать без глушителей шума в городах и поселках на расстоянии 1 0 0 м от жилых и общественных зданий. Аэродинамические характеристики вентилятора имеют хоро­ шую форму кривых давления — без впадин и разрывов.

Вентиляторы ВЦП-16, как и ВЦПД-8 , серийно изготовляет Артемовский машиностроительный завод, который по просьбе заказ­ чика поставляет также устройство для реверсирования вентиляцион­ ной струи.

§ 2. Вентиляторы для проветривания подготовительных выработок большой протяженности

Внедрение в угольную промышленность столбовой системы с об­ ратным порядком отработки шахтных полей и выемочных участков, предполагающим предварительную проходку подготовительных вы­ работок протяженностью до 2 0 0 0 м и более, вызывает необходимость разработки мощного проходческого вентилятора. Выпускаемые и разрабатываемые в настоящее время в соответствии с ГОСТ 6625—64* вентиляторы местного проветривания не рассчитаны на проветри­ вание выработок столь большой длины, так как в период разработки стандарта в этом не было необходимости. В 1960—1961гг. выработки длиной более 800 м составляли всего 0 ,2 %, а в настоящее же время — уже 15—17%. Если еще учесть, что вентиляторынового типа в 3—5 раз мощнее, их суммарная энергоемкость составит не менее 40% энергоемкости всех вентиляторов местного проветривания. Необхо­ димость разработки специальных вентиляторов для протяженных выработок подтверждается также опытом ФРГ и Франции, где выпускают вентиляторы местного проветривания на давление до 500—600 кгс/м2 и мощностью до 40—60 кВт.

К вентилятору для проветривания подготовительных выработок большой протяженности предъявляются весьма высокие требования: высокие производительность и давление, максимально возможная глубина регулирования, высокий к. и. д., малошумность и надеж­ ность, небольшие габариты.

В результате сравнения большого числа вариантов аэродинами­ ческих схем центробежных и осевых вентиляторов было устано-

192

влено, что наилучшим с точки зрения предъявляемых требований является центробежный прямоточный вентилятор с поворотными закрылками лопаток рабочего колеса. Этот вывод был подтвержден испытаниями трех экспериментальных образцов вентилятора ВЦМ-7, показавшими его работоспособность, экономичность, глубину регу­ лирования и хорошие акустические качества [94].

С учетом результатов испытаний и выявленных при этом недо­ статков (недостаточная производительность, ненадежная работа

соединительной муфты, недостаточная прочность механизма одно­ временного поворота закрылков колеса и др.) институтом Донгипроуглемаш на основании технико-экономических требований ИГМ ТК им. М. М. Федорова был разработан новый вентилятор ВЦ-7 — для проветривания глухих забоев подготовительных выработок сечением 6—14 м2 и длиной до 1500—2500 м по трубам диаметром 0,5—0,8 м. Этот вентилятор имеет взрывобезопасное исполнение и его можно применять в шахтах, опасных по газу или пыли. Кроме того, он может быть использован для проветривания проходок тон­ нелей, шахтных стволов диаметром до 5 м и глубиной до 800 м и дру­ гих объектов [95].

Вентилятор ВЦ-7 (рис. 106) — центробежный, одностороннего всасывания. В отличие от большинства центробежных вентиляторов, в которых направления входа и выхода воздушного потока взаимно перпендикулярны, вентилятор ВЦ-7 прямоточный. Так как входное и выходное отверстия вентилятора расположены на общей оси, он

удобно монтируется в нагнетательный или всасывающий трубопро­ воды без специальной ниши для его установки.

Несущей конструкцией вентилятора служит корпус 1 из толсто­ листовой стали со спрямляющим аппаратом, 20 лопаток 2 которого служат опорой фланцевого электродвигателя 3. Применен взрыво­

вызывает увеличение производительности и давления вентилятора, а в сторону отрицательных углов — их уменьшение. Установка закрылков на необходимый угол занимает не более 10 мин и производится периодически по мере изменения длины трубо­ провода.

Литой кольцевой корпус 6 (см. рис. 106) обеспечивает плавный поворот выходящего из колеса воздушного потока на 90°, а коллек­ тор 7 направляет воздушный поток на входе в вентилятор. Патрубок 8 служит для подсоединения вентилятора к трубопроводу диаметром

194

500, 600 или 800 мм. Кабель подключается к электродвигателю через ввод 9.

Вентилятор может работать без глушителя шума, так как уро­ вень шума на расстоянии 10 м от входного отверстия не превышает

82 дБ А.

Один вентилятор ВЦ-7 с трубопроводом диаметром 800 мм обес­ печивает проветривание выработок сечением до 10 м2 и длиной до 2300 м, заменяя не менее шести одновременно работающих самых крупных вентиляторов местного проветривания СВМ-бм.

Вентиляторы ВЦ-7 серийно выпускает Артемовский машино­ строительный завод.

Техническая характеристика вентилятора ВЦ-7

Так как регулирование вентилятора ВЦ-7 необходимо не чаще, чем один раз в месяц, а применение сложных механизмов одновре^ менного поворота закрылков существенно усложняет, удорожает машину и приводит к заметному снижению максимального.к. п. д., для этого вентилятора было разработано простое и надежное устрой­ ство индивидуального поворота и фиксации закрылков (рис. 108).

Такие устройства были известны, однако они не нашли широкого применения из-за больших ступеней регулирования, ослабления дисков фиксирующими отверстиями, самопроизвольного отворачи­ вания стопорных винтов.

В рассматриваемой конструкции устройства эти недостатки пол­ ностью устранены, благодаря тому, что головки стопорных винтов снабжены эксцентриковыми приливами, центробежные силы от кото­ рых не позволяют винтам раскручиваться, и направление навивки резьбы противоположно направлению вращения рабочего колеса; стопорные отверстия выполнены не в самом диске, а в шайбах, при­ варенных к нему; число крепежных отверстий в рычаге п1и шайбе п г

где б — минимальный угол поворота закрылка, рад.

Для вентилятора ВЦ-7 принято п2 = 8 и п1 = 9, поэтому б = 5°. Для достижения такой же тонкости регулирования в аналогичных известных конструкциях необходимо сделать 72 отверстия, что невозможно.

В заключение следует отметить, что одной из главных4 причин, из-за которой, несомненно, наиболее эффективный способ регулиро­ вания центробежных вентиляторов до сих пор не нашел широкого применения на практике, является угроза большого дисбаланса колеса вследствие неодинаковости углов установки поворотных закрылков. Йри разработке вентилятора ВЦ-7 эту проблему уда­ лось полностью решить рациональным размещением контргрузов.

А -А

А

Рпс. 108. Устройство индивидуального поворота и фиксации закрылков вентилятора ВЦ-7:

Поворотный закрылок 1 (рис. 109, а) и система уравновешива­ ющих его элементов, состоящая из рычага 2 и контргруза 3, непод­ вижно крепятся на оси 4. Обозначим ось вращения колеса, центр масс и ось вращения закрылка соответственно А , В и С (рис. 109, б).

196

Р А З Д Е Л Ч Е Т В Е Р Т Ы Й

ГАЗОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

Г л а в а XII

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ИРАСЧЕТ ГАЗОВЫХ ЭЖЕКТОРОВ

§1. Общие сведения

При повышении производительности очистных забоев и скорости подвигания подготовительных выработок в условиях газоносных пластов весьма актуальным и неотложным является проветривание глухих забоев, где у кровли образуются местные и слоевые скопле­ ния метана даже при достаточно интенсивном проветривании выемоч­ ного участка и при содержании метана в исходящей струе, не превы­ шающем в среднем допустимую норму.

Как показала практика, одним из наиболее эффективных спосо­ бов борьбы с этим является изолированный отвод метано-воздушной смеси по трубам большого диаметра из выработанного пространства в ближайшую выработку с исходящей струей, в которой можно разбавить выпускаемую смесь до безопасной концентрации метана.

В качестве наиболее надежного и безопасного источника тяги для этого могут быть использованы эжекторные установки, питаю­ щиеся от общешахтной сети сжатого воздуха. Эжекторы можно при­ менять также для обеспечения движения воздуха через скважины в качестве аварийной установки для разгазирования глухой части выработки и там, где применение других средств по условиям тех­ ники безопасности недопустимо.

Преимуществами эжекторов, являются: безопасность работы благо­ даря отсутствию вращающихся деталей, могущих вызвать искру, малые габариты и масса, простота и надежность конструкции, техно­ логичность изготовления, небольшая стоимость.

Эффективность работы эжектора, имеющего сравнительно низ­ кий адиабатический к. п. д., в значительной степени зависит от пра­ вильности выбора его геометрических и аэродинамических парамет­ ров. Однако существующие методы расчета газовых эжекторов [96] не являются универсальными, так как каждый из них пригоден лишь для'определенных условий работы. В частности, отсутствуют простые и надежные методы расчета эжекторов большой производи­

199

тельности, представляющих наибольший интерес для шахтных условий. Поэтому разработка таких эжекторов является весьма актуальной задачей.

§ 2. Рабочий процесс эжектора

Принцип, действия эжектора прост и сводится к следующему. Из сопла в камеру смешения подается газ под высоким давлением (активный поток). Во входном сечении этой камеры при стационар­ ном режиме работы устанавливается статическое давление, вели­ чина которого всегда ниже полного давления эжектируемого газа (пассивный поток). Вследствие разности давлений пассивный поток

шения по заданным параметрам активного потока и геометрической конфигурации эжектора и составляет основную задачу его расчета.

Примем следующие обозначения (рис. 110): v, и и w — скорость соответственно активного и пассивного потоков и смеси газов, м/сек; q и Q — весовые расходы соответственно активного и пассивного потоков, кгс/мин; р — плотность газа, кгс-сек2/м4; р и рсг — дав­ ление соответственно полное и статическое, кгс/м2; Т — температура торможения потока, К; г0 и гк — радиус соответственно активного по­ тока и камеры смешения, м; R — универсальная газовая постоянная,

м/град; к — коэффициент политропы; А = -щ — тепловой экви­

валент работы, кал/кгс-м; ср = 0,24-9,81 — отнесенная к единице массы теплоемкость воздуха, м-кал/кгс-сек2-град; т — касатель­ ные напряжения трения на границе между потоками, кгс/м2.

Индексы v, ии w соответствуют величинам, относящимся к актив­ ному, пассивному и смешанному потокам. Индексы 1 и 2 относятся соответственно к сечениям I —I и I I —II. Индексом 0 отмечены пара­ метры заторможенного газа.

Примем для простоты [97], что масса каждого из смешиваю­ щихся потоков постоянна, а взаимодействие между струями проис­ ходит по цилиндрической поверхности радиуса г0. Выходное сечение сопла совпадает с входным сечением камеры смешения, причем в этом

200