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

на проветривание, зависящие от длины выработки, темпов ее про­ ходки и других переменных факторов, а удельные затраты, отнесен­ ные к единице длины трубопровода.

Для определения оптимального диаметра трубопровода рассмо­ трим уравнение (83). Затраты на вентиляторы и энергию запишем соответственно следующим образом:

— максимальная мощность, потребляемая вентилятором за весь срок

а величину е можно принимать в пределах 0,3—0,5 для регулиру­ емых электрических машин и 0,2—0,4 для пневматических венти­ ляторов.

Дифференцируя соотношение (83) с учетом выражений (99)— (101), найдем оптимальное значение диаметра трубопровода

/А'г (12уПр !а - { - £ н^ з) т]в'1дв

При выводе уравнения (102) затраты на силовое хозяйство при­ нимались постоянными, так как одни и те же кабели и пускатели могут быть применены для разных типоразмеров вентиляторов, и нет оснований считать, что при вариации диаметра трубопровода с целью определения минимума затрат параметры установки выходят из зоны возможного использования данного силового оборудования.

изменение экономичности привода от его мощности. Для электро­ двигателей это изменение мало и его можно принять равным нулю, а для пневмодвигателей оно значительно и зависит от типа и габари­ тов двигателя (у = 0,4 -т- 0,8).

60

о

и (35) находим

Pq=ехр|/^Г^ V W 2-5*10-4 <2’10-4)2 ]=ll95;

_ 1,952—1

2,09.

Ph 2 In 1,95

61

Принимаем ближайшее стандартное значение dT0 = 0,6 м.

На рис. 31 показаны зависимости оптимального диаметра трубо­ провода от длины и поперечного сечения выработки для металличе­ ского (заводского и кустарного изготовления) и прорезиненного трубопроводов. Данные рисунка удобно использовать для предва­ рительного определения величины dr0, которую затем следует уточ­ нять с помощью формулы (102).

Выражение (102) можно решить относительно величины Q0, умножив которую на коэффициент p Q, можно найти оптимальную производительность вентилятора

считать заданным.

Полученная формула будет использована далее для определения номинальных производительностей ряда вентиляторов местного проветривания.

Г л а в а III

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЯДА ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

§1. Некоторые особенности работы вентиляторов

вустановках местного проветривания

Вобщем случае вентиляторы местного проветривания могут быть

установлены в начале (конце) трубопровода или рассредоточены по его длине. Несмотря на известные преимущества второго способа проветривания, на угольных шахтах он почти не применяется, так как в шахтах, опасных по газу или пыли, запрещается размещение энергомеханического оборудования по длине проходимой выработки. Поэтому в дальнейшем речь будет идти об установках (агрегатах), в которых вентиляторы сосредоточены в начале трубопровода.

Наметившееся в последние годы увеличение длин и сечений подготовительных выработок обусловило значительный рост пара­ метров вентиляторных установок местного проветривания по произ­ водительности и давлению. Серийно выпускаемые отечественной промышленностью вентиляторы не отвечают указанным требованиям,

62

поэтому широкое применение получили агрегаты, состоящие из большого числа параллельно и последовательно включенных машин (на практике известны случаи использования в одном агрегате до 12—14 вентиляторов СВМ-бм).

Как известно, режим работы вентиляционной установки опре­ деляется точкой пересечения аэродинамической характеристики вен­ тилятора и характеристики трубопровода, которая, в свою очередь, зависит от его сопротивления. С увеличением длины проветриваемой выработки растет сопротив­ ление трубопровода, из-за чего решим работы вентиля­ тора смещается в область ма­ лых, недостаточных расхо­ дов. Казалось бы, задача проветривания тупиковых выработок любой протяжен­ ности решается элементарно:

недостаток давления и рас­ хода восполняется последо­ вательной установкой не­ скольких вентиляторов. Од­ нако это возможно только при абсолютно плотном тру­ бопроводе (рис. 32).

Наличие утечек суще­ ственно меняет дело: даже установка бесконечно боль­ шого числа последовательно включенных вентиляторов

позволяет проветривать выработки весьма ограниченной длины. Для того чтобы установить причину такого положения, кроме сопро­

Как видно, зависимость величин R и R* от длины трубопровода существенно различна: в первом случае она линейна, во втором — нелинейна и с неограниченным возрастанием I асимптотически стре­ мится к некоторому предельному значению

На рис. 33 показана последовательная работа нескольких вен­ тиляторов на неплотный трубопровод большой протяженности,

63

сопротивление которого мало отличается от величины Rmax. Из рисунка видно, что эффект от включения каждого последующего вентилятора резко уменьшается, и даже применение бесконечно большого их числа (характеристика давления при этом вертикальная прямая, отсекающая от оси абсцисс расход (?«,, равный максималь­ ному расходу одного вентилятора) практически не улучшает поло­ жения.

Интересно, что линии 1—Г ,2 —2' и т. д. отнюдь не параллельны оси абсцисс, как это принято думать, а наклонены к ней под углом у.

Действительно, на основании рис. 33 имеем

уменьшения их надежности. Этот вопрос рассматривался в преды­ дущей главе, где была получена формула (94) для приведенного (с учетом необходимого резерва) числа вентиляторов т, чтобы обес­ печить равную вероятность отказа многомашинного агрегата из п вентиляторов с базовым агрегатом, в который входит п0 вентиля­ торов.

Т а б л и ц а 15

Вероятность безотказной работы вентилятора

п

64

В табл. 15 приведены значения тп для различных п при nQ= 1

ир (t) = Ро (t) — Var, откуда видно, что с увеличением числа вентиляторов в агрегате потребное число вентиляторов тп возрастает очень быстро, особенно при малой их надежности (р (t) < 0 ,7 ), имеющей место в настоящее время.

Последствия выхода из строя одного из вентиляторов агрегата рассмотрим на примере проветривания тупиковой выработки с по­ мощью трубопровода, характеристики которого без учета утечек RQ&

ис учетом их i?*0o показаны

на рис. 34. Определяя графи­ чески расход воздуха в забое выработки для каждого из трех

четырех вентиляторов он соста­ вляет Qq, а в случае выхода из строя. одного из вентиляторов (кривая 3) — Qo, что практи­ чески соответствует величине Q0, обеспечиваемой при работе одного вентилятора,, т. е. эф­ фект .от проветривания тремя вентиляторами практически та­ кой же, как и от одного. Более того, для вентиляторов, харак­ теристики которых имеют не­ устойчивую область, возникает опасность смещения рабочего

режима в помпажную зону, что 1 — одного; г — четырех, установленных:

повлечет за собой незамедли­ тельный выход из строя всего агрегата.

Таким образом, при современном состоянии вентиляторостроении применение в одном вентиляторном агрегате более двух вентиляторов местного проветривания оказывается нерациональным, и для'про­ ветривания тупиковых выработок большой протяженности .целесо­ образно применять мощные высоконапорные машины. О справедли­ вости такого заключения свидетельствует и опыт таких стран как Польшу, ФРГ, Англия, Франция, где для . этих целей применяют вентиляторы с приводом мощностью 60—125 кВт.

§ 2. Связь между аэродинамическими параметрами вентилятора и трубоцровода

Режим работы вентиляционной установки определяется; как известно, точкой пересечения аэродинамической характеристики вентилятора Н = Н (<?) и характеристики трубопровода, которая

зависит от величины Л*, выражаемого формулой (104). На рис. 35 показано сравнение зависимостей величин Л* и Л от длины трубо­ провода I.

Режимы работы вентиляционных установок местного проветри­ вания определяются с некоторой ошибкой, обусловленной разбросом как характеристик самих вентиляторов, так и характеристик трубо­ проводов. Если ошибки условно отнести к сопротивлениям Л и Л*

Сопротивление плотного трубопровода Л, с одной стороны, свя­ зано с характеристикой вентилятора, с другой — с характеристикой

Раскладывая это выражение в ряд Тэйлора по степеням и пре­ небрегая степенями выше первой (ошибки невелики, поэтому их квадраты можно опустить), получим

R = r(h, Q, а, I, <У + ел (-^ -)+ е (з ( l ^ -) + е“ ( l ^ ) +

+8' (4 г)+ е" ( ж ) ‘

После соответствующих преобразований находим формулу для определения средней квадратичной ошибки Л

66

где a/, h oq — средняя квадратичная ошибка вследствие возможного

Подставляя в формулы (109) и (110) значения соответствующих величин (некоторые из них приведены в § 7 главы I), находимая = = 0,214 и ад = 0,314. С помощью соотношений (32), (34), (106)— (108) определяем граничные длины 1г и Z2, значение которых при­

ведены в табл. 16.

Таблица 16

а сопротивление R и давление h линейно зависят от I. При этом линия потребных режимов проветривания h = h (Q, I) данной выра­ ботки представляет собой перпендикуляр, отсекающий от оси абс­ цисс расход Qо, а режимы проветривания по мере увеличения длины трубопровода обеспечиваются включением необходимого числа после­ довательно расположенных машин.

Картина резко меняется в случае трубопроводов большой длины

довательное включение даже очень большого числа вентиляторов местного проветривания практически не повышает количества воз­ духа Q0 у забоя (см. рис. 32 и 33).

Однако и в этом случае положение может быть существенно улуч­ шено, если вентилятор местного проветривания имеет глубокое на постоянную сеть регулирование по производительности и давле­ нию (рис. 36).

Вентиляторы, обслуживающие трубопроводы средней длины, занимают промежуточное положение, поэтому они должны быть регулируемыми и их можно секционировать, но не более чем по две машины в установке, так как иначе значительно снижается ее надеж­ ность.

_ Для определения параметров ряда вентиляторов местного провет­ ривания введем постоянную вентиляторат, определяемую выражением

где Qp и Н р — расчетные параметры вентилятора по производитель­ ности и давлению.

Если известен параметр т, то по заданной величине расхода вен­ тилятора легко определить его давление

Как видно из выражения (111), величина т связывает между собой и параметры вентилятора и параметры воздуховода. В табл. 17

и 1 м. Они должны быть регулируемыми и их также можно секциони­ ровать. Параметры этих машин следует определять, исходя из того, что трубопровод длиной I = 12 обслуживает агрегат, состоящий из двух последовательно включенных вентиляторов.

«Третий этаж» составляют вентиляторы, обслуживающие трубо­ проводы большой протяженности диаметром 0,7; 0,9 и 1,2 м. Они ■должны иметь глубокое регулирование по производительности и да-

•влению. Параметры этих вентиляторов следует определять, исходя

.68

Для вентиляторов, обслуживающих трубопроводы средней длины, предпочитают диаметр 0,8 м, а не 0,7 м, исходя из полученного по анкетным и проектным данным распределения длин и сечений тупиковых выработок угольных и рудных шахт (рис. 37).

Рис. 37. Распределение длин и сечений тупиковых выработок

Наибольшую протяженность имеют выработки сечением 8—12 м2, в то время как длина выработок сечением 12—18 м2, для которых необходимо иметь более быстроходные машины, не превышает 1200 м.

§ 3. Построение ряда аэродинамических параметров вентиляторов местного проветривания

Известно, что для плотного и равномерного покрытия поля потребных вентиляционных режимов необходимо, чтобы ряд номи­ нальных производительностей вентиляторов образовывал .бы геометрическую прогрессию.

Поскольку поле вентиляционных режимов по производитель­ ности для трубопроводов малой и средней длины лежит в пределах

Аналогичным образом для мощных вентиляторов знаменатель прогрессии составит

Как известно, наибольшее распространение (свыше 60%) полу­ чили вентиляторы с диаметром присоединительного патрубка 500 мм,

69