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

При построении решетки профилей (рис. 41), удовлетворяющей заданным треугольникам скоростей, для каждого элементарного расчётного сечения необходимо так определить или выбрать густоту

решетки т и угол выноса (1°, относительную толщину стах и относи­

тельную вогнутость профиля / тах, чтобы обеспечить необходимое отклонение потока в решетке Ай при определенном (заданном) напра­

вании теоретических аэродинамических характеристик, соответству­ ющих обтеканию решеток идеальной жидкостью (без потерь). По­ этому профилирование следует начинать с перехода от действитель­ ного (заданного) напра­ вления потока за решет­

колес с меридиональным ускорением потока, можно принять зна­ чения ftp = 0,92 -j-0,93 и тогда расчетное направление потока иде­ альной жидкости за решеткой определяется зависимостью

Согласно теореме Н. Е, Жуковского, при обтекании решеток профилей аэродинамическая сила Р сж, действующая на профиль решетки в потоке идеальной жидкости, перпендикулярна характер­ ной скорости wm, являющейся средней векторной из скоростей перед решеткой wx и за ней w2uRи аналогично обтеканию изолированного профиля выражается произведением

где Г — циркуляция скорости по контуру профиля при обтекании ‘решетки идеальной жидкостью.

. Ранее было показано [48], что при обтекании решетки с докритичеокими скоростями потока и когда с1а ф с2а всегда существует

80

определенная характерная скорость w'm и подъемная сила- Р'сж направленная перпендикулярно этей скорости. Строго говоря,, в этом случае скорость w'm не является средней векторной из скоростей перед решеткой и за ней. Однако для инженерных расчетов ско­ рость wm может быть определена как средняя векторная даже в слу­ чаях, когда с1а отличается от с2а в 1,2— 1,3 раза, так как возможная ошибка в определении Р сж при этом не превышает 1% как по абсо­ лютной величине, так и по направлению. Это позволяет принять при обтекании решетки рабочего колеса с меридиональным ускорением потока (при с1а ф с2а) определение характерной скорости Ющнд как средней векторной из скоростей wy и и>2нд.

Тогда угол, образованный характерной скоростью и осью ре­

Пользуясь зависимостями, полученными из треугольников ско­ ростей (см. рис. 40), находим:

Подставляя эти значения в зависимость (119), выразим угол, образованный скоростью и>тнд и осью решетки колеса с мериди­ ональным ускорением, через известные величины

преобразуется в соотношение, используемое при расчете обычных осевых лопаточных венцов с цилиндрической проточной частью,

Связь между подъемной силой, возникающей на профиле в ре­ шетке, параметрами потока и решетки вытекает из зависимости (118), справедливой, как было показано выше, и .для случая обтекания решеток потоком с меридиональным ускорением. Эту зависимость, как известно, можно представить в виде

Для определения циркуляции Г скорости по контуру рассмотрим решетку элементарных сечений (рис. 42), обтекаемую меридионально ускоряющимся потоком. Перед решеткой поток имеет скорость wlt направленную к оси решетки под углом а за ней — скорость ш.щ, направленную к оси под углом '&211Д. С достаточной для инженерного

Подставляя полученное значение Г в выражение (126), получаем

1ср

колес с меридиональным ускорением потока выражение связи пара­ метра нагруженности решетки тСр С'ж с параметрами потока

82

При cla = с2а выражение (132) принимает вид зависимости для обычных осевых лопаточных венцов с цилиндрической проточной частью [46]

тСж = 2 cos Фт ИД(tg — tg Й21|Д).

Пользуясь полученным выражением (132), можно определить значения тсрСж в зависимости от заданных расчетных параметров вентилятора с меридиональным ускорением потока.

Опыт показал, что для колес с меридиональным ускорением по­ тока расчетные значения коэффициента силы Жуковского Сж могут приниматься тем выше, чем выше степень меридионального ускоре­ ния потока в решетке, характеризуемая значением

Fi nf ~ T 7 ’

дрической проточной частью (nf = 1), можно приближенно реко­ мендовать для колес с меридиональным ускорением расчетные зна­ чения С'ж в зависимости от степени меридионального ускорения nf,

На рис. 43 показана зависимость максимального полного к. п. д .. вентиляторной установки от степени меридионального ускорения потока в рабочем колесе, полученная по результатам испытаний ряда моделей вентиляторов, рассчитанных по описанной выше мето­ дике. Для колес испытанного типа (с номинальными параметрами

в диапазоне Q = 0,2 4-0,35 и Ну = 0,3 -г 0,4) оптимальная степень меридионального ускорения лежит в пределах nf = 4_,2 1,3. Для

колес номинальными параметрами Q = 0,2 4-0,25 и Ну — 0,4 4-0,5 ориентировочно можно рекомендовать nf = 1,3 4-1,4.

После определения параметра тсрСш и величины С>к находят значение средней густоты решетки элементарного сечения

ТсрСж

тср

Рассматриваемые рабочие колеса с меридиональным ускорением высоконапорны и имеют густоту решетки на среднем радиусе тсп =

= 1Л -М ,5 .

Для таких решеток значение углов выноса (3Р и относительной вогнутости средней линии профиля / % с достаточной для расчета

Максимальная, относительная толщина профиля с определяется главным образом соображениями механической прочности лопатки.

84

максимальная толщина профиля

радиус кривизны средней линии профиля

Rc= W + 0,5fi

угол установки профиля сечения

0° =90° — Prj

ширина втулки рабочего колеса

B = BD.

На полученные таким образом средние линии расчетных элемен­

радиусе, образующем ось лопатки. Эти сечения, изогнутые на соот­ ветствующих конических поверхностях тока (обычно достаточно пяти сечений), образуют основной расчетный контур лопатки.

Современные методы аэродинамического расчета не позволяют однозначно определить оптимальное число лопаток в решетке [44]. Исследования показали, что для колес с меридиональным ускорением изменение числа лопаток в диапазоне zk = 6 -f-16 (при сохранении определенной густоты) не приводит к существенному изменению аэродинамических характеристик вентилятора.

Число лопаток выбирают исходя из условий прочности и техно­ логических возможностей выполнения лопатки необходимой ширины. Для ВМП с диаметром рабочих колес 300—700 мм рациональным

рабочего колеса на выходе d2. Величина d2 определяется предельно допустимыми значениями величины (тСш)вт Для околовтулочного сечения. Испытания показали, что для рассматриваемого типа колес рациональными являются значения (тСш)в* 2,1. Кроме того, размер d2 должен обеспечивать возможность размещения электро­

На рис. 44 показана область оптимальных значений Q — Ну'

при разных d2и углах установки рабочих лопаток на периферии 0К п, построенная по данным экспериментальных исследований вентиля-, торов по схеме НА -)-К -)-СА (направляющий аппарат ' -f-колесо -(-

+спрямляющий аппарат), рассчитанных по описанной методике. При определении размеров проточной части колеса и расчете

треугольников скоростей следует проверить торможение потока

85

в решетке (для корневого сечения), которое для колес рассматри­ ваемого типа должно составлять

— ^ 0,62. (136)

Если отношение, характеризующее торможение, окажется ниже указанного значения, необходимо соответственно увеличить вели­ чину d2 или уменьшить расчетное значение Н у таким образом, чтобы обеспечивалось соотношение (136).

Спрямляющий и направляющий аппараты вентилятора рассчиты­

Вентиляторная установка местного проветривания состоит из: входных элементов (коллектор или присоединительный патрубок), собственно вентилятора (НА -{- К + СА) и выходных элементов (встроенный в проточную часть привод и примыкающий к вентиля­

тору трубопровод длиной, равной пяти диаметрам).

Следует различать полное давление Н и полный к. п. д. ц венти­ лятора, а также полное давление Ну и полный к. п. д. т]у вентиля­ торной установки. Параметры Н и т] характеризуют собственно вентилятор, а Ну и т]у — вентиляторную установку (с учетом аэро­ динамических потерь в ее элементах).

Для ВМП определяется также полный к. п. д. вентиляторного

агрегата

Ла = ЛуПиу

где Tjy — полный к. п. д. вентиляторной установки; ть — к - п- Д- привода вентилятора.

Необходимо отметить, что одна и та же решетка в установках главного и местного проветривания имеет различные показатели. Исследованиями установлено, что вентилятор, выполненный по схеме НА + К + GA, в первом случае имеет на 10—12% выше пол­ ное давление и к. п. д. установки, чем во втором (из-за потерь, вы­ званных размещением привода в проточной части вентилятора). Поэтому в зависимости от того, испыты­

Как пример проверки соответствия аэродинамического расчета рабочего колеса экспериментально полученным параметрам на рис. 45 показаны аэродинамические характеристики модели вентиляторной установки К-9Г-12, а в табл. 20 приведены основные аэродинамиче­ ские и геометрические параметры решетки рабочего колеса и расчет­ ные параметры этого вентилятора. На рис. 39 приведены поля ско­ ростей, давлений и углов выхода потока, полученные с помощью цилиндрического и шарового зондов на расстоянии 0,6 хорды за

87

Достаточно высокие аэродинамические параметры вентиляторов с меридиональным ускорением потока, их хорошая регулируемость входным направляющим аппаратом и устойчивые характеристики давления при работе с противосрывным устройством позволяют рекомендовать этот тип одноступенчатых вентиляторов для местного проветривания.

§ 2. Регулируемый входной направляющий аппарат

При прохождении тупиковой выработки вентиляторная уста­ новка местного проветривания должна обеспечивать подачу в забой определенного расхода воздуха.

По мере увеличения длины тупиковой выработки возрастает длина трубопровода, соответственно увеличиваются его сопротивле­ ние и утечки воздуха, при этом, если не меняется напорная харак­ теристика вентилятора, расход воздуха, поступающий в забой, уменьшается.

Для поддержания определенной заданной подачи свежего воздуха в тупиковый забой по мере наращивания длины вентиляционного трубопровода или в случае форсирования режима проветривания необходимо соответствующим образом регулировать производитель­ ность и давление вентилятора местного проветривания. Отсутствие такого регулирования (как, например, у вентиляторов типа СВМ) приводит к существенному снижению экономичности и эффективности проветривания тупиковых выработок.

Современные вентиляторы должны иметь устройства для регули­ рования давления в пределах не менее ±30% , оптимального режима.

Исследования показали, что наиболее эффективное регулирование режимов работы вентилятора может быть достигнуто благодаря изменению углов установки рабочих и направляющих лопаток.

Изменение углов установки рабочих лопаток осевых вентиляторов приводит к изменению оптимальной производительности при­ мерно в 2,5 раза, а давления — в 2 раза [44]. При регулировании вентиляторов с меридиональным ускорением направляющими лопат­

ками (см. рис. 45) при изменении оптимального давления Н у с 0,43

до 0,19, т. е. примерно в 2,3 раза, оптимальная производительность Q уменьшается от 0,24 до 0,21, т. е. менее чем в 1,15 раза. При работе на вентиляционный трубопровод переменной длины для подачи в забой тупиковой выработки определенного расхода воздуха Q0 изменения производительности вентилятора Q и создаваемого им давления Ну соответствуют зависимостям (58) и (59).

Рассматривая, например, характеристики вентиляторов и трубо­ проводов (рис. 47), а также учитывая реальные значения утечек и сопротивления для трубопроводов диаметром 600 мм, нетрудно ви­ деть, что при изменении длины трубопровода от 200 до 500 м и подаче в забой 4,2 м3/сек воздуха давление, создаваемое вентилятором, должно возрасти с Я , = 160 кгс/м2 до Ну = 390 кгс/м2, т. е. при­

90