книги из ГПНТБ / Сорокин М.П. Шахтные вентиляторные установки учебное пособие для подготовки квалифицированных рабочих на производстве

В первом случае устье ствола закрывают специальным затво­ ром. Затвор представляет собой крышку из листового железа, уложенную на торцовый конец кладки ствола. Крышку снабжают водяным затвором или края ее обмазывают глиной.

Вслучае взрыва в шахте взрывная волна поднимает крышку,

ивентилятор не разрушается. Когда взрывная волна проходит, крышка опускается и вентиляция шахты восстанавливается. Если бы ствол был закрыт глухим перекрытием, то взрывная волна разрушила бы венти­ лятор.

Если вентиляционный ствол служит еще и для подъема и спуска грузов и людей, то для герметизации его устья при­

меняют другие устройства. Рис. 15. Схема клапана Бриара Простейшим из таких уст­ ройств является клапан Бриа )а (рис. 15), представляющий

собой щит, закрывающий устье ствола. В щите имеются уплот­ ненное отверстие для пропуска каната и воздушные разгрузоч­ ные клапаны.

При подъеме клеть открывает разгрузочные клапаны, раз­ гружая щит от атмосферного давления (в стволе имеется разре­ жение), и поднимает щит, закрывая устье ствола своим днищем. При опускании клети щит опускается вместе с клетью и закры­ вает устье ствола. При взрыве в шахте щит поднимается и про­ пускает взрывную волну; вентилятор при этом не повреждается.

Клапан Бриара не обеспечивает герметического уплотнения устья ствола. Подсосы бывают очень велики. Поэтому клапаны Бриара на новых шахтах не устанавливаются. Их можно встре­ тить только на старых шахтах.

Для герметизации устья ствола, если он используется и в ка­ честве подъемного, в настоящее время применяют воздушные шлюзы (рис. 16). Часть надшахтного здания, примыкающую не­ посредственно к стволу, делают герметической. Для пропуска людей и вагонеток служат воздушные шлюзы 1, снабженные плотными дверями 2 и 3.

Пропуск людей и вагонеток из надшахтного здания происхо­ дит следующим образом: открываются двери 2, и люди или ваго­ нетки пропускаются в шлюз 1. Двери 2 закрываются, и после этого открываются двери 3, ведущие из шлюза 1 наружу. При этом герметическая часть надшахтного здания все время остается изолированной от наружной атмосферы. Количество воздуха, засасываемое вентилятором из шлюзов при пропуске людей и вагонеток, относительно невелико. Открывание и закрывание две­ рей 2 и 3 механизировано.

Помимо описанной системы шлюзов, применяют герметизацию примыкающей к стволу части надшахтного здания и разгрузоч­

29

ной площадки. При такой системе пропуск людей производится через воздушный шлюз, а разгрузка вагонеток происходит в гер­ метизированной части здания так же, как и на открытом воз­ духе. Вагонетки разгружают в бункер, из которого уголь гру­ зят в железнодорожные вагоны. Бункер всегда должен быть ча­ стично заполнен углем. Высота слоя угля в бункере должна

Рис. 16. Схема герметизации устья ствола посредством шлюзов

быть не меньше определенной величины, так как иначе через этот слой будет просасываться воздух. При такой системе подсос воздуха вентилятором меньше, чем при пропуске через шлюзы и людей, и вагонеток.

6. Вентиляционные приспособления в подземных выработках

Воздух, просасываемый вентилятором через шахту, должен омывать все выработки. Но он стремится всегда двигаться по пути наименьшего сопротивления. Поэтому для того, чтобы на­ править воздух по необходимому пути в требуемом количестве, в подземных выработках устанавливают специальные устрой­ ства.

Основными из этих устройств являются: перемычки и перего­ родки; разгородки; направляющие двери; распределительные двери; воздушные мосты (кроссинги).

Перемычки устанавливают для прекращения движения воз­ духа по подземным выработкам, например для изолирования от­ работанных участков, участков с подземными пожарами, для от-

30

деления друг от друга выработок со свежей и исходящей стру­ ями и т. п. Перемычки бывают временные и постоянные.

Временные перемычки чаще всего устанавливают на время, необходимое для сооружения постоянных перемычек, и изготов­ ляют из брезента или досок. Постоянные перемычки сооружают из чурок, кирпича, бетона или камня.

При проветривании тупиковых выработок, например забоев квершлагов, штреков и т. п., от общешахтной воздушной струи необходимо бывает создать два пути для входящего и исходя-

Рис. 17. Схема установки перегородки

щего воздуха. Этого достигают установкой перегородок (рис. 17). Основное требование, предъявляемое к перемычкам и перего­ родкам, — это полная их герметичность. При недостаточной плот­ ности перемычек и перегородок и при большой их площади

утечки воздуха через них бывают весьма велики.

В местах встречи струй воздуха, движущихся в одном на­ правлении, возникают завихрения. Для предотвращения завих­ рений, возникающих при встрече струй, устанавливают разго­ родки. Выполняют их из досок и иногда из парусины.

Требование герметичности к разгородкам не предъявляется. Вентиляционные двери являются одним из важнейших венти­

ляционных сооружений на шахте.

При неплотных дверях и при большой депрессии через них может просачиваться до 30%' воздуха.

На плотность вентиляционных дверей необходимо при эксплу­ атации обращать большое внимание.

Направляющие двери служат для направления вентиляцион­ ной струи.

Для обеспечения реверсирования воздушной струи, согласно «Правилам технической эксплуатации угольных шахт», «в каж­ дой выработке, соединяющей ствол, подающий воздух, и вытяж­ ной ствол, должны быть устроены две каменные или бетонные перемычки с вентиляционными дверями в каждой из них. Двери в одной и той же перемычке должны открываться в противо­ положные стороны». Таким образом, в каждой из двух пере­

чтобы избежать «короткого тока» при реверсировании воздуш­ ной струи.

31

Открытая вентиляционная дверь может совершенно нарушить вентиляцию того или иного участка горных работ. Поэтому ос­ тавлять вентиляционные двери открытыми запрещается. При интенсивной откатке на главных откаточных путях вентиляцион­ ные двери должны открываться и закрываться автоматически или обслуживаться дверовыми. В случаях, частого открывания дверей и нарушения правильного проветривания забоев надо устраивать

выработкой, делается дверь 1, а над ней окно, перекрываемое шибером 2 (рис. 18). Изменяя поло­ жение шибера, можно регулировать количество воздуха, посту­ пающего в выработку.

Двери делают деревянными из одного или двух рядов, плотно соединенных в шпунт и обработанных досок.

В капитальных выработках, закрепленных бетоном или кир­ пичом, устанавливают двери, изготовленные в виде рамы из мел­ косортного проката, обшитой листовой сталью.

Для установки в горизонтальных выработках с интенсивным движением Гипроуглемашем разработаны и начинают внедряться на шахтах СССР автоматические двери типа АВД-2. Двери эти открываются подходящей вагонеткой или электровозом, нажимающими на систему рычагов, открывающих обе створки двери.

Воздушные мосты (кроссинги) служат для перебрасывания одной воздушной струи через другую при их пересечении.

Сопротивление воздушного моста движению воздуха должно быть по возможности наименьшим. Воздушные мосты должны быть воздухонепроницаемы для избежания утечек.

Капитальные перекидные мосты сооружают из камня или бе­ тона. Если количество воздуха превышает 20 м?1сек, то для 'воз­ душных струй проводят обходные выработки с плавным сопря­

32

замеры Ануфриюка, приводит следующую таблицу утечек в про­ центах.

Глава IV

ШАХТНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ

1. Классификация

Технические характеристики -машин для подачи воздуха по принципу действия, конструкции и техническим характеристикам друг от друга значительно отличаются.

В зависимости от давления или разрежения, создаваемого ма­ шинами для подачи воздуха, их делят на три группы: вентиля­ торы, воздуходувки и компрессоры.

Вентиляторами называют машины, создающие давление до 1,1 ат и наибольшее разрежение 1000 мм вод. ст.

Воздуходувками называют машины, создающие давление до 3 ат и наибольшее разрежение 600 мм вод. ст.

Компрессорами называют машины, создающие давление от 3 до 1000 ат и наибольшее разрежение 300 мм вод. ст.

По принципу действия машины для подачи воздуха делят на объемные, струйные и турбинные.

В объемных машинах поршень за один полный ход засасывает через всасывающий клапан в цилиндр из окружающей атмосфе­ ры определенный объем воздуха и выталкивает этот воздух че­ рез нагнетательный клапан в нагнетательный трубопровод. На этом принципе работают многие типы поршневых компрессоров. Промышленность выпускает и компрессоры, работающие на прин­ ципе турбомашины.

Принцип действия струйного аппарата основан на том, что струя газа, пара или воды под давлением, выходя с большой скоростью из трубы, снабженной наконечником 7 с отверстием малого диаметра (рис. 20), увлекает за собой частицы окружа­ ющего воздуха. Поэтому в трубе 2, в которую вставлен назы­ ваемый соплом наконечник 7, со стороны этого наконечника соз­ дается разрежение, а с противоположной стороны — давление.

Струйные аппараты обладают весьма низким коэффициентом полезного действия и имеют ограниченное применение.

В частности, иногда их применяют для местного проветрива­ ния подземных выработок, а также для усиления естественной тяги в паровозных котлах.

34

Вентиляторы строят двух типов: центробежные и осевые. Принцип действия центробежного вентилятора поясняет

рис. 21. В кожухе А вентилятора вращается рабочее колесо В. Предположим, что лопатка С рабочего колеса в точке 1 толкнула некоторую частичку воздуха. Частичка эта будет двигаться по прямой, касательной к окружности, проведенной через точку 1, удаляясь от оси вращения рабочего колеса. Допустим, что в

аппарата

точке 2 лопатка С вновь толкнула частичку воздуха. Частичка эта под действием нового толчка будет двигаться по прямой, ка­ сательной к окружности, проведенной через точку 2, снова уда­ ляясь от оси вращения рабочего колеса, и переместится в точку <?. В точке 3 частичка воздуха снова получит толчок и переместится в точку 4 и т. д. При своем движении частичка воздуха все вре­ мя будет удаляться от оси вращения рабочего колеса, пока не достигнет края лопатки в точке И. В этой точке частичка воз­ духа оторвется от лопатки и будет двигаться в направлении стрелки по прямой, касательной к окружности, проведенной че­ рез точку 11. В действительности частицы воздуха, находящиеся в пределах лопаток рабочего колеса турбовентилятора, испыты­ вают не периодические толчки. Рабочее колесо вращается равно­ мерно. Лопатки рабочего колеса оказывают непрерывное давле­ ние на воздух, находящийся между ними. Благодаря этому каж­ дая из частиц находящегося между лопатками воздуха будет перемещаться по спирали от внутренних краев лопаток к внеш­ ним их краям. В результате этого перемещения частиц воздуха

35

у внутренних краев лопаток, т. е. у оси рабочего колеса, будет создаваться разрежение, а у наружных краев на выходе воздуха из рабочего колеса — давление. Наружный воздух под действием атмосферного давления будет поступать в рабочее колесо изну­ три, от оси, и непрерывным потоком будут проходить через ра­ бочее колесо, выходя из него по всей его окружности в про­ странство между рабочим колесом и стенками корпуса вентиля­

ток и выбрасывать его в ат­ мосферу.

У осевых вентиляторов направление движения воздуха па­ раллельно оси вала. Обусловлено это тем, что лопатки рабочего колеса осевого вентилятора имеют профиль крыла самолета и плоскость лопатки не перпендикулярна направлению ее движе­ ния, а составляет с этим направлением некоторый угол Р (рис. 22), не равный 90°.

Рабочее колесо осевого вентилятора состоит из сидящей на валу цилиндрической ступицы, на которой в радиальном направ­ лении укреплены лопатки. Лопатки эти при вращении давят на воздух и отбрасывают его вдоль оси вентилятора с некоторой скоростью V.

Вследствие отбрасывания воздуха лопатками перед вентиля­ тором создается разрежение Рь а за вентилятором — давле­ ние Рч, большее атмосферного давления.

Условия, при которых воздух входит в вентилятор, оказывают весьма большое влияние на его работу.

Лучше всего вентилятор работает тогда, когда воздух входит в него параллельно оси, с одинаковой по всему сечению скоро­ стью. Для обеспечения хороших условий входа воздуха в- вен­ тилятор служит коллектор А, устанавливаемый перед диффу­ зором.

Из рабочего колеса осевого вентилятора воздух выходит со значительной скоростью, закрученным в направлении вращения колеса. Для использования скоростного напора в направлении

36

вращения колеса за этим колесом устанавливается спрямляющий аппарат в виде ряда неподвижных лопаток В. Проходя между лопатками В спрямляющего аппарата, отброшенный рабочим ко­ лесом вентилятора воздух теряет скорость в направлении вра­ щения рабочего колеса. При этом скоростной напор частично преобразуется в статический и воздух выходит из спрямляющего аппарата струей, параллельной оси вентилятора.

Из спрямляющего аппарата воздух попадает в диффузор С В диффузоре происходит частичное преобразование скоростного напора в статический напор, так как воздух по мере движения вдоль диффузора теряет скорость благодаря постепенному уве­ личению сечения диффузора.

Для увеличения создаваемой вентилятором депрессии неко­ торые типы осевых вентиляторов строят двухступенчатыми. Двух­ ступенчатый вентилятор имеет два рабочих колеса, сидящих на одном налу, и соответственно направляющий и спрямляющий ап­ параты, т. е. он определяет собой, по существу, два последова­ тельно включенных одноступенчатых вентилятора, заключенных в общий корпус.

Для поддержания нормального количества кислорода в воз­ духе подземных выработок из них необходимо отсасывать боль­ шое количество рудничного загрязненного воздуха и взамен его нужно подавать такое же большое количество свежего воздуха. Депрессия же не должна быть больше 400 мм вод. ст. Поэтому в установках главного проветривания угольных шахт применяют только центробежные или осевые вентиляторы.

2. Характеристики вентиляторов

Производительность каждого вентилятора, т. е. количестве подаваемого им в единицу времени воздуха,, зависит от двух величин: скорости вращения рабочего колеса и сопротивления вентиляционной системы, на которую он работает.

При одной и той же скорости вращения производительность вентилятора будет тем больше, чем меньше сопротивление сети, на которую он работает, и тем меньше, чем больше сопротивле­ ние вентиляционной сети.

При одном и том же сопротивлении вентиляционной сети производительность вентилятора будет тем больше, чем больше скорость вращения рабочего колеса, и тем меньше, чем меньше скорость вращения.

При выборе вентилятора для проветривания шахты весьма важно знать, какую производительность при какой скорости вра­ щения и при какой депрессии может дать данный вентилятор. По мере развития горных работ изменяется схема подземных выработок, их длина и сечение, а следовательно, меняется со­ противление системы, на которую работают вентиляторы глав­ ного проветривания, и изменяется потребное количество воздуха.

37

Вентилятор должен быть выбран так, чтобы он был способен обеспечить требуемое количество воздуха на достаточно длитель­ ный период эксплуатации шахты.с учетом изменения сопротив­ ления выработок и потребного количества воздуха за этот пе­ риод.

При проектировании и эксплуатации установок главного про­ ветривания необходимо знать характеристику данного вентиля­ тора.

Характеристикой вентилятора называют зависимость между давлением и расходом при данной скорости вращения рабочего колеса, представленная >в виде соответствующей кривой в пря­ моугольной системе координат. Пример такой характеристики показан на рис. 23.

Из рис. 23 видно, что при скорости вращения рабочего колеса п = 440 об/мин, наибольшая депрессия (давление), создаваемое вентилятором, составляет 325 мм вод. ст. при производительности 150 мР/сек. Тот же вентилятор при скорости вращения п= =470 об/мин и при той же депрессии в 325 мм вод. ст. (кГ/м2) дает производительность 275 м^/сек, а при депрессии h = =350 мм вод. ст. дает производительность 200 мЦсек..

Характеристики вентиляторов получают опытным путем. Любую характеристику вентилятора при известной скорости

вращения можно пересчитать на любую другую скорость вра­ щения.

Для этого выбирают на известной характеристике ряд точек и определяют для каждой точки производительность и депрес­ сию. Найденные для каждой точки производительность и депрес­ сию пересчитывают на новую скорость вращения, которой,зада­ ются, по выражениям

Q1 = qA,

п

где Q — производительность на илвестной характеристике;

п — скорость вращения при известной характеристике;

38