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

Qi — производительность на новой характеристике;

«1 — скорость вращения при снятии новой характеристики

Пример. Какую производительность Qi и депрессию дает вентилятор при Л]=500 об/мин, если, работая при «=470 об/мин, он дает производитель­ ность Q=250 мг/сек при депрессии /г=300 мм вод. ст.?

Решение. Производительность при новой скорости вращения

«1=500 об/мин.

ш102

Следовательно, при перемещении вентилятором по выработ­ кам шахты Q (м3/сек) воздуха, при депрессии h (мм вод. ст.) затрачивается мощность Р (кет). Это и есть полезная мощность, отдаваемая вентилятором. Но, кроме этой полезной мощности, при работе вентилятора часть мощности, отдаваемой электро­ двигателем вентилятору, затрачивается на покрытие вредных потерь. В вентиляторе различают следующие основные потери:

на трение в подшипниках, на трение рабочего колеса о воздух,

на трение воздуха о корпус вентилятора, напора во входном патрубке вентилятора, в пирамидальном диффузоре,

на удар при входе воздуха в рабочее колесо и на лопатки направляющего аппарата.

Если мощность, затрачиваемую на покрытие всех потерь в вентиляторе, обозначить АР, то полная мощность Pt, потребляе­ мая вентилятором от электродвигателя (мощность на валу вен­ тилятора) , будет равна

РВ = РШ + &Р.

39

Коэффициентом полезного действия вентилятора ц, назы­ вают отношение полезной мощности Рш, отдаваемой вентиля­ тором на перемещение воздуха по выработкам и каналам, к пол­ ной мощности Рг, потребляемой вентилятором от двигателя:

потери. В основном это следующие потери: на трение в подшипниках, на трение ротора о воздух, на нагревание обмоток,

на нагревание стали статора и ротора, на возбуждение (только у синхронного двигателя).

На покрытие всех этих потерь затрачивается некоторая мощ­ ность АР,* потребляемая двигателем из сети.

При работе вентилятора двигатель отдает вентилятору мощ­ ность Рв, а потребляет из сети мощность

Рд = Р, + ДРд.

Коэффициент полезного действия двигателя равен

Полная мощность, затрачиваемая при работе вентилятора на покрытие потерь в двигателе и вентиляторе, составит

SP = ДР, + ДР,.

4. Регулирование режима работы вентиляторов

Регулирование режима работы вентиляторов обусловлено не­ обходимостью изменения вентиляционного режима шахты.

Количество подаваемого в шахту воздуха должно изменяться в зависимости от изменения ее производительности и газообильности.

По мере развития горных работ изменяется схема вентиля­ ционной сети, длина выработок и т. п., меняется величина аэро­ динамического сопротивления шахты. В связи с этим необходимо увеличивать или уменьшать производительность и депрессию вентиляторов, работающих на шахтную сеть.

Практически изменение скорости вращения колеса вентиля­ тора осуществляют путем замены приводного двигателя соот­ ветствующей мощности со скоростью вращения, отличной от скорости вращения первого двигателя.

Такая замена делается раз в течение нескольких лет в зави-

40

,симости от изменения общешахтной депрессии и расхода воз­ духа.

Ступенчатое (регулирование заменой шкивов не применяют потому, что потери ,в ременной передаче слишком велики. По­ этому в современных вентиляторах применяют непосредственное соединение вала вентилятора с валом электродвигателя.

Регулирование скорости вращения электродвигателя не при­ меняют из-за больших потерь и значительного понижения коэф­ фициента мощности.

За последнее время полу­ чил широкое распространение способ регулирования режима работы вентиляторов путем установки направляющих ап­ паратов с поворотными лопат­ ками (рис. 24) на входе потока воздуха в рабочее колесо. На­ правляющий аппарат состоит из (цилиндрического корпуса /,

вцентре которого укреплена

ступица 2, имеющая обтекае­ мую форму. Между ступицей 2 и корпусом 1 на осях установ­

цах осей лопаток укреплены шестерни 4, приводимые во вра­ щение вручную или от двигателя.

направления вращения рабочего колеса. Благодаря этому про­ исходит снижение или повышение напора и достигается широкий диапазон регулирования. Этот способ регулирования на сегод­ ня следует считать наиболее целесообразным.

Аналогично этому применяется регулирование осевых венти­ ляторов путем изменения угла поворота лопаток направляющего аппарата ступеней вентилятора.

В осевых вентиляторах для регулирования также изменяют угол поворота рабочих лопаток. Этот способ неудобен тем, что требуется остановка вентилятора и длительное время для пере­ становки лопаток в новое положение. Попытки создать меха­ низм для одновременной перестановки всех лопаток на ходу вен­ тилятора пока не увенчались успехом.

Регулирование режима работы вентилятора можно осущест-

41

вить дросселированием воздушного потока с помощью задвиж­ ки, на всасе или на выходе. Однако этот способ регулирования связан со значительными потерями и применяется только для регулирования режима работы вентиляторов небольшой мощ­ ности.

, 5. Параллельная работа вентиляторов

Параллельно работают вентиляторы в следующих случаях:

1)при выбросе газа в шахте, при взрыве или пожаре, когда необходимо резко увеличить вентиляцию путем пуска резервного вентилятора;

2)при диагональной и центрально-фланговой схемах провет­

ривания.

Рис. 25. Параллельная работа вентиляторов, присоединенных к вентилируемой системе в общей точке (центрально-сдвоенная схема проветривания)

Первый случай является простейшим, так как оба параллель­ но работающих вентилятора присоединены непосредственно к од­ ной и той же точке вентиляционной сети.

Параллельная работа вентиляторов будет целесообразна толь­ ко, при условии равенства депрессий каждого вентилятора. При нарушении этого условия вентилятор с меньшей депрессией или сильно снижает производительность, или может даже совершен­ но прекратить подачу воздуха.

Если два вентилятора работают параллельно при одинаковой депрессии, то очевидно, что их общая производительность будет равна сумме производительностей каждого вентилятора.

Если каждый из двух вентиляторов имеет характеристику А (рис. 25 — пунктирная кривая), то общая характеристика двух параллельно работающих вентиляторов может быть построена

42

следующим образом: при депрессии h\ производительность обоих вентиляторов будет равна Q(=2Qi—точка а, при депрессии h2

Ь, с и d плавной кривой, получаем общую характеристику двух параллельно работающих вентиляторов.

Из сопоставления индивидуальной и общей характеристики параллельно работающих вентиляторов видно, что включение вентиляторов на параллельную работу целесообразно только при пологой характеристике вентиляционной сети шахты (кривая D), т. е. тогда, когда сравнительно малое изменение депрессии вызы­ вает значительное изменение количества воздуха. При круто поднимающейся характеристике вентиляционной сети шахты (кривая С) параллельная работа вентиляторов явно нецелесо­ образна.

Значительно сложнее случай параллельной работы вентиля­ торов при диагональной или центрально-фланговой схеме про­ ветривания. При этом между точкой разветвления струи и каж­ дым из параллельно работающих вентиляторов имеются провет­ риваемые участки выработок.

Для решения вопроса о том, при какой депрессии и с какой производительностью будет работать каждый из вентиляторов, поступают следующим образом.

Строят характеристики вентиляторов В, и Вг — кривые 1 и 2 на рис. 26.

Строят характеристики 3 и 4 участков вентиляционной сети

О—В, и О—Bi.

Характеристики 1 и 2 вентиляторов В, и В2 приводят к точке О. Для этого из величин ординат характеристик 1 и 2 вычитают величины ординат соответственно характеристик 3 и 4. Таким образом получают характеристики 5 и 6 вентиляторов В( и В2, приведенные, к точке О.

На основе характеристик 5 ив способом, описанным выше (см. рис. 25), строят суммарную характеристику 7 вентилято­ ров В} и В2, приведенную к точке О.

Строят характеристику 8 участка А—О вентиляционной сети.

Точка d пересечения характеристик 7 и .8 характеризует ре­ жим параллельной работы вентиляторов на участке А—О. Ра­ бота вентиляторов будет устойчивой, так как характеристики 7 и 8 пересекаются только в одной точке.

На участке А—О будет протекать количество воздуха, рав­ ное Q. В точке О величина депрессии будет h. На участке О—Вх будет протекать количество воздуха Qi. Депрессия h{ вентиля­ тора Bi будет найдена, если ординату Qi продолжить до точки Ь пересечения ее с действительной характеристикой вентилятора В\.

43

На участке О—В2 будет протекать количество воздуха Q.2- Де­ прессия h2 вентилятора В2 определится пересечением ординаты Q2 с характеристикой 2 в точке с.

Рис. 26. Параллельная работа вентиляторов, присоединенных к сети в различных точках (диагональная схема проветривания)

6. Последовательная работа вентиляторов

Последовательно включают вентиляторы тогда, когда необхо­ димо получить депрессию большую, чем та, которую может соз­ дать один вентилятор-. При последовательном включении венти­ ляторов один из них подает воздух во всас другого.

Если при последовательном включении один вентилятор по­ дает воздух во всас другого, то очевидно, что весь воздух, пода­ ваемый первым вентилятором, должен пройти через второй. Из этого следует, что при последовательном включении производи­ тельность обоих вентиляторов одинакова. Общая депрессия по­ следовательно включенных вентиляторов равна сумме депрессий каждого из них.

Результирующая характеристика последовательно включенных вентиляторов строится путем суммирования иг депрессий при одинаковых расходах. На рис. 27 показана результирующая ха­ рактеристика 1 двух последовательно включенных вентиляторов, имеющих одинаковые характеристики 2. Кривая 1 построена, как указано выше, т. е. hi = 2h'i; h2 = 2h'2 и т. д.

Точка пересечения характеристики вентиляционной сети шах­

44

ты (кривые 3 и 4) с результирующей характеристикой 2 венти­ ляторов дает вентиляционный режим шахты.

Из диаграммы рис. - 27 видно, что, чем более полого идет характеристика вентиляционной сети шахты, тем больше прира­ щение количества воздуха, поступающего -в шахту, при последо­ вательном включении вентиляторов. Действительно, разность Qz2—0.2 значительно больше, чем разность Q'\—Qi.

Для последовательного включения желательно подбирать вен­ тиляторы с одинаковыми характеристиками. В противном случае возможно, что один из вентиляторов будет прогонять воздух че­ рез другой и последний в этом случае будет 'служить для пер­ вого вредным сопротивлением.

7. Вентилятор и естественная тяга

Благодаря разнице температур рудничного и атмосферного воздуха, особенно в глубоких шахтах в зимнее время, в шахтах всегда действует естественная тяга. При глубине шахт до 1500 м количество воздуха, подаваемого в шахту под действием есте­ ственной тяги, достигает 50—60 м31сек. Естественная тяга может действовать навстречу разрежению, создаваемому вентилятором, или в том же направлении, в котором действует депрессия вен­ тилятора. При анализе работы вентилятора на шахтную вентиля­ ционную сеть необходимо учитывать естественную тягу. Для этого строят характеристику 1 вентилятора (рис. 28) и характе­ ристики 2 и 3 естественной тяги. Вычитая величины характери­

45

стики 3 отрицательной тяги из величин характеристики вентиля­ тора и прибавляя величины характеристики 2 положительной тяги к величинам характеристики вентилятора, получают резуль­ тирующие величины характеристики 4 при положительной и 5 при отрицательной естественной тяге. Из диаграммы видно, что при отрицательной тяге количество подаваемого в шахту воздуха уменьшается, а при положительной—увеличивается (Q2> ><21><2з).

Глава V

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ

Основными конструктивными частями центробежного венти­ лятора являются: спиральный корпус; рабочее колесо с валом .и подшипниками; пирамидальный диффузор; направляющий аппа­ рат.

Спиральный корпус выполняет двоякую роль. Он предназна­ чен для направления воздуха, подаваемого рабочим колесом, и для частичного преобразования созданного рабочим колесом ско­ ростного напора в статический.

Последнее достигается благодаря тому, что сечение корпуса постепенно увеличивается к выходному патрубку. Благодаря это­ му при движении воздуха по корпусу скорость его постепенно уменьшается, а вместе с тем уменьшается и скоростной напор. Статический напор, наоборот, увеличивается за счет уменьшения скоростного напора. Благодаря этому увеличивается создаваемая вентилятором депрессия, необходимая для просасывания воздуха по выработкам шахты.

Рабочее колесо, передавая воздуху энергию приводного дви­ гателя, сообщает ему скорость, необходимую для его движения.

Пирамидальный диффузор представляет собой прямоугольного сечения кожух из листовой стали.

Направляющий аппарат, имеющийся, как правило, у мощных вентиляторов главного проветривания и которого нет у вентиля­ торов малой производительности и напора, служит для обеспе­ чения рационального направления воздуха на рабочее колесо и для регулирования режима работы вентилятора.

На установках главного проветривания угольных шахт рабо­ тают центробежные вентиляторы типов ВЦ4-100/450; ВЦ5-200/450, ЦВГ,45 и ЦВ2,0. Два последних типа машин строят по типу вентиляторов «Женест-Гершер».

1.Вентиляторы ВЦ

'Вентилятора типа ВЦ — центробежные одностороннего всасы­ вания. Применяют их для проветривания средних и крупных глу­ боких шахт. Технические характеристики этих вентиляторов да­

ны в приводимой ниже табл. 3.

46

разъемный, состоящий из четырех секций.

Две нижние секции 1 и 2 после окончания сборки бетонируют. Верхние две секции 3 и 4, соединенные между собой и с нижними секциями фланцами, снимают при ремонте вентилятора. К вса­ сывающему патрубку 5 приклепано литое стальное кольцо 6, являющееся деталью лабиринтного уплотнения рабочего колеса.

Рабочее колесо имеет 24 лопатки 7, выполненные из листовой стали толщиной 10 мм. Лопатки прикреплены к коренному дис­ ку 8 и переднему диску 9 с помощью угольников и за'клепок. К переднему диску приклепано литое стальное кольцо жесткости 10, служащее также для создания лабиринтного уплотнения ко­ леса, вместе с кольщж 6 всасывающего патрубка. Коренной диск 8 болтами крепят к втулке И, сидящей на консольном конце вала. Конец вала и втулка 11 закрыты обтекателем 12.

Вал вентилятора опирается на радиальный и радиально-упор­ ный самоустанавливающиеся подшипники (рис. 30) скользящего трения, залитые баббитом марки БН. Сферический вкладыш- 1, воспринимающий радиальную нагрузку, установлен на подушке 3 в разъемном корпусе 2. Осевое усилие передается на кольцо 4 радиально-упорного подшипника, имеющее шесть неподвижных, залитых баббитом сегментов 5. Осевой разбег ротора ограничи­ вает кольцо 6, установленное в стакане 7. Смазка подшипников принудительная, под давлением. Утечку смазки предотвращают резиновые манжеты 8, установленные в крышках подшипников.

Температура подшипников контролируется дистанционно по показаниям манометрических термометров и на месте — по по­ казаниям ртутных термометров. Масло в подшипники подается двумя шестеренчатыми маслонасосами производительностью по 50 л!мин. Масло проходит фильтр и маслоохладитель. Охлаждает масло воздух, обдувающий латунные трубки, через которые про-

47