книги из ГПНТБ / Ушаков, Константин Андреевич. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций

Для дистанционного управления передвижными элементами (лядами) применяется электролебедка ЛРУ-1, сконструирован­ ная Донгипроуглемашем. Лебедка приводится во вращение

взрывобезопасным электродвигателем типа МА-143-1/8 мощно­ стью 5,8 кет со скоростью вращения 725 об/мин. Тяговое усилие

вид по стрелке А

Рис. 208. Тормоз

троса лебедки равно 4000 кг, что вполне достаточно для подъема ляд и шиберов самых больших вентиляторных установок. Такое большое усилие позволяет преодолеть не только вес самих пе­ редвижных устройств, но и силу от разности давлений, суще­ ствующую по разные стороны ляд, а также силу, образующуюся при обмерзании ляд и шибера. В аварийных случаях и при регу­ лировании лебедку можно вращать от руки при помощи руко­

ятки.

§ 4. ЭЛЕМЕНТЫ ПРИВОДА ШАХТНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Если отступления от аэродинамической схемы вентилятора

могут привести к снижению развиваемого им давления и его эко­ номичности, то нарушения нормальной работы подшипников коренного и передаточного валов и их смазки, а также нормаль­ ной работы соединительных муфт могут явиться причиной серь­ езной аварии не только самого вентилятора, но и всей вентиля­

370

торной установки. Поэтому выбору схемы привода, надежности ' и долговечности его работы, а также контролю и наблюдению

за ним должно быть уделено большое внимание.

Конструкция привода во многом зависит от общей компоновки всей вентиляторной установки. Например, при расположении электродвигателя за диффузором соединение электродвигателя с вентилятором требует применения одного коренного и двух длинных передаточных валов, шести подшипников и трех соеди­

нительных муфт, причем за вентилятором не удается устано­ вить ни достаточно длинного диффузора, ни глушителя шума. Наоборот, при установке электродвигателя перед вентилятором привод получается значительно проще и позволяет установить за

вентилятором диффузор необходимой длины и глушитель шума. Возможные варианты соединения осевого вентилятора с элек­

тродвигателем приведены на рис. 197.

В серийных вентиляторах типа В-УПД и опытных вентилято­

рах ВУ соединение с электродвигателем осуществляется по схеме а. Недостатком этой схемы является надобность в четы­ рех подшипниках и опорах, расположенных в проточной части

вентилятора. В вентиляторах ВОК и ВОКД получила распро­ странение схема б, в которой передаточный вал выполнен под­ весным, не требующим самостоятельных подшипников. Схема & позволяет вовсе упразднить передаточный вал и опоры в про­ точной части вентилятора. Недостатками этой схемы являются значительная перегрузка опорно-упорного подшипника, особенно

у двухступенчатых вентиляторов больших размеров, и неудоб­ ства, связанные с перевозкой и монтажом ротора. Консольное

расположение рабочего колеса в схеме г приводит также к зна­

чительной перегрузке одного из подшипников и к понижению критической скорости вращения вала из-за влияния жироско­ пического эффекта.

При выборе той или иной схемы привода следует сделать сравнительную оценку возможных вариантов, предварительно определив для них статические и динамические нагрузки.

Основные размеры вала определяются из расчета на проч­ ность и вибрации, а тип и размеры подшипников в соответствии с действующими на них радиальными и осевыми нагрузками определяются из проверки их на долговечность. Тип и размеры соединительной муфты выбираются по передаваемому крутя­ щему моменту и скорости вращения.

Весьма ценные сведения для совершенствования той или иной схемы привода дает практика эксплуатации серийных и опыт­ ных осевых вентиляторов на шахтах и специальные работы по изучению элементов привода.

Коренные и передаточные валы. Конструкции ко­ ренного и передаточного валов определяются в зависимости от

выбранной схемы соединения вентилятора с электродвигателем.

Расчет на прочность валов зависит от их статических и динами­

ческих нагрузок, которые должны быть определены при кон­ струировании. Валы обычно изготовляются из стали 45 и подвер­ гаются соответствующей термообработке.

На коренном валу рабочие колеса закрепляются при по­ мощи шпонок и специальных гаек. На одном конце коренного вала укрепляется соединительная муфта, на другом — опорно­ упорный подшипник (рис. 209). На рис. 210 приведена конструк­

ция ротора двухступенчатого вентилятора ВОКД 1,0. Переда­ точный вал выполняется с самостоятельными подшипниками (рис. 211) пли подвесным (рис. 212).

Рис. 209. Элементы ротора двухступенчатого вентилятора:

Л- — рабочее колесо; 2 — коренной вал; 3 — гайка; 4 — опорно-упорный подшипник; 5 — опор­ ный подшипник; б — полумуфта; 7 — опора

При сборке вентилятора особенно тщательно следует про­ извести выверку соосности коренного и передаточного валов с валом электродвигателя. Практически для этого следует раз­

двинуть полумуфты, после чего в четырех точках по двум вза­ имно перпендикулярным направлениям при помощи линейки и

щупа можно установить величину параллельного смещения осей (рис. 213, а), а затем довести его до допустимого минимума.

Перекос осей можно определить клином или щупом по тем же взаимно перпендикулярным плоскостям (рис. 213, б). Обе эти

операции следует повторить несколько раз, проворачивая один вал относительно другого.

Соединительные муфты. В шахтных вентиляторах соединение с электродвигателем производится при помощи зуб­ чатых муфт двойного и одинарного зацепления.

Обычные пальцевые эластичные муфты в шахтных вентилято­ рах не применяются из-за вредного влияния кривошипного мо­ мента.

372

373:

Рис. 211. Передаточный вал двухступенчатого вентилятора:

I — передаточный вал; 2 — опорный подшипник; 3 — опорно-упорный подшипник; 4 — фунда­ ментная плита корпуса подшипника; о — опора из швеллера; 6 — соединительная муфта двой­ ного зацепления

setо

Рис. 212. Подвесной передаточный вал:

1 — соединительная муфта электродвигателя; 2— соединительная муфта вентилятора; 3 — подвесной вал; 4 — тормоз

Рис. 213. Выверка соосности валов:

- определение параллельного смещения осей валов; б — определение перекоса осей

Муфта двойного зацепления (см. рис. 211) благодаря нали­ чию зазора во внутренних и наружных венцах и сферической по­

верхности зубьев дает соединение, которое допускает передачу вращения даже при наличии перекосов между валами и их па­ раллельного смещения. Такие муфты применяются для соеди­

нения валов, имеющих самостоятельные подшипники.

Соединение подвесного передаточного вала с электродвига­ телем и вентилятором осуществляется при помощи муфт одинар­ ного зацепления, которые благодаря сферической поверхности зубьев также допускают передачу вращения при наличии не­ больших перекосов между валами.

Муфта двойного зацепления состоит из двух втулок, наса­ женных на концы валов и закрепленных на шпонках. На каждой втулке нарезан зубчатый венец, зубцы которого имеют наружную сферическую поверхность. Для снятия втулок с валов торцовые плоскости имеют по два отверстия с резьбой для завинчивания специальных съемочных болтов. На втулки надеваются полумуф­ ты с торцовыми крышками. Полумуфты и крышки герметично

соединены между собой при помощи болтов и картонных про­ кладок. Внутри полумуфт нарезаны зубчатые венцы внутреннего

зацепления, зубцы которых в собранной муфте входят во впа­ дину зубчатых венцов наружного зацепления втулок. Внутрь зубчатой муфты заливается густое дизельное масло

(ГОСТ В 1600—43). Масло следует заливать до определенного

уровня с тем, чтобы при вращении в масляной ванне находились бы только зубчатые венцы.

Муфта одинарного зацепления (см. рис. 212) отличается от муфты двойного зацепления наличием только одной пары

ном применяются подшипники качения.

При проектировании подшипниковых узлов особое внимание

следует уделить выбору шарикоподшипников.

Основные факторы, определяющие выбор подшипников,— величина и направление нагрузки на подшипники (радиальная,

осевая или комбинированная), характер нагрузки (постоянная, переменная или ударная), скорость вращения вращающегося кольца подшипника, диаметр вала, потребный срок службы подшипника (долговечность в часах) и особые требования

(легкость монтажа и смены подшипника, особенности эксплуа­ тации вентилятора и т. п.).

В проектируемом вентиляторе в зависимости от конструк­ ции рабочих колес, коренного вала, соединительных муфт и

конструкции передаточного вала определяется вес этих элемен­ тов, а по нему определяется радиальная статическая нагрузка на подшипники. Из подсчета нагрузок от заводского дисбаланса

375

и от возможного налипания на лопатки угольной пыли опреде­ ляется динамическая нагрузка.

Осевое давление р, развиваемое вентилятором, опреде­ ляется в килограммах как произведение из полной площади

вала должны воспринимать радиальную нагрузку от веса ро­ тора и осевую силу, развиваемую вентилятором. Так как осе­ вая сила достигает значительной величины, один из подшипни­

ков коренного вала снабжается дополнительным подшипником,

специально предназначенным для ее восприятия. Из расчета

вала ротора на прочность определяются опорные реакции от статических и динамических нагрузок. Статические составляю­ щие опорных реакций всегда действуют в одном направлении,

а динамические их составляющие — в переменных направле­ ниях относительно весовой составляющей. Для определения

расчетной эквивалентной нагрузки окружность вращения обычно разбивают на несколько частей и для каждой из них находят результирующие опорные реакции от статических и динамических нагрузок. Далее опорные подшипники подбирают по этим результирующим опорным реакциям.

Зависимость между долговечностью, нагрузкой и скоростью вращения опорного подшипника выражается следующей эмпи­ рической формулой:

с =(«Л)0,3, кг,

где с — коэффициент работоспособности подшипника, опреде­ ляемый по каталогу подшипников, кг-,

R — радиальная нагрузка, т. е. опорные реакции, кг-,

kK — коэффициент, учитывающий зависимость долговечности

от того, вращается ли внутреннее или наружное кольцо;

k6—коэффициент, учитывающий влияние характера на­ грузки на долговечность, определяемый на основе опытных данных;

Лт— коэффициент, учитывающий температурный режим; п — скорость вращения вала, об/мин-,

h-—срок службы подшипников, час. Для упорного подшипника

c—pk^k-^nh.)""1', кг,

где р — осевое усилие, развиваемое вентилятором, кг.

Подставив в приведенные формулы значения с, R, kK, k6, ky,

пир, получим срок службы подшипника (в часах).

376

Под долговечностью подшипников понимается время, выра­ женное в рабочих часах, в течение которого не менее 90% ис­ пытуемых подшипников должны нормально проработать до по­ явления усталости материала. Характерным признаком уста­ лости материала являются повреждения поверхностей качения подшипника в виде язвин и шелушения, после появления кото­ рых подшипник быстро приходит в окончательную негодность.

Долговечность подшипника не должна быть излишне боль­ шой, так как это ведет к выбору большего подшипника и, сле­

довательно, к утяжелению и удорожанию вентилятора.

Обычно при проектировании подшипниковых узлов произ­

водится предварительный выбор их типов и размеров. Оконча­ тельный выбор подшипников и конструкций подшипниковых узлов производится после согласования со специальным ЦКБ.

После выбора типа и размера подшипника конструирование подшипникового узла сводится к разработке корпуса подшип­

ника, выбору системы смазки и смазочного материала, а также устройств для контроля температуры подшипника.

Для смазки подшипников качения следует применять кон­ систентную смазку (по ГОСТ 1631—42), а при ее отсутствии — солидол марки М. При монтаже вентилятора после промывки подшипников смазкой должно быть заполнено не более 2/з сво­ бодного пространства корпуса подшипника. Смазка добавляется пресс-масленками, установленными на кожухе, по мере надоб­ ности. В вентиляторах больших размеров применяется жидкая

циркуляционная смазка. Для такой смазки устраивается спе­

циальная маслостанция с шестеренчатыми масляными насо­ сами, фильтрами, охладителями и т. д.

Температура подшипников контролируется дистанционно

специальными автоматическими системами, сигнализирующими о повышении температуры корпусов подшипников выше 60° [70]. Основной частью одного из таких сигнализирующих устройств

являются ртутные вакуумные термометры, установленные на

корпусах всех подшипников. В стеклянный корпус ртутного

термометра впаяны два платиновых контакта, причем положе­ ние верхнего контакта соответствует высоте столба ртути при

60°. Второй частью устройства является сигнальный шкаф, уста­ навливаемый в машинном отделении около пульта управления электродвигателем, в котором смонтированы малогабаритная сирена, арматуры с красными и зелеными стеклами, выключа­ тель сирены и вольтметровый контрольный переключатель на шесть положений. Подробное описание сигнального шкафа и

электросхемы автоматической сигнализации приведено в ра­

боте [70]. •

При повышении температуры корпуса одного из подшипни­ ков до 60° столб ртути в термометре соединяет впаянные в тер­ мометр контакты, что приводит к включению сирены и красной лампочки, соответствующей номеру того подшипника, у кото­

377

рого повысилась температура. Эксплуатация ртутных контакт­

ных термометров показала, что они не всегда работают удов­ летворительно. Более совершенными датчиками являются элек­

трические термометры сопротивления. Такие термометры, на­ пример типа ЭТП-783, используются совместно с вторичными

приборами периодического действия типа ЭМДС-23, могущими обслуживать девять точек замера температуры (рис. 214). При­ бор контролирует температуру каждой точки в течение 20 сек.,

затем обходит остальные точки и возвращается к данной точке через 4 мин. Прибор показы­ вает температуру, а также осу­ ществляет звуковую и свето­

серии МС-320 или СМ. Асинхронные электродвигатели выпол­ няются с короткозамкнутым или с фазным ротором (снабжен­ ным контактными кольцами).

Пуск асинхронных электродвигателей осуществляется пря­

мым включением на полное напряжение сети или при помощи реактора или автотрансформатора.

Пуск короткозамкнутого электродвигателя на полное напря­ жение сети в большинстве случаев вызывает затруднения, так как при этом пусковой ток в 6—7 раз превышает номинальный. Потребление такого большого тока вызывает значительное паде­ ние напряжения в сети и нарушает нормальную работу других объектов. Падение напряжения зависит от мощности запускае­ мого электродвигателя и мощности питающего трансформатора. Поэтому прямое включение асинхронного электродвигателя до­ пустимо в тех случаях, когда мощность питающего трансформа­ тора больше мошности двигателя в 2—3 раза.

Для снижения пусковых перегрузок асинхронные электро­ двигателя следует пускать при пониженном напряжении.

378