21шахтной вентиляторной установки главного про ветривания с осевыми вен тиляторами ВОД
Регулирование режима работы шахтных вентиляторов глав ного проветривания производится следующим образом:
осевых ВОД-21М, ВОД-ЗОМ, ВОД-40М, ВОД-50 — комбини рованным способом, т. е. индивидуальным поворотом лопаток РК на 3—4° через люки в корпусе при остановленном вентиляторе,
впромежутках — одновременным поворотом лопаток СНА как при остановленном, так и при работающем вентиляторе; в случае необходимости увеличения глубины регулирования по давлению, кроме этого, производится снятие половины лопаток второго РК; центробежных ВЦ-15, ВЦ-25М, ВЦ-31,5М, ВЦД-31,5М, ВЦД-47.5У — одновременным поворотом лопаток НА при работаю щем вентиляторе, а при необходимости изменения режима работы
вболее широких пределах — и изменением частоты вращения путем замены приводящего двигателя на другой с меньшими ча стотой вращения и мощностью.
Вслучае необходимости изменения режима работы в широких пределах вентиляторные установки с крупными центробежными вентиляторами могут быть оборудованы регулируемым приводом, обеспечивающим плавное (бесступенчатое) регулирование частоты вращения ротора вентилятора в пределах от п до 0,5п (а при не обходимости и более), а также разгон ротора вентилятора с боль шим динамическим моментом инерции. Вентиляторы ВЦД-47.5А оборудуются только регулируемым приводом.
Все перечисленные выше способы регулирования позволяют осуществлять регулирование «вниз» от максимально возможных для данного вентилятора значений подачи и давления. В случае же необходимости увеличения подачи и давления в центробежных вентиляторах на концах лопаток их рабочих колес могут быть уста новлены накрылки или гибкие элементы, что приводит к повыше нию подачи на 18—20 % [18] с одновременным повышением мощ ности.
26.2.Строительные сооружения
Кстроительным сооружениям шахтных вентиляторных уста новок главного проветривания относятся здания, фундаменты, вентиляционные каналы, выходные части установки и др.
Здания 1 (см. рис. 26.1 и 26.2) вентиляторных установок вы полняют из огнестойких материалов однопролетными каркасными, имеющими в плане прямоугольное сечение. Обычно их сооружают
из типовых элементов: колонны и балки покрытия — из сбор ного железобетона; перекрытия — из плит покрытия; стены — из навесных стеновых панелей, выполненных из автоклавного ячеистого бетона; фундаменты здания и фундаментные балки — из монолитного железобетона.
В зданиях размещают вентиляторы 4, электродвигатели 3 и другое электрооборудование, аппаратуру автоматизации 18, маслостанции 2 и др. Для уменьшения площади, занимаемой зда
ниями, в них в ряде случаев устраивают внутренние балконы для размещения части электрооборудования и аппаратуры авто матизации, а также подвалы для размещения маслостанций.
В стенах зданий предусмотрены монтажные проемы, имеющие размеры, достаточные для прохода электродвигателей и наиболее крупных узлов вентиляторов. Грузоподъемные средства (ручной мостовой кран 17 или монтажная балка с талью) устанавливают в зданиях для монтажа и демонтажа механического и электриче ского оборудования.
В здании в специальной шумоизолированной кабине устанав ливают телефон с выведенным сигнальным устройством, связан ный непосредственно с коммутатором шахты. Здание оборудуют постоянным и независимым резервным освещением, а также крышными вентиляторами 22 для нагнетательной вентиляции, которые включают при остановке обоих вентиляторов во избежание про никновения в здание загазированного воздуха, а также в летнее время при высокой температуре в помещении.
Фундаменты под вентиляторы и электродвигатели к ним выпол няют монолитными железобетонными из бетона средних марок.
Выходными частями установок с центробежными вентилято рами являются пирамидальные диффузоры 11 (см. рис. 26.1), расположенные обычно вертикально или слегка наклонно (под углом 25—35° к вертикали), что позволяет сократить площадь, занимаемую вентиляторной установкой. В установках с осевыми вентиляторами выходными частями являются Г-образные каналы, соединяющие кольцевые диффузоры 11 (см. рис. 26.2) вентилято ров с атмосферой. Выходные части выполняют, как правило, железо бетонными, и лишь у малых вентиляторов их делают металличе скими. В большинстве установок, построенных в последние годы, выходные части объединены в одну, что позволило сократить объем строительных работ и обеспечить необходимую в зимнее время воздушную тепловую изоляцию каналов и ляд резервного вентилятора.
В выходных частях установок с осевыми вентиляторами уста навливают обычно глушители шума 21, состоящие из 6 — 8 рядов продольных перегородок, выложенных на расстоянии примерно 400 мм друг от друга, из звукопоглощающих блоков, которые из готавливают из смеси гранулированного шлака и цемента. Выходя щий из кольцевого осевого вентилятора воздушный поток оказы вается разбитым этими перегородками на несколько параллель ных струй. Поглощение звука достигается за счет трения колеб лющихся частиц воздуха в порах звукопоглощающего материала.
Вентиляционные каналы служат для соединения работающего и резервного вентиляторов с вентиляционным стволом и выход ной частью установки. Установки с центробежными вентиляторами (см. рис. 26.1) имеют каналы: подводящий 12, соединяющий ствол со всасывающими каналами 16 и через них с работающим и ре зервным вентиляторами; нагнетательные 5, соединяющие венти-
ствами для реверсирования воздушной струи и переключения вентиляторов:
А — рабочий вентилятор; Б — резервны й вентилятор
ляторы с отводящим каналом 14 и через него с диффузором 11; обводные каналы 23 (рис. 26.3), служащие для пропуска атмосфер ного воздуха через проем, открытый лядой всасывающей будки 8,
вподводящий канал 12.
Вустановках с осевыми вентиляторами ВОД (см. рис. 26.2) имеются только подводящий 12 и всасывающий 16 каналы.
Каналы имеют прямоугольное сечение и выполняются обычно из монолитного и реже из сборного железобетона. Для умень шения сопротивления длину каналов делают по возможности меньше, повороты более плавными, внутреннюю поверхность до статочно гладкой, а поперечное сечение таким, чтобы на оптималь ном режиме работы вентилятора скорость воздуха в канале не превышала 12—15 м/с. Для предупреждения поверхностных под сосов воздуха и просачивания ливневых вод каналы должны иметь надлежащую герметизацию и гидроизоляцию. Для стока конден сирующейся из воздуха и другой влаги всасывающие и подводя щий каналы имеют уклон в сторону ствола не менее 0 ,0 1.
26.3. Реверсирующие и переключающие устройства
Вентиляторные установки главного проветривания должны обеспечивать реверсирование воздушной струи, поступающей в шахтные выработки. Перевод на реверсивный режим должен осуществляться не более чем за 1 0 мин, причем расход воздуха, проходящего по выработкам в реверсивном режиме, должен со ставлять не менее 60 % от расхода воздуха, проходящего по этим же выработкам в нормальном режиме проветривания.
В установках, оборудованных центробежными вентиляторами, реверсирование воздушной струи осуществляется с помощью
424
системы каналов и ляд. Принципиальная технологическая схема вентиляторной установки с вентиляторами ВЦД-31.5М и ВЦД-47.5У с реверсивными и переключающими устройствами приведена на рис. 26.3 (номера (позиции) на этой схеме означают те же элементы, что и на рис. 26.1 и 26.2, кроме номера 23 — об водные каналы).
При нормальной работе установки (на всасывание) все ляды находятся в положении, показанном на схеме сплошными линиями. Воздух в этом случае поступает из вентиляционного ствола шахты и движется через установку так, как показано сплошными ли ниями со стрелками.
Для реверсирования воздушной струи с электродвигателя работающего вентилятора снимается напряжение, спустя 1,5— 2 мин ляды 8, 9, 13 переставляются в положение, показанное на схеме пунктирными линиями, после чего снова включается венти лятор. Воздух в этом случае будет поступать в установку из атмо сферы через диффузор 11, отверстие, открытое лядой всасывающей будки 8, обводные каналы 23, проемы 15 между обводными и под водящим каналом и далее двигаться через всасывающий канал 16, работающий вентилятор, нагнетательный канал 5, отводящий канал 14, через проемы, открытые лядами 9 и 13, в подводящий канал 12 и затем в вентиляционный ствол шахты. Путь движе ния воздуха при реверсировании показан на схеме пунктирными линиями со стрелками. Подача вентилятора при таком способе реверсирования составляет 90—95 % от подачи при нормальной его работе на ту же сеть.
Следует отметить, что при такой технологической схеме венти ляторной установки все ее ляды являются самоуплотняющимися как при нормальной работе, так и при реверсировании.
В вентиляторных установках, оборудованных осевыми венти ляторами ВОД, отсутствуют каналы 5, 14, 23, а также ляды 8, 9, 13, применяемые в установках с центробежными вентиляторами для реверсирования (см. рис. 26.3), а реверсирование воздушной струи осуществляется: в установках с вентиляторами встречного вращения ВОД-16П — путем изменения направления вращения обоих роторов вентилятора, а в установках с ВОД-21М, ВОД-ЗОМ, ВОД-40М, ВОД-50 — путем изменения направления вращения ро тора и поворота лопаток СНА и СА на угол соответственно 180 и 160° (рис. 26.4). Поворот всех лопаток СНА и СА осуществляется одновременно при заторможенном роторе с помощью специаль ных приводов 20 (см. рис. 26.2), имеющих как ручное, так и ди станционное управление. Подача вентилятора при таких способах реверсирования составляет 60—70 % от подачи при нормальной его работе на ту же сеть.
Следует, однако, иметь в виду, что в шахтных условиях со противление вентиляционной сети при реверсировании воздушной струи не остается постоянным, а обычно увеличивается (в среднем на 15—25 %); кроме того, естественная тяга воздуха, которая
Рис. 26.4. Схемы лопаточных венцов осевых вентиляторов ВОД-21М, ВОД-ЗОМ, ВОД-40М, ВОД-50М при нормальной работе (а) и при реверсировании воздуш ной струи (б):
0 j, 02» всА* ®СНА — Углы установки лоп аток соответственно первого н второго рабочего колеса, сп рям ляю щ его н сп рям ляю щ е-н аправляю щ его ап п аратов
при нормальном проветривании обычно помогает работе венти лятора, при реверсировании воздушной струи будет ей противо действовать. В связи с этим расход воздуха в выработках шахты при реверсировании воздушной струи будет ниже, чем 70 %, и может оказаться даже меньше требуемых по ПБ 60 %. Поэтому при выборе вентиляторов ВОД и проектировании вентиляторной установки без ляд и каналов для реверсирования необходимо
Т а б л и ц а 26.1
Число ляд или дверей и лебедок в вентиляторных установках с вентиляторами разных типоразмеров
Наименование
оборудования
Ляда
Дверь
Лебедка Мотор-редуктор
Число единиц оборудования в установке с iвентилятором
15-ВЦ
25М-ВЦ
31.5М-ВЦ
ВЦД-31.5М
ВЦД-47.5У
ВЦД-47,5А
ВОД-16П
«
-ВОДЗОМ
ВОД-40М
-ВОД50
2
сч
è
|
6
6
7
7
7X2 *
2
2
2
6
7
____
____
____
—
—
8
1
1
3
4
4
5
5
12
— 2
3
4
б
6
—
—
8
-—
•
В устан овках с В Ц Д -47.5У
все ляды состоят из
двух одинаковы х
частей. П ри
м енение
сдвоенны х
л я д вы звано
высоким давлением ,
развиваем ы м вен ти ляторам и , н
больш им и разм ерам и к ан алов . К а ж д а я половина
ляды имеет отдельную лебедку, кроме
ляды
всасы ваю щ ей
будки и ляды
п одводящ его
к ан ал а,
которы е спарены
и имеют две
общ ие
лебедки .
произвести проверку соответствия такого вентилятора требова ниям ПБ по реверсированию.
Переключение вентиляторов (отключение от ствола шахты и выходной части установки работавшего вентилятора и подключе ние к ним резервного) осуществляется с помощью переключаю щих 10 и отсекающих 6 ляд или дверей (см. рис. 26.1, 26.2, 26.3). Перестановка их осуществляется обычно с помощью канатов и лебедок 7 типа ЛРУ-1-2М с тяговым усилием 40 кН, и лишь в уста новке с ВЦД-47.5А применены самоходные вертикальные двери с мотор-редукторами.
Наличие в установках лебедок с электродвигателями или мо тор-редукторов, приводов СНА и СА, а также концевых выключа телей на лядах, дверях и механизмах поворота СНА и СА позво ляет осуществлять дистанционное управление лядами, дверьми и приводами СНА и СА при реверсировании, а также при переходе с рабочего вентилятора на резервный (табл. 26.1).
27. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
27.1. Определение потребных подачи и давления вентилятора
На основании найденных в процессе расчета вентиляции шахты значений расхода воздуха по шахте Qm и депрессии шахты Ад, ^ и Аш шах находят потребные подачу QBи давления peDmin и р80 шах вентилятора!
Q B = АуТ. BHQ III» Pan min = k m mtn/Ак. в> Рао max = Аш max/Ац. в
где АуТ. вн — коэффициент, учитывающий поверхностные подсосы (утечки) воздуха через неплотности в надшахтном здании и венти ляторной установке; А„. в — коэффициент, учитывающий потери давления в каналах вентиляторной установки.
27.2. Выбор вентилятора и способа его регулирования
Для выбора вентилятора на сводные графики областей про мышленного использования шахтных вентиляторов главного про ветривания (см. рис. 25.2, 25.3, 25.4) наносятся точки с коорди натами (QB, рю mln) И (QB, р,„ шах) И ВЫбирЭвТСЯ ВвНТИЛЯТОр, В область промышленного использования которого входят эти точки.
При выборе способа регулирования определенного типораз мера вентилятора можно руководствоваться следующими поло жениями.
В том случае, если обе расчетные точки входят в область промышленного использования одного вентилятора при данной частоте его вращения и числе лопаток рабочих колес, то регулиро-
427
вание рабочего режима следует предусматривать только поворо том лопаток НА (у центробежных вентиляторов ВЦ и ВЦД) или поворотом лопаток рабочих колес в сочетании с тонким ре гулированием лопатками СНА (у осевых вентиляторов ВОД).
Если в область промышленного использования вентилятора входит только точка с координатами (QB, psv max), которая на ходится вне этой области, то следует предусмотреть дополнительно грубое (ступенчатое) регулирование изменением частоты враще ния вентилятора путем замены приводящего двигателя на дру гой с иными оборотами и мощностью (у ВЦ и ВЦД) или снятием половины лопаток на втором рабочем колесе (у ВОД).
В случае необходимости существенного изменения в процессе эксплуатации подачи и давления вентилятора последний может быть оборудован регулируемым приводом (асинхронным вентиль ным каскадом). Однако прибегать к такому приводу и способу ре гулирования следует, как правило, только в тех случаях, когда перечисленные выше способы не в состоянии обеспечить экономич ное регулирование режима работы во всем диапазоне изменения потребных подачи и давления.
В том случае, если для обеспечения потребных подачи и дав ления подходят два или более вентиляторов разных типоразме ров, то вентиляторную установку следует оборудовать такими вентиляторами и приводом, при которых приведенные затраты ПЗ на сооружение и эксплуатацию вентиляторной установки полу чают наименьшими:
вложений (Еп = 0,15 год"1); КЗ — капитальные затраты на
вентиляторную установку (стоимость строительных сооружений, механического оборудования, электропривода, пускорегулирую щей электроаппаратуры, аппаратуры автоматизации, а также их монтажа), руб.; С — стоимость эксплуатации вентиляторной уста новки, включающая амортизационные отчисления по каждому из перечисленных выше элементов установки, а также стоимости электроэнергии, потребляемой установкой, обслуживания, ре монтов и наладок, материалов, руб/год.
27.3. Определение параметров регулирования (углов установки лопаток или частот вращения ротора)
и статических КПД
Для определения предельных углов установки лопаток РК осевого вентилятора или лопаток НА центробежного вентилятора, либо частот вращения ротора вентилятора (при регулировании последнего плавным изменением частоты вращения), а также статических к. п. д. вентилятора в начальный и конечный пе риоды его эксплуатации на область промышленного использова-
428
ния выбранного вентилятора с проведенными на ней кривыми
давления
при разных 0 К, 0 На
или
п и кривыми изо-к. п. д.
(см.
рис. 24.2)
наносятся точки с координатами (QB,
pSDmm) и
(QB,
Peo max)- Интерполируя каждую
из
точек между
двумя
ближай
шими кривыми давления, находят
0 ' 0 " или n'
и п”
Интерпо
лируя каждую из тех точек между двумя ближайшими кривыми
изо-к. п. д., находят
т], и r|j.
В том случае, если
кроме указанных способов регулирования
предусмотрено грубое (ступенчатое) регулирование путем замены приводящего двигателя или снятия половины лопаток на втором рабочем колесе, то следует найти р80цр — значение промежуточ
ного статического давления, соответствующего ординате точки пересечения перпендикуляра, восстановленного от значения QB на оси абсцисс, с верхней или правой границей области промыш ленного использования вентилятора, работающего с пониженной частотой вращения п' или числом лопаток z', а затем в точке с ко
ординатами
(QB,
p8Vn ) интерполяцией найти значения
0 нлпр
или
0'к
и
ть
(по области
с пониженной п! или z') и
0'на
или
0'к
и rjj
(по области
с нормальной п или z).
27.4. Определение резерва подачи вентилятора
Резерв подачи выбранного вентилятора определяется в наи более трудный период проветривания шахты (при наибольшем ее сопротивлении). Для этого необходимо на область промышлен ного использования вентилятора нанести характеристику шахт ной вентиляционной сети Атmln при максимальном ее сопротивле нии — квадратичную параболу, проходящую через точку с ко
ординатами
(QB, p8ü max), с
вершиной V
в начале координат (см.
рис. 24.2).
Абсцисса точки
пересечения
этой кривой с верхней
или правой границей области промышленного использования показывает значение максимально возможной подачи Qmax в наи более трудный период проветривания шахты. Резерв же подачи выбранного вентилятора может быть определен по формуле
A Q =
(Qmn/Qa - 1) 100 % .
27.5. Определение мощности вентилятора
и среднегодового
расхода электроэнергии
на проветривание
Мощность вентилятора (на его валу) может быть вычислена по формуле
N = QBp,B/( 1 0 0 0т,.).
Если обе точки с координатами (Q„, psv mln) и (QB, pso max) находятся в одной области промышленного использования выб-
429
ранного вентилятора, то в приведенную выше формулу подстав
ляют значения pSvmin> лs И psvm ax , л S И вычисляют
мощности
в начале и конце периода эксплуатации установки N'
и N"
Если для обеспечения расчетных параметров применяется дополнительно грубое (ступенчатое) регулирование, то вычис ляют также NnP и N'nP соответственно при psl>n , и Psvu ,
Tl. •
|3пр
Среднегодовой расход электроэнергии на проветривание шахты за срок эксплуатации вентиляторной установки определяют по формулам:
в первом случае Е
ЛГ + ЛГ 24-365; во втором случае £ ср =
2т)двГ|сети
( N' + K р „ , Kv + N”
,„\
24-365
\
2г,;в
+
2т]дВ
)
Т'Чсети
’
где
f u t "
— число
лет эксплуатации
установки соответственно
при пониженной частоте вращения или уменьшенном числе ло
паток и при нормальных частоте вращения или
числе лопаток;
Т — общее
число лет эксплуатации установки
(T = f + /");
т|дВ— КПД
электродвигателя; т]дВ и т)дВ— КПД
электродвига
телей соответственно на первой и второй ступенях грубого регу лирования; Лсети — КПД электрической сети.
Выбор электрооборудования, аппаратуры автоматизации, вспомогательных устройств и других элементов установки про изводится в соответствии с рекомендациями, приведенными в разд. 26 настоящего справочника.
