Стационарные машины

Глава 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК

Исходными данными для проектирования вентиляторных установок шахт и рудников являются:

Q – количество воздуха, необходимое для проветривания шахт, м3/с;

Ηmax ,Ηmin – максимальная и минимальная депрессия (или соответст-

вующие эквиваленты отверстия) вентиляторной сети; категория шахты по газу и пыли.

При проектировании необходимо:

выбрать наиболее выгодную установку, т.е. вентилятор и способ его регулирования на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов;

определить режимы работы вентилятора при максимальном и мини- мальном эквивалентных отверстиях;

установить способ регулирования и выполнить расчеты, связанные с регулированием рабочих режимов вентилятора;

определить резерв производительности вентилятора; определить мощность приводного двигателя вентилятора и средне-

годовой расход электроэнергии; выбрать пускорегулирующую аппаратуру, аппаратуру управления,

средства контроля, кабели; рассчитать калориферную установку и выбрать для нее оборудование.

6.1. Выбор вентилятора и способа его регулирования

Для выбора вентилятора на сводные графики областей промыш- ленного использования шахтных вентиляторов главного проветривания (рис. 6.1÷6.4) наносят точки с координатами ( Q, H min ) и ( Q, H max ) и вы- бирают вентилятор, в область промышленного использования которого входят эти точки.

Заданным условиям могут соответствовать более двух вентиляторов. С экономической точки зрения наиболее выгодным является вентилятор, для ко- торого годовые затраты с учетом капитальных вложений минимальны.

При выборе способа регулирования определенного типоразмера вен- тилятора нужно руководствоваться следующим положением.

В том случае, если обе расчетные точки входят в область промыш- ленного использования одного вентилятора при данной частоте его враще- ния и числе лопаток рабочих колес, то регулирование рабочего режима следует предусматривать только поворотом НА – направляющего аппарата (у центробежных вентиляторов ВЦ и ВЦД) или поворотом лопаток рабо-

96

чих колес в сочетании с тонким регулированием лопатками СНА – спрям- ляющее-направляющим аппаратом (у осевых вентиляторов).

Если в область промышленного использования вентилятора входит только точка с координатами ( Q, Hmin , Hmax ), которая находится вне этой

области, то следует предусмотреть дополнительное грубое (ступенчатое) регулирование изменения частоты вращения вентилятора, путем замены приводного двигателя на другой, с иными оборотами и мощностью (у ВЦ и ВЦД) или снятием половины лопаток на втором рабочем колесе (у ВОД).

Вслучае необходимости существенного изменения подачи и давле- ния вентилятора, он может быть оборудован регулируемым приводом (асинхронно-вентильным каскадом). Однако прибегать к такому способу регулирования следует, как правило, только в тех случаях, когда перечис- ленные выше способы не в состоянии обеспечить экономичное регулиро- вание режима работы во всем диапазоне изменения необходимых подачи и давления.

Втом случае, если для обеспечения необходимых подачи и давления подходят два или более вентиляторов разных типоразмеров, то вентиля- торную установку следует оборудовать такими вентиляторами и приводом, при которых приведенные затраты на сооружение и эксплуатацию венти- ляторной установки получают наименьшими:

тановку (стоимость строительных сооружений, механического оборудо- вания, электропривода, аппаратуры амортизации, а также их монтажа), р.; Сэ – стоимость эксплуатации вентиляторной установки, включающая амортизационные отчисления по каждому из перечисленных выше эле- ментов установки Ав , стоимость электроэнергии, потребляемой установ- кой – Ср , обслуживания – Со , ремонтов и наладок, материалов См ,

р./год.

Способ регулирования рабочих режимов предусмотрен конструкци- ей вентилятора. Расчеты по регулированию заключаются в определении числа ступеней регулирования и рабочих режимов на этих ступенях, а также продолжительности работы на каждой из ступеней.

Для установления числа ступеней регулирования необходимо на аэ- родинамическую характеристику вентилятора наложить характеристики вентиляторной сети при Ηmin , Ηmax .

97

Характеристики вентиляторной сети строятся по точкам, получен- ным путем вычисления напора – H с учетом различных значений произ- водительности – Q от 0 до 1,25 требуемой производительности. Соединив точки заданных режимов прямой линией, находят число ступеней регули- рования по точкам пересечения этой линии с аэродинамическими характе- ристиками вентилятора (рис. 6.7÷6.15).

6.2. Определение резерва подачи вентилятора

Резерв производительности вентилятора устанавливают как отноше- ние производительности вентилятора, определяемой точками пересечения характеристик вентиляционной сети с правой граничной характеристикой вентилятора, к заданной производительности.

Для реверсивных вентиляторов необходимо определять производи- тельность при реверсировании вентиляционной струи.

По ПБ она должна быть не менее 60% от производительности при нормальной работе.

6.3. Определение мощности вентилятора и среднегодового расхода электроэнергии на проветривание

Мощность вентилятора (на его валу) может быть вычислена по фор- мулам:

Пользуясь формулой (6.2) по hmin , hmax определяют максимальную и

минимальную мощности на валу вентилятора, по значениям которых вы- бирают тип и мощность привода вентилятора. В случае применения асин- хронных двигателей при Nmin / Nmax < 0,6 рекомендуется принимать два

двигателя на различные периоды работы вентиляторной установки. При этом мощность каждого из них принимается по максимальному давле- нию вентилятора в пределах каждого периода работы двигателя. Син- хронный двигатель всегда принимается один на весь срок службы вен- тилятора.

Учитывая возможные изменения сопротивления выработок шахты, мощность двигателя обычно принимают с некоторым запасом (10-15%).

Среднегодовой расход электроэнергии вентиляторной установки оп- ределяют по формуле

101

где Nmin, Nmax – соответственно минимальная и максимальная мощности на валу вентилятора, кВт; ηп = 0,9 − 0,95 – к.п.д. редуктора; ηд – к.п.д.

двигателя, значение которого берется из каталога; ηтр = 0,97 – к.п.д.

трансформатора (в случае установки двигателя низкого напряжения); ηс = 0,95 − 0,97 – к.п.д. электрической цепи; ηр = 0,8 − 0,9 – к.п.д. регули-

рования.

Удельный расход электроэнергии на 1 т добычи определяется по формуле

– годовая производительность шахты.

Выбор электрооборудования, аппаратуры автоматизации, вспомога- тельных устройств, аппаратуры управления и других элементов вентиля- торной установки производится на основании их технических характери- стик по справочникам и каталогам.

6.4. Вентиляторные установки проветривания карьеров

6.4.1. Схемы и эксплуатационные параметры установок главного проветривания карьеров

Вентиляторная установка главного проветривания обеспечивает воз- духообмен и нормальные атмосферные условия во всех выработках или в большей части выработок карьера.

Загрязнение атмосферного воздуха карьеров происходит из-за выде- ления пыли и вредных газов при буро-взрывных, выемочно-погрузочных и транспортных работах. На большинстве карьеров удаление вредных при- месей и оздоровление атмосферы в горных выработках осуществляют ес- тественным воздухообменом с окружающим пространством. Однако при наличии интенсивных источников загрязнения карьерной атмосферы есте- ственный воздухообмен оказывается не эффективным. Его возможности резко снижаются с увеличением глубины карьеров. Поэтому в последние годы наряду с внедрением различных способов предотвращения выделе- ние пыли и газов в атмосферу на карьерах все большее распространение получает искусственное проветривание горных выработок при помощи вентиляторных установок.

На рис. 6.5 в качестве примера показана одна из возможных схем ис- кусственного проветривания карьеров. Поток воздуха в прибортовых зонах карьера, где наблюдается наибольшее выделение пыли и газа, создается передвижными вентиляторными агрегатами 1 и он направлен ко входу в вентиляционный шурф 2, связывающий рабочее пространство карьера с

102

подземными выработками 3 дренажной шахты 4. Стационарный вентиля- торный агрегат 5 отсасывает воздух из дренажной шахты, обеспечивая не- обходимый перепад давлений и поступление воздуха в вентиляционный шурф и подземные выработки, как это показано стрелками на рисунке.

В схеме, изображенной на рис. 6.6, искусственное проветривание карьера обеспечивается двумя вентиляторными установками. Вентилятор- ный агрегат 1 по трубному каналу 2 подает чистый атмосферный воздух в застойную зону карьера, а по трубному каналу 3 вентилятор 4 отсасывает загрязненный воздух.

Схемы искусственного проветривания весьма разнообразны и зави- сят от общей конфигурации горных выработок, их глубины, протяженно- сти карьерного поля, климатических условий, направления и интенсивно- сти горных работ, а также интенсивности источников выделения пыли и вредных газов. Подавляющее большинство указанных схем базируется на применении стационарных или передвижных вентиляторных установок, а также на их комбинации.

6.4.2. Расчет вентиляторов главного проветривания для карьеров

Исходными данными для расчета и выбора стационарных вентиля- торов главного проветривания являются расчетные: расход воздуха – Q p и

депрессия – H , необходимая для перемещения воздушного потока в кана- лах внешней сети. Эти величины определяют при проектировании схем проветривания горных выработок. Если протяженность каналов в сети вентилятора изменяется в процессе разработки месторождения, то прини- мают величины максимальной Нmax и минимальной H min депрессий.

Эксплуатационный расчет вентилятора производят по максимальной Нmax депрессии внешней сети и выполняют следующим образом.

103

Расход воздуха с учетом относительной негерметичности каналов внешней сети равен:

где k y – коэффициент, учитывающий утечки воздуха через распредели-

тельную арматуру и пр. ( k y =1,1 – 1,25); Qp – необходимый расход воз-

духа в каналах внешней сети, м3/с.

Величина коэффициента k y принимается большей в тех случаях,

когда проветривание выработок осуществляется через шахтный ствол, используемый для основных грузовых или вспомогательных спуско- подъемных операций.

Выбор типа вентилятора позволяет на основе диаграмм полей ра- бочих режимов путем нанесения на них двух точек, одна из которых имеет координаты Q и Hmax , а другая – Q и H min определить типо-

размер вентилятора.

Если обе точки попадают в поля рабочих режимов двух типов вентиляторов, то предпочтение отдается тому, который обеспечивает необходимые Q и Hmax при большей величине кпд. Для выбора наи- лучшего варианта производят анализ действительных рабочих режимов вентиляторных установок наложением напорной характеристики внеш- ней сети на индивидуальные напорные характеристики вентиляторных агрегатов.

Расчет характеристик внешней сети выполняют при заданных значениях расчетных депрессий по формулам:

при максимальной депрессии

Результаты расчета характеристик внешней сети при максималь- ном и минимальном значениях расчетных депрессий оформляют в виде таблицы, по которой производят построение указанных напорных харак- теристик.

Действительный рабочий режим вентиляторной установки опреде- ляется по точкам пересечения характеристик внешней сети с ветвями напорных характеристик вентилятора. В указанных точках рабочий ре- жим вентилятора должен обеспечивать производительность не меньше расчетной Q .

104

Мощность вентиляторного агрегата определяют по обоим ожидае- мым режимам работы:

при максимальной депрессии

при минимальной депрессии

где ηmax и ηmin – к.п.д. вентилятора при работе соответственно с макси-

мальной и минимальной депрессиями. Величину кпд определяют по соответ- ствующим изолиниям на напорной аэродинамической характеристике венти-

лятора (рис. 6.7 – 6.15).

Необходимую мощность привода вентилятора находят по наибольшей из двух вычисленных величин N1 и N 2 с учетом резерва в 15 %.

Окончательный выбор вентилятора производят на основе технико- экономического сравнения возможных вариантов с анализом эксплуатацион- ных и капитальных затрат.

105