5.1.2. Классификация вентиляторных установок

В качестве основного оборудования стационарных установок главного проветривания карьера и дренажных шахт используются шахтные вентиляторы, параметры которых определены ГОСТ 11004-75. В соответствии с указанным стандартом в настоящее время серийно выпускаются или подготавливаются к серийному выпуску около 20 моделей крупных шахтных вентиляторов, которые обеспечивают режимы проветривания горных выработок при расчетных подачах воздуха до 500м³/с и статических депрессиях до 8000 Па.

Независимо от параметров все вентиляторы относятся к классу лопастных гидромашин (турбомашин), в которых преобразование механической энергии в гидравлическую осуществляется за счет силового взаимодействия лопастей вращающегося рабочего колеса с потоком жидкости (воздуха). Рабочий процесс лопастных вентиляторов и лопастных насосов одинаков. Поэтому принципиальные аспекты рабочего процесса лопастных вентиляторов и насосов, а также их взаимодействие с внешней сетью имеют одинаковое математическое описание.

В настоящее время разработаны и выпускаются промышленностью два типа лопастных вентиляторов главного проветривания: осевые и центробежные. Установки с осевыми вентиляторами, как правило, более компактны, обладают способностью реверсирования воздушной струи путем изменения направления вращения рабочего колеса. Их средний к.п.д. несколько выше, чем установок с центробежными вентиляторами. Однако осевые вентиляторы имеют меньшую напорность в сравнении с центробежными. Повышение их напорности достигается за счет более сложных двухступенчатых и трехступенчатых схем. Существенным недостатком осевых вентиляторов является также высокий уровень шума, создаваемый при работе, требующий применения специальных глушителей. Рабочий процесс лопастных вентиляторов и лопастных насо­сов одинаков. Поэтому принципиальные аспекты рабочего процесса ло­пастных вентиляторов и насосов, а также их взаимодействие с внешней сетью имеют одинаковое математическое описание, а формулы и основные выводы, полученные в главах 2 и 3 предыдущего раздела, распространяются как на насосы, так и на вентиляторы.

В настоящее время разработаны и выпускаются промышленностью два типа лопастных вентиляторов главного проветривания: осевые и центробежные. Установки с осевыми вентиляторами, как правило, более компакт­ны, обладают способностью реверсирования воздушной струи путем из­менения направления вращения рабочего колеса. Их средний к.п.д. несколько выше, чем установок с центробежными вентиляторами. Однако осевые вентиляторы имеют меньшую напорность в сравнении с центробежными. Повышение их напорности достигается за счет более сложных двухступенчатых и трехступенчатых схем. Существенным недостатком осевых вентиляторов является также высокий уровень шума, создаваемый при работе, требующий применения специальных глушителей.

Для маркировки осевых вентиляторов главного проветривания приняты следующие буквенные индексы: ВО (вентиляторы соевые) - одноступенчатые, ВОД — двухступенчатые и ВОТ - трехступенчатые. В настоящее время разработаны и серийно выпускаются шесть типоразмеров осевых двухступенчатых вентиляторов: ВОД-11, ВОД(ВВВ)-16, ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50. Цифры после буквенного индекса вентилятора означают диаметр его рабочего колеса в дециметрах.

Вентиляторы ВОД-11, ВОД-21, ВОД-40 и ВОД-50 выполнены по одина­ковой аэродинамической схеме. Вентилятор ВОД-11 имеет нереверсивное исполнение, остальные - реверсивные. Согласно ПБ расход воздуха по подземным выработкам при реверсивном режиме проветривания должен составлять не менее 60% расхода воздуха по ним при нормальном режиме.

Основными рабочими узлами вентилятора ВОД-30 (рис.5.3) являются лопастные колеса 4 и 7 соответственно первой и второй ступеней, между которыми установлен поворотный направляющий лопаточный аппарат 5 с механизмом поворота 6. Направляющий аппарат раскручивает поток воздуха, выходящий из первой ступени вентилятора, и обеспечивает его подачу ко второй ступени под необходимым углом к направлению враще­ния рабочего колеса. Угол установки лопаток рабочего колеса состав­ляет 15-45° и при необходимости может изменяться с шагом в 5°, для чего предусмотрен соответствующий поворотный механизм крепления ло­пастей к ступице колеса. Каждое рабочее колесо имеет по 12 лопаток.

Рис. 5.3. Вентилятор ВОД-30.

Поток воздуха после второй ступени вентилятора раскручивается спрямляющим лопаточным аппаратом 3, снабжённым механизмом поворота 9. Направляющей 5 и спрямляющий 8 аппараты имеют по 14 лопаток. Угол их установки при нормальном режиме составляет 76°. При реверсировании вентилятора лопатки направляющего и спрямляющего аппаратов развора­чивают на угол 153-153°. На входе в протечную часть вентилятора ус­тановлен обтекатель (кок) 3, через отверстие в котором пропущен транс­миссионный вал 2, соединяющий ротор вентилятора с ротором приводного двигателя 11. На выходе вентилятора установлен диффузор 10, в котором динамический напер вентилятора частично преобразуется в статический. Зал двигателя с трансмиссионным валом соединен посредством зубчатой или пальцевой муфты 1.

Вентилятор ВОД-П, в отличие от остальных, имеет неподвижные лопатки в направляющем и спрямляющем аппаратах.

У вентилятора ВОД (ЗВВ)-16 (вентилятор встречного вращения) рабочие колеса ступеней имеют взаимно обратное направление вращения и снабжены самостоятельными приводными двигателями. При такой аэродинамической схеме отпадает необходимость в межступенном направляющем аппарате, а реверсирование воздушной струи достигается изме­нением направления вращения рабочих колес.

Компоновочная схема установок с осевыми реверсивными вентиляторами (рис.5.4) значительно проще установок, оборудованных нереверсивными агрегатами.

Рис. 5.4. Компоновочная схема установки с осевым реверсивным вентилятором главного проветривания.

Установка главного проветривания, как правило, оборудует­ся двумя вентиляторными агрегатами (рабочим 1 и резервным 2), име­ющими общие подвод 3 и отвод 4. Последние соединены с протечной частью вентиляторов посредством каналов, перекрываемых ладами 5. В от­воде установки располагаются глушители шума 6. Глушитель шума состоит из пяти - семи параллельных стенок, выложенных из звукопоглощающих шлакоблоков, посредством которых исходящий поток разделяется на несколько струй.

В качестве привода вентиляторов ВОД-11 и ВОД-16 используют асинхронные электродвигатели, остальные вентиляторы серии ВОД снабжены синхронными электродвигателями. Заводы-изготовители вместе с основ­ным оборудованием вентиляторных агрегатов поставляют и аппаратуру дистанционного управления установками.

Осевые вентиляторы имеют, как правиле, седлообразную напорную характеристику (рис.5.5), а в некоторых случаях она имеет разрыв (показано пунктиром), исключающий воз­можность устойчивой работы агрегата в определенном диапазоне подач. Рабочий режим вентилятора на всем участке впа­дины напорной характеристики и в облас­ти малых подач отличается крайней неус­тойчивостью, повышенными вибрациями и помпажем.

Рис. 5.5. Напорная характеристика осевого вентилятора.

Рабочая зона напорной характеристики соевых вентиляторов со стороны малых подач определяется границей устойчивых рабочих режи­мов, а со стороны больших подач ограничивается экономичной ве­личиной статического к.п.д. (η_ст> 0,6).

На рис.5.6 приведены поля рабочих режимов вентиляторов серии ВОД, пользуясь которыми можно производить предварительный их выбор при эксплуатационных расчетах вентиляторных установок.

Рис. 5.6. Поля рабочих режимов вентиляторов марки ВОД.

Центробежные вентиляторы

На рис.2.7 приведены поля рабочих режимов шахтных центробежных вентиляторов главного проветривания, выпускаемых серийно или подготавливаемых к серийному выпуску. В буквенных индексах марок центробежных вентиля­торов приняты следующие обозначения: В - вентилятор, Ц – центробежный, Д - двустороннего входа, 3-е поворотными закрылками рабочих лопас­тей, Ш - шурфовый, П - проходческий. В числителе числового индекса указан диаметр рабочего колеса, а в знаменателе - частота вращения вентилятора.

Рис. 5.7. Поля рабочих режимов центробежных вентиляторов главного проветривания шахт.

Вентилятор ВЦД-32м (рис.5.8) состоит из рабочего колеса 3 двухстороннего входа, насажанного на вал 2, вращающийся в подшипниковых опе­рах 1, а также герметичного корпуса 4, формирующего спиральные под­вод и отвод. На входе в рабочее колесо установлены поворотные лопа­точные направляющие аппараты 5, снабженные кольцевыми редукторами 6 с дистанционным приводом. Вентиляторный агрегат снабжен регулируемым электроприводом.

Рис. 5.8. Вентилятор ВНЛ.

Все шахтные центробежные вентиляторы имеют поворотные лопаточные направляющие аппараты, снабженные специальными механизмами поворота. Концевые участки лопастей (закрылки) вентилятора ВЦЗ-32 выполнены поворотными. Фиксация закрылков может производится через 10° на 30° в сторону увеличения угла загиба лопасти на выходе из колеса и на угол 20° в сторону уменьшения указанного угла. Лопасти остальных вентиляторов имеют цельносварную конструкцию и жестко закреплены между передними и задними дисками рабочего колеса.

Вентиляторные агрегаты ВЦ-7, В1Щ-8, ВЦ-П, ВЦП-16 и ВЦЦ-16 снабжены асинхронными двигателями. В качестве привода вентиляторов ВЦ-25, ВЦ-32 и ВЦЗ-32 используют синхронные электродвигатели. На крупных вентиляторах типа ВЦЦ-32м, ВЦЦ-40 и ВЦЦ-47 предусматри­вается применение машинно - вентиляторных асинхронных каскадов, обеспечивающих изменение частоты вращения рабочего колеса в диапазоне 300-595 об/мин (ВЦЦ-32М и ВЦД-40) и 250-490 об/мин (ВЦЦ-47). Каждую модель вентилятора с нерегулируемым приводом можно исполь­зовать с двигателями двух типоразмеров, имеющими разные частоты вра­щения.

Рабочие колеса центробежных вентиляторов главного проветривания имеют лопатки, загнутые назад, что обеспечивает сравнительно высокий к.п.д. агрегатов. Напорные характеристики этих вентиляторов, как правило, имеют точку максимума, которая располагается вблизи режима максимального к.п.д. Эта точка обычно определяет границу рабочей зоны напорной характеристики со стороны малых подач, а со стороны больших подач эта зона ограничивается экономичной величиной статического к.п.д. (0,6), как и у осевых вентиляторов. Расширение зоны рабочих режимов производится за счет регулирования вентиляторных агрегатов.