Вентиляторы относятся к классу турбомашин. В горной промышленности широкое распространение получили центробежные и осевые вентиляторы.
- Основные функциональные элементы вентиляторных установок
- Назначение вентиляторных установок
- Центробежный вентилятор
- Основные модели центробежных вентиляторов
- Вентилятор ВЦД-47,5А
- Осевой вентилятор главного проветривания типа ВОД
- Вентиляторы ВОД-11П и ВОД-16П
- Вентилятор ВОД-50
- Статическое к.п.д вентилятора
- Напорная характеристика осевых вентиляторов
- Режим работы осевых вентиляторов
- Нерегулируемый электропривод
- Автоматизация вентиляторных установок
- Правила безопасности эксплуатации вентиляторных установок
Основные функциональные элементы вентиляторных установок
Вентиляторы — основные функциональные элементы вентиляторных установок, включающих в себя:
- подсоединенные к вентилятору (вентиляторам) электродвигатели,
- входные и выходные устройства (подводящие каналы, диффузор, выходную часть),
- вспомогательные устройства для переключения и реверсирования воздушной струи,
- пускорегулирующую и контролирующую аппаратуру,
- звукопоглощающие устройства.
Назначение вентиляторных установок
Вентиляторные установки по назначению делятся на главные, вспомогательные и местного проветривания.
- Главные вентиляторные установки служат для проветривания всех действующих выработок шахты, рудника или карьера. Они работают по всасывающей, нагнетающей и комбинированной схемам вентиляции.
- Вспомогательные вентиляторные установки предназначены для проветривания стволов и капитальных выработок при их проходке, а также отдельных участков горного предприятия.
- Вентиляторные установки местного проветривания используют для вентиляции тупиковых выработок, забоев и отдельных застойных зон. В соответствии с назначением вентиляторных установок подразделяются и вентиляторы: главного проветривания, вспомогательные и местного проветривания.
Центробежный вентилятор
Центробежные вентиляторы главного проветривания в соответствии с ГОСТ 11004—84 изготовляются одноступенчатыми с односторонним ВЦ и двусторонним ВИД подводом воздуха с диаметрами рабочих колес от 1,5 до 4,7 м, номинальной подачей воздуха от 10 до 630 м3/с и номинальным статическим давлением от 2400 до 7000 Па.
Вентилятор состоит из корпуса, ротора, направляющих и спрямляющих аппаратов, с присоединенными коллектором и входной коробкой.
Конструктивные особенности вентиляторов обусловлены числом сторон всасывания и расположением рабочего колеса относительно подшипниковых опор, которые могут быть консольными и центральными.
Консольное расположение рабочего колеса применяется в вентиляторах одностороннего всасывания малых типоразмеров. Центральное расположение рабочего колеса используется в вентиляторах двустороннего всасывания больших типоразмеров.
Схема центробежного вентилятора одностороннего всасывания показана на рис. 7.4.
- Спиральные корпуса вентиляторов 1 малых типоразмеров выполнены в виде сварных конструкций из листовой и уголковой стали. Крупные вентиляторы имеют корпуса, выполненные частично из металла, а частично (нижняя часть корпуса) из железобетона.
- Рабочее колесо 3 состоит из ступицы, переднего и заднего дисков, между которыми установлены лопатки крыловидной формы.
- Неподвижный осевой направляющий аппарат 4 служит для регулирования режима работы вентилятора. Он имеет плоские лопатки, которые с помощью механизма одновременного поворота могут быть повернуты от +90° (всасывающее отверстие перекрыто) до 0° (лопатки установлены в плоскости оси вала) и далее до — 10 или — 30°.
- При углах от 0 до +90° воздух в осевом направляющем аппарате закручивается в сторону вращения рабочего колеса, снижая давление, подачу и потребляемую вентилятором мощность.
- При установке лопаток на отрицательный угол воздух закручивается против направления вращения рабочего колеса, что приводит к увеличению давления и подачи вентилятора.
- При угле установки лопаток 90° они полностью перекрывают всасывающее отверстие вентилятора. Такая установка лопаток применяется при запуске вентилятора.
Выходными устройствами центробежных вентиляторов служат обычно спиральные корпуса 1, формирующие поток и направляющие его от входного сечения колеса к выходному отверстию 2 вентилятора, а также частично преобразующие динамическое давление потока в статическое.
Основные модели центробежных вентиляторов
В настоящее время заводами выпускаются следующие центробежные вентиляторы одно- и двустороннего всасывания, предназначенные для главного проветривания шахт и рудников (цифра в маркировке означает размер диаметра рабочего колеса в дециметрах):
- ВЦ-25М,
- ВЦ-31,5М,
- ВЦЦ-31,5М,
- ВЦД-47,5У,
- ВЦД-47,5А;
для проветривания стволов и околоствольных выработок:
- ВЦ-11М,
- ВШЦ-16,
- только для проветривания забоев шахтных стволов ВЦП-16.
Вентилятор ВЦД-47,5А
Самым крупным отечественным центробежным вентилятором является вентилятор ВЦД-47,5А.
Он имеет рабочее колесо диаметром 4750 мм, подачу в пределах рабочей зоны 90-680 м3/с, статическое давление 0—88 Па, максимальный статический к.п.д. 0,865, мощность приводных двигателей 4800 кВт.
Вентилятор предназначен для глубоких труднопроветриваемых шахт и рудников, он может работать при изменении температуры окружающей среды от +50 до — 50°С.
Осевой вентилятор главного проветривания типа ВОД
Осевые вентиляторы главного проветривания типа ВОД (вентилятор осевой двухступенчатый) выпускаются серийно с подачей от 15 до 580 м3/с и статическим давлением от 600 до 3200 Па и предназначены для проветривания горных предприятий с относительно небольшим сопротивлением вентиляционной сети.
Вентилятор (рис. 7.5) состоит:
- из ротора с рабочими колесами 9 (первой и второй ступеней),
- корпуса 5 с направляющим б и спрямляющим 7 аппаратами,
- переднего обтекателя 77,
- главного вала 10,
- коллектора 4,
- трансмиссионного вала 3,
- диффузора 8 и тормоза 2.
Ротор вентилятора соединяется с электродвигателем 7 с помощью трансмиссионного вала 3 и муфты 72.
Рабочие колеса имеют по 12 лопаток, закрепленных затворами на втулках. Затворы позволяют изменять угол установки лопаток в интервале 15—45° для регулирования подачи и давления.
Направляющий аппарат 6 раскручивает поток воздуха, выходящий из первой ступени вентилятора, и обеспечивает его подачу в рабочее колесо второй ступени — под необходимым углом.
Поток воздуха после второй ступени раскручивается спрямляющим лопаточным аппаратом 7.
Направляющий и спрямляющий аппараты имеют по 14 поворотных лопаток, снабженных механизмом одновременного поворота.
Вентиляторы ВОД-11П и ВОД-16П
Вентиляторы ВОД-11П и ВОД-16П предназначены для проветривания шахт и рудников малой производственной мощности.
В качестве вентиляторов главного проветривания применяются реверсивные вентиляторы:
- ВОД-21М,
- ВОД-31М,
- ВОД41М,
- ВОД-50,
которые имеют единую компоновочную схему:
- первое рабочее колесо — регулируемый направляющий,
- аппарат — второе рабочее колесо
- — спрямляющий аппарат с поворотными лопатками.
Вентилятор ВОД-50
Наиболее крупный из осевых вентиляторов — это вентилятор ВОД-50:
- диаметр рабочих колес 5000 мм,
- номинальная подача 310м3/с,
- статическое давление в пределах рабочей зоны 880—3220 Па,
- потребляемая мощность 400-2100 кВт.
В качестве вентиляторов местного проветривания применяются в основном осевые вентиляторы с электрическим (ВМЭ-4, ВМЭ-5, ВМЭ-6, ВМ-12) и пневматическим приводами (ВМП4, ВМП-5, ВМП-6).
Вентиляторы местного проветривания должны перекрывать диапазон подач от 1 до 20 м3/с при номинальном полном давлении не менее 800 Па.
Для проветривания тупиковых горных выработок вентиляторы с электроприводом должны иметь взрывобезопасное исполнение. Пневматические вентиляторы применяются только в тех условиях, где не могут использоваться электрические вентиляторы.
Вентиляторы могут работать на нагнетание (нагнетательный способ проветривания) и на всасывание (всасывающий способ проветривания).
Статическое к.п.д вентилятора
При работе на всасывание (так работает большинство вентиляторов главного проветривания) используется понятие статического к.п.д., представляющего собой отношение полезной мощности Nп, соответствующей статическому давлению, к потребляемой мощности N:
(7.5)
Полезная мощность (кВт):
(7.6)
где
- Рст — статическое давление, Па;
- Q — подача вентилятора, м3/с.
С учетом (7,5) выражение (7.6) имеет вид
Вентиляторы, как и насосы, должны обеспечивать необходимую подачу и обладать экономичностью и устойчивостью работы. Исходя из последних двух условий, на напорной характеристике вентиляторных установок выделяют рабочую зону.
Режим работы вентиляторной установки главного проветривания считается экономичным, если ηу. ст > 0,6 (рис. 7.6), местного проветривания, если ηу. ст > 0,5.
Напорная характеристика осевых вентиляторов
Центробежные вентиляторные установки имеют напорную характеристику ру ст (рис. 7.6, а), для которой все режимы работы устойчивы. В этой связи рабочая зона 1—2 напорной характеристики вентилятора определяется только из уровня экономичности.
Напорная характеристика осевых вентиляторов обычно седлообразная (рис. 7.6, б) и может в некоторых случаях иметь разрыв. Поэтому осевые вентиляторы в некотором диапазоне подач Q могут иметь неустойчивый режим работы.
При малых подачах Q, где напорная характеристика ру ст имеет впадины и разрывы, рабочая зона ограничивается условием устойчивости (точка 1), а при больших Q — условием экономичности (точка 2).
Режим работы осевых вентиляторов
Режим работы осевых вентиляторов регулируется изменением углов установки лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов, у вентиляторов главного проветривания допускается снятием лопаток через одну на рабочем колесе второй ступени.
Центробежные вентиляторы регулируются изменением углов установки лопастей направляющих аппаратов и частоты вращения рабочего колеса, а также комбинацией этих способов.
Вентиляторные установки в соответствии с ПБ должны иметь резерв по подаче от 20 до 45% и обеспечивать реверсирование воздушного потока (в случае возникновения пожара) не более чем за 10 мин, при этом подача должна составлять не менее 60% нормальной.
Правила безопасности также требуют, чтобы вентиляторные установки были оборудованы двумя одинаковыми вентиляторами — рабочим и резервным.
Главные вентиляторные установки располагаются на поверхности у устья герметически закрытых стволов, шурфов, штолен, скважин.
Рабочий и резервный вентиляторы соединяются со стволом шахты системой вентиляционных каналов — подводящего, всасывающих, нагнетательных, обводных, диффузора с входной частью. Каналы выполняются в бетоне в комплексе со зданием, в котором размещаются вентиляторные агрегаты.
Центробежные вентиляторы являются нереверсивными, поэтому установки с такими вентиляторами имеют обводные каналы, по которым воздух нагнетается в шахту при изменении направления воздушной струи системой ляд или вертикальных дверей.
Большинство осевых вентиляторов типа ВОД являются реверсивными. Воздушная струя реверсируется изменением направления вращения рабочих колес и угла установки лопаток направляющих и спрямляющих аппаратов.
Установка с реверсивными осевыми вентиляторами не имеет обводных каналов, реверсивных ляд, дверей, что упрощает общее устройство вентиляторных установок.
Нерегулируемый электропривод
Вентиляторы главного проветривания в большинстве случаев оснащаются нерегулируемым электроприводом.
- При потребляемой мощности до 100—150 кВт в приводе вентиляторов используются низковольтные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.
- При мощности от 150 до 350 кВт — низковольтные синхронные двигатели на напряжение 380 В.
При мощности более 350 кВт применяются высоковольтные синхронные двигатели (напряжение 3000/6000 В).
Автоматизация вентиляторных установок
Для автоматизации вентиляторных установок главного проветривания в настоящее время выпускается унифицированная аппаратура автоматизации шахтных вентиляторов УКАВ-2.
С ее помощью автоматизируются установки, оснащенные одним или двумя осевыми (нереверсивными или реверсивными) или центробежными (одно- или двустороннего всасывания) вентиляторами с электроприводом от синхронных (асинхронных) двигателей низкого и высокого напряжения.
Правила безопасности эксплуатации вентиляторных установок
В соответствии с Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах при эксплуатации главных вентиляторных установок должны измеряться их подача и давление при прямой и реверсивной работе.
- Для этого главные вентиляторные установки шахт третьей категории, сверхкатегорных и опасных по выбросам снабжаются самопишущим депрес-сиометром и расходомером.
- Вентиляторные установки местного проветривания располагаются в подземных выработках.
- Расстояние от конца вентиляционных труб до забоя не должно превышать в газовых шахтах 8 м, в негазовых — 12 м.
- Для снижения шума вентиляторы местного проветривания снабжаются специальными глушителями шума.