Шахтные вентиляторы

Вентиляторы относятся к классу турбомашин. В горной промышленности широкое распространение получили центробежные и осевые вентиляторы. Вентиляторы — основные функциональные элементы вентиляторных установок, включающих в себя также подсоединенные к вентилятору (вентиляторам) электродвигатели, входные и выходные устройства (подводящие каналы, диффузор, выходную часть) и вспомогательные устройства для переключения и реверсирования воздушной струи, а также пускорегулирующую и контролирующую аппаратуру и звукопоглощающие устройства.

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.

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.

image353-4039524

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.

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 и только для проветривания забоев шахтных стволов ВЦП-16.

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

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.

image355-6183885

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 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.

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). 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:

image357-1241794            (7.5)

Полезная мощность (кВт):

image359-8289807          (7.6)

где Рст — статическое давление, Па; Q — подача вентилятора, м3/с.

С учетом (7,5) выражение (7.6) имеет вид

image361-1925239

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.

image363-9414786

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 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.

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).

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.

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.

Оцените статью
Горные машины - спецтехника