Шахтные вентиляторы. И. Г. Ивановский шахтные вентиляторы

• Название: И. Г. Ивановский шахтные вентиляторы
• Анкор: Шахтные вентиляторы.pdf
• Дата: 10.03.2018
• Размер: 1.92 Mb.
• Имя файла: Шахтные вентиляторы.pdf
• Тип: Учебное пособие; #16478
• страница: 2 из 10

Угол поворота лопаток рабочего колеса (
θ
рк
). Углом пово- рота лопаток рабочего колеса считается угол, образуемый хордой профиля лопатки рабочего колеса и плоскостью вращения по- следнего. По условиям эффективности аэродинамической схемы осевых вентиляторов этот угол может колебаться в пределах
15
÷
45
о
, его изменение приводит к изменению основных парамет- ров – производительности и депрессии вентилятора. Таким обра- зом, угол поворота лопаток рабочего колеса является регулиро- вочным параметром. В первых разработках осевых вентиляторов лопатки рабочего колеса крепились к последнему неподвижно ( с помощью сварки), у этих вентиляторов отсутствовала возмож- ность регулирования режимов. Современные шахтные осевые вентиляторы выпускаются, как правило, с регулируемым углом установки лопаток.

Глава 1. Конструкции и параметры вентиляторов
13
Более того, в последних разработках конструкций шахтных вентиляторов предусмотрены механизмы для одновременного и плавного изменения этого угла. Такой вид регулирования режи- мов работы вентиляторов называют грубой регулировкой.
Угол поворота лопаток направляющего аппарата (
θ
на
).
Углом поворота лопаток направляющего аппарата принято счи- тать угол между хордой профиля лопатки и плоскостью, прохо- дящей через ось рабочего колеса. Этот параметр вентилятора так- же относится к регулировочным. Лопатки направляющего аппа- рата могут быть закреплены жестко, в этом случае возможность регулировки отсутствует ( вентиляторы ВОКД и более ранние), и могут иметь изменяемый угол установки. Изменяемый угол пово- рота лопаток направляющего аппарата имеют все современные центробежные вентиляторы и осевые вентиляторы серий ВОКР и
ВОД. Как правило, угол поворота лопаток может изменяться в пределах 0
÷
90
о
. Поворот лопаток направляющего аппарата у цен- тробежных вентиляторов на 90
о фактически перекрывает входное сечение коллектора, сокращая до минимума производительность вентилятора и, естественно, нагрузку на валу вентилятора. Этим приемом пользуются при запуске крупных вентиляторов. Регули- рование рабочих параметров с помощью поворота лопаток на- правляющего аппарата называется тонким регулированием венти- лятора.
Мощность на валу вентилятора (N
В
). Мощность на валу вентилятора (кВт) для любого режима может быть подсчитана по формуле
в
В
В
В
H
Q
N
η
1000
=
, (1.1) где
В
Q
– производительность в расчетном режиме, м
3
/с;
В
H
– депрессия в том же режиме, Па;
в
η
– статический коэффициент полезного действия для этого режима.

И.Г. Ивановский. Шахтные вентиляторы
14
Статический коэффициент полезного действия (
ст
в.
η
).
Поскольку перемещение воздуха осуществляется за счет статического давления, создаваемого вентилятором, в выражении
(1.1) в качестве коэффициента полезного действия используется так называемый «статический» коэффициент полезного действия, который меньше полного КПД вентилятора на 20
÷
30%.
Величина максимального статического коэффициента по- лезного действия зависит от аэродинамической схемы вентилято- ра. Максимальный статический коэффициент полезного действия современных шахтных осевых вентиляторов достаточно высок и колеблется в пределах от 0,78 ( ВОКР-1,8) до 0,81 ( ВОД-11), у центробежных вентиляторов этот параметр немного выше –
0,84
÷
0,86.
Вопросы для самоконтроля
1.
Чем отличаются шахтные вентиляторы от других венти- ляторов, применяемых в промышленности?
2.
Представьте конструкцию осевого вентилятора, назовите основные узлы и поясните их назначение.
3.
Представьте конструкцию центробежного вентилятора, назовите основные узлы и поясните их назначение.
4.
Назовите основные параметры вентилятора, приведите единицы измерения этих параметров и величину в приложении к применяемым шахтным вентиляторам.
5.
Какие из параметров вентиляторов называются регулиро-
вочными? Почему?

Характеристики вентиляторов
Понятие
Все основные параметры вентилятора связаны между собой через аэродинамическую схему этого вентилятора. Изменение производительности вентилятора приводит к изменению других параметров – депрессии, потребляемой мощности и коэффициен- та полезного действия. Для успешного использования вентилято- ра в системе проветривания шахты необходимо четко представ- лять эту связь параметров. С этой целью в теорию и практику применения вентиляторов введено понятие « характеристика вен- тилятора».
Поскольку получить корректные аналитические зависимо- сти для нерасчетных режимов работы вентилятора до настоящего времени практически не удалось, речь может идти только о гра- фическом выражении этих зависимостей.
Графики характеристик выполняются в соответствующих осях – H-Q, N-Q и
η
-Q.
Названные выше характеристики удобно свести в один гра- фик, представляющий собой единую полную аэродинамическую
Характеристикой вентилятора принято назы-
вать графическую интерпретацию связи между его
производительностью и другими основными пара-
метрами – депрессией, потребляемой мощностью и
коэффициентом полезного действия
.
Глава 2

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
16
характеристику вентилятора для какого–то постоянного числа оборотов рабочего колеса. Этот график некоторые авторы [8] на- зывают полной характеристикой вентилятора. Вид такой характе- ристики представлен на рис.2.1.
Рис. 2.1. Основные аэродинамические характеристики вентилято- ра:
1– H-Q; 2 – N-Q; 3 –
η
-Q
Определяющими параметрами при выборе вентилятора для работы в системе вентиляции шахты являются его производи- тельность и депрессия, это параметры, которые должны обеспе- чивать потребности шахты в воздухе с учетом аэродинамическо- го сопротивления сети. Приведенное обстоятельство предопреде- ляет необходимость выбора вентилятора по его напорной харак- теристике (H-Q). Другие зависимости (N-Q и
η
-Q) только отра- жают затраты энергии на проветривание сети.
Напорная характеристика вентилятора
Форма кривой напорной характеристики зависит от типа вентилятора, его аэродинамической схемы, скорости вращения и формы рабочего колеса, угла установки и формы лопаток рабоче- го колеса.

Глава 2.Характеристики вентиляторов
17
Существует три основных типа напорных характеристик вентиляторов:
F
характеристики вентиляторов, у которых депрессия неук- лонно снижается с ростом производительности (рис. 2.2, а). Такие характеристики называются монотонными, они присущи осевым вентиляторам с малыми углами установки лопаток рабочих колес и некоторым центробежным;
F
характеристики вентиляторов, у которых кривая имеет ярко выраженный максимум ( рис. 2.2, б). Это так называемые
«горбатые» характеристики, такими характеристиками обладает большинство центробежных вентиляторов;
F
характеристики вентиляторов, у которых кривая имеет максимум ( иногда два) и минимум ( рис. 2.2, в). Эти характери- стики называются многогорбыми, или седловидными, такие ха- рактеристики принадлежат большинству современных быстро- ходных осевых вентиляторов, с большими углами установки ло- паток рабочего колеса.
Рис.2.2. Формы напорных характеристик:
а – монотонная; б – горбатая; в – многогорбая
Напорная характеристика может встречаться и использо- ваться в нескольких вариантах: частная характеристика, индиви- дуальная характеристика, безразмерная характеристика. Чаще других в практике работы с вентиляторами используется индиви- дуальная.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
18
Индивидуальная характеристика вентилятора и сводный график серии
Напорная характеристика, отражающая соотношение меж- ду производительностью и депрессией при постоянной скорости вращения рабочего колеса и постоянном угле поворота лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата называется частной
характеристикой. При изменении скорости вращения рабочего колеса или угла установки лопаток положение характеристики в системе координат H-Q меняется. Если на систему координат нанести некоторое количество частных характеристик, разли- чающихся углом установки лопаток рабочего колеса или направ- ляющего аппарата, в системе координат появится семейство ча- стных характеристик, построенное по углу установки лопаток.
Аналогично можно получить семейство частных характеристик, построенное по скорости вращения. Характеристики в этих се- мействах будут подобными.
Почти постоянная величина депрессии в районе горизон- тального участка максимума горбатой и многогорбой характери- стик и снижение депрессии левее максимумов чреваты возмож- ностью неустойчивой работы вентилятора, при которой могут возникнуть случайные или периодические колебания в подаче воздуха в вентиляционную сеть, колебания мощности на валу вентилятора, изменения механической нагрузки на элементы конструкции вентиляторной установки. Эта неустойчивость в работе особенно отчетливо проявляется у осевых вентиляторов, характеристики которых могут иметь не только резкие впадины, но и разрывы левее максимумов. Для центробежных вентилято- ров, характеристики которых имеют плавные формы, это явление выражается в менее значительной степени.
Это обстоятельство вызывает необходимость запрещения эксплуатации вентиляторов на участках характеристик, находя- щихся в районе максимума и левее его. Для обеспечения устой- чивой работы вентилятора во время эксплуатации при его выборе должно соблюдаться условие max
9
,
0 H
Hв
≤
(2.1)

Глава 2.Характеристики вентиляторов
19 т.е. вентилятор может при работе на сеть создавать депрессию, не превышающую 90% от максимально возможной по характери- стике.
С другой стороны, вентилятор является машиной, коэффи- циент полезного действия которой изменяется в широких преде- лах в зависимости от сочетания производительности и депрессии.
Как правило, коэффициент полезного действия уменьшает- ся при перемещении режима работы сверху вниз по ниспадаю- щей ветви характеристики. В настоящее время при эксплуатации вентилятора считается допустимой его работа в режиме, удовле- творяющем условию
6
,
0
≥
и
η
(2.2)
Условие (2.1) ограничивает рабочий участок характеристи- ки вентилятора сверху, а условие (2.2) – снизу.
На рис.2.3,а показано семейство частных характеристик вентилятора ВЦД-47, построенных по скорости вращения, а на рис. 2.3,б – семейство частных характеристик вентилятора ВОД-
50, построенных по углу поворота лопаток рабочего колеса.
На обоих рисунках кривая a-b проведена в соответствии с условием (2.1), а кривая c-d – в соответствии с условием (2.2.).
Кривая b-c на этих рисунках представляет собой частную характеристику, построенную по максимально возможному углу поворота лопаток рабочего колеса для вентилятора ВОД-50 и – по максимально возможной скорости вращения рабочего колеса для вентилятора ВЦД-47. Кривая a-d на рисунках представляет собой частную характеристику для минимально возможного угла поворота лопаток ( ВОД-50) и минимально возможной скорости вращения рабочего колеса (ВЦД-47).
При наличии возможности плавного изменения угла пово- рота лопаток у вентилятора ВОД-50 и плавного изменения скоро- сти вращения рабочего колеса у вентилятора ВЦД-47 соответст- венно, эти вентиляторы могут работать в любом режиме, нахо- дящемся внутри фигуры a-b-c-d. При этом, для этих режимов га- рантирована надежность и устойчивость – границей a-b, эконо- мическая эффективность – границей a-d и техническое обеспе- чение – границами b-c и a-d.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
20
Полученное в результате ограничений семейства частных характеристик поле называется областью полезного использова- ния (ОПИ).
В области полезного использования обычно показывают несколько частных характеристик, соответствующих максималь- ному, минимальному и небольшому числу промежуточных регулировочных параметров. На рис. 2.3, б – для углов поворота лопаток от 15 до 40
о через 5
о
, на рис. 2.3,а – для скорости враще- ния 250
÷
490 мин
–1
через 50 мин
–1
. Кроме этого, в области по- лезного использования показаны кривые, соединяющие точки на частных характеристиках с одинаковым коэффициентом полезно- го действия, на рис. 2.3, б – в интервале 0,60
÷
0,80 через 0,05; на рис.2.3, а – в интервале 0,60
÷
0,85.
Рис. 2.3. Индивидуальные характеристики: а – вентилятора ВЦД-47; б – вентилятора ВОД-50
Полученная путем таких преобразований напорная харак- теристика называется индивидуальной характеристикой вентиля- тора. В технической литературе можно встретить и другие ее на- звания – заводская эксплуатационная характеристика [8] и уни-
версальная характеристика [4].

Глава 2.Характеристики вентиляторов
21
Общее представление о возможностях использования от- дельных типов вентиляторов можно получить из сводных графи- ков рабочих зон вентиляторов (рис.2.4).
Рис. 2.4
График зон промышленного использования осевых (а) и центробежных ( б) вентиляторов:
1,2,3,4,5 – соответственно ВОД-16, ВОД-
21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50; 6,7,8,9,10 – соответственно ВЦ-16, ВЦ-25, ВЦ-
31,5М, ВЦД-31,5М и ВЦД-47У

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
22
Безразмерная характеристика вентилятора
При решении задач, связанных с работой вентиляторов, в частности задач по подбору наивыгоднейшего типоразмера вен- тиляторов, удобно пользоваться так называемыми «безразмерны- ми» характеристиками вентиляторов. Эти характеристики свой- ственны данному типу геометрически подобных вентиляторов, образующих единую серию, и не зависят от их размеров и скоро- сти вращения рабочих колес (рис. 2.5).
Рис. 2.5.
Безразмерная характеристика вентиляторов ВЦД для разных углов установки лопаток осевого направляющего аппарата
Преимущество таких характеристик в том, что вместо большого количества индивидуальных характеристик можно ис- пользовать одну характеристику, отражающую свойства рассмат- риваемой серии вентиляторов.
Безразмерные характеристики вентиляторов строятся в осях координат
H
-
Q
. Индивидуальные производительность и депрессия заменяются отвлеченными производительностью (
Q
) и депрессией (
H
), которые определяются по формулам

Глава 2.Характеристики вентиляторов
23
Fu
Q
Q
=
, (2.3)
2
u
H
H
ρ
=
, (2.4) где F – площадь колеса вентилятора, м
2
; u – окружная скорость колеса по концам рабочих лопаток, м;
ρ
– плотность воздуха, принимается равной 1,22 кг/м
3
В связи с введением понятий «отвлеченная производитель-
ность» и «отвлеченная депрессия», такие характеристики также называются отвлеченными.
Безразмерные характеристики центробежных вентиляторов могут быть построены в осях условных
δ
-
µ
, тогда производи- тельность Q заменяется коэффициентом производительности
2 4
kuD
Q
=
δ
, (2.5) где k – число сторон всасывания в аэродинамической схеме серии вентиляторов;
D – диаметр рабочего колеса, м.
Соответственно депрессия Н заменяется коэффициентом де- прессии
2
u
H
ρ
µ =
. (2.6)
На безразмерные характеристики, так же, как и индивиду- альные, наносятся кривые, показывающие изменение коэффици- ентов полезного действия в зависимости от производительности.
При наличии безразмерной характеристики серии можно перейти к индивидуальной характеристике любого типоразмера вентилятора этой серии для любой скорости вращения рабочего колеса, пользуясь выражениями (2.3), (2.4), (2.5) и (2.6).
Напорная характеристика вентилятора в системе координат
H-Q может быть продолжена во второй и четвертый квадранты системы. Естественно, во втором квадранте положительные зна- чения депрессий будут сочетаться с отрицательными значениями

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
24
расходов, а в четвертом квадранте – положительные значения расходов сочетаются с отрицательными значениями депрессий
Напорные характеристики с учетом продолжений во II и
IV квадранты называются полными напорными характеристика- ми (рис.2.6).
Рис.2.6.
Полная характеристика венти- лятора
Эти продолжения представляют теоретический интерес при анализе совместной работы вентиляторов на сеть. В практике инженерных расчетов с полными напорными характеристиками вентиляторов сталкиваться почти не приходится, потому что ча- ще всего они неизвестны.
Способы построения характеристик
Все размеры проточной части проектируемого вентилятора
(рабочего колеса, направляющего и спрямляющего аппаратов, кожуха и диффузора) определяются аэродинамической схемой.
Для получения эффективной аэродинамической схемы проекти- руются, изготавливаются и испытываются на специальном стенде модели будущего вентилятора с рабочим колесом диаметром 500 мм. Модель с лучшими показателями из числа отработанных проходит контрольные испытания. Снимаются аэродинамиче- ские характеристики модели. Если полученные характеристики

Глава 2.Характеристики вентиляторов
25 соответствуют заданным производительности, депрессии и коэф- фициенту полезного действия, схема принимается для дальней- шего использования в качестве стандартной.
Поскольку все размеры в аэродинамической схеме задают- ся в долях от диаметра рабочего колеса по внешним концам ра- бочих лопаток (D
2
), размеры вентилятора с любыми параметрами можно получить по принятой аэродинамической схеме и диамет- ру D
2
Вентиляторы, у которых все проточные размеры пропор- циональны размерам разработанной модели, принято называть
геометрически подобными.
Таким образом, аэродинамическая характеристика получа- ется на стадии проектирования и испытания модели. Это может быть размерная характеристика в осях H-Q или безразмерная (от- влеченная), по которой в дальнейшем, путем пересчета, можно получить индивидуальную характеристику для любого типораз- мера и любой скорости вращения рабочего колеса вентилятора данной серии.
Преобразование безразмерных ( отвлеченных) характери- стик в размерные индивидуальные производится с использовани- ем выражений (2.3), (2.4), (2.5) и (2.6).
Индивидуальные характеристики подобных вентиляторов
(вентиляторов одной серии) могут быть пересчитаны для любого диаметра и любой скорости вращения рабочего колеса, исходя из соотношений, называемых законами подобия
3 2
2 2
1 2
1 2
1








=
D
D
H
H
Q
Q
; (2.7)
2 2
2 2
2 1
2 1
2 1












=
D
D
n
n
H
H
; (2.8)
5 2
2 3
2 1
2 1
2 1












=
D
D
n
n
N
N
, (2.9)

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
26
где
1 2
1 1
1
,
,
,
D
n
H
Q
– параметры вентилятора, характеристика ко- торого принята в качестве исходной для пересчета;
2 2
2 2
2
,
,
,
D
n
H
Q
– параметры вентилятора, характеристику которого предполагается получить пересчетом.
Поскольку чаще всего в практике использования вентиля- торов приходится решать вопрос, связанный с необходимостью получения индивидуальной характеристики вентилятора для дру- гой скорости вращения рабочего колеса (смена двигателя), в вы- ражениях (2.7), (2.8) и (2.9) выпадает член с соотношением диа- метров, поскольку
2 1
2 2
D
D
=
и само выражение упрощается.
При изменении скорости вращения вентилятора возможно применение приема, основанного на оставлении индивидуальной неизмененной характеристики в осях координат H-Q с заменой значений по этим осям на новые, рассчитанные в соответствии с упомянутыми выражениями.
Вопросы для самоконтроля
1.
Какой вид имеют основные зависимости H-Q, N-Q,
η
-Q в соответствующих графиках?
2.
От каких параметров вентилятора зависит форма его на-
порной характеристики?
3.
Почему напорная характеристика считается основной при использовании вентилятора?
4.
Что представляет собой частная характеристика венти- лятора? По каким параметрам строятся частные характеристики?
5.
Результатом каких ограничений семейства частных харак- теристик является поле режимов работы вентилятора, называе- мое областью полезного использования (ОПИ)?
6.
Какие вентиляторы называют геометрически подобными?
7.
Как меняются параметры вентилятора (Q, H, N) при изме- нении числа оборотов в соответствии с законами подобия?
8.
В чем смысл использования безразмерных характеристик?
В каком случае они могут быть применены?

Работа вентиляторов на сеть
Все достоинства и возможности вентилятора могут прояв- ляться далеко не во всех случаях его эксплуатации. Даже совре- менный вентилятор может иметь очень плохие эксплуатационные характеристики при работе на вентиляционную сеть, если эта сеть по своим параметрам не соответствует рабочим параметрам вен- тилятора. В предлагаемой главе рассматриваются вопросы взаи- мосвязи вентиляторов с вентиляционными сетями.
Работа одиночного вентилятора на сеть
Режим работы вентилятора. Индивидуальная характери- стика любого современного шахтного вентилятора представляет собой семейство частных характеристик, построенных на основе изменения скорости вращения рабочего колеса (n рк
) или угла по- ворота лопаток (
θ
рк или
θ
на
). Однако следует помнить, что после окончания регулировки, т.е. выбора конкретной величины скоро- сти вращения и угла поворота лопаток, вентилятор работает на единственной напорной характеристике, соответствующей вы- бранным регулировочным параметрам.
Эта частная характеристика представляет собой ряд точек, имеющих координаты в виде сочетаний Q
В
и H
В
. Значение коор- динат отвечает выражению зависимости H= f(Q), присущему дан- ному вентилятору. Каждая точка характеристики с ее координа- тами – возможный режим работы этого вентилятора.
Глава 3

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
28
С другой стороны, вентилятор при его эксплуатации рабо- тает на определенную вентиляционную сеть. Следуя законам аэ- родинамики, любую сеть можно представить выражением
2
RQ
H
=
, (3.1) где R – аэродинамическое сопротивление сети, Нс
2
/м
8
Это выражение представляет собой общий вид характери- стики сети. Характеристика сети может быть построена в осях H –
Q, если известна величина аэродинамического сопротивления этой сети. Характеристика сети ( рис.3.1, 2) представляет собой параболу, проходящую через начало координат.
Рис.3.1.
Режим работы вентилятора на сеть
Ее крутизна определяется величиной аэродинамического сопротивления. Каждая точка этой кривой имеет координаты в виде сочетаний величин Hс и Qс, т.е. возможный режим в этой се- ти.
Режимом работы вентилятора называется точка
на его напорной характеристике с координатами,
представляющими собой производительность и де-
прессию, развиваемые вентилятором в данном случае

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
29
Если обе характеристики (вентилятора 1 и сети 2) построить в одном масштабе в системе координат ( рис.3.1), при соответст- вии параметров сети возможностям вентилятора, появится точка
А (возможно не одна) пересечения этих характеристик.
Поскольку эта точка одновременно является и режимом ра- боты вентилятора и режимом работы сети, она получила специ- альное название – режим работы вентилятора на сеть.
Режим работы вентилятора на сеть может быть устойчивым и неустойчивым.
Устойчивым режимом считается режим, при котором одно- му значению депрессии соответствует одно значение производи- тельности.
Неустойчивые режимы располагаются у вершины напорной характеристики вентилятора и слева от нее. Неустойчивый режим может быть пульсирующим или многозначным.
В первом случае режим находится в области вершины на- порной характеристики (рис.3.2, а), производительность вентиля- тора изменяется значительно при практически неизменяемой ве- личине давления. Во втором случае ( рис.3.2, б) характеристика вентилятора пересекается с характеристикой сети в нескольких
Режимом работы вентилятора при посто-
янных регулировочных параметрах на конкретную
сеть называется точка пересечения характери-
стик этого вентилятора и этой сети.
Координаты этой точки представляют со-
бой производительность и депрессию, которые
развивает вентилятор, работая на эту сеть.
Режимом работы сети называется точка на ее ха-
рактеристике с координатами, представляющими собой
расход воздуха в сети и депрессию, необходимую для обес-
печения этого расхода.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
30 точках, мало отличающихся по производительности, но заметно отличающихся по давлению. Оба случая вредны как для сети, так и для вентилятора.
Рис.3.2.
Неустойчивые режимы работы вентилятора на сеть:
а – пульсирующий; б – многозначный
Для вентиляционной сети неустойчивая работа вентилятора опасна низкой надежностью и отсутствием гарантий подачи воз- духа в достаточном количестве к потребителям со всеми выте- кающими последствиями. С другой стороны, неустойчивый ре- жим работы вентилятора приводит к возникновению опасных на- пряжений в конструкциях установки и возможности их разруше- ния во время работы.
Устойчивая работа вентилятора на сеть может быть обеспе- чена при соблюдении двух основных условий:
G
рабочий режим вентилятора должен находиться на нис-
ходящей ветви напорной характеристики, справа от ее вершины;
G
величина депрессии, развиваемой вентилятором, должна
составлять не более 90% от максимальной для этой вершины.
Возможность возникновения и характер неустойчивости режима в первую очередь определяется формой напорной харак- теристикивентилятора. Монотонные характеристики всегда га- рантируют устойчивый режим работы, чего нельзя сказать о гор- батых характеристиках и тем более о многогорбых ( седловид- ных). Таким образом, с точки зрения устойчивости, при выборе

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
31 вентилятора предпочтительнее ориентироваться на вентиляторы центробежные и тихоходные осевые.
С другой стороны, положение точки режима зависит и от характеристики сети (рис.3.3). Точки А
1
и А
2
представляют собой устойчивые режимы, чего нельзя сказать о режимах А
3
, А
4
и А
5
Режимная точка тем больше смещается влево, т. е. приближается к зоне неустойчивых режимов на характеристике вентилятора, чем круче характеристика сети или, другими словами, чем больше величина аэродинамического сопротивления сети.
Рис. 3.3. Зависимость режима работы вентилятора от сети:
А - режимы; R - сопротивление сети
Регулирование режимов работы вентилятора. В результате использования напорной частной характеристики вентилятора, соответствующей определенной скорости вращения и определен- ному углу установки лопаток рабочего колеса и ( или) направ- ляющего аппарата, при его работе на сеть можно получить один устойчивый режим. Однако все современные шахтные вентилято- ры снабжаются индивидуальной характеристикой, представляю- щей семейство частных, построенное по одному из регулировоч- ных параметров. В этом случае нанесенная на область полезного использования вентилятора характеристика шахты пересекает множество частных характеристик, построенных по углу поворо- та лопаток рабочего колеса ( рис.3.4) или по скорости вращения
(рис. 3.5).

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
32
Режимы работы вентиляторов на этих рисунках представле- ны точками на отрезках a–b характеристик сетей. Анализ пара- метров этих режимов показывает:
G
при регулировании поворотом лопаток рабочего колеса ве- личина параметров режима (H
В
и Q
В
) уменьшается с уменьшени- ем угла поворота лопаток;
G
при регулировании изменением скорости вращения рабоче- го колеса рабочие параметры возрастают с ростом скорости;
G
при регулировании центробежных вентиляторов поворотом лопаток осевого направляющего аппарата (рис.3.6) рабочие пара- метры уменьшаются с увеличением угла поворота лопаток, по- скольку последние перекрывают входное отверстие вентилятора.
Рис. 3.4.
Регулирование углом поворота лопаток у осевых венти- ляторов
Рис. 3.5.
Регулирование ско- ростью вращения у центро- бежных вентиляторов
Регулирование изменением угла установки лопаток рабоче- го колеса называется грубой регулировкой, этот способ является основным при работе с осевыми вентиляторами. Поворот выпол- няется индивидуально для каждой лопатки на остановленном вен- тиляторе через специальные люки в корпусе.

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
33
Рис.3.6.
Тонкое регули- рование поворотом лопаток
НА у центробежных вентиля- торов
Регулирование рабочих режимов изменением скорости вращения рабочего колеса применяется на центробежных венти- ляторах. Для осуществления такой регулировки центробежные вентиляторы снабжаются приводом с системой плавного регули- рования оборотов ( ВЦД-47У-Р) или комплектуются двигателями со ступенчатым изменением скорости.
Тонкое регулирование рабочих режимов у большинства шахтных вентиляторов осуществляется с помощью поворота ло- паток осевых ( центробежные вентиляторы) или промежуточных
(осевые вентиляторы) направляющих аппаратов.
В отдельных случаях для регулирования применяют специ- альные закрылки на рабочем колесе ( ВЦЗ-32) или поворотные конструкции в спрямляющих аппаратах (ВОД-40).
Способы работы вентилятора на шахтную сеть. Движе- ние нужного количества воздуха в пределах вентиляционной сети шахты обеспечивается перепадом давлений в точке входа в сеть и точке выхода из нее. В зависимости от варианта создания необхо- димого перепада давлений в сети различают нагнетательный, вса- сывающий и комбинированный ( нагнетательно-всасывающий) способы проветривания сети. Техническая сторона организации

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
34 того или другого способа заключается в схеме включения венти- лятора в эту сеть.
Вентилятор может включаться в шахтную вентиляционную систему для работы на всасывание (рис.3.7, а), для работы на на- гнетание (рис.3.7, б) или для работы по комбинированному спосо- бу (рис.3.7, в).
Рис.3.7. Схемы включения вентилятора для работы:
а – на всасыва- ние; б – на нагнетание; в – по комбинированному варианту
Связь вентилятора с шахтной вентиляционной сетью и ат- мосферой осуществляется с помощью вентиляционной установки,
в которую кроме самого вентилятора входят соединительные ка- налы, клапаны, ляды, регулирующие устройства и другие элемен- ты. В пределах вентиляционной установки можно выделить ха- рактерные сечения в потоке воздуха, являющиеся переходными от одной части системы к другой. Сечение 0-0 является границей между вентиляционной установкой и атмосферой, 1-1 и 2-2 – границы между вентиляционной установкой и вентилятором, а 3-3 и 4-4 – границы между вентиляционной установкой и собственно вентиляционной сетью шахты.
Для всех схем включения вентилятора в вентиляционную сеть можно записать выражения баланса механической энергии:

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
35
,
;
;
2 3
3 0
0 4
4 1
2 0
0 4
4 1
2 3
3 0
0 1
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
+
+
+
=
+
+
=
+
+
=
h
h
h
h
h
h
h
h
h
h
h
h
h
комб
в
нагн
в
вс
в
(3.2) где
комб
в
нагн
в
вс
в
h
h
h
,
,
– депрессии вентиляторов, работающих со- ответственно на всасывание, нагнетание и по комбинированному способу.
Каждое из уравнений (3.2) может быть представлено в виде
ву
ш
в
h
h
h
+
=
, (3.3) где
в
h
– депрессия вентилятора, Па;
ш
h
– депрессия шахтной сети, Па;
ву
h
– потеря давления в вентиляционной установке, Па.
Совместная работа вентиляторов на сеть
В горной отрасли часто практикуется совместная работа двух или нескольких вентиляторов на вентиляционную сеть шах- ты. При проектировании системы вентиляции для обеспечения предприятия воздухом предусматривается, как правило, один вен- тилятор, но по мере работы шахты может возникнуть необходи- мость изменения основных параметров вентиляции, и выясняется, что эти новые параметры не могут быть обеспечены одним венти- лятором. В таком случае задача решается включением в систему проветривания дополнительного вентилятора. Необходимость в этом может возникнуть при реконструкции шахты, при введении в технологическую схему новых стволов или других выработок, при переходе горных работ на более глубокие горизонты, при возрастании депрессии и потребностей в воздухе.
Совместная работа вентиляторов на шахтную сеть может быть последовательной (рис.3.8), параллельной (рис.3.9) и комби- нированной ( рис.3.10). При комбинированной работе некоторые вентиляторы могут находиться в подземных выработках, чаще всего они выполняют роль вспомогательных.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
36
Выбор варианта совместной работы диктуется необходимо- стью получения в результате тех или иных параметров по количе- ству воздуха и давлению.
При последовательной работе через оба вентилятора идет один и тот же воздух, таким образом, их производительности рав- ны, а депрессия сети складывается из парциальных депрессий вентиляторов
2 1
2 1
,
В
В
Ш
В
В
H
H
H
Q
Q
+
=
=
. (3.4)
Параллельная совместная работа характеризуется тем, что вентиляторы развивают одинаковую депрессию, а количество воздуха в сети равно сумме их парциальных производительностей
2 1
2 1
,
В
В
В
В
Ш
H
H
Q
Q
Q
=
+
=
. (3.5)
Рис.3.8.
Последовательная работа вентиляторов:
а – на одном стволе; б – на разных стволах; в – на трубопровод сосре-доточенно; г – на трубопровод рассредоточенно
Рис.3.9.
Параллельная работа вентиляторов:
а, б – на одном стволе; в – на разных стволах

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
37
Рис.3.10. Комбинированная ра- бота вентиляторов:
а – на разных стволах; б – главного и вспомо- гательного
Расчет вентиляционного режима выработок, выбор и регу- лирование режимов совместной работы вентиляторов представ- ляют известные трудности. Это приводит к тому, что во многих случаях на практике вентиляторы работают либо в неустойчивом режиме, либо с чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. Для предупреждения подобных ситуаций совместная работа вентиляторов может быть организована только после про- ведения предварительного анализа возможности такой работы и выявления необходимых регулировочных параметров, обеспечи- вающих ее рациональность.
В связи с отсутствием корректных аналитических описаний напорных характеристик вентиляторов, в практике используются графические методы анализа совместной работы.
В зависимости от поставленной задачи, для анализа совме- стной работы вентиляторов могут применяться:
F
метод суммарных характеристик вентиляторов;
F
метод приведенных характеристик вентиляторов;
F
метод активизированных характеристик сети.
Анализ последовательной совместной работы вентилято-
ров. Обычно последовательная работа вентиляторов на сеть при- меняется с целью повышения депрессии, создаваемой вентилято- ром, об эффективности последовательной работы судят по при- росту депрессии от совместной работы по отношению к депрес- сии, создаваемой одним вентилятором.
Анализ последовательной совместной работы вентиляторов производится с использованием метода суммарных характери- стик.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
38
Построение суммарной характеристики ведется с учетом выражений (3.4) сложением частных характеристик вентиляторов по ординатам.
Суммарная характеристика двух вентиляторов одного типа и с одинаковыми параметрами (D, n,
θ
) получается простым уд- воением ординат (рис.3.11,а).
Рис.3.11. Анализ последовательной совместной работы вентиля- торов:
1,2 – характеристики вентиляторов; 1+2 – суммарная характеристика; R
1
,
R
2
– характеристики вентиляционных сетей
Для построения суммарной характеристики разных по типу и (или) параметрам вентиляторов необходимо построить продол- жение напорной характеристики меньшего вентилятора в четвер- тую четверть системы координат, а при сложении ординат учесть знак достроенного участка характеристики (рис.3.11,б)
Для заключения о рациональности совместной работы на систему координат наносят характеристики вентиляционных сетей, имеющих сопротивления R
1
и R
2
(R
2
>
R
1
). Точки А
1
и
А
2 представляют собой режимы работы любого из одинаковых вентиляторов (а) или вентилятора 2 (б) при их одиночной рабо- те на сети R
1
и R
2
. Точки В
1
и В
2
– режимы совместной работы

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
39 вентиляторов на те же сети. Анализ представленных случаев со- вместной работы позволяет сделать выводы:
F
последовательная совместная работа двух одинаковых вентиляторов всегда устойчива и дает положительный эффект, поскольку депрессии режимов В
1
и В
2
выше депрессий режимов
А
1
и А
2
. Целесообразность такой работы возрастает с увели- чением сопротивления сети, на которую работают вентиляторы, так как прирост разницы депрессии в режиме В
2
по сравнению с депрессией в режиме А
2
гораздо выше, чем соответствующий прирост у режима В
1
по сравнению с режимом А
1
;
F
последовательная совместная работа отличающихся по типу и ( или) по параметрам вентиляторов целесообразна только для тех вентиляционных сетей, характеристики которых (R
2
) пе- ресекают суммарную характеристику левее и выше точки С. В этом случае целесообразность тем очевиднее, чем выше сопро- тивление сети. Для вентиляционных сетей, характеристики кото- рых (R
1
) пересекают суммарную характеристику вентиляторов правее и ниже точки С, работа меньшего вентилятора (1) вредна.
Депрессия, создаваемая большим вентилятором (2) при его оди- ночной работе на такую сеть в режиме А
1
выше, чем депрессия в режиме В
1
, создаваемая этим вентилятором при совместной рабо- те обоих вентиляторов.
Рассмотренный метод анализа совместной работы приме- ним как для случаев установки вентиляторов на одном стволе, так и на разных стволах, при условии, что через эти вентиляторы про- ходит одно и то же количество воздуха. Метод применим при по- следовательной работе и более чем двух вентиляторов, что весьма редко встречается в практике. Суммарную характеристику в этом случае можно строить непосредственным сложением характери- стик всех вентиляторов. В сложных случаях, когда характеристи- ки сильно отличаются по форме, можно складывать их поэтапно, т.е. сложить характеристики двух вентиляторов, затем к первой суммарной добавить характеристику третьего вентилятора и так далее.
Анализ совместной параллельной работы вентиляторов.
Параллельная работа вентиляторов может быть организована при

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
40 необходимости увеличения количества воздуха в сети. Об эффек- тивности совместной работы в этом случае судят по количеству добавляющегося воздуха.
При анализе используется метод суммарной характеристи- ки, выполняемый в соответствии с принципами, вытекающими из выражений (3.5).
Рис.3.12. Анализ параллельной совместной работы вентиляторов на одном стволе:
1,2 – характеристики вентиляторов; 1+2 – суммарная харак- теристика; R
1
, R
2
– характеристики вентиляционных сетей
При установке вентиляторов для параллельной совместной
работы на одном стволе, суммарная характеристика вентилято- ров, одинаковых по типу и параметрам, строится путем удвоения абсцисс характеристики вентилятора (рис.3.12,а). При построении суммарной характеристики разных по типу и (или) по параметрам вентиляторов, продлевают характеристику меньшего из них во вторую четверть системы H-Q и учитывают знак достроенного участка ( рис.3.12,б). После нанесения на систему координат ха- рактеристик сетей R
1
и R
2
(R
2
>
R
1
) и анализа полученных режи- мов работы (А
1
, А
2
, В
1
и В
2
) выводы выглядят так:
F
совместная параллельная работа одинаковых вентиля- торов всегда устойчива и дает положительный эффект, величина которого растет с уменьшением сопротивления сети – прирост

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
41 расхода воздуха от совместной работы на сеть R
1
( режимы А
1
и
В
1
) гораздо выше, чем на сеть R
2
(режимы А
2
и В
2
);
F
совместная параллельная работа вентиляторов, отли- чающихся по типу или ( и) по параметрам, целесообразна только для тех вентиляционных сетей, характеристики которых пересе- кают суммарную характеристику на участке правее и ниже точки
С. Для сетей, характеристики которых проходят левее точки С, работа меньшего вентилятора (1) вредна. В сеть поступает возду- ха меньше, чем при одиночной работе большего (2) вентилятора.
Параллельная работа вентиляторов, установленных на
разных стволах (рис.3.13,а) усложняется появлением в сети обще- го для обоих вентиляторов участка АВ и индивидуальных участ- ков ВСD и ВEF. Методика анализа работы вентиляторов на такую сеть включает элемент перемещения обоих вентиляторов в точку
В схемы. В этом случае задача будет сведена к анализу совмест- ной работы на одном стволе, что рассмотрено выше.
Перемещение вентиляторов в любую точку обслуживаемой ими сети возможно с использованием метода приведенных харак-
теристик. Суть метода заключается в том, что перемещенный в сети вентилятор будет иметь другую характеристику – приведен-
ную. Приведенные характеристики 1
′
и 2
′
(3.13,б) преобразуются из начальных характеристик вентиляторов (1,2) путем вычитания из них по ординатам характеристик соответствующих индивиду- альных участков (R
ВСD
и R
ВEF
).
Так как после этого задача переходит в плоскость определе- ния режима работы вентиляторов, установленных на одном ство- ле, определяется суммарная характеристика этих вентиляторов
1
′
+2
′
как результат сложения приведенных характеристик 1
′
и 2
′
по абсциссам. Точка пересечения суммарной характеристики 3 с характеристикой общего участка R
АВ
– режим совместной работы вентиляторов на сеть. Суммарный расход воздуха в сети опреде- ляется абсциссой точки А
3
, парциальные расходы вентиляторов 1 и 2 определяются абсциссами точек А
1 и
А
2 соответственно. Ра- бочими режимами вентиляторов 1 и 2 являются точки Р
1 и Р
2
, на- ходящиеся на их напорных характеристиках.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
42
Рис.3.13.
Анализ параллельной совместной работы вентиляторов на разных стволах:
а – исходная схема работы вентиляторов ; б – схема после приведения вентиляторов к т. В; в – анализ совместной работы; 1,2 – характери- стики; 1 1
, 2 1
– приведенные характеристики вентиляторов; 1 1
+2 1
– суммарная прриведенная характеристика; R
BCD
, R
BEF
– характеристики индивидуальных участков; R
AB
– характеристика общего участка
Анализ графического решения параллельной работы на раз- ных стволах показывает, что такая работа целесообразна и устой- чива только в том случае, когда характеристика общего участка
АВ пересекает суммарную характеристику вентиляторов на от- резке правее точки N. Эффективность этой работы тем выше, чем меньше сопротивление общего участка сети. Переход точки пере- сечения А
3
на левый участок суммарной характеристики вызыва- ет неустойчивую работу вентилятора 1, опрокидывая струю на его индивидуальном участке ВEF.
Комбинированная совместная работа вентиляторов может быть представлена большим количеством вариантов, отличаю- щихся количеством вентиляторов и местами их установки. Имеет

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
43 смысл рассмотреть только принципы графического решения зада- чи по определению режимов работы вентиляторов на примере од- ного из этих вариантов.
В качестве примера расссмотрим вентиляционную систему
(рис.3.10,б), принятую для проветривания шахты с помощью главного вентилятора, работающего на всасывание, и вспомога- тельного вентилятора, установленного на одном из двух горизон- тов.
В результате решения этой задачи должна быть доказана практическая возможность такого варианта установки вентилято- ров в сети и определены параметры режимов их работы.
Основной принцип, заложенный в методику анализа совме- стной комбинированной работы вентиляторов – приведение схе- мы к последовательной или параллельной работе вентиляторов на одном стволе и последующее решение этой задачи. Последова- тельность действий при решении задачи выглядит следующим образом:
F
начальная схема ( рис.3.10,б) представляется в виде, удобном для дальнейших преобразований (рис.3.14,а);
F
производится упрощение схемы за счет переноса участ- ка 1-2 к участку 3-4 и их объединение. Вентилятор II переносится в точку 2, контур 2-3 размыкается с образованием точек 2 и 2
′
(рис.3.14,б);
F
вентилятор I перемещается в точку 3, его напорная ха- рактеристика заменяется приведенной, полученной вычитанием из первой по ординатам характеристики участка 3-4-2
′′
(рис.3.14,в);
F
из приведенной характеристики вентилятора I вычита- ется по абсциссам характеристика параллельного участка 2
′
-3.
Поскольку производительность вентилятора I равна сумме расхо- дов 2-3 и 2
′
-3, в результате вычитания из схемы исключается уча- сток 2
′
-3. Схема сводится к варианту анализа последовательной работы двух вентиляторов (рис.3.14, г).

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
44
Рис.3.14. Последовательность преобразований схемы ( рис.3,10,б) к решению задачи совместной работы главного и вспомогательного вен- тиляторов:
а – представление исходной схемы в удобной для дальнейших дей- ствий форме; б – вид после первого упрощения схемы; в – вид после второго уп- рощения; г – окончательный вид схемы, используемый для анализа
Вспомогательные подземные вентиляторы устанавливают- ся с целью увеличить расход воздуха в отдельных ветвях или зна- чительной части вентиляционной сети шахты, с целью регулиро- вания распределения воздуха в сети или снижения утечек в опре- деленной области сети. Для получения максимального эффекта от применения вспомогательных вентиляторов в любом случае их необходимо располагать на участках с максимальными потерями энергии вентиляционного потока, т.е. на участках с максимальной депрессией. Чаще всего это выработки, по которым проходит ос- новное количество воздуха.
Вспомогательные вентиляторы могут устанавливаться для работы через перемычку или без перемычки. В первом случае ис- пользуется полная энергия, передаваемая вентилятором воздуш- ному потоку в форме статического давления и скоростного напо- ра. При работе без перемычки воздушному потоку передается энергия скоростного напора, эффективность использования вен- тилятора снижается. Выбор того или иного способа установки и использования вентилятора определяется величиной необходи- мых конечных параметров режима работы вентилятора.

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
45
Неправильный выбор параметров и режима работы вспомо- гательного вентилятора или способа его установки может привес- ти к нежелательным изменениям режима проветривания отдель- ных выработок или части вентиляционной сети шахты. Чаще все- го эти ошибки приводят к рециркуляции потока в выработках, па- раллельных той, в которой установлен вспомогательный вентиля- тор.
При принудительном распределении воздуха в шахтных вентиляционных сетях повсеместно возникает ситуация, когда при необходимой подаче воздуха в параллельные участки в коли- чествах Q
1
и Q
2
(рис.3.15) депрессии, обеспечивающие эти расхо- ды,
2 1
1
Q
R
и
2 2
2
Q
R
не равны между собой. Это противоречие вто- рому закону вентиляционных сетей вызывает необходимость ре- гулирования в ветвях, одним из вариантов которого и является ус- тановка вспомогательного вентилятора. Вспомогательный венти- лятор всегда устанавливается на ветви, где для перемещения воз- духа требуется большая депрессия.
Рис.3.15.
Схема к анализу устойчивости работы главного и вспомогательного вентилято- ров
Главный вентилятор 1 создает на участке АВ депрессию, достаточную для перемещения по ветви R
2
расхода Q
2
, рав- ную
2 2
2
Q
R
. Необходимая депрессия в ветви R
1 определится как
2 1
1
Q
R
. По условию задачи
2 1
1
Q
R
>
2 2
2
Q
R
, т.е. энергии, создавае- мой главным вентилятором на участке АВ, недостаточно для пе- ремещения расхода Q
1
в ветви R
1
Недостаток энергии в ветви R
1
восполняется энергией вспо- могательного вентилятора 2.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
46
После установки вспомогательного вентилятора депрессии параллельных ветвей должны быть одинаковы, и должно соблю- даться условие
2 1
1
Q
R
=
2 2
2
Q
R
+
2
B
h
, (3.6) где
2
B
h
– необходимая депрессия вспомогательного вентилятора.
Депрессия, создаваемая на участке главным вентилятором
2 2
2
Q
R
=
2 1
1
Q
R
–
2
B
h
. (3.7)
Движение воздуха в ветви R
2
будет направлено от точки А к точке В в том случае, если депрессия этой ветви (
2 2
2
Q
R
) будет положительной или будет выполнено условие
2 1
1
Q
R
>
2
B
h
. (3.8)
При установке подземного вспомогательного вентилятора гарантией отсутствия рециркуляции в параллельных выработках является превышение расчетной величины депрессии в выработке с вентилятором над создаваемой им депрессией.
При
2 1
1
Q
R
=
2
B
h
в параллельной ветви R
2
движения возду- ха не будет.
При
2 1
1
Q
R
<
2
B
h
воздух в ветви R
2
будет двигаться от точки
В к точке А, в контуре появится рециркуляция.
В любой шахте рециркуляция – вредное и опасное явление,
тем более, если шахта опасна по газу. Установка вспомогательных вентиляторов без предварительного анализа с положительными результатами запрещена ПБ.
Преобразование областей промышленного использования
вентиляторов. Изложенные выше методы анализа совместной ра- боты вентиляторов основаны на операциях с частными характери- стиками. Эти методы позволяют установить режим проветривания сети и целесообразность совместной работы вентиляторов с уста- новленными или постоянными регулировочными параметрами.
Современные шахтные вентиляторы могут регулироваться в широком диапазоне плавным изменением скорости вращения
(ВЦД-32, ВЦД-40, ВЦД-47А « Север») или плавным изменением угла установки лопаток рабочего колеса ( осевые вентиляторы).

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
47
Кроме этого, большинство вентиляторов имеют дополнительную
(тонкую) регулировку в виде поворотных лопаток осевых или промежуточных направляющих аппаратов и поворотных лопаток спрямляющих аппаратов. Некоторые вентиляторы снабжены ори- гинальными приводами со ступенчатым регулированием скорости вращения (ВЦПД-8, ВЦП-16 и ВРЦД-4,5) или закрылочным регу- лированием (ВЦЗ-32).
Возможности регулирования отражены в индивидуальных характеристиках вентиляторов, которые обычно представлены в виде областей промышленного использования (ОПИ). ОПИ пред- ставляют собой семейства частных характеристик, замкнутые сле- ва границами надежных режимов и справа – границами мини- мального предельно допустимого КПД.
В рассмотренных выше примерах анализа суммирование характеристик вентиляторов получалось сложением частных ха- рактеристик по ординатам или абсциссам. Так как через любую точку ОПИ проходит одна из частных характеристик, соответст- вующая каким-то регулировочным параметрам, то по тем же пра- вилам можно складывать и области промышленного использова- ния. Отличие заключается только в том, что результат получается не в виде суммарных кривых, а в виде области в плоскости систе- мы координат.
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что при сложении областей промышленного использования результи- рующей точке, находящейся в преобразованной области, может соответствовать множество точек в исходных областях, эта точка может быть найдена в результате сложения большого количества комбинаций исходных точек.
Так как каждая точка в ОПИ представляет собой режим ра- боты в сети, можно сделать заключение, что один и тот же режим в преобразованной области промышленного использования может быть обеспечен множеством режимов работы каждого вентилято- ра. Этим заключением вскрывается основное достоинство анализа методом преобразования ОПИ – возможность производить эф- фективный поиск оптимальных режимов работы вентиляторов на общую сеть шахты.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
48
Простейшим случаем преобразования ОПИ является вари- ант, когда для совместной работы используются одинаковые вен- тиляторы, такой вариант часто встречается в практике проветри- вания тупиковых выработок с помощью ВМП, работающих на один трубопровод параллельно или последовательно. В этом слу- чае для получения суммарной области промышленного использо- вания достаточно удвоить или утроить, в зависимости от числа вентиляторов, ординаты ( при последовательной работе) или абс- циссы ( при параллельной работе) ОПИ исходного вентилятора.
Преобразованная ОПИ вытягивается в вертикальном или гори- зонтальном направлениях.
Эта же задача может быть решена заменой масштаба по оси давлений или по оси расходов, в зависимости от вида совместной работы. Масштаб по нужной оси уменьшается в соответствии с числом работающих вентиляторов, по второй оси масштаб не ме- няется (рис. 3.16).
Методика построения суммарной области промышленного использования двух разных вентиляторов может быть рассмотре- на на примере совместной работы осевого вентилятора ВОД-21 и центробежного вентилятора ВЦ-25 (рис.3.17).
На плоскости системы координат в одном масштабе нанесе- ны исходные ОПИ И1 ( ВОД-21) и И2 ( ВЦ-25). Естественно, эти области только частично накладываются одна на другую. Сум- марная ОПИ для последовательной работы вентиляторов обозна- чена С1, а для параллельной – С2.
Последовательная работа. Учитывая, что при последова- тельной работе производительности вентиляторов одинаковы, а депрессии их складываются (3.4), сложение ординат проводят для произвольных производительностей (q i
), обеспечиваемых обоими вентиляторами. Ордината q
1
-q
1
проведена касательно к левой границе ОПИ И2, а ордината q
2
-q
2
– к правой границе этой же
ОПИ.
Складывать ординаты обеих ОПИ можно только в диапазо- не производительностей q
1
-q
2
, потому что левее и правее этого диапазона ординаты ОПИ И1 просто не с чем складывать.

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
49
Рис.3.16.
Построение области промышленного использования двух одинаковых вентиляторов (ВМ-5М), работающих последовательно, изменением масштаба по оси депрессий
Можно сделать вывод, что суммарная ОПИ С1 будет всегда располагаться только в этом диапазоне. Нижняя граница зоны С1 получается сложением нижних границ исходных областей, верх- няя граница – сложением верхних границ исходных областей. В связи с тем, что понятия « верхняя» и « нижняя» границы весьма относительны, надо иметь ввиду, что в образовании границ сум- марной ОПИ участвуют и ординаты боковых границ областей И1 и И2. Полученный в результате построения контур области охва- тывает все возможные режимы проветривания, которые могут быть получены при последовательном включении вентиляторов
ВОД-21 и ВЦ-25.
Параллельная работа. В соответствии с основными прин- ципами параллельной работы, описанными выражением (3.5), по- строение ОПИ С2 ведется путем складывания абсцисс исходных областей при произвольных дегрессиях h i

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
50
Диапазон существования области С2 определяется абсцис- сами h
1
-h
1
и h
2
-h
2
. Первая из них касательна к нижней границе
ОПИ И2 вентилятора ВЦ-25, вторая – к верхней точке ОПИ И1 вентилятора ВОД-21. Принцип построения тот же, что и при по- строении области С1. В результате построения получается контур области С2, охватывающий все возможные режимы, которые мо- гут быть обеспечены вентиляторами при их совместной парал- лельной работе.
Рис.3.17. Построение суммарных ОПИ двух разных вентиляторов
(ВОД-21 и ВЦ-25)
Рассмотренные методы преобразования областей промыш- ленного использования можно применять для любого числа вен- тиляторов.

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
51
Метод преобразования ОПИ позволяет решать большое ко- личество разнообразных задач с определением возможных режи- мов, определением оптимальных режимов по расходу электро- энергии, определением диапазона величины сопротивления об- служиваемых сетей и многие другие. В пособии не ставилась за- дача – ознакомить читателя с решением всех возможных вариан- тов совместной работы, эти вопросы подробно рассмотрены в ра- боте [7].
Работа ВМП на трубопровод большой длины
В горной практике часто возникает необходимость в прове- дении выработок большой длины с организацией проветривания забоев с помощью ВМП. В этом случае воздух подводится к за- бою или отводится от него с помощью трубопроводов различного типа. Диаметр труб ограничивается сечением выработки. В этих условиях из-за большого сопротивления трубопровода депрессия, необходимая для перемещения воздуха, достигает значительных величин и не может быть обеспечена одним ВМП.
Решить вопрос можно одним из вариантов:
F
установкой одного большого вентилятора, обеспечивающе- го нужные параметры сети;
F
установкой группы ВМП на начальном участке трубопро- вода, работающих совместно последовательно ( рис.3.8, в). Такой вариант называется каскадным;
F
вариант рассредоточенной установки ВМП по длине тру- бопровода (рис.3.8,г);
F
установка вентиляторов в шлюзовых камерах.
Установка одного большого вентилятора на головном уча- стке трубопровода представляет собой обычный вариант работы вентилятора на сеть и рассчитывается по методике, принятой для расчета ВМП [4]. Следует отметить, что такой вариант в горной практике встречается редко и применяется только при проходке выработок большого сечения.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
52
Каскадный вариант установки вентиляторов применяется на угольных и рудных шахтах. Работа группы ВМП на один тру- бопровод методически рассматривается как обычный вариант по- следовательной совместной работы. Расчет параметров такой ус- тановки выполняется в следующем порядке:
F
определяется сопротивление трубопровода для его пол- ной расчетной длины по заданным параметрам труб (длина звена, диаметр, тип) [4] ;
F
определяется необходимая производительность венти- ляторной установки с учетом утечек в трубопроводе для его пол- ной расчетной длины;
F
определяется депрессия для полной длины трубопрово- да;
F
выбирается марка вентилятора, обеспечивающего необ- ходимую производительность с учетом утечек. Выбор марки вен- тилятора производится по индивидуальным характеристикам;
F
определяется депрессия выбранного вентилятора (h в1
) при его работе на трубопровод. Режим работы вентилятора опре- деляется точкой пересечения характеристики трубопровода (R
тр
) с перпендикуляром, восстановленным из точки на оси расходов, со- ответствующей необходимой производительности;
F
определяется количество вентиляторов в установке пу- тем деления депрессии трубопровода на депрессию вентилятора в рабочем режиме (h в1
);
F
число необходимых вентиляторов уточняется при по- строении суммарной характеристики группы ВМП путем после- довательного сложения характеристик вентиляторов. Характери- стика наращивается до тех пор, пока депрессия в точке пересече- ния очередной суммарной характеристики с характеристикой тру- бопровода не превысит необходимую по расчету. Число характе- ристик, входящих в суммарную – число вентиляторов в группе.
В начальный период проходки на трубопровод устанавлива- ется один вентилятор. Расход на выходе к забою в этом периоде превышает расчетную величину и снижается по мере увеличения длины трубопровода. При снижении расхода до расетной величи- ны устанавливается втророй вентилятор и т.д.

Глава 3. Работа вентиляторов на сеть
53
Рассредоточенная установка вентиляторов применяется при отсутствии газовыделения в выработке. Каждый из вентиля- торов работает на свой индивидуальный участок, величина кото- рого и распределение давления определяются параметрами вен- тилятора и трубопровода. Возможны три варианта распределения давления (рис. 3.18). В любом случае давление на участке изменя- ется от максимального на выходе из вентилятора, до минимально- го у входа в последующий вентилятор.
Рис. 3.18. Распределение давления в трубопроводе в зависимости от расстояния между вентиляторами:
1,2 – места установки предыдущего и последующего вентиляторов; 0 – точка смены знака давления в трубопроводе для варианта «б»
В лучшем из вариантов «а» напор предыдущего вентилято- ра 1 полностью используется на его участке. Однако при этом су- ществует опасность, в силу непроизвольных нарушений равнове- сия давлений, перехода схемы на работу по варианту «б», со все- ми последствиями.
В варианте «б» напор вентилятора 1 используется на участ- ке 1-0, на участке 0-2 воздух перемещается за счет разряжения, создаваемого вентилятором 2. Вариант чреват возможностью под- соса воздуха на участке 0-2, т.е. возникновением рециркуляции на участке вентилятора 2. В этом варианте невозможно применение мягких труб.

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
54
В последнем варианте « в» на участке 1-0 используется не весь напор вентилятора 1, т.е. вентилятор 2 работает с « подпо- ром» на всасывающей стороне (Н
п
).
Установка вентиляторов в шлюзовых камерах применяется крайне редко в связи с необходимость проведения специальных камер, установки шлюзовых устройств высокой степени гермети- зации. Область применения этого варианта – выработки с об- льшим сечением и сложной технолгией проведения.
При любом варианте установки ВМП одним из главных па- раметров является расстояние между вентиляторами. Расчет этого параметра не представляет особого труда, – расстояние между вентиляторами находится аналитическим или графическим путя- ми по методикам, подробно изложенными в работах [7,12].
Вопросы для самоконтроля
1.
Как графическим путем найти режим работы вентилято- ра на сеть?
2.
Выполнение каких требований к режиму работы венти- лятора гарантирует его устойчивость?
3.
Какими методами можно регулировать режим работы осевого вентилятора? Центробежного?
4.
Перечислите возможные способы работы вентилятора на шахтную сеть.
5.
Назовите виды совместной работы вентиляторов на сеть.
6.
Каким путем решается вопрос о возможности и целесо- образности совместной работы вентиляторов? Какие способы анализа представляют интерес для шахтных сетей?
7.
Приведите порядок анализа совместной работы главного и вспомогательного вентиляторов.
8.
Как построить ОПИ совместной работы одинаковых по параметрам вентиляторов? Разных по параметрам?
9.
Какими вариантами установки вентиляторов решается вопрос проветривания протяженных тупиковых выработок?
10.
Какие условия рассредоточенной установки вентилято- ров надо соблюдать для обеспечения надежного проветривания?

Вентиляторы главного и местного проветривания
В большинстве систем проветривания угольных и рудных шахт страны в качестве главных вентиляторов работают вентиля- торы, выпускавшиеся отраслью в течение последних 20-25 лет на основе научных разработок ведущих научно-исследовательских институтов – ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИГМТК им. А.М. Фе- дорова, Донгипроуглемаш, НИПИгормаш и других.
Каждая из моделей вентиляторов занимает определенное место в своей серии, имеет свои достоинства и недостатки, обла- дает определенными возможностями по регулированию парамет- ров и особенностями конструкции, установки, условиями экс- плуатации по климатическим факторам. Некоторые модели имеют свой оригинальный привод.
В предлагаемой главе приведен комплекс сведений о совре- менных шахтных вентиляторах.
Осевые вентиляторы главного проветривания
Первые в нашей стране разработки аэродинамических схем осевых вентиляторов выполнены Центральным аэрогидродинами- ческим институтом в конце двадцатых годов, а первые вентилято- ры, выполненные на основе этих разработок в виде промышлен- ных серий, появились в середине тридцатых прошлого столетия.
Осевые вентиляторы в годы развития горной промышлен- ности страны получили широкое распространение в связи с несо- мненными достоинствами этого типа – большой производитель- ностью при сравнительно низкой депрессии, компактностью и простотой их установки и эксплуатации.
Глава 4

Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы
56
Применяющиеся в настоящее время осевые вентиляторы ес- тественно превосходят первые разработки по многим параметрам.
Разновидности моделей и их размеры позволяют применять этот тип вентиляторов в самых различных целях. Они могут быть ис- пользованы для проветривания одиночной выработки, для про- ветривания части шахты или для работы в качестве главного вен- тилятора на крупной шахте. Ряд типоразмеров осевых вентилято- ров охватывает диапазон диаметров рабочих колес 300
÷
5000 мм.
Модели осевых вентиляторов принято шифровать с помо- щью букв и цифр. Буквы в шифре вентилятора обозначают: В – вентилятор, О – осевой, Д – двухступенчатый, К – крученые ло- патки рабочего колеса, Р – реверсивный, М – модернизирован- ный; цифра – диаметр рабочего колеса в дециметрах ( ВОД-11) или метрах (ВОКР-1,8).
В пособии рассмотрены конструкции вентиляторов серий
ВОКД и ВОД, применяемых в настоящее время на шахтах. Сведе- ния о технических параметрах вентиляторов и их аэродинамиче- ские характеристики приведены в Приложениях 1и 2.
Осевые вентиляторы серии ВОКД. Основой для разработки вентиляторов этой серии послужила аэродинамическая схема К-
0,6 ЦАГИ. В серию входят вентиляторы ВОКД-1,0; ВОКД-1,5;
ВОКД-1,8; ВОКД-2,4; ВОКД-3,0 и ВОКД-3,6. Производитель- ность вентиляторов этой серии составляет 300
÷
22000 м
3
/мин, де- прессия – 0,6
÷
4,8 кПа.
Вентиляторы серии имеют так называемые « крученые» ло- патки. По мере удаления от венца рабочего колеса к периферии сечения лопатки поворачиваются одно относительно другого, угол установки лопатки на рабочем колесе возрастает к ее концу.
В связи с изменением угла поворота лопатки для разных сечений по высоте, он отсчитывается для сечения, находящегося на ра-
диусе, равном 0,4D
2
. Крученые лопатки обеспечивают более вы- сокий коэффициент полезного действия вентилятора.
Поскольку вентиляторы серии двухступенчатые, они имеют промежуточный направляющий аппарат, находящийся между

Глава 2.Характеристики вентиляторов
57 первым и вторым рабочими колесами, спрямляющий аппарат – за вторым рабочим колесом по ходу струи при прямой работе.
Регулирование режимов работы вентиляторов серии осуще- ствляется индивидуальным поворотом лопаток на неработающем вентиляторе через специальные люки в кожухе. Можно грубо ре- гулировать режим работы вентилятора снятием части лопаток
(обычно через одну) с рабочего колеса. Этим приемом пользуются для получения малой производительности вентилятора в началь- ном или конечном периодах эксплуатации шахты.
Одним из свойств осевых вентиляторов является изменение направления потока воздуха при изменении направления враще- ния рабочего колеса. Однако параметры реверсированной таким образом струи у вентиляторов серии ВОКД не удовлетворяют требованиям Правил безопасности ( О
рев
≥
0,6 О
прям
), поэтому ре- версирование струи осуществляется с помощью каналов и ляд, т.е. с помощью реверсивной установки.
Внутри серии вентиляторы различаются только размерами, скоростью вращения, приводными двигателями и конструкциями некоторых узлов и деталей: