Шахтные вентиляторы. И. Г. Ивановский шахтные вентиляторы
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Производительность вентилятора. Производительность главного вентилятора должна обеспечивать проветриваемую шах- ту или ее часть необходимым количеством воздуха и компенсиро- вать утечки последнего через надшахтные зданияи вентиляцион- ные каналы установки. вн ут i ш в Q Q Q + = , (5.1) где i ш Q – расход воздуха в обеспечиваемой вентилятором шахт- ной сети, м 3 /с; вн ут Q – утечки в вентиляционных каналах установки ( табл. 5.1) и через надшахтное здание (табл. 5.2). Глава 2 Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 92 Необходимое для проветривания шахты количество воздуха устанавливается расчетом при проектировании. Подробная мето- дика расчета потребности в воздухе приведена в литературе [5]. Внешние утечки вн ут Q могут быть учтены коэффициентом, в этом случае необходимая производительность вентилятора оп- ределяется по формуле ут вн i ш в K Q Q = , (5.2) где ут вн К – коэффициент, учитывающий утечки через вентиля- ционные каналы установки и надшахтное здание; принимается для вентилятора, установленного на скиповом стволе, равным 1,25; на клетевом – 1,20; на вентиляционном стволе ( шурфе), ис- пользуемом для подъема и спуска грузов – 1,30; на вентиляцион- ном стволе (шурфе) без подъемных установок – 1,10; на штольнях без транспортировки грузов – 1,10. Таблица 5.1 Нормы утечек через вентиляционные каналы (м 3 /мин) Для вентиляторов, установленных на штольнях, производи- тельность лучше определять по формуле (5.1), предварительно ус- тановив по нормам утечки в шлюзах и в вентиляционном канале. Нормы утечек в табл. 5.1 и 5.2 соответствуют перепаду дав- лений 2000 Па, для иных перепадов нормы можно пересчитать по формуле 2000 действ табл ут вн ут h Q Q = . (5.3) Площадь поперечного сечения вентиляционного канала, м 2 Норма утечек до 5 5 – 10 10 – 15 15 – 20 20 – 25 более 25 200 300 500 600 750 820 Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 93 При нагнетательном проветривании нормы утечек в табл. 5.1 и 5.2 увеличиваются на 13%. Таблица 5.2 Нормы утечек через надшахтные здания (м 3 /мин) Площадь стен, пере- крытие и копер, м 2 Скиповые стволы Клетевые стволы < 100 100 – 300 300 – 500 500 – 1000 1000 – 1500 1500 – 2000 2000 – 3000 3000 – 4000 4000 – 5000 5000 – 6000 6000 – 7000 > 7000 – – 670 780 950 1080 1200 1400 1550 1700 1750 2000 90 180 380 690 850 980 1100 1200 – – – – Депрессия вентилятора. Расчетная депрессия вентилятора в соответствии с выражением (3.3) должна обеспечивать движение воздуха в шахтной сети ( ш h ) и потери давления в вентиляторной установке ( ву h ). Депрессия шахтной сети рассчитывается при проектирова- нии системы проветривания, в качестве основной составляющей в нее входят потери на преодоление сопротивления трения в выра- ботках и местные сопротивления. В конечном значении депрессии шахты ( ш H ) обычно учитывают естественную тягу и потерю дав- ления при движении воздуха через воздухоподогревательную (ка- лориферную) установку. Депрессия шахты обычно рассчитывается на полный период ее работы, если этот период не превышает срока службы венти- лятора. В противном случае депрессию рассчитывают на срок Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 94 службы вентилятора, составляющий для осевых вентиляторов 15 ÷ 20 лет, для центробежных – 20 ÷ 25 лет. Естественно, в течение расчетного периода депрессия шах- ты не остается постоянной. Меняется длина выработок, площадь их сечения, меняется величина естественной тяги. Поскольку при изменении величины депрессии шахты необходимо менять режим работы вентилятора, полезно иметь график изменений депрессии во времени. В крайнем случае, важно знать значения минималь- ной и максимальной депрессий в будущих режимах работы вен- тилятора для успешного его выбора по диапазону работы. Для определения нужной депрессии вентилятора необходи- мо найти некоторые вспомогательные параметры вентиляционной сети и вентилятора: F сопротивление вентиляционной сети шахты, (Н с 2 /м 8 ): 2 ш ш ш Q H R = . (5.4) Поскольку депрессия шахты имеет два значения – макси- мальное (Н ш.макс ) и минимальное (Н ш.мин ), подставляя эти значения в формулу (5.4), получаем два значения сопротивления шахты – максимальное и минимальное; F два значения эквивалентного отверстия шахты ( м 2 ) по формуле ш ш R A 19 , 1 = . (5.5) Минимальное эквивалентное отверстие получается при под- становке в формулу (5.5) максимального сопротивления шахты, а максимальное эквивалентное отверстие – при подстановке мини- мального сопротивления. По величине эквивалентного отверстия устанавливается ка- тегория шахты по трудности проветривания. Так при ш A < 1,0 шахты относятся к труднопроветривае- мым (узким), при ш A = 1,0 – 2,0 – к средней трудности проветри- вания, при ш A > 2,0 – к легкопроветриваемым (широким); Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 95 F ориентировочный диаметр рабочего колеса вентилятора (м) по формуле 44 , 0 ш ор в A D = . (5.6) К дальнейшему расчету принимается ближайший стан- дартный диаметр рабочего колеса вентилятора; F внутреннее аэродинамическое сопротивление самого вентилятора (Н с 2 /м 8 ) определяется по формуле 4 в у в D a R π = , (5.7) где − в D стандартный диаметр рабочего колеса вентилятора, при- нятый для расчетов, м; − a коэффициент, учитывающий конструкцию установки; принимается для осевых вентиляторов с плавным каналом, рав- ным 0,50; для центробежных вентиляторов с двусторонним вса- сыванием, без амортизатора, с пирамидальным диффузором – 0,55; для центробежных вентиляторов с амортизатором – 0,40; для осевых вентиляторов с коленчатым каналом без лопаток – 1,0. Чаще всего при окончательном выборе принимается венти- лятор с диаметром, не равным определенному по формуле (5.6), в этом случае надо пересчитать внутреннее сопротивление вентиля- тора по формуле (5.7) для нового значения диаметра; F необходимая депрессия вентилятора находится по фор- муле ( ) 2 в у в ш в Q R R K H + ⋅ = , (5.8) где − К коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления шахты за счет параллельных путей утечек накоротко: 2 1 ут вн К К = . (5.9) Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 96 В течение проектируемого периода, как уже упоминалось, депрессия сети, а следовательно и вентилятора, меняется. Поэто- му вентилятор будет работать в каком-то диапазоне депрессий, ограниченном значениями макс в Н и мин в Н , полученных по фор- муле (5.8) путем подстановки соответствующих значений макс ш R и мин ш R Требования к вентилятору и рекомендации по его выбору Для достижения высокой эффективности в работе вентиля- тора на сеть при его выборе руководствуются определенными требованиями и рекомендациями. Вентилятор должен удовлетворять следующим требова- ниям: F устойчивая и экономичная работа вентилятора может быть гарантирована только в том случае, когда все расчетные ре- жимы работы в течение проектного периода будут находиться в контуре области промышленного использования; F срок службы вентилятора должен перекрывать продол- жительность проектного периода; F вентилятор должен иметь резерв производительности, составляющий не менее 20% от расчетного параметра; F вентилятор должен обеспечивать минимальные средне- годовые затраты на его обслуживание: F должны быть учтены технические и социальные факторы его использования – размеры, привязка к промплощадке шахты, возможность надежного электроснабжения, нормы шумности. Рекомендации, которые следует учитывать при выборе вентилятора: F при величине необходимой депрессии до 1500 Па пред- почтение следует отдавать осевым вентиляторам; при депрессии 1500 ÷ 3000 Па можно применять центробежные и осевые; при де- прессии более 3000 Па принимать вентиляторы центробежные; Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 97 F при прочих равных условиях центробежные вентиляторы предпочтительнее осевых; F из нескольких вентиляторов, обеспечивающих нужные режимы, следует выбирать вентилятор с более высоким средним КПД на нужный период времени; F изменение скорости вращения, как способ регулирования режима работы вентилятора, разрешается не более одного раза за весь период его использования. Следует отметить, что рекомен- дация не касается вентиляторных установок, в которых преду- смотрено плавное изменение скорости вращения; F при окончательном выборе из нескольких вентиляторов выбирается вентилятор с меньшим диаметром рабочего колеса, меньшей окружной скоростью, меньшим углом поворота лопаток рабочего колеса или направляющего аппарата при максимальной депрессии, наличием возможности автоматизации управления, наличием возможности плавного регулирования скорости враще- ния, меньшей стоимостью, соответствием конструкции условиям работы по климатическим параметрам. Учитывая вышеизложенное, определяют тип будущего вен- тилятора. Параметры вентиляторов нужного типа, обеспечиваю- щих необходимые режимы, устанавливаются обзором сводных графиков зон промышленного использования серии вентиляторов нужного типа. Выбрав несколько вентиляторов подходящего раз- мера, окончательный выбор производят по индивидуальным ха- рактеристикам этих вентиляторов. Пример совмещения необхо- димых режимов с индивидуальной характеристикой вентилятора приведен на рис. 5.1. Основные принципы выбора вентилятора с соблюдением требований, предъявляемых к нему, продемонстрированы на том же рисунке. Точки A 1 – F 4 представляют собой условные необходимые режимы работы вентилятора, полученные расчетами, изложенны- ми выше. После наложения ОПИ рассматриваемого вентилятора (в примере ВОД-40 при 375 мин -1 ) картина взаимодействия этого вентилятора с различными режимами может быть прокомменти- рована следующим образом: Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 98 F режимы A 1 , A 2 и A 3 этим вентилятором не могут быть осуществлены в связи с их расположением правее характе- ристики, обеспечиваемой максимальным углом поворота лопаток рабочего колеса; F режимы B 1 , B 2 и B 3 этим вентилятором также не могут быть осуществлены в связи с их расположением левее ха- рактеристики, обеспечиваемой минимальным углом поворота ло- паток рабочего колеса; F режимы C 1 и C 2 , расположенные выше кривой, огра- ничивающей ОПИ сверху, могут быть осуществлены ( в опреде- ленных пределах), но при этом нет гарантии устойчивой (т.е. на- дежной) работы вентилятора; F режимы D 1 и D 2 , расположенные ниже кривой, ог- раничивающей ОПИ снизу, также могут быть осуществлены, од- нако работа вентилятора будет иметь очень низкую эффектив- ность ( η < 0,6); F все режимы F могут быть обеспечены этим вентиля- тором. Рис. 5.1. Схема для выбора вентилятора путем нанесения необхо- димых режимов работы на область полезного использования Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 99 Казалось бы, что все в порядке – вентилятор выбран. Одна- ко не будем торопиться и рассмотрим, как работает вентилятор в этих режимах. Обеспечивая режим F 1 , вентилятор будет работать с очень высоким КПД, но при этом практически отсутствуют запасы по производительности и по депрессии. В случае работы на режим F 2 вентилятор имеет очень боль- шие запасы как по производительности, так и по депрессии, но при этом его эффективность оставляет желать лучшего ( η → 0,6). И вообще, для этого режима лучше принять вентилятор с мень- шими параметрами. В случае работы вентилятора на режим F 3 получаем и низ- кую эффективность, и отсутствие запасов по производительности и депрессии. Работа вентилятора на режим F 4 ( и другие, расположенные поблизости) обеспечивает как высокую эффективность, так и на- личие запасов по главным параметрам. В случае ограниченных возможностей при выборе вентиля- тора надо иметь ввиду, что ОПИ может быть перемещена в осях координат одновременным изменением обоих регулировочных параметров. В рассматриваемом случае (рис. 5.1) хорошие резуль- таты при работе вентилятора на режим F 2 могут быть получены при снижении скорости вращения рабочего колеса вентилятора до 300 мин –1 Регулирование режима работы вентилятора Специфика горного предприятия предполагает постоянное изменение его параметров аэрологического характера. На нор- мально работающей шахте постоянно меняется число очистных и проходческих забоев, отрабатываются вскрытые и вскрываются новые пласты и рудные тела, изменяется глубина разработок, из- меняется газообильность выработок (чаще всего в сторону увели- чения), изменяется технология и другие параметры. Все это приводит к необходимости изменения количества воздуха, поступающего в шахту. Последнее, несомненно, вызыва- ет необходимость изменения производительности вентилятора, Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 100 Под глубиной регулирования понимают отно- шение максимальной производительности к ми- нимальной, достигаемое изменением регулиро- вочных параметров т.е. к регулировке его режима. Необходимость в регулировании вентилятора может возникнуть при кардинальном изменении ис- ходных параметров, связанном с появлением на шахте новых го- ризонтов, новых участков или воздействии других важных факто- ров – такие изменения происходят на предприятии не часто и, как правило, успешно прогнозируются. Сезонные изменения режимов вентилятора чаще всего возникают в связи с необходимостью компенсации изменений естественной тяги. Текущие регулировки режимов вентилятора предусматривают необходимость регулиро- вания в связи с проведением некоторых технологических процес- сов (взрывные работы, перегон машин с ДВС, сбои в схеме венти- ляции шахты и т.п.). Наилучшим вариантом текущего регулиро- вания является полная автоматизация системы вентиляции горно- го предприятия. Возможность регулирования режимов работы вентилятора обычно предусматривается при его выборе. Уже на этом этапе рассматриваются возможности вентилятора работать в режимах с повышенными и пониженными параметрами. При рассмотрении вопросов регулирования величина изме- нения параметров вентилятора в количественном выражении обычно определяется возможной глубиной регулирования. При этом имеют в виду регулирование изменением угла ус- тановки лопаток рабочего колеса у осевых вентиляторов или осевого направляющего аппарата у осевых и центробежных вен- тиляторов. Не следует также забывать о регулировании скоростью вращения, если, конечно, привод вентилятора позволяет осущест- влять этот вид регулирования. При установившейся работе на какой-то режим, возможная глубина регулирования может быть выражена в процентном от- ношении к принятой производительности вентилятора ( ± n%). Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 101 Значительные изменения в параметрах вентилятора при его регулировке называют регулировкой большой глубины, или гру- бой, небольшие изменения называют мелкой, или тонкой, регули- ровкой. Чаще всего методика и техника проводимой регулировки определяется ее глубиной. Методика регулировки режимов вентилятора. В горной аэ- ромеханике различают три возможных варианта регулировки ре- жимов вентилятора: F регулирование по производительности при постоянной депрессии; F регулирование по депрессии при постоянной произво- дительности; F регулирование при одновременном изменении произво- дительности и депрессии. В практике в основном применяется оперативное регулиро- вание, осуществляемое с изменением как производительности, так и депрессии. Учитывая то обстоятельство, что основным парамет- ром, ради которого производится регулировка, является количест- во поступающего в шахту воздуха, депрессия приобретает подчи- ненное значение, ее изменение воспринимается как неизбежность. Тем не менее, величина этой «неизбежности» должна гарантиро- вать наименьшие затраты при работе вентилятора во вновь при- нятом режиме. В качестве примера вывода вентилятора на другой режим рассмотрена схема работы вентилятора ВОД-40 с 375-ю оборота- ми в минуту (рис. 5.2). Варианты, возникающие при выборе ново- го режима, представлены на рисунке, обоснование для их приня- тия или отклонения приведены в дальнейших пояснениях. Исходный режим А работы ВОД-40 на сеть R о имеет пара- метры Q о, H о и обеспечивается установкой лопаток рабочего коле- са на угол 35 ° Рассмотрим два варианта предстоящей после регулировки работы вентилятора: F с увеличением производительности до величины Q 1 ; F с уменьшением производительности до величины Q 2 Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 102 Снижение производительности до величины Q 2 может быть достигнуто переходом в режим В 2 ил С 2 . Первый из них (В 2 ) явля- ется точкой пересечения прежней характеристики вентилятора, соответствующей углу поворота лопаток рабочего колеса 35 ° и новой характеристики сети, с увеличенным сопротивлением R 2 > R о , т.е. получается увеличением сопротивления сети. Режим С 2 является точкой пересечения прежней характеристики сети с со- противлением R о и новой характеристики вентилятора, соответст- вующей углу поворота лопаток рабочего колеса 32 ° . Переход в новый режим достигается уменьшением угла установки лопаток. |