Шахтные вентиляторы. И. Г. Ивановский шахтные вентиляторы
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Рис.5.2. Схема к определению режимов работы вентилятора при его регулировании различными методами Увеличение производительности до величины Q 1 может быть достигнуто переводом вентилятора в режимы В 1 или С 1 Первый из них ( В 1) является точкой пересечения прежней харак- теристики вентилятора и новой характеристики сети с уменьшен- ным сопротивлением R 1 < R о . Переход в режим В 1 достигается уменьшением сопротивления сети. Режим С 1 – точка пересечения прежней характеристики сети с сопротивлением R о и новой харак- теристики вентилятора, соответствующей углу поворота лопаток Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 103 рабочего колеса 38 ° . Переход в точку С 1 достигается разворотом лопаток на больший угол. Для окончательного выбора способа регулирования (С 1 или В 1 , С 2 или В 2 ) надо рассмотреть возможности технического ис- полнения каждого из вариантов и сравнить эффективность работы вентилятора в вариантах новых режимов. Техническое исполнение. Имеет смысл сгруппировать вари- анты новых режимов по способу их реализации: F варианты режимов, реализуемые воздействием на вен- тиляционную сеть; F режимы, получаемые изменением регулировочных па- раметров вентилятора. Для осуществления регулировки воздействием на вентиля- ционную сеть, прежде всего, необходимо найти величину нового сопротивления этой сети. Определение величины сопротивления (R 1 и R 2 ) осуществляется аналитическим способом с использова- нием выражения характеристики сети (3.1), решенным относи- тельно R. При нахождении величин сопротивлений значения рас- ходов Q 1 и Q 2 принимаются в соответствии с заданными парамет- рами регулировки, а значения соответствующих им депрессий снимаются непосредственно с графика. Снижение сопротивления сети обычно производится за счет включения в сеть параллельных выработок, уменьшения коэффи- циента аэродинамического сопротивления α , увеличения сечения выработок, увеличения регулировочных окон. Увеличение сопро- тивления сети чаще всего осуществляется постановкой дополни- тельных регулировочных окон. Вопросы регулирования режимов изменением регулировоч- ных параметров затрагивались в предыдущих главах пособия. Применение тех или иных вариантов регулирования этим спосо- бом определяется типом и конструкцией вентилятора. Осевые вентиляторы серии ВОКД. Грубая регулировка вен- тиляторов этой серии осуществляется индивидуальным поворо- том лопаток рабочего колеса на остановленной машине через лю- ки в кожухе. Лопатки могут устанавливаться на любой угол в Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 104 диапазоне 15 ÷ 45 о . Тонкая регулировка предусмотрена только у вентиляторов ВОКД-2,4; ВОКД-3,0 и ВОКД-3,6. Выполняется тонкая регулировка поворотом хвостовых частей лопаток проме- жуточного направляющего аппарата на работающем вентиляторе специальным механизмом. Механизм приводится в действие электродвигателем или вручную. Возможна грубая регулировка вентилятора снятием части лопаток с рабочего колеса ( через од- ну). Этот метод регулировки применяется обычно в начальном или конечном периоде эксплуатации горного предприятия при сниженном потреблении воздуха. Грубая регулировка вентилятора ВОКР-1,8(созданного на базе серии ВОКД) осуществляется так же, как и у крупных венти- ляторов серии, т.е. разворотом лопаток рабочего колеса. Тонкая регулировка выполняется изменением вогнутости лопаток на- правляющего аппарата с помощью специального механизма. Осевые вентиляторы серии ВОД. Грубая регулировка осу- ществляется индивидуальным поворотом каждой лопатки рабоче- го колеса на любой угол в диапазоне 15 ÷ 45 о через люки в кожухе. Возможно так же, как и у серии ВОКД, снятие части лопаток с колеса. Тонкая регулировка производится одновременным пово- ротом лопаток направляющего или спрямляющего аппаратов на работающей машине с помощью специального механизма элек- трическим двигателем или вручную. Вентилятор ВОД-16 стоит в серии особняком – это венти- лятор встречного вращения рабочих колес. Он не имеет направ- ляющего и спрямляющего аппаратов. Следствием особенности конструкции является отсутствие у вентилятора тонкой регули- ровки. Грубая регулировка производится индивидуальным пово- ротом лопаток рабочих колес. При осуществлении регулировки необходимо иметь в виду, что углы установки лопаток на первом и втором рабочих колесах разные, сочетания углов заданы на аэ- родинамической характеристике в виде дроби, где числитель – угол установки лопаток первого колеса ( по ходу струи воздуха при прямой работе), знаменатель – второго. Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 105 Центробежные вентиляторы. Практически все центро- бежные вентиляторы регулируются с помощью осевого направ- ляющего аппарата ( ОНА), устанавливаемого на входном коллек- торе в специальном корпусе. Лопатки этого направляющего аппа- рата могут разворачиваться специальным механизмом с помощью электропривода или вручную на угол от 90 о до 0 о . Проходя через развернутые лопатки направляющего аппарата, воздух отклоняет- ся в сторону вращения рабочего колеса. Угол поворота лопаток ОНА 0 ° соответствует установке лопаток параллельно оси вала вентилятора. Установка лопаток под углом 90 ° полностью пере- крывает отверстие входного коллектора. В некоторых вентилято- рах предусмотрен поворот лопаток на отрицательные углы до –20 ° с целью увеличения давления, развиваемого вентилятором. Вентилятор ВЦД-47 "Север" осевого направляющего аппа- рата не имеет, вместо этого здесь предусмотрен лопастной меха- низм для сброса мощности во входном канале. В конструкции вентилятора ВЦЗ-32 кроме регулирования ОНА заложена возможность грубого ступенчатого регулирования с помощью закрылков, устанавливаемых на рабочем колесе. Регу- лирование осуществляется установкой этих закрылков в одно из трех возможных фиксированных положений или полным снятием закрылков. Такая же особенность конструкции предусмотрена у модификации вентилятора ВЦД-32М – ВЦД-31,5П. Вентиляторы ВЦД32М (ВЦД-31,5М), ВЦД-40, ВЦД-47 "Се- вер" и ВЦД-47У имеют привод, позволяющий плавно изменять скорость вращения рабочего колеса для осуществления глубокого регулирования их режимов. В конструкции некоторых центробежных вентиляторов за- ложена возможность грубого регулирования в виде комплектации установок двумя двигателями с разными скоростями вращения (ВЦПД-8) или одним многоскоростным двигателем (ВЦП-16). Вентиляторы местного проветривания. Не предусмотрена регулировка режимов у малых осевых вентиляторов ВМ-3М и ВМ-4М. Вентиляторы ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М и ВМ-12М ре- гулируются осевым направляющим аппаратом. Вентиляторы ВМ-12А и ВМЭ-12А имеют возможность грубой регулировки с Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 106 помощью установки одного из трех сменных венцов рабочего ко- леса. Вентиляторы с пневмоприводом ВМП-4, ВМП-5 и ВМП- 6М регулируются изменением оборотов рабочего колеса подачей сжатого воздуха через трехпозиционный кран с различным сече- нием сопел. Вентилятор ВКМ-200А не регулируются. Вентилятор ВЦ-7 регулируется индивидуальным поворотом и закреплением закрылков рабочего колеса через специальные от- верстия в кожухе на остановленной машине. Вентилятор ВЦ-9 ре- гулируется ОНА. Необходимо иметь в виду, что большинство вентиляторов могут работать с двигателями, имеющими скорость вращения, от- личную от указанной в аэродинамической характеристике. При- нимая для привода вентилятора двигатель с другой скоростью вращения, можно получить дополнительную возможность по ре- гулированию режимов. При установке двигателя с другой скоро- стью вращения следует иметь в виду: F необходимость обеспечения механической прочности конструкций вентилятора; F необходимость пересчета аэродинамической характери- стики вентилятора в соответствии с формулами (2.7), (2.8) и (2.9); F необходимость обеспечения эффективности работы. Эффективность работы вентилятора в любом из режимов определяется величиной удельной мощности на валу вентилятора при работе в этом режиме. Удельная мощность (кВт ⋅ с/м 3 ) находится с помощью выра- жения ст В уд H N η 1000 = (5.10) Возвращаясь к рис. 5.2 и подставив значения депрессий и КПД режимов В 2 и С 2 в выражение (5.10), можно найти и срав- нить удельную мощность в этих режимах и, следовательно, вы- брать способ регулировки по эффективности. Аналогично реша- ется вопрос сравнения режимов В 1 и С 1 . Практически всегда предпочтительным оказывается режим с меньшей депрессией, т.е. Глава 5. Выбор и регулирование вентилятора для работы на сеть 107 режимы С 2 и В 1 будут эффективнее режимов В 2 и С 1 соответст- венно. Объясняется это обстоятельство тем, что весомая разница в депрессиях сравниваемых режимов не компенсируется разницей в КПД режимов. Учитывая изложенное выше, в заключение можно отметить: F снижение производительности вентилятора с точки зре- ния эффективности режимов выгоднее осуществлять уменьшени- ем угла поворота лопаток рабочего колеса; F увеличение производительности вентилятора выгоднее производить уменьшением сопротивления сети. Окончательно способ регулирования выбирается с учетом технологических возможностей выполнения перехода в новый режим и эффективности работы вентилятора в этом режиме. По аналогии с приведенным примером могут быть найдены оптимальные варианты регулирования режимов вентилятора лю- бой конструкции. Следует добавить, что перевод вентилятора в новый режим – грубое регулирование, и выполняется этот прием не часто. Во избежание экономических потерь в дальнейшем при работе вен- тилятора в этом новом режиме, все расчеты аэродинамического и экономического порядков должны быть выполнены заблаговре- менно и с учетом всех побочных обстоятельств. В приведенном примере рассмотрены вопросы регулирова- ния осевых вентиляторов. При регулировании вентиляторов цен- тробежных изменением скорости вращения ( при наличии такой возможности) или изменением угла поворота лопаток ОНА, схе- ма, изображенная на рис. 5.2 будет выглядеть несколько иначе. Однако методика определения эффективности режимов по удель- ной мощности применима в любом случае и дает возможность выбора способа регулирования любого вентилятора. Вопросы для самоконтроля 1. Как определяется необходимая производительность вен- тилятора, по которой будет выбираться вентилятор? Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 108 2. Как определяется необходимая депрессия вентилятора? Почему для выбора вентилятора требуется знать значения макси- мальной и минимальной депрессий вентиляционной сети? 3. Каким требованиям должен удовлетворять правильно выбранный вентилятор? 4. Приведите основные рекомендации по выбору вентиля- тора, работа которого на шахтную сеть могла бы гарантировать высокую надежность и экономичность? 5. Нанесите несколько произвольных режимов работы вен- тилятора на ОПИ в рис.5.1 и прокомментируйте их достоинства и недостатки. Дайте заключение о целесообразности работы венти- лятора в этих режимах. 6. Что такое «глубина регулирования»? 7. Какой из параметров вентилятора ( напор, производи- тельность) при регулировании является главным? 8. Каким параметром определяется эффективность рабо- ты вентилятора в различных режимах при регулировании? 9. Какие технические возможности предусмотрены для ре- гулирования параметров у современных осевых вентиляторов? 10. Как регулируются рабочие параметры современных цен- тробежных вентиляторов? 11. Как регулируются параметры современных вентиляторов местного проветривания? Какие из ВМП не регулируются? 12. Что произойдет с ОПИ вентилятора, если с его рабочего колеса снять часть лопаток? Привод вентиляторов Основной вид привода главных шахтных вентиляторов и большей части ВМП – электродвигатели. В связи с использованием больших мощностей и высоких скоростей вращения в качестве приводных применяются исклю- чительно трехфазные электродвигатели. Используются электро- двигатели как синхронные (только для главных вентиляторов), так и асинхронные. Пневматический привод, как исключение, приме- няется для некоторых специальных вентиляторов местного про- ветривания. Правила комплектации главных вентиляторных установок увязывают применение того или иного типа электродвигателя с величиной мощности на валу вентилятора: при потребной мощно- сти 100 ÷ 150 кВт применяются низковольтные асинхронные дви- гатели с короткозамкнутым или фазным ротором; при мощности 150 ÷ 350 кВт – низковольтные синхронные двигатели; при мощно- сти превышающей 350 кВт – высоковольтные синхронные двига- тели напряжением 6 кВ. Основным параметром электродвигателя при оснащении вентиляторной установки является его мощность. Двигатель под- бирается по максимальной мощности, потребляемой вентилято- ром в течение какого-то расчетного длительного срока его рабо- ты. Необходимая мощность электродвигателя рассчитывается исходя из выражения ст B B ДВ H Q k N η 1000 2 , 1 max max = , (6.1) где Q в. max , H в. max – производительность (м 3 /с) и депрессия (Па) в самом тяжелом режиме расчетного периода; Глава 6 Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 110 k – коэффициент, учитывающий плотность воздуха, прини- мается в зависимости от температуры наружного воздуха в хо- лодный период года; при температуре t = – 10 ÷ – 50 ° С, k = 1,05 ÷ 1,25; η ст – статический коэффициент полезного действия вентиля- тора, соответствующий расчетному режиму. Статический КПД принимается по аэродинамической характеристике. Главные вентиляторные установки комплектуются двигате- лями общепромышленного применения, рассчитанными на уста- новку и работу в помещении с положительными температурами в любое время года. Параметры атмосферы помещений должны быть в пределах: температура воздуха, ° С .............................+5 +35; влажность относительная ............................... до 85; запыленность воздуха, мг/м 3 ........................... до 10. Нерегулируемый электропривод Подавляющее большинство вентиляторов главного провет- ривания комплектуется нерегулируемыми односкоростными дви- гателями. Исключение составляют вентиляторы ВЦПД-8, ВЦП- 16, ВЦД-32, ВЦД-40, ВЦД-47А "Север", ВЦД-47У-Р и ВРЦД-4,5. Нерегулируемый электропривод в зависимости от необхо- димой мощности обеспечивается асинхронными машинами А, А4, АО, АК, АКН, АКС и синхронными – СД, СДВ, СДС и СДН. Применяемые асинхронные двигатели могут иметь короткозамк- нутый или фазный (АКН, АКС) роторы. Обычно пуск асинхронных двигателей осуществляется по- дачей полного напряжения питания на обмотки статора, при на- личии фазного ротора используются пусковые устройства в виде сопротивлений и контакторов в цепи ротора. Синхронные двига- тели запускаются в асинхронном режиме и переводятся в син- хронный после достижения скорости, составляющей 95 ÷ 97% от скорости синхронной. Применяется пуск синхронных двигателей с помощью специального разгонного асинхронного двигателя. Шахтные ГВУ относятся к машинам с тяжелым и длитель- ным режимом пуска. Практически все вентиляторы соединяются с Глава 6. Привод вентиляторов 111 двигателями с помощью зубчатых муфт, обеспечивающих посто- янство соединения и компенсацию линейных дисбалансов. По- этому отличительной особенностью работы двигателей в ком- плексе главной вентиляторной установки является их пуск, осу- ществляемый при наличии значительной нагрузки на валу в виде вентилятора. Для облегчения пуска двигателей вентиляторов предусмот- рены мероприятия конструкционного порядка в вентиляторах и мероприятия в схемах пускорегулирующей аппаратуры электро- двигателей. Сброс мощности в ГВУ в момент запуска в зависимости от типа вентилятора и его конструкции осуществляется с помощью: F поворота лопаток осевого направляющего аппарата венти- ляторов центробежных в положение 70 ÷ 90 ° , т.е. уменьшение се- чения входного коллектора вентилятора вплоть до полного закры- вания. В установках с вентиляторами ВЦД-47У предусмотрен специальный механизм сброса мощности при пуске; F временной установки лопаток спрямляющего аппарата на угол 35 ÷ 45 ° у осевых вентиляторов; F пуска вентиляторов с закрытыми отсекающими лядами в схеме вентиляционных каналов ГВУ. В схемах пускорегулировочной аппаратуры двигателей вен- тиляторов предусматриваются элементы, контролирующие весь процесс пуска и входа двигателя в рабочий режим. Все операции по пуску автоматизированы. Привод вентиляторов местного проветривания Абсолютное большинство вентиляторов местного провет- ривания комплектуется электроприводом в виде асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В вентиляторах ВМ-3М, ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М и ВМ-8М используются двигатели ВАОМ с числом оборотов 3000 мин –1 , отличающиеся только мощностью. Более крупные вентиляторы ВМ-12 комплектуются асинхронными двигателями ВРМ-280 с 1500 мин –1 Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 112 Центробежные вентиляторы ВЦ-7, ВЦ-9 и ВМЦ-6 комплек- туются низковольтными асинхронными двигателями с коротко- замкнутым ротором. Следует отметить, что никаких проблем, связанных с пус- ком ВМП не возникает, они запускаются простой подачей напря- жения на обмотки статора пусковыми приборами. В пневматических вентиляторах в качестве энергии исполь- зуется сжатый воздух, приводящий в движение рабочее колесо с помощью специальной турбинки, являющейся частью этого рабо- чего колеса. Давление сжатого воздуха ( избыточное) составляет 0,3 ÷ 0,5 МПа, расход варьируется от 1,2 ( ВКМ-200А) до 19,5 (ВМП-6М) м 3 /мин. Скорость вращения рабочего колеса регулируется измене- нием входного сечения сопла сжатого воздуха ( кроме ВКМ- 200А). Привод со ступенчатым регулированием скорости Ступенчатое регулирование скорости вращения вентилято- ра может осуществляться несколькими вариантами: F вентиляторная установка (ВРЦД-4,5) комплектуется од- ним асинхронным двигателем ( рис.6.1, ДВ) и генератором пони- женной (25 Гц) частоты, позволяющим уменьшить скорость вра- щения вдвое. При необходимости перехода вентилятора на пони- женные параметры, основной двигатель отключается от сети и включается машинный преобразователь ДГНЧ-ГНЧ. После сни- жения скорости вала до пониженной (375 мин –1 ), основной двига- тель получает питание от генератора ГНЧ для дальнейшей работы в режиме пониженной скорости; F вентиляторная установка комплектуется двумя двигате- лями, имеющими разную скорость вращения. Такая комплектация имеется у вентилятора ВЦПД-8 ( два асинхронных двигателя со скоростями 3000 и 1500 мин –1 ), ВЦП-16 ( два асинхронных двигателя со скоростями 1500 и 1000 мин –1 ) и ВРЦД-4,5 ( син- хронно-асинхронный двухмашинный агрегат) и ВРЦД-4,5 ( син- хронно-асинхронный двухмашинный агрегат). Машинный агрегат ВРЦД (рис. 6.2) состоит из жестко соединенных и расположенных |