Шахтные вентиляторы. И. Г. Ивановский шахтные вентиляторы
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Рис.6.1. Схема приводной установки вентилятора ВРЦД-4,5 с одним двигателем и генератором пониженной частоты: В – вентилятор; ДВ – двигатель; ВМ1, ВМ2, ВМ3 – масляные выключатели; ДГНЧ – двигатель генератора частоты; ГНЧ – генератор; ПУ – пусковое устройство; ТГ – тахогене- ратор; В3 – возбудители; Д – двигатель возбудителей Пуск и работа установки с меньшей скоростью осуществ- ляется подачей напряжения на обмотки статора АДВ, раскручива- ется асинхронный двигатель до нужной скорости пусковым уст- ройством ПУ ( фазный ротор с сопротивлениями и контактором). Перевод агрегата в режим большей скорости выполняется после- довательным отключением двигателя АДВ от питания, подачей питания к двигателю СДВ, раскручивания его в асинхронном ре- жиме до подсинхронной скорости, подключения его к возбудите- лю Вз и входа двигателя в синхронный режим. Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 114 Рис.6.2. Схема приводной установки вентилятора ВРЦД-4,5 с двумя двигателями: В – вентилятор; АДВ – асинхронный двигатель; СДВ – синхронный двигатель; ВМ1, ВМ2 – масляные выключатели; ПУ – пусковое устройство; ТГ – тахогенератор; В3 – возбудитель; Д – двигатель возбудителя F вентиляторная установка комплектуется одним асин- хронным двигателем, конструкция которого позволяет ступенчато менять скорость вращения. Вентилятор ВЦП-16 по желанию за- казчика может быть укомплектован двигателем АО-114-12/8/6/4 со скоростями вращения соответственно 500, 750, 1000 и 1500 мин –1 Привод с плавным регулированием скорости Применение привода с плавным регулированием скорости вращения позволяет значительно расширить зону экономичной работы вентиляторов. Прирост эффективности обуславливается широким диапазоном высокого статического коэффициента по- лезного действия в области промышленного использования вен- тилятора. Это обстоятельство приобретает особый вес при ис- пользовании крупных центробежных вентиляторов, к которым относятся вентиляторы с диаметром рабочего колеса более 3 м, у Глава 6. Привод вентиляторов 115 которых регулирование с помощью механизма поворота лопаток осевого направляющего аппарата не позволяет достигнуть нужной глубины регулирования. Плавное регулирование скорости осуществляется примене- нием вентильно-машинных каскадов, которыми комплектуются вентиляторы ВЦД-32М, ВЦД-4о, ВЦД-47А "Север" и ВЦД-47У-Р. Вентильно-машинный каскад ГВУ ВЦД-32М ( рис.6.3) со- стоит из двух главных асинхронных двигателей ДВ с фазным ро- тором АКН2-16-57-12У4, инверторного агрегата, включающего синхронную машину СМ и машины постоянного тока ДП, и кремниевого выпрямителя НКВ1. Рис.6.3. Схема вентильно-машинного каскада привода ВЦД-32М: В – вентиляторы; ДВ1 – главные двигатели; Л – масляные выключатели; СМ – синхронная машина; ПУ1 – пусковые роторные устройства; В – возбудитель синхронной машины; РВ – регулятор возбуждения; НКВ1 – неуправляемый кремниевый выпрямитель;Р1 – разъединители цепи ин- вертора; ДП – машины постоянного тока Скорость приводных двигателей регулируется по принципу подачи в цепь их фазных роторов противо-э.д.с. от машин посто- янного тока инверторного агрегата, в свою очередь регулируемых величиной тока в обмотках возбуждения ОВ1 и ОВ2. Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы 116 Плавное регулирование скорости вращения осуществляется в диапазоне 0,50 ÷ 0,97 от номинальной скорости (300 ÷ 595 мин –1 ). При работе приводного двигателя ДВ1 на пониженной скорости (по сравнению с номинальной – 600 мин –1 ), энергия скольжения через кремниевый выпрямитель НКВ1 подается на машину посто- янного тока ДП. Соединенная общим валом с синхронной маши- ной СМ машина постоянного тока в этом случае работает как дви- гатель, синхронная машина в генераторном режиме возвращает энергию скольжения в сеть. Управление пуском двигателей и регулирование их скоро- стей полностью автоматизировано и осуществляется по заданной программе. Следует отметить, что при выходе из строя агрегата вен- тильно-машинного каскада, вентилятор продолжает работу в ре- жиме скорости асинхронного двигателя (номинальной). Недостаток регулировки скорости вращения вентильно- машинным каскадом – возможность регулирования только в сто- рону снижения скорости от номинальной. Вопросы для самоконтроля 1. Какой привод применяется для главных и вспомогатель- ных шахтных вентиляторов? У ВМП? 2. Как подсчитать необходимую мощность приводного двигателя вентилятора? Приведите существующие рекомендации по применению типов двигателей в зависимости от их мощности. 3. Как подразделяются виды приводов по возможности ре- гулирования скорости их вращения? 4. Приведите мероприятия по облегчению запуска мощных асинхронных двигателей под нагрузкой. 5. Назовите варианты технического исполнения ступенча- того регулирования скорости вращения привода. 6. Назовите варианты технического исполнения плавного регулирования скорости вращения привода. 7. Каким приводом обеспечиваются ВМП? Вентиляторные установки Вентиляторные установки – назначение и комплектация Шахта – подземное горное предприятие, технология которого сопряжена с необходимостью проведения рабочих процессов, в результате которых в атмосферу горных выработок выделяется большое количество вредностей в виде газов и пыли. Ситуация усугубляется дополнительным выделением газов из полезного ис- копаемого и пород. Появляется необходимость борьбы с этими вредностями путем их разжижения до безопасных концентраций подаваемым в выработки воздухом. Проветривание – процесс, без которого нормальная работа шахты немыслима даже в течение самого короткого промежутка времени. Подача воздуха в горные выработки шахты должна быть не- прерывной и в полном необходимом объеме. Это требование пре- допределяет необходимость использования мощных, надежных машин. Более того, Правила безопасности предусматривают не- обходимость обеспечения возможности оперативной замены вы- шедшего из строя вентилятора резервным. Для газовых шахт это требование является обязательным, для остальных – рекоменда- тельным. Аварийные ситуации, возникающие в шахтах (пожары, взры- вы газа и пыли, обрушения горных пород) часто требуют прове- дения действий по управлению воздушной струей в количествен- ном отношении (ослабление струи, усиление) и по изменению на- правления ее движения. Главные шахтные вентиляторы для обеспечения нормального проветривания шахты или ее проветривания в аварийной си- туации с достаточно высокими показателями по эффективности, надежности и экономичности должны быть укомплектованы до- полнительными сооружениями, устройствами и механизмами. Глава 7 И.Г. Ивановский. Шахтные вентиляторы 118 Возникает необходимость объединения всего обеспечивающего проветривание оборудования в общее понятие – вентиляторная установка. Вентиляторная установка является главной частью системы проветривания шахты. Главные вентиляторы, их привод, пускорегулирующая аппа- ратура, контрольно-измерительные установки, приборы и многое другое оборудование устанавливаются в одном специальном обогреваемом здании, находящемся у одной из главных вырабо- ток шахты. Место расположения здания зависит от того, как рабо- тает вентилятор – на всасывание или нагнетание. Здание вентиля- торной установки должно быть герметичным, светлым и просто- рным. При нагнетательном способе вентиляции шахты здание вентиляторной установки часто объединяется с калориферной ус- тановкой, располагающейся на всасывающей стороне вентилято- ра. В этом случае несколько увеличивается необходимая депрес- сия вентилятора (200 ÷ 300 Па), но при этом отпадает необходи- мость в построении специального здания для калорифера и в ус- тановке специального вентилятора. При наличии в вентиляторной установке двух вентиляторных агрегатов возникает необходимость создания системы каналов, соединяющих вентиляторы с внешней атмосферой и шахтной вентиляционной сетью. Эта система специальных каналов должна обеспечивать независимую работу каждого из вентиляторов на вентиляционную сеть шахты и предусматривать невозможность одновременной работы обоих вентиляторных агрегатов. В эту систему входят собственно каналы, переключающие устройства, Вентиляторной установкой принято на- зывать комплекс оборудования, сооружений и устройств, обеспечивающих устойчивое и на- дежное снабжение шахты достаточным коли- чеством воздуха при нормальной работе и в любой аварийной ситуации Глава 7. Вентиляторные установки 119 привод и механизмы управления переключающими устройствами и аппаратура автоматики. Шахтные вентиляторные установки, укомплектованные не- реверсивными вентиляторами ( центробежными и осевыми серии ВОКД) для обеспечения возможности управления направлением воздушной струи, обеспечиваются системой реверсирования. Эта система состоит из дополнительных прямоточных и обводных ка- налов, соединяющих входные и выходные части вентиляторов с шахтной вентиляционной сетью и переключающих устройств с приводами и аппаратурой управления. Вентиляторные каналы всех назначений располагаются на небольшой площади промплощадки и связаны с ограничениями по величине площади их сечений и радиусов закруглений. Для со- оружения каналов используется железобетон, кирпич или другие долговечные и прочные материалы. В небольших по мощности вентиляторных установках каналы выполняются из металла и пластмасс. Материал стенок вентиляторных каналов не должен быть пористым и пропускать воздух. Соединения отдельных час- тей установок тщательно герметизируются. Стенки каналов обес- печиваются гладкой поверхностью путем выравнивания и покры- тия специальными составами. Переходы каналов делаются плав- ными во всех плоскостях, местные сопротивления в виде внезап- ных сужений, расширений, резких поворотов и острых кромок ис- ключаются. Выходы из каналов в здание вентиляторной установ- ки и в атмосферу оборудуются шлюзами и герметичными устрой- ствами. При всасывающем способе проветривания шахты для умень- шения потерь скоростного напора на выходе струи из вентилятора в атмосферу используется прием с плавным уменьшением скоро- сти движения воздуха. Плавное уменьшение скорости достигается применением специальных блоков вентиляторной установки – диффузоров, представляющих собой пирамидальный ил конусо- образный раструб, раскрывающийся по направлению движения струи при нормальной вентиляции. Оптимальный угол раскрытия диффузора составляет 9 ÷ 12 ° Шахтные вентиляторные установки, укомплектованные осевыми вентиляторами, снабжаются глушителями шума. И.Г. Ивановский. Шахтные вентиляторы 120 Работа шахтной вентиляторной установки неминуемо свя- зана с потерями энергии в виде потерь давления на преодоление сопротивлений самой вентиляторной установки потоку воздуха и потерь в производительности в виде утечек через устройства ус- тановки и стенки каналов. На практике потери давления могут достигать 15 ÷ 30% от депрессии вентилятора, а утечки – 5 ÷ 20% от его производительности. Эти потери будут неминуемо сказы- ваться на величине эксплуатационных расходов, в частности, на расходе электроэнергии в течение всего срока службы установки. Повышение экономической эффективности шахтной венти- ляторной установки закладывается в весь процесс ее создания – расчет проветривания шахты, определение параметров главной вентиляторной установки, выбор оборудования, проектирование систем вентиляционных каналов, проектирование здания вентиля- торной установки обеспечение герметичности составляющих ус- тановки, обеспечение наименьших потерь давления. Следует пом- нить – экономия на качестве неминуемо приведет к последующим потерям при эксплуатации. Типы вентиляторных установок Состав оборудования, вид схемы подводящих каналов и ка- налов реверсивной установки, перечень и конструкции дополни- тельных устройств вентиляторной установки зависит от многих факторов: от типа применяемого вентилятора, от способности вентилятора к реверсированию струи; способа работы вентилято- ра с сетью, от количества сторон всасывания (только для вентиля- торов центробежных). Здание вентиляторной установки обычно сооружается на уровне поверхности, подземное расположение вентиляторов вы- полняется редко и только в исключительных обстоятельствах. Вентилятор в здании располагается так, чтобы ось его ротора была строго горизонтальна. Главные подводящие или отводящие каналы установки мо- гут быть прямыми и горизонтальными только в случае, когда канал сопрягается со штольней, в остальных случаях каналы Глава 7. Вентиляторные установки 121 заглубляются или делаются наклонными для возможности сопря- жения с выработками на какой-то глубине. Вентиляторные установки с осевыми вентиляторами могут иметь реверсивные устройства или их не иметь. Реверсивными системами обязательно обеспечиваются установки на основе вен- тиляторов серии ВОКД (рис.7.1). Рис.7.1. Схема вентиляторной установки с нереверсивным венти- лятором ВОКД-3: 1 – подводящий канал; 2 –отсекающая ляда канала; 3 – ля- да всасывающей будки; ляды переключения; 5 – утка; 6 – вентилятор; 7 – диффузор; 8 – ляды диффузоров; 9 – глушитель шума; 10 – обводной ка- нал Эти вентиляторные установки имеют подводящий канал 1 с двумя изгибами в вертикальной плоскости, для компенсации раз- ницы отметок входного канала вентилятора и уровня сопряжения с выработками вентиляционной сети шахты (ствол, шурф и т.п.). Два изгиба в вертикальной плоскости образуют участок канала, называемый уткой. Повороты канала (изгибы) выполняются плав- ными, благодаря использованию двух радиусов закругления. Прямоугольная форма канала в месте сопряжения с сетью шахты на участке поворотов постепенно переходит в круглую, соответ- ствующую форме сечения всасывающего коллектора вентилятора. И.Г. Ивановский. Шахтные вентиляторы 122 Каждый из вентиляторов установки имеет свой диффузор 7. В за- висимости от наличия свободного пространства на промплощад- ке, диффузор может быть вертикальным, наклонным или гори- зонтальным. К диффузору непосредственно примыкает глушитель шума 9. Ра- бота систем подвода воздуха к вентилятору и реверсирования струи обеспечивается шестью лядами: две ляды 8 при работе на всасывание перекрывают обводной канал 10; ляда входной будки 3 закрыта при нормальной работе, служит для пропуска воздуха из атмосферы при работе на нагнетание; ляда 2 перекрывает канал подвода воздуха со стороны сопряжения с сетью от вентилятора при реверсировании струи; две ляды 4 обеспечивают переключе- ние вентиляторов. Переключающие ляды 4 всегда находятся в разных положениях: ляда работающего вентилятора поднята, ре- зервного – опущена. Схема движения воздушных струй при нормальной работе установки – струя воздуха, поступающего из шахты в подводящий канал, проходит через поднятую отсекающую ляду 2 и переклю- чающую ляду работающего вентилятора 4 к рабочему колесу, да- лее в диффузоре проходит над опущенной лядой 8 обводного ка- нала 10 и выходит к глушителю шума 9. Путь струи показан сплошными стрелками. Для переключения установки на реверсивную работу не ос- танавливая вентилятор открывают ляду 3 входной будки, подни- мают ляду 8 обводного канала и опускают отсекающую ляду 2 подводящего канала. Путь опрокинутой струи показан пунктир- ными стрелками. В соответствии с требованиями ПБ система реверсирования должна обеспечивать смену направления струи не более чем за 10 минут. Управление системой реверсирования должно быть авто- матизировано. В шахтных вентиляторных установках, укомплектованных реверсивными вентиляторами серии ВОД, отсутствует обводной канал с его лядами, входная будка и отсекающая ляда. Диффузоры вентиляторов объединяются и комплектуются общим глушителем шума. Установки дополнительно комплектуются отсекающими лядами, устанавливаемыми перед глушителем шума. Назначение Глава 7. Вентиляторные установки 123 этих ляд – изоляция работающего вентилятора от резервного со стороны нагнетания. Рис.7.2. Установка с вентилятором ВОД-40, работающая в нор- мальном режиме на всасывание: 1 – подводящий канал; 2 – привод ; 3 – вен- тилятор; 4 – переключающие двери в диффузоре; 5 – глушитель шума Вентиляторная установка, предназначенная для работы на всасывание ( рис.7.2), оборудуется переключающими дверями в подводящем канале 1 и в диффузоре 4. Двери установлены в кон- це подводящего канала и перед глушителем шума соответственно. Глушитель шума в установке один. При реверсировании струи воздух к вентиляторам подводится через глушитель шума. Установка, предназначенная для работы на нагнетание (рис.7.3), оборудуется переключающими дверями 1 и 4, установ- ленными после глушителя шума и после диффузоров в нагнета- тельном канале. Отсекающая ляда 7 работает при переходе на И.Г. Ивановский. Шахтные вентиляторы 124 реверсивный режим. Глушитель шума в установке один и нахо- дится в специальном здании. В этом же здании располагается ка- лориферная установка. В зависимости от типоразмера вентилятора установки могут иметь дополнительные особенности ( специальные профильные лопатки в каналах и т.п.). Рис.7.3. Установка с вентилятором ВОД-40, работающая в нор- мальном режиме на нагнетание: 1 – подводящий канал; 2 – привод вентиля- тора; 3 – вентилятор; 4 – переключающие двери в диффузоре; 5 – глушитель шу- ма; 6 – пускорегулирующая аппаратура; 7 – отсекающая ляда в нагнетательном канале Вентиляторные установки с центробежными вентилято- рами отличаются большим количеством возможных компоновок оборудования. Оригинальную компоновку оборудования, отличающуюся выгодными параметрами и схемой вентиляционных каналов, име- ет вентиляторная установка с вентилятором ВЦД-32М. Эта уста- новка ( рис.7.4), при наличии двух агрегатов двухстороннего вса- сывания, располагается на сравнительно небольшой площади. Со- кращение площади достигнуто расположением обводного канала |