книги / Рудничные вентиляторные и водоотливные установки

Чтобы решать вопросы создания вентиляционных режимов существующими и проектируемыми вентиляторами, строят поле вентиляционных режимов, которое представляет собой часть пло­ щади в координатах Q — h, в пределах которой располагаются вентиляционные режимы всех шахт за время их эксплуатации. На рис. 129 изображено поле вентиляционных режимов шахт Советского Союза, которому должны соответствовать параметры

Н'КГ/н2-

Рис. 129. Поле вентиляционных режимов шахт СССР

вентиляторов главного проветривания согласно ГОСТ 11004—64. Такое поле вентиляционных режимов позволяет определять число типоразмеров вентиляторов, необходимых для его покрытия.

Г л а в а II

ТРЕБОВАНИЯ К ВЕНТИЛЯТОРНЫМ УСТАНОВКАМ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ И ТИПЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ

§1. Требования к вентиляторным установкам

Сразвитием горной промышленности увеличиваются размеры шахтных полей, возрастает глубина разработки и длина горных выработок, увеличивается степень механизации производственных процессов, что приводит к увеличению газовыделения, пылеобразования и температуры. В связи с этим вентиляторные установки главного проветривания должны удовлетворять более высоким тре­ бованиям. Вентиляторные установки должны быть расположены

на поверхности Земли у устья герметически закрытых стволов или штолен и соединяться с ними каналом. Способ проветривания может быть всасывающим, нагнетательным и нагнетателыю-всасывающим.

Вентиляторные установки должны иметь резерв производитель­ ности не менее 20% проектной при наиболее трудных условиях про­ ветривания. В том случае, когда количество подаваемого в шахту воздуха по ПБ определяется с учетом коэффициента запаса, равного к = 1,45, резерв производительности учитывается этим коэффи­ циентом.

Конструкции вентиляторов и вентиляторных установок в целом должны быть выполнены таким образом, чтобы обеспечить надежную и малошумную их работу. Не менее важным является требование высокой экономичности и возможности регулирования режима работы в достаточно широких пределах, для чего они должны быть оборудованы устройствами, позволяющими экономично регулиро­ вать рабочий режим. Они также должны быть оборудованы ревер­ сивными устройствами, позволяющими производить не более чем за 10 мин изменение направления движения вентиляционной струи, поступающей в выработки, причем количество воздуха, проходящего по выработкам после реверсирования, должно быть не менее 60% его количества при нормальном направлении движения струи.

Совместная длительная или кратковременная работа вентиля­ торов при параллельном или последовательном их включении должна осуществляться только в соответствии с проектом. При диагональной системе проветривания вентиляторные установки должны быть рассчитаны на постоянную параллельную работу с учетом возможной одиночной работы, для чего необходимо иметь резерв мощности двигателей каждой установки.

§ 2. Типы шахтных вентиляторов

Вентиляторы представляют собой турбомашины, создающие давление до 15 000 н/м2.

Вгорной промышленности СССР широко применяются осевые

ицентробежные вентиляторы главного и местного проветривания.

Осевые вентиляторы классифицируются следующим образом: 1) по форме проточной части в области рабочего колеса:

а) вентиляторы обычного типа; б) вентиляторы с меридионально ускоренным потоком — турбо-

осевые вентиляторы; 2) по числу ступеней: а) одноступенчатые;

б) многоступенчатые; 3) по расположению вала вентилятора: а) горизонтальные; б) вертикальные;

4) по типу привода а) с электроприводом; б) с пневмоприводом; в) с гидроприводом.

Центробежные вентиляторы классифицируются по следующим признакам:

1) по развиваемому давлению:

2)по быстроходности: а) тихоходные; б) быстроходные;

3)по способу подвода воздуха:

а) с односторонним подводом воздуха; б) с двусторонним подводом воздуха;

4) по направлению вращения колеса, глядя на вентилятор со стороны привода:

а) правого вращения; б) левого вращения.

Тип вентилятора определяется величиной коэффициента быстро­ ходности или удельным числом оборотов (см. раздел второй, глава 2, § 9).

Центробежные вентиляторы по сравнению с осевыми отличаются сравнительно большой напорностыо и меньшими значениями коэффициента быстроходности, в силу чего при больших подачах и малых напорах, как это следует из формулы (77), они получаются с низкими скоростями вращения, исключающими непосредственное соединение их с двигателями, и, следовательно, с большими разме­ рами. При тех же условиях осевые вентиляторы будут иметь ско­ рости вращения, соответствующие скоростям вращения электро­ двигателей. При малых расходах и больших давлениях осевые вентиляторы будут иметь недопустимо большие скорости вращения (высокий уровень громкости шума). Для сохранения нормальной скорости вращения при указанных условиях осевые вентиляторы должны иметь несколько последовательно работающих рабочих колес. Исходя из этого осевые вентиляторы целесообразно приме­ нять на шахтах со сравнительно небольшими депрессиями (до 3000— 3500 н/м2), которые способны обеспечить эти вентиляторы при окружной скорости до 80 м/сек, не вызывающей чрезмерной гром­ кости шума. Центробежные вентиляторы следует применять при более высоких депрессиях вентиляционной сети шахт.

Г л а в а III

РАБОТА ВЕНТИЛЯТОРОВ В СЕТИ

§ 1. Давление, мощность и к. п. д. вентиляторов и вентиляторных установок

В § 1 главы I второго раздела приведено уравнение вентилятор­ ной установки в общем виде, в котором удельная энергия выражена величиной напора в метрах воздушного столба, что является прак­ тически неудобным. Применительно к вентиляторным установкам удельную энергию потока выражают в единицах измерения давле­ ния (см. раздел первый, главу III, § 2) и обозначают символом р

а

Рис. 130. Схемы работы вентилятора в сети

или h. Для исследования работы вентиляторов в сети используют уравнение Д. Бернулли для установившегося воздушного потока в следующем виде:

где Pi H'CJ — соответственно абсолютное давление и скорость дви­ жения воздуха в первом сечении потока;

р 2 и с2 — соответственно абсолютное давление и скорость дви­ жения воздуха во втором сечении потока;

р — плотность воздуха;

hmT — потери давления на участке потока между первым и вторым сечениями.

Разность геометрических высот незначительна, и ею обычно пренебрегают.

Рассмотрим наиболее общий случай работы вентилятора, име­ ющего участки сети, присоединенные к всасывающему и нагнетатель­ ному патрубкам (рис. 130, а).

Приращение энергии воздуха, проходящего через рабочее колесо вентилятора, проявляется в повышении его статического давления и скорости. Это приращение энергии 1 м3 воздуха в вентиляторе

где fen0T в — потери давления в линии всасывания; гАи0т. н — потери давления в линии нагнетания.

При входе воздуха в сеть и выходе из нее давление равно атмо­ сферному, поэтому Pi = р4. Заменим в уравнении (164) р4 выра­ жением для Рх из уравнения (163) и, имея в виду, что сА= свых, получим

* = (л - л ) + (р 4 - р 4 ) = « + р4 f • (165)

Сопоставляя уравнение (165) со (162), легко убедиться, что левая его часть представляет собой полное давление, развиваемое венти­ лятором, которое равно потере давления во внешней сети и дина­ мическому давлению потока воздуха на выходе из нее. Разность между полным давлением вентилятора и динамическим давлением на выходе из сети, равная давлению, затрачиваемому на преодоление

сопротивления сети, называется статическим давлением венти­ лятора

На рис. 131 показаны эпюры распределения полных (рис. 131, б) и статических (рис. 131, в) давлений по длине участков сети, при­ соединенных к всасывающему и нагнетательному патрубкам (131, а).

Рис. 131. Распределение давлений в сети

Если отсчитывать полное давление от атмосферного, то линия полного давления при входе в сеть пойдет по линии атмосферного давления, затем снизится на величину потерь давления во всасы­ вающей линии и на этом уровне цодойдет к входу в вентилятор. При выходе воздуха из сети в атмосферу статическое давление равно атмосферному, а динамическое определится скоростью выхода воз­ духа. Таким образом, полное давление на выходе потока из сети равно динамическому давлению, а полное давление в сечении 3—3 будет равно

Л„оТ.п + Р ^ -

В результате разность полных давлений при выходе из вентилятора и при входе в него, или его полное давление, будет равно, как было

показано выше, сумме потерь давления в линиях всасывания и на­ гнетания и потерь динамического давления при выходе потока из сети.

При работе вентилятора только на нагнетание (см. рис. 130, б) участок сети между сечениями 1—1 и 2—2 отсутствует (см. рис. 130, а), поэтому сечение 2—2 совмещается с сечением 1—1, в котором статическое давление потока равно атмосферному: р 2 =

и в этом случае для определения рабочего режима пользуются харак­

(см. рис. 130, в) участок сети между сечениями 3—3 и 4—4 отсут­ ствует (см. рис. 130, а) и сечение 3—3 совмещается с сечением 4—4. В случае отсутствия диффузора статическое давление в этом сечении

полного давления вентилятора, за счет которой преодолевается сопротивление при движении воздуха во внешней сети. Следует отметить, что при работе вентилятора на всасывание динамическое давление, теряемое при выходе, относят к потерям не сети, а вен­ тиляторной установки. Поэтому характеристику вентиляционной сети строят без учета потерь динамического давления на выходе из сети, а рабочий режим вентилятора определяют по характери­ стике статического давления вентилятора.

Динамическое давление вентилятора Лд есть та часть полного давления, которая полностью теряется на выходе из сети и может

быть уменьшена путем установки расширяющегося переходного элемента — диффузора. При наличии диффузора поток будет поки­ дать установку в большем сечении 5—5 (см. рис. 130, в), а следо­ вательно, с меньшей скоростью и меньшим динамическим давлением на выходе. Это приведет к уменьшению давления в сечении 4—4

исоответствующему уменьшению давления на входе в вентилятор

иувеличению статического давления, развиваемого вентилятором. Следует различать давление, развиваемое собственно вентиля­

тором и вентиляторной установкой. Вентилятор присоединяется к вентиляционной сети шахты через переходные элементы, к которым относятся входные и выходные устройства (колено, коробка, диффу­ зор, глушитель и т. п.). При протекании воздуха через эти элементы установки, а также при обтекании опор подшипников, находящихся в проточной части, имеют место потери давления. Разность давления, развиваемого вентилятором, и давления, теряемого в элементах переходных устройств, называется давлением вентиляторной уста­ новки.

Наряду с полным и статическим давлением важными параме­ трами вентилятора и вентиляторной установки являются мощность и к. п. д. Различают полный и статический к. п. д. вентилятора и вентиляторной установки. В первом случае полезная мощность вычисляется по полному давлению, а во втором — по статическому.

§ 2. Характеристики вентиляторов и вентиляторных установок

Эксплуатационные характеристики вентиляторной установки отличаются от характеристик собственно вентилятора тем, что при их построении учтены потери в подводящих и отводящих элементах установки. Характеристики давления могут быть построены по полному или статическому давлению. На рис. 132 изображены эксплуатационные характеристики вентиляторной установки по полному и статическому давлению. Там же показана кривая динами­ ческого давления /гд, теряемого на выходе потока при отсутствии диффузора.

Динамическое давление на выходе при наличии правильно сконструированного диффузора может быть преобразовано в стати­ ческое давление. Потери в диффузоре на выходе из него обычно составляют

Вычитая потери давления ДЛдпф из полного давления h при всех подачах, получают кривую статического давления уста­ новки.

Вид характеристик центробежных вентиляторов зависит главным образом от быстроходности и угла выхода лопаток рабочего колеса (см. раздел второй, главу И, § 11). Если лопатки рабочего колеса

На рис. 37 показаны эксплуатационные сводные характеристики осевого вентилятора серии К-06 с диаметром рабочего колеса D 2 = = 1,8 м при скорости вращения п = 985 об/мин для разных углов установки лопаток колеса, а также область его промышленного использования. Верхняя граница этой области выбирается из усло­