Дроздова Л.Г. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 4.7

Технические данные электродвигателей

Тип

электродвигателя

Частота

вращения

об

мин

Мощность

кВт

Напряжение

КПД

cos

ВАО – 52-4

ВАО – 61-4

ВАО – 62-4

ВАО – 71-4

ВАО – 72-4

ВАО – 81-4

ВАО – 82-4

ВАО – 91-4

ВАО – 92-4

ВАО – 315-4

ВАО – 315М-4

ВАО – 450М-4

ВАО – 450-4

ВАО – 500М-4

ВАО – 500-4

ВАО – 560М-4

ВАО – 560-4

ВАО – 630М-4

ВАО – 630-4

ВАО – 710М-4

ВАО – 710-4

ВАО – 800-4

ДСП – 40/74-4

ВАО – 51-2

ВАО – 52-2

ВАО – 62-2

ВАО – 71-2

ВАО – 72-2

ВАО – 81-2

ВАО – 82-2

ВАО – 91-2

ВАО – 92-2

ВАО – 450М-2

ВАО – 450-2

ВАО – 500М-2

ВАО – 500-2

АЗП – 500

Украина 12-3/2

АЗП – 800

АЗП – 1000

АЗП – 1250

1500

3000

100

132

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

3000

100

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

220/380

380/660

6000

220/380

6000

88,5

89,5

90,0

90,5

91,0

91,5

93,5

94,0

93,0

93,2

94,0

94,5

94,0

94,5

95,0

95,4

95,5

95,7

96,0

87,0

87,5

87,0

88,0

89,0

90,0

90,5

93,7

94,2

94,0

94,2

94,0

0,86

0,88

0,87

0,88

0,87

0,88

0,9

0,91

0,92

0,88

0,9

0,88

0,86

0,88

0,89

Раздел 3

ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ УСТАНОВКИ

ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

Назначение, классификация и устройство вен-

тиляторных установок

Проектирование вентиляторных установок

Задачи и примеры расчета вентиляторных

установок

Глава 5. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И УСТРОЙСТВО

ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК

5.1. Назначение и классификация вентиляторных установок

Вентиляторные установки на горных предприятиях служат для про-

ветривания горных выработок и поддержания в них комфортных и безо-

пасных условий труда путем создания атмосферных условий, при которых

состав, скорость перемещения и температура воздуха соответствовали бы

требованиям отраслевых ПБ.

Атмосферный воздух, проходя по горным выработкам, изменяет

свой состав. Содержание кислорода в нем уменьшается, а углекислого газа

увеличивается. Кроме того, в него попадают такие газы, как азот, оксид уг-

лерода, сероводород, сернистый газ, оксиды азота, метан, а также пыль,

пары воды и другие вещества, выделяющиеся из горных пород и образую-

щиеся при производстве горных работ.

Содержание газов в воздухе характеризуется их концентрацией,

представляющей собой отношение объема (объемная концентрация) или

массы (массовая концентрация) данного газа ко всему количеству газовоз-

душной смеси.

Воздух, поступивший с поверхности в горные выработки и претер-

певший изменения, называется рудничным. Воздушная струя, движущаяся

от воздухоподающего ствола к забоям, называется поступающей, а от за-

боев к воздуховыдающему стволу – исходящей.

Рудничный воздух в основном состоит из следующих компонентов:

• кислорода, минимальное содержание которого согласно ПБ должно

быть не менее 20 % по объему;

• углекислого газа, максимальное допустимое содержание которого

не должно превышать: 0,5 % на рабочих местах и в исходящих струях уча-

стков; 0,75 % в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и шахты

в целом;

• оксида углерода, объемная концентрация которого в рудничном воз-

духе действующих и строящихся выработок не должна превышать 0,0016 %;

• оксидов азота, образующихся при взрывных работах. Их содержание

не должно превышать 0,00025 % по объему в пересчете на диоксид азота NО

;

• сернистого газа, содержание которого не должно превышать

0,00035 % по объему.

Особое место в рудничной атмосфере занимает метан. С воздухом

метан образует горючие и взрывчатые смеси. Причем при объемной кон-

центрации метана в воздухе до 5 – 6 % метано-воздушная смесь не взрыва-

ется; свыше 14 – 15 % - не горит и не взрывается.

Все шахты и рудники, в которых хотя бы в одной выработке был об-

наружен метан, относят к опасным по газу, что влечет за собой дополни-

тельные требования к обеспечению безопасности. При этом все опасные

по газу шахты разделяются на пять категорий:

(относительная метано-

обильность до 5 м

/т добычи), II

(от 5 до 10 м

/т), III (от 10 до 15 м

/т),

сверхкатегорные (15 м

/т и более) и опасные по внезапным выбросам. По

метанообильности рудники разделяют на четыре категории: I (до 7 м

/т), II

(от 7 до 14 м

/т), III (от 14 до 21 м

/т) и сверхкатегорные (21 м

/т и более).

С учетом отмеченного выше, процесс проветривания горных выра-

боток должен обеспечить в рудничном воздухе необходимое количество

кислорода, а также разбавить выделяющиеся вредные газы и вещества до

допустимых концентраций, что и определяет в основном объем воздуха,

который необходим для проветривания. Этот процесс осуществляется с

помощью специальных вентиляторов, предназначенных для горной про-

мышленности.

По назначению вентиляторные установки подразделяются на глав-

ные, вспомогательные и местного проветривания.

Вентиляторные установки главного проветривания предназначены

для вентиляции всех выработок горного предприятия (шахты, рудника,

карьера) или его части (крыло, блок, панель и т.д.). В соответствии с ПБ на

шахтах и подземных рудниках эти установки располагаются на поверхно-

сти у устья герметически закрытых стволов, шурфов, штолен и скважин.

Вспомогательные вентиляторные установки предназначены для

проветривания стволов и капитальных выработок при их проходке, а также

отдельных участков горного предприятия. Обычно они располагаются, как

и главные, на дневной поверхности.

Вентиляторные установки местного проветривания используются

для вентиляции тупиковых выработок, забоев и отдельных застойных зон.

Соответственно по назначению разделяются и вентиляторы: венти-

ляторы главного проветривания, вспомогательные вентиляторы и вентиля-

торы местного проветривания.

По способу проветривания главные вентиляторные установки под-

разделяют на всасывающие и нагнетательные. Всасывающий способ про-

ветривания применяют, как правило, на шахтах, опасных по газу, нагнета-

тельный – на шахтах, не опасных по газу. Иногда применяют нагнетатель-

но-всасывающий способ проветривания. В этом случае два вентилятора ра-

ботают последовательно – один на нагнетание, а другой на всасывание.

В составе главных и вспомогательных вентиляторных установок ис-

пользуют как осевые, так и центробежные вентиляторы. Вентиляторы ме-

стного проветривания являются в основном осевыми.

Карьерные вентиляторные установки разделяются, кроме того, на

стационарные и передвижные. Стационарные установки, как правило,

имеют систему закрытых каналов (подземных выработок или трубопрово-

дов), по которым подается в карьер или отсасывается из него воздух. Пе-

редвижные вентиляторные установки изменяют свое местоположение по

мере перемещения зон максимального выделения пыли и вредных газов в

карьере и не имеют специальных каналов для подачи по ним воздуха. Воз-

душный поток, формируемый проточной частью вентиляторного агрегата,

по выходе из него распространяется в атмосфере карьерного пространства,

вовлекая в движение значительные ее массы за счет сил трения и эжекти-

рующего действия потока.

5.2. Общее устройство вентиляторных установок

главного проветривания

Устройство вентиляторной установки зависит от ее назначения, рас-

положения, типа применяемых вентиляторов и требований отраслевых

Правил безопасности и Правил технической эксплуатации, предъявляемых

к установкам различных типов.

В составе вентиляторных установок главного проветривания одина-

ково широко применяются как центробежные, так и осевые вентиляторы.

Центробежные вентиляторы главного проветривания в соответствии с

ГОСТ 11004–84 изготавливаются одноступенчатыми с односторонним

(ВЦ) и двусторонним (ВЦД) подводом воздуха с диаметрами рабочих ко-

лес от 1,6 до 4,75 м, номинальной подачей от 25 до 630 м

/с и номиналь-

ным статическим давлением от 2450 до 7000 Па.

Основным способом регулирования рабочего режима центробежных

вентиляторов главного проветривания является изменение угла установки

лопаток входного направляющего аппарата (НА). На отдельных моделях

центробежных вентиляторов предусмотрено регулирование режима изме-

нением частоты вращения приводного электродвигателя.

Осевые вентиляторы главного проветривания, выпускаемые серий-

но, охватывают диапазон подач от 10 до 580 м

/с и статических давлений

от 600 до 3900 Па и предназначены для проветривания горных предпри-

ятий с относительно небольшим сопротивлением вентиляционной сети.

Все они выполнены по двухступенчатой схеме и имеют спрямляюще-

направляющий аппарат, расположенный между рабочими колесами 1-й и

2-й ступеней, и спрямляющий аппарат за рабочим колесом 2-й ступени.

Главные вентиляторные установки должны состоять не менее чем

из двух вентиляторных агрегатов, один из которых должен быть резерв-

ным. Вентиляторы на газовых шахтах должны быть одного типоразмера.

На негазовых шахтах главные вентиляторные установки могут состоять из

одного агрегата с резервным электроприводом.

Кроме того, главные вентиляторные установки должны быть обору-

дованы реверсивными устройствами, обеспечивающими изменение направ-

ления воздушного потока (вентиляционной струи) на противоположное во

всех горных выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии.

Если уровень шума вентиляторных установок выше допустимых норм, то

они должны оборудоваться глушителями шума.

Рабочий и резервный вентиляторы соединяются со стволом шахты

системой вентиляционных каналов: подводящего, всасывающих, нагнета-

тельных, обводных и диффузора с выходной частью. Каналы выполняются

в бетоне в комплексе со зданием, в котором размещаются вентиляторные

агрегаты.

Таким образом, в общем случае в состав вентиляторной установки

главного проветривания входят: два вентиляторных агрегата, состоящих из

вентиляторов с электродвигателями и аппаратуры управления, автомати-

зации и контроля; вспомогательное оборудование для переключения и ре-

версирования воздушного потока; система вентиляционных каналов, обес-

печивающих прямую и реверсивную работу каждого из вентиляторов;

глушители шума.

Вспомогательное оборудование включает в себя: ляды, с помощью

которых перекрываются вентиляционные каналы; механизмы для открыва-

ния и закрывания ляд; устройства для уплотнения ляд; люки для доступа в

каналы. Ляды выполняются по типу падающих или самоходных вертикаль-

ных дверей. В качестве привода ляд применяются лебедки с системой кана-

тов (падающие ляды), а также цепной привод с червячным редуктором и

винтовой с мотор-редуктором для самоходных вертикальных ляд.

Компоновка вентиляторной установки определяется типом вентиля-

тора: осевой или центробежный, с одно- или двухсторонним входом, ре-

версивный или нет.

Центробежные вентиляторы являются нереверсивными. Поэтому

вентиляторные установки с центробежными вентиляторами имеют обвод-

ные каналы, по которым воздух нагнетается в шахту при реверсивном ре-

жиме работы вентилятора. Для компоновки таких установок характерен

также общий диффузор для обоих вентиляторов, который на некоторой

высоте переходит в сужающуюся надстройку (конфузор).

На рис. 5.1 показаны принципиальные технологические схемы вен-

тиляторных установок с центробежными вентиляторами.

При работе рабочего вентилятора 1 на всасывание (нормальный ре-

жим) ляда 2 подводящего канала, ляда 3 переключения всасывающего ка-

нала рабочего вентилятора, отсекающая ляда 4 нагнетательного канала ра-

бочего вентилятора и ляда 5 диффузора открыты. Отсекающая ляда 6, ляда

переключения 7 резервного вентилятора 8 и ляда 9 всасывающей будки за-

крыты. При этом воздух поступает к рабочему вентилятору через главный

подводящий и всасывающие каналы (схема движения воздуха показана

сплошными стрелками) и через нагнетательные каналы и диффузор нагне-

тается в атмосферу. При переключении на резервный вентилятор ляды 3 и

4 закрываются, а ляды 6 и 7 открываются.

При работе на нагнетание (реверсивный режим) вентилятор всасыва-

ет воздух из атмосферы через открытую ляду 9 всасывающей будки и на-

гнетает его через обводной канал, связанный с подводящим каналом, в

шахту (схема движения воздуха показана пунктирными стрелками). Ляда 5

диффузора при этом закрыта.

Рис. 5.1. Принципиальные технологические схемы установок главного

проветривания с центробежными вентиляторами:

а – одностороннего входа; б – двухстороннего входа

5.3. Аэродинамические характеристики вентиляторов

Аэродинамические характеристики вентиляторов (вентиляторных

установок) определяются опытным путем и представляют совокупность

графических зависимостей статического давления

ст

и статического ко-

эффициента полезного действия

ст

от расхода (подачи)

воздуха при

различных регулируемых параметрах вентиляторных агрегатов (частотах

вращения, углах установки лопастей рабочего колеса и пр.).

Статическое давление вентилятора численно равно разности давле-

ний в нагнетательном и всасывающем каналах вентиляторной установки.

Оно отображает приращение в каналах вентилятора удельной энергии

давления газа, отнесенной к его объему. Приращение удельной кинетиче-

ской энергии воздуха в каналах вентиляторной установки практически

равно нулю, так как скорости соответствующих потоков в нагнетатель-

ном и всасывающем каналах примерно одинаковы. Приращением удель-

ной энергии положения в поле тяжести Земли можно пренебречь из-за

малой плотности воздуха. Поэтому статическое давление с достаточной

точностью отображает величину полной удельной энергии, приобретае-

мой воздухом в каналах вентиляторной установки.

Статический КПД вентиляторной установки определяется следую-

щим образом:

ст

=η

(5.1)

где

– статическое давление вентилятора, Па;

- расход воздуха, м

/с;

– потребляемая вентилятором мощность, кВт.

К режиму работы вентиляторов предъявляются три основных требо-

вания: обеспечение необходимой подачи, экономичность и устойчивость.

Исходя из последних двух условий, на напорной характеристике вентиля-

тора выделяют зону промышленного использования. Режим работы венти-

лятора главного проветривания считается экономичным, если

> 0,6.

Центробежные вентиляторы имеют пологопадающую характеристи-

ку статического давления

cт

- Q

(рис. 5.2, а), для которой все режимы

работы являются устойчивыми. Поэтому зона промышленного использо-

вания 1 – 2 характеристики

ст

- Q

центробежного вентилятора определя-

ется только из условия экономичности. Осевые вентиляторы имеют, как

правило, седлообразную характеристику

ст

- Q

со впадинами и даже с

разрывами (рис. 5.2, б). Поэтому осевые вентиляторы в некотором диапа-

зоне подач могут иметь неустойчивые режимы работы. Исходя из этого, со

стороны малых подач, где указанная характеристика имеет впадины и раз-

рывы, зона промышленного использования ограничивается условием ус-

тойчивости (точка 7), а со стороны больших подач условием экономично-

сти (точка 2).

Отличительной эксплуатационной особенностью вентиляторных ус-

тановок является их работа на внешнюю сеть, сопротивление которой по-

стоянно меняется в связи с развитием фронта работ и изменением клима-

тических и горно-технических условий. Кроме того, вентиляторы главного

проветривания имеют очень большой срок службы: от 14 до 20 лет. За это

время характеристика внешней сети может измениться в значительных

пределах. Поэтому для того, чтобы вентиляторная установка могла обес-

печить необходимую подачу воздуха в течение всего срока службы, она

должна быть регулируемой.

Регулирование режима работы осевых вентиляторов типа ВОД осу-

ществляют в настоящее время за счет изменения углов установки лопастей

рабочего колеса. При этом поворот лопастей производится дискретно че-

рез 5 град. Поэтому регулирование получается ступенчатым.

Режимы работы центробежных вентиляторов регулируются измене-

нием углов установки лопаток направляющих аппаратов или частоты вра-

щения

рабочего колеса. Оба эти способа регулирования являются непре-

рывными.

Комбинированный способ регулирования заключается в том, что в

диапазонах рабочего режима вентиляторов осуществляется подрегулиров-

ка (тонкое регулирование) различными способами (направляющим аппара-

том, задвижкой в вентиляционном канале и т.д.).

Рис. 5.2. Определение зоны промышленного использования вентиляторов

главного проветривания по их индивидуальным характеристикам:

а – центробежного вентилятора; б – осевого вентилятора

В связи с этим для вентиляторов выбирают не индивидуальные, а

универсальные характеристики, используя на практике при расчетах толь-

ко ее часть – область промышленного использования, в которой все режи-

мы работы являются экономичными и устойчивыми. Для ее получения на

каждой напорной характеристике выделяют зону промышленного исполь-

зования и соответственные концы этих зон соединяют линиями, которые

являются границами области по условиям экономичности и устойчивости.

Поэтому аэродинамические характеристики вентиляторов главного про-

ветривания имеют вид, показанный на рис. 5.2. (а) и 5.2. (б).