Эксплуатация вентиляторных установок

Вентиляторы. Общие сведения. Характеристики. Осевые вентиляторы, требования ПБ, общее устройство, работа

Общие сведения

При вращении рабочего колеса вентилятора его лопасти оказы­вают динамическое воздействие на обтекающий их поток воздуха. При этом возникает аэродинамические силы, создающие прира­щение полного давления, необходимого для движения воздуха в шахте.

Если направляющим аппаратом на входе рабочего колеса поток закручивается в направлении вращения колеса, то давление и потребляемая вентилятором мощность уменьша­ются, при обратном закручивании— возрастают.

Создаваемое вентилятором давление зависит от: формы и числа лопастей, угла их установки относительно плоскости вра­щения в осевых вентиляторах; угла выхода потока в центро­бежных вентиляторах; размеров рабочего колеса и частоты его вращения; производительности вентилятора; форм и размеров всей проточной части вентилятора.

Полное давление Н вентилятора меньше теоретического (см. рис. 9) на величину потерь, учитываемых гидравлическим к. п. д. вентилятора. Гидравлический к. п. д. — есть отношение полезной мощности (без учета потерь) к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических по­терь, т. е. к мощности, определяемой по фактическому давлению, которое развивает вентилятор N = QH.

Полное давление Н, развиваемое вентилятором, расходуется на преодоление сопротивлений в вентиляционной сети (статиче­ское давление Н_ст) и на сообщение потоку на выходе из диффузора вентилятора в атмосферу некоторой скорости (динамическое — скоростное давление Н_д). Следовательно, статическое давление вентилятора меньше полного на величину динамического дав­ления.

Отношение полезной мощности, определенной по полному давлению вентилятора, к потребляемой мощности (на валу венти­лятора) называется полным к. п. д. вентилятора. Аналогично по статическому давлению определяется статический к. п. д. венти­лятора.

Экономичность вентилятора при работе на всасывание оцени­вается статическим к. п. д. η_ст (так как динамическое давление на выходе из диффузора бесполезно теряется), а при работе на нагнетание — полным к. п. д. η.

Аэродинамическая характеристика вентилятора

Аэродинамические качества вентилятора характеризуются производительностью Q, давлением Н_ст или Н, к.п.д. η_ст или η и потребляемой мощностью N — мощностью на валу вентилятора.

Зависимость между указанными параметрами данного венти­лятора при определенных углах установки  лопастей рабочего колеса, лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов и при постоянной частоте вращения его ротора называется аэроди­намической характеристикой вентилятора. Она получается опытным путем при испытаниях вентилятора.

В процессе эксплуатации вентиляторных установок возникает необходимость регулирования их рабочего режима. Для этого лопасти рабочих колес, лопатки направляющих аппаратов и зак­рылки лопастей (поворотная часть лопастей) рабочих колёс венти­ляторов могут устанавливаться под различными углами в зави­симости от условий эксплуатации.

Для каждого угла установки лопастей и закрылков вентиля­торная установка имеет свою аэродинамическую характеристику.

Область промышленного использования венти­ляторной установки включает рабочие участки аэродинамических характеристик для различных углов установки лопастей при одина­ковой частоте вращения ротора и устанавливается следующим образом. На рис. 20, а рабочие участки аэродинамических характеристик

Рис. 20 Области промышленного использования вентиляторов* а — осевого б — центробежного

1—2 и 3—4 соответствуют крайним предельным значе­ниям углов установки лопастей рабочего колеса, 1—3 является границей устойчивой работы, 2—4 — указывает на минимальное допустимое значение к. п.д. _Ст. шш- На этой же диаграмме пока­заны линии одинаковых значений к. п. д. — от минимально допу­стимого до максимального. Построение области промышленного использования на рассматриваемом рисунке показано для осевых вентиляторов.

Область промышленного использования центробежного венти­лятора (рис. 20, б) при регулировании направляющим аппаратом заключена между рабочими участками аэродинамических харак­теристик, соответствующих предельным углам установки лопаток направляющего аппарата, и линией минимально допустимого к.п.д. η = 0,6.

Шахтные вентиляторы подготовительных забоев работают с беспрерывно изменяющимся сопротивлением. Оказывает влияние также естественная тяга- движение воздуха в выработках под действием естественных факторов, изменение подсосов и утечек воздуха через неплотности в надшахтном здании, необходимость иногда в кратковременном увеличении расхода воздуха по шахте. В аварийных случаях возникает необходимость в изменении направления воздушной струи ( реверсирование). Следовательно, шахтная вентиляторная установка должна быть регулируемой и обеспечивать при необходимости реверсирование воздушной струи. Реверсирование воздушной струи сог­ласно ПБ должно быть произведено не более чем за 10 мин, при этом подача воздуха в шахту должна составлять не менее 60 % его подачи при нормальном направлении вентиляционной струи.

В главной установке с осевым вентилятором реверсирование вентиляционной струи производится изменением направления вращения ротора и поворота лопаток промежуточного направ­ляющего и спрямляющего аппаратов на угол 180°.

В центробежном вентиляторе при изменении направления вращения его рабочего колеса поток воздуха не изменяет направ­ления движения и потому реверсирование в этом случае сложнее (рис. 23). При нормальной работе вентилятора воздух из шахты, как показано сплошными стрелками, поступает по вентиляцион­ному каналу 1 к вентилятору 2 и выбрасывается им в атмосферу. Ляды (перекрывающая 3, атмосферная 4, переключающая 5 и диффузора 6) установлены в положениях, показанных сплошными Линиями. При реверсировании все ляды, за исключением ляды 5, устанавливают в положение, показанное штриховыми линиями. Воздух из атмосферы, как показано штриховыми стрелками, по­ступает через диффузор вентилятора 2, обводной канал 7 и ка­нал 1 в шахту. При этом подается 90 ... 95% воздуха от расхода его при нормальной работе. Так как главная вентиляторная установка состоит из двух вентиляторов, то ляда 5 отключает венти­лятор (ее положение при этом показано штрихами), когда в работе будет второй вентилятор.

Схема реверсирования вентиляционной струи посредством обводного канала

3. Осевые вентиляторы

Основными элементами одноступенчатого осевого вентилятора являются: рабочее колесо, корпус, коллектор, передний обтека­тель-кок сферической формы, спрямляющий аппарат и диффузор (см. рис. 4). Диффузор состоит из двух обечаек, помещенных одна в другую: наружной конусной — собственно диффузора и внутренней (на большинстве вентиляторов цилиндрической фор­мы) — заднего обтекателя.

Для повышения давления осевой вентилятор изготавливают обычно двухступенчатым с двумя последовательно соединенными рабочими колесами, промежуточным направляющим аппаратом между ними и спрямляющим аппаратом за последним рабочим колесом. Иногда перед первым рабочим колесом устанавливают входной направляющий аппарат.

Рабочие колеса вместе с валом, на котором они закреплены, образуют ротор вентилятора, который приводится во вращение непосредственно от электродвигателя.

Опорами вала являются шариковые или роликовые подшип­ники.

Коллектор и обтекатель предназначены для обеспечения правильного подвода воздуха к лопастям колеса, чтобы поток воздуха был направлен по оси вентилятора с возможно более равномерным полем скоростей. Действие коллектора наиболее эффективно, когда между ним и колесом имеется цилиндрический участок корпуса длиной не менее 0,5 диаметра колеса. При от­сутствии коллектора давление вентилятора уменьшается на 10...20%, а к. п. д.— 10...15%. Обтекатель неподвижен и при его отсутствии давление снижается примерно на 20%. Направляющий и спрямляющий аппараты, представляющие собой неподвижные колеса с радиальными лопатками, необхо­димы для раскручивания потока и, следовательно, повышения к. п. д. вентилятора. Поворотные лопатки промежуточных направ­ляющего и спрямляющего аппаратов обеспечивают возможность регулирования рабочего режима вентилятора, а также реверсиро­вания вентиляционной струи. Для регулирования иногда приме­няют входной направляющий аппарат с поворотными лопатками.

Одним из основных узлов вентилятора является диффузор, благодаря которому значительная часть динамического давления (не менее 70 %) должна превращаться в статическое давление.

Лопасти укреплены на втулке рабочего колеса через равные промежутки под углом к плоскости его вращения. Наиболее ра­циональна лопасть более широкая у втулки, чем на периферии. Лучшей конструкцией является крученая лопасть с формой, по­добной форме лопасти авиационного винта.

Лопасти изготовляют полыми (рис. 24, а) со стержнем для закрепления ее на втулке и литыми (рис. 24, б) из алюминиевых или магниевых сплавов.

Полая лопасть состоит из: стержня 1 с приклепанной к нему крученой обшивкой 2 из стали толщиной 2—3 мм; приваренного к обшивке ребра 5, выполняющего роль армировки против исти­рания угольной пылью, приваренных к ребру верхнего и нижнего донышек 4.

Изготовление лопастей возможно из пластмасс. Такие лопасти изготавливаются с большей степенью точности, исключают опас­ность искрообразования при возможном касании лопасти о кор­пус вентилятора, стойки в химически агрессивной среде.

Из условия надежности работы и уменьшения шума работа­ющего вентилятора максимальная окружная скорость на концах лопастей должна быть не более 95 м/с.

На одной втулке устанавливают до 14 лопастей, узлы крепле­ния которых должны обеспечивать возможность их установки под различными углами относительно плоскости вращения ко­леса, что необходимо для регулирования производительности и давления вентилятора.

В работающем вентиляторе под действием разности давления часть воздуха протекает через зазор между концом лопасти и корпусом со стороны выхода воздуха из рабочего колеса в сто­рону входа в него, при этом уменьшается давление и снижается к. п. д. вентилятора. Однако чрезмерное уменьшение зазора может привести к касанию лопасти о корпус вентилятора. Величина зазора зависит от типа вентилятора и обычно не должна превы­шать 1,5 % длины лопасти. При работе вентилятора вследствие разности давлений потока до и после рабочего колеса возникает осевая сила, действующая на ротор и направленная в сторону входа потока в вентилятор. Осевая сила воспринимается упорным подшипником

 

Двухступенчатые реверсивные венти­ляторы ВОД-21, ВОД-ЗО, ВОД-40 и ВОД-50 (В — вентиля­тор, О — осевой, Д — двухступенчатый, цифры — диаметр рабо­чего колеса в дм) предназначены для главного проветривания шахт при требуемом статическом давлении вентилятора не более 300 даПа и расходе воздуха от 50 до 600 м³/с. Эти вентиляторы разработаны по аэродинамической схеме К-84 ЦАГИ им. Н. Е. Жу­ковского (К — крученые лопасти, 84 — коэффициент быстро­ходности).

 

 

Вентиляторная установка с вентиляторами типа ВОД

Главная вентиляторная установка с вентиляторами типа ВОД (рис. 25) состоит из рабочего и резервного вентиляторов 1 и 2 с синхронными электродвигателями 3 и 4, системы смазки 5, электроаппаратуры и аппаратуры автоматизации 6 и устройств 7 и 8 (ляды или двери, управляемые лебедками или моторредукторами) для переключения на работу любого из вентиляторов и отключения другого, подводящего 9 и выходного 10 каналов, глушителя шума 11. Глушитель шума выложен из звукопогло­щающих шлакоблоков и имеет 5 ... 7 параллельных стенок, раз­деляющих общую исходящую струю на отдельные струи; глуши­тель шума для работающего и резервного вентилятора общий, что исключает проникновение зимой наружного холодного воздуха к резервному вентилятору и, следовательно, его обмерзание.

Вентиляторы ВОД-21, ВОД-ЗО, ВОД-40 и ВОД-50 (рис. 26) имеют корпус 1, раму 2, ротор 3, передний 4 и задний 5 опорные

Рис. 26. Вентилятор типа ВОД

блоки, направляющий 6 и спрямляющий 7 аппараты, коллектор 8, кок 9, диффузор 10, трансмиссионный вал 11 с муфтой 12 для соединения с синхронным электродвигателем 13.

Ротор вентилятора ВОД показан на рис. 27. На валу 1 с под­шипниками 2, воспринимающими как радиальную, так и осевую нагрузку, закреплены рабочие колеса 3, 4 и полумуфта 5. Колесо закреплено на валу шпонкой б и от осевого смещения гайкой 7. Втулки 8 рабочих колес (диаметр втулки составляет 0,6 диаметра рабочего колеса) выполнены сварными и во избежание появления дисбаланса от попадания в них влаги и пыли герметизированы. На втулке расположено 12 лопастей 9. Лопасти пустотелые сварно- клепаньк!, состоят из двух листов обшивки, армирующего ребра, донышек и хвостовика. Благодаря затвору крепления 10 лопасти при остановленном вентиляторе могут поворачиваться вручную в диапазоне 15 ... 45°. В целях регулирования рабочего режима вентилятора число лопастей колеса второй ступени может быть уменьшено в 2 раза.

Трансмиссионный вал выполнен подвесным с зубчатыми (в вен­тиляторе ВОД-21 с пальцевыми) муфтами. Промежуточный направляющий аппарат имеет 14 поворотных лопаток, которые могут поворачиваться сервомотором на угол до 180°. Спрямляющий аппарат имеет 14 лопаток, из которых 11 по­воротные, а 3 — несущие неповоротные.

Вентиляторы снабжены колодочным тормозом с электромагнит­ным приводом, который за 2 ... 2,5 мин останавливает ротор.

 

 

 

Ротор вентилятора типа ВОД

Для реверсирования воздушной струи необходимо отключить двигатель вентилятора и затормозить ротор, повернуть на 180° лопатки направляющего и спрямляющего аппаратов, оттормозить ротор и пустить двигатель в противоположном направлении.

Вентилятор ВОД-16 — двухступенчатый реверсивный со встречным вращением рабочих колес, предназначен для главного проветривания шахт с потребным расходом воздуха 12 ... 67 м³/с и статическим давлением 90—430 даПа.

Принцип работы этого вентилятора заключается в том, что при противоположном вращении рабочих колес воздушный поток, получив энергию в первом рабочем колесе, выходит закрученным в сторону вращения и поступает во второе рабочее колесо, где раскручивается и получает дополнительную энергию. При опре­деленном сочетании углов установки лопастей на рабочих колесах на выходе из второй ступени закручивание потока равно нулю. Необходимость в промежуточном направляющем и спрямляющем аппаратах отпадает. Благодаря этому уменьшаются размеры и масса вентилятора, упрощаются регулирование режима и ревер­сирование потока.

Для безударного приема потока от первого рабочего колеса и для равномерного распределения давления между ступенями угол установки лопастей второго рабочего колеса меньше, чем на первом колесе. При максимальном к. п. д. поток из вентиля­тора выходит в осевом направлении, а суммарное давление вен­тилятора распределено по ступеням поровну.

Вентилятор ВОД-16 (рис. 28) состоит из: корпуса 1 с коллек­тором и обтекателем; консольно насаженных на валу рабочих колес 2 и 3 соответственно первой и второй ступени; трансмиссионных валов 4 и 5 с упругими пальцевыми муфтами 6 и 7; диффу­зора, электродвигателей 9 и 10, системы смазки 11\ электрома­гнитных тормозов 12 и 13\ глушителя шума 14.

Рабочее колесо 2 имеет 12, а колесо 3 — 10 стальных сварных лопастей. С помощью фланца у основания лопасти она крепится к втулке посредством пружинного стопорного кольца и подпорной пружины.

Установка снабжена пуско-регулирующей и контрольно-изме­рительной аппаратурой.

 

Вентилятор ВОД-16 со встречным вращение рабочих колес

Для уменьшения пиковой нагрузки в электросети при пуске вентилятора сначала включается электродвигатель второй сту­пени, а при достижении им номинальной частоты вращения — двигатель первой ступени.

Регулирование рабочего режима вентилятора производится:

а) поворотом лопастей рабочих колес вручную при остановленном вентиляторе (наибольшая экономичность работы, обеспечиваемая при определенном сочетании углов, указана в характеристике вентилятора);

б) поворотом лопастей только на первом колесе при постоянном угле установки 27° на втором колесе (при этом рабочая область по давлению изменяется незначительно, а по производительности сокращается в 1,4 раза);

в) отключением второго колеса (производительность вентилятора в этом случае составляет 40 ... 50 % номинальной).

Реверсирование вентиляционной струи производится измене­нием направления вращения рабочих колес.

Вентилятор ВОД-11 используется для вспомогательных установок при проветривании стволов и околоствольных вырабо­ток во время их сооружения, для калориферных установок, не­обходимых для обогревания главного ствола зимой, а также в ка­честве главных установок шахт малой производительности при потребном расходе воздуха 7... 33 м³/с и давлении 115... 390 кПа. Вентилятор нереверсивный, поэтому на главных уста­новках он снабжается входной и выходной реверсивными короб­ками, благодаря которым производится изменение направления воздушной струи (аналогично обводным каналам). Регулирование рабочего режима вентилятора осуществляется поворотом лопа­стей на рабочем колесе в диапазоне 15 ... 45°.

Вентиляторы местного проветривания, предназначенные для подачи воздуха в тупиковые выработки, изготавливают как с электрическим, так и с пневматическим дви­гателем. В этих вентиляторах для повышения экономичности при­менена коническая втулка рабочего колеса, в связи с чем имеет место меридиональное ускорение потока (в направлении от ма­лого к большему основанию конуса втулки).

Рабочий режим вентиляторной установки местного проветри­вания регулируется при работающем вентиляторе поворотом за­крылков лопаток направляющего аппарата на угол от +45 до —50°. При положительном значении углов (отклонение лопаток против направления вращения рабочего колеса) производитель­ность и давление возрастают, при отрицательном — уменьшаются.

При необходимости увеличения давления два вентилятора местного проветривания соединяются последовательно.

Эксплуатация вентиляторных установок

Долговечность, надежность и экономичность работы вентилятор­ных установок определяются как их конструкцией, так и каче­ством монтажных работ и условиями эксплуатации.

Основные работы по монтажу вентиляторных установок за­ключаются в разбивке осей для вентиляторов и двигателей, устройстве фундаментов, установке и сборке этих машин и аппа­ратуры.

Фундаменты изготовляют из бетона, причем укладываться они должны на твердый грунт, обычно на глубине не менее 1 м. Удельное давление на грунт от машины и фундамента должно быть не более 25 Па. Фундаменты не должны быть связаны с полом и стенами здания.

На фундаменте горизонтально по уровню сначала устанав­ливают фундаментную раму, затем машину и производят выверку: основание машины должно быть расположено строго горизон­тально в продольном и поперечном направлениях, а оси вентиля­тора и двигателя при непосредственном их соединении должны совпадать.

По окончании монтажа ротор вентилятора прокручивают вручную, и если рабочее колесо не задевает о корпус, валы вен­тилятора и двигателя соединяют муфтой, после чего производят несколько пусков продолжительностью 1 ... 2 мин. Если при этом не было замечено никаких отклонений, то последовательно про­изводят пробные пуски продолжительностью 10 мин, 1 ч, 3 ч и 24 ч при небольшой нагрузке вентилятора. После пробных пусков вентилятор включают в работу на вентиляционную сеть. По истечении 700 ч работы осуществляют ревизию вентилятора и сдают в эксплуатацию.

В здании вентиляторной установки должны быть вывешены: схема реверсирования воздушной струи, индивидуальные харак­теристики вентиляторов с нанесенными на них рабочими режи­мами, электрические схемы и инструкции для обслуживающего персонала.

Для смазки узлов вентиляторов применяют минеральные масла, сорта которых указаны в инструкциях заводов-изгото­вителей.

Вентиляторная установка находится в ведении главного ме­ханика шахты. При местном управлении установку обслуживают машинисты, прошедшие специальный курс обучения. Машинист в своей работе руководствуется инструкцией, в которой указаны его обязанности (прием—сдача смены, пуск и остановка вентиля­торов, наблюдение за работой установки и т. д.). Машинист (или оператор при дистанционном управлении) должен вести «Книгу учета работы вентиляторной установки» и записывать в нее часы работы вентиляторных агрегатов, показания измери­тельных приборов, причины и продолжительность остановок вентиляторов, замечания надзора.

При эксплуатации вентиляторных установок их осмотр, ре­визию, ремонт и наладку производят в установленные норма­тивами сроки.

Текущий ремонт заключается в промывке подшипников, за­мене в них смазки, подтяжке соединений, осмотре и подтяжке контактов двигателей и электроаппаратуры, очистке аппаратуры управления от пыли и т. д.

Капитальный ремонт включает все операции текущего ремонта и (при необходимости) замену износившихся лопастей на рабочем колесе осевого вентилятора, отдельных лопаток и других узлов и деталей в направляющих аппаратах, вкладышей подшипников или целиком самих подшипников и муфт, а также балансировку рабочих колес, перемотку секций статора и ротора, замену ро­торных бандажей двигателя и т. д.

Наладочные бригады в отчетах о выполненной работе приводят результаты ревизии и наладки всего комплекса вентиляторной установки, перечень дефектов, устраненных при наладке и под­лежащих устранению при капитальном ремонте, рекомендаций по улучшению работы вентиляторов.

Один раз в месяц главный механик осматривает и проверяет реверсивные устройства. Не менее двух раз в год производят контрольное реверсирование вентиляционной струи с записью результатов в «Книге осмотра вентиляторных установок и проверки реверсирования».

Вентиляционный канал осматривают не реже одного раза в месяц и по мере необходимости производят его чистку.

Перед спуском в шахту вентиляторы местного проветривания должны быть осмотрены на поверхности. При этом проверяют: отсутствие вмятин на корпусе, особенно в месте нахождения рабо­чих колес, легкость вращения ротора; направляющий аппарат; наличие смазки в подшипниках; исправность кабельного ввода. При этом необходимо измерить сопротивление обмотки статора по отношению к корпусу вентилятора, которое должно быть не менее 50 МОм. После доставки вентилятора в шахту к месту работы он также должен быть осмотрен. Профилактический ос­мотр и ревизию вентилятора производят один раз в шесть ме­сяцев. Корпус вентилятора заземляют. Осмотр, проверку и измере­ние сопротивления заземления выполняются в соответствии с ПБ.

В связи с возможностью возникновения в вентиляционных трубах статического электричества они должны быть заземлены.

Согласно ПБ при вентиляторах местного проветривания должен применяться нагнетательный способ проветривания с соблюде­нием следующих требований: а) вентилятор должен быть распо­ложен на расстоянии не менее 10 м от исходящей струи (при уста­новке на штреке — не менее 10 м до линии очистных работ с уче­том того, что воздушная струя туда направляется после обхода забоя штрека); б) производительность вентилятора не должна превышать 70 % расхода воздуха, поступающего за счет работы главного вентилятора.

При несоблюдении этих условий часть воздуха, предназначен­ная для проветривания забоя подготовительной выработки, будет циркулировать по замкнутому контуру «вентилятор—забой вы­работки—вентилятор», что может явиться причиной скопления рудничного газа.

Испытание вентиляторов проводят для выяс­нения основных показателей их работы и, если необходимо, для получения характеристики вентиляторов. При испытании венти­ляторов измеряют производительность, давление, мощность, ча­стоту вращения рабочего колеса и определяют к. п. д.

  Давление вентиляторов измеряют депрессиометрами или микроманометрами с использованием пневмометрической трубки.

 

---

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!