Горная механика - Вентиляторы

Осевая турбомашина состоит из рабочего колеса в виде втулки с лопастями, вала, корпуса с коллектором, переднего обтекателя, спрямляющего аппарата, диффузора и подшипников. Лопасти относительно втулки закреплены под некоторым углом. При вращении рабочего колеса, благодаря воздействию лопастей на жидкость происходит приращение давления, необходимое для движения жидкости. У входа в колесо создаётся разрежение, а на выходе – давление. За рабочим колесом устанавливается спрямляющий аппарат для выравнивания в осевом направлении потока, выходящего из колеса закрученным. В осевой турбомашине жидкость выходит вдоль оси вращения колеса.

2. Общее устройство и принцип действия центробежной турбомашины.

Центробежная машина состоит из рабочего колеса с лопастями и обтекателем, вала, подшипников, спирального отвода, входного и напорного патрубков, диффузора. При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в межлопастных каналах, под действием лопастей приходит в движение. Перемещаясь вдоль лопастей от входа в колесо к выходу из него, поток жидкости получает приращение энергии и затем поступает в спиральный отвод. В постепенно расширяющемся спиральном отводе кинетическая энергия частично преобразовывается в потенциальную – в статический напор. Поток жидкости поступает в рабочее колесо непрерывно, так как в центре колеса при работе турбомашины непрерывно создаётся разряжение. Обтекатель необходим для безударного подвода жидкости к лопастям. Для увеличения подачи применяют рабочие колёса с двухсторонним входом жидкости.

3. Теоретические характеристики турбомашин и соответствующие им типы рабочих колёс.

Лопасти рабочих колёс могут быть:

1) загнутые вперёд, когда β₂<90^o;

2) радиальные, когда β₂=90^o;

3) загнутые назад, когда β₂>90^o.

При увеличении подачи Q_тнапор турбомашин с колёсами, имеющими лопасти, загнутые вперёд, возрастает, при радиальных лопастях остаётся постоянным. А при лопастях, загнутых назад, снижается. Максимальный к.п.д. обеспечивается, тогда когда 155^o>β>130^o.

4. Действительные индивидуальные характеристики турбомашин.

Действительные индивидуальные характеристика турбомашины представляет собой зависимость между действительным напором Н и действительной подачей Q турбомашины при известных размерах машины и определённой частоте вращения рабочего колеса. Кривую действительной индивидуальной характеристики турбомашины можно получить, если из ординат теоретического напора Н_т вычесть ординаты потерь напора Н_п при соответствующих подачах.

5. Характеристики внешней сети турбомашин.

Турбомашина соединена с внешней сетью: вентилятор с системой горных выработок, насос—с трубопроводом. Характеристика внешней сети представляет собой зависимость между подачей и напором, который должна развивать турбомашина для движения жидкости во внешней сети. H=H_г+RQ², где R—постоянная сети.

6. Режимы работы турбомашин.

Рабочий режим турбомашины может изменяться в зависимости от характеристики внешней сети и характеристики турбомашины, на этом основано регулирование подачи и напора.

7. Осевые вентиляторы главного проветривания. Устройство. Принцип работы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40, ВОД-50.

Двухступенчатые реверсивные вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 (В — вентилятор, О — осевой, Д — двухступенчатый, цифры — диаметр рабочего колеса в дм) предназначены для главного проветривания шахт.

Вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 имеют корпус 1, раму 2, ротор 3, передний 4 и задний 5 опорные блоки, направляющий 6 и спрямляющий 7 аппараты, коллектор 5, кок 9, диффузор 10, трансмиссионный вал 11 с муфтой 12 для соединения с синхронным электродвигателем 13.

Привод вентилятора типа ВОД.

8. Осевые вентиляторы местного проветривания ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМП-4.

Вентиляторы местного проветривания ВМ-4М, ВМ-5М и ВМ-6М состоят из корпуса со спрямляющим аппаратом, рабочего колеса, входного направляющего аппарата и встроенного взрывобезопасного асинхронного двигателя. Вентилятор смонтирован на салазках. На литой конической втулке установлено 6 лопастей. Направляющий аппарат имеет 9 профильных резиновых лопаток. У вентилятора на всасывающей и нагнетательных сторонах могут быть установлены глушители шума.

Вентилятор ВМП-4 одноступенчатый с приводом от встроенной пневматической турбины слит для проветривания глухих выработок, в которых применение электрических вентиляторов запрещено ПБ. ВМП состоит из корпуса, вала, рабочего колеса с пневматической турбиной и коробки с соплами для регулирования рабочего режима вентилятора. С помощью трёхходового крана, связанного с рукояткой, производится подвод сжатого воздуха к одному, двум, трём соплам, благодаря чему достигается работа вентилятора соответственно на пониженном, нормальном и усиленном режиме.

При необходимости увеличения давления два ВМП соединяют последовательно.

9. Осевой вентилятор ВОД-16.

Вентилятор ВОД-16 — двухступенчатый реверсивный со встречным вращением рабочих колес, предназначен для главного проветривания шахт. 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.

Вентилятор ВОД 16 состоит из корпуса с коллектором и обтекателем, консольно-насаженных к валу рабочих колес трансмиссионных валов и с упругими пальцевыми муфтами; диффузора, электродвигателей, системы смазки; электромагнитных тормозов; глушителя шума.

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

Регулирование рабочего режима вентилятора производится:

а) поворотом лопастей рабочих колес вручную при остановленном вентиляторе;

б) поворотом лопастей только на первом колесе при постоянном угле установки 27° на втором колесё;

в) отключением второго колеса

10. Центробежные вентиляторы главного проветривания типа ВЦ-25, ВЦ-32, ВЦД-32. Устройство.

В вентиляторе ВЦ-25 рабочее колесо имеет 8 крыловидных лопастей, приваренных к плоскому коренному и коническому покрывным дискам. Жёсткость колеса в осевом направлении увеличивается обтекателем, укреплённым на коренном диске.

В вентиляторе ВЦ-32 рабочее колесо расположено между двумя опорами, поток воздуха подводится перпендикулярно оси вращения вала через всасывающую коробку с последующим поворотом на 90^o.

Двухсторонний вентилятор ВЦД-32М имеет сварные рабочие колёса, состоящие из коренного и двух конических покрывных дисков, между которыми вварены 16 крыловидных лопастей — по 8 с каждой стороны. Коренной диск в вентиляторе прикреплён болтами к ободу главного вала. Обтекатели болтами соединены с коренным диском. Вентилятор имеет спрямляющий аппарат с двухопорными лопатками. Основным способом регулирования режима работы вентилятора ВЦД-32М является изменение частоты вращения рабочего колеса с помощью асинхронного каскада с использованием направляющего аппарата для тонкого регулирования.

11. Центробежный вентилятор ВЦД-47 «Север». Устройство. Применение.

Двусторонний вентилятор ВЦД-47 «Север» предназначен для трудно проветриваемых шахт. Рабочее колесо вентилятора состоит из двух односторонних колёс сварной конструкции. Каждое колесо имеет 6 крыловидных лопастей, приваренных к коренному и покрывным дискам. Коренные диски прикреплены болтами к ступице, насаженной на вал, вращающийся в роликовых подшипниках, смазка которых осуществляется от маслостанции. Вал имеет два приводных конца. Вентилятор не имеет направляющих аппаратов. Рабочий режим регулируется изменением частоты вращения рабочего колеса. Схема реверсивных устройств этого вентилятора обеспечивает реверсирование вентиляционной струи без обводных каналов, что повышает надёжность работы вентилятора в условиях низких температур воздуха.

12. Причины и способы включения вентиляторов в совестную работу.

В шахтной практике могут возникать условия для совместной работы вентиляторов, вызванные:

1) конфигурацией вентиляторной сети, когда вентиляторы расположены на крыльях шахтного поля;

2) надобностью в некоторых случаях (при внезапном выделении газа) включить в работу, кроме работающего вентилятора резервный;

3) необходимостью при местной вентиляции преодолевать большое сопротивление трубопровода или выработок.

В первых двух случаях вентиляторы относительно друг друга соединяются параллельно, а в третьем - последовательно.

13. Графический анализ параллельной работы вентиляторов на общую сеть.

Суммарная характеристика 3 вентиляторов получается сложением абсцисс характеристик вентиляторов 1 и 2. В этих же точках строится характеристика вентиляционной сети 4. Точка пересечения указанных характеристик – режим І – показывает суммарную производительность вентиляторов Q и давление H. Если из точки І провести горизонталь до пересечения с характеристиками 1 и 2, то получится производительность Q₁ и Q₂ каждого вентилятора при их совместной работе на эту же сеть.

14. Графический анализ последовательной работы вентиляторов на общую сеть.

Суммарная характеристика 3 последовательно соединённых вентиляторов строится сложением ординат их характеристик 1 и 2. По точке пересечения характеристики 3 с характеристикой 4 сети находится рабочий режим І последовательно соединённых вентиляторов. Пересечение проведённой через точку І вертикали с характеристиками 1 и 2 вентиляторов даёт соответственно давления H₁ и H_2.Совместная работа вентиляторов способствует увеличению давления.

15. Депрессиометры. Устройство. Назначение.

Для измерения давления, создаваемого вентиляторами, применяются депрессиометры.

Депрессиометр состоит из двухколенной трубки диаметром 5-10 мм с подкрашенной водой и шкалы. При невключенном депрессиометре нулевое деление шкалы находится против уровня воды в трубках. Одно колено депрессиометра шлангом соединяется с вентиляционным каналом, а другое остаётся открытым, при этом уровень воды в коленах будет различным. Разница уровней жидкости в коленах депрессиометра и есть давление вентилятора.

16. Анемометры. Назначение. Устройство.

Производительность вентилятора может быть замерена анемометром.

В крыльчатом и чашечном анемометрах вертушка 1 с лопастям или чашечками, приводимая во вращение воздушным потоком, соединена со счетным механизмом 2 осью 8. Одна из стрелок счетного механизма показывает единицы и десятки, другая — сотни, третья — тысячи. Счетный механизм включается рычажком 4.

В дифференциальных крыльчатых анемометрах поддувной механизм направляет струйку поддува с определенной скоростью да лопасти анемометра, чем компенсируется торможение прибора от трения.

Для измерения скорости 0,1 ... 5 м/с применяют чувствительные крыльчатые анемометры на струнных осях. Для этого записывают показания стрелок при выключенном счетном механизме, вводят в воздушный поток вертушку и одновременно включают счетный механизм и секундомер, через 2 ... 3 мин (также одновременно) их выключают и записывают новые показания стрелок анемометра и продолжительность замера. Далее из показаний анемометра после окончания замера вычитают показание анемометра до начала замера и полученный результат делят на продолжительность замера. По полученному значению числа делений прибора в секунду и по паспорту анемометра находят скорость воздушного потока. Непосредственно скорость потока измеряют электроанёмометрами, которые измеряют ток, протекающий по проволоке (ее температура и сопротивление зависят от скорости обдувания воздухом), и реактивными анемометрами, в которых угол отклонения флюгера-указателя пропорционален скорости потока.

17. Кондиционирование воздуха. Причины повышения температуры в горных выработках.

В шахтах на глубине 600-700 м необходимые атмосферные условия достигаются благодаря вентиляции. При возрастании глубин разработок возникает необходимость в интенсификации вентиляции, снижении влажности воздуха, применении таких систем разработок месторождений и вентиляции выработок, которые способствуют снижению температуры воздуха в местах работы людей. Однако при определённых глубинах эти меры оказываются уже недостаточными, и возникает необходимость в кондиционировании воздуха, т. е. искусственном регулировании атмосферных условий в горных выработках с помощью холодильных установках.

Основными причинами повышения температуры в горных выработках являются:

1. Сжатие воздуха в стволе под действием силы тяжести.

2. Возрастание температуры горных пород по мере увеличения глубины разработок.

3. Окислительные процессы пород и крепёжного материала.

4. Соприкосновение воздуха с разрыхленным углём в очистных забоях.

5. Тепловыделение от людей, выполняющих работу.

6. Тепловыделение от работающих машин, трансформаторов и др. электрических аппаратов.

18. Назначение и общее устройство калориферных установок.

Калориферные установки предназначены для регулирования температуры воздуха, поступающего зимой в ствол шахты. Надобность в этих установках определяется необходимостью предохранить людей от простудных заболеваний при подъеме и спуске их по стволу и предотвратить обмерзание оборудования и крепления ствола. Регулирование в стволе температуры воздуха достигается его подогревом в калориферах, для чего используется водяной пар.

Нагрев воздуха производят до 60 - 70 °С, чтобы смесь его с холодным воздухом, поступившим из атмосферы, имела температуру +2 °С.

Калориферная установка соединяется со стволом шахты каналом с уклоном 5 - 10°.

Калориферные установки бывают вентиляторные и безвентиляторные.

19. 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.

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 сдают в эксплуатацию.

В здании вентиляторной установки должны быть вывешены: схема реверсирования воздушной струи, индивидуальные характеристики вентиляторов с нанесенными на них рабочими режимами.

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, отдельных лопаток и других узлов в направляющих аппаратах, подшипников и муфт, а также балансировку рабочих колес, перемотку секций статора и ротора.