Конструкции шахтных вентиляторов

Назначение шахтных вентиляторов.

Вентиляционные сети шахт представляют собой совокупность большого количества подземных выработок, отличающихся разнообразием параметров, влияющих на аэродинамику этих сетей. Эти параметры постоянно меняются, следовательно, меняется и аэродинамика сетей.

Выработки могут иметь различную форму поперечного сечения, величина этого сечения колеблется в пределах от 3,0-4,0 до 30,0-40,0 м². В больших пределах колеблется и длина выработок, доходя иногда до нескольких тысяч метров. Степень шероховатости стенок выработок, влияющая на величину аэродинамического сопротивления, зависит от типа и размеров крепи выработок и тоже меняется в широких пределах.

Потребители воздуха в шахте отличаются большим разнообразием как по количеству необходимого воздуха, так и по времени его подачи. В качестве потребителя может фигурировать отдельная выработка, так и вся шахта или значительная ее часть.

Эти обстоятельства привели к необходимости создания группы специализированных шахтных вентиляторов, отвечающих по своим параметрам запросам горной отрасли.

Основное отличие шахтных вентиляторов от вентиляторов, применяющихся в других отраслях промышленности – большая производительность при довольно высоких параметрах по давлению. Производительность этих вентиляторов может доходить до 500 - 600 м³/с, величина разности давления, создаваемая шахтными вентиляторами, ограничивается значением 0,5-10,0 кПа. Степень сжатия воздуха вентилятором – 1,1. Это позволяет считать воздух несжимаемым в расчетах, связанных с работой вентилятора.

По своему назначению шахтные вентиляторы условно подразделяются на три группы:

- главные вентиляторы, обслуживающие вентиляционную сеть всей шахты или большей ее части;

- вспомогательные вентиляторы, обслуживающие значительную часть вентиляционной сети шахты или работающие совместно с главным;

- вентиляторы местного проветривания (ВМП), обеспечивающие воздухом отдельный забой, выработку или рабочее место.

В качестве главных и вспомогательных могут применяться одни и те же вентиляторы значительных размеров. ВМП составляют отдельную группу вентиляторов, отличающихся небольшими размерами, малой мощностью привода и, как правило, небольшой производительностью.

Конструкции шахтных вентиляторов.

Все выпускающиеся для горной отрасли вентиляторы относятся по конструкции к так называемым " лопастным нагнетателям". В вентиляторах этого типа энергия вращающегося ротора преобразовывается в потенциальную и кинетическую, в свою очередь сообщаемые перемещаемому воздуху.

Лопастные вентиляторы в соответствии с характером движения воздуха в них и формы ротора (рабочего колеса) подразделяются на осевые и радиальные, последние более известны как центробежные.

Осевые вентиляторы. Осевой вентилятор (рис.1.1) состоит из:

1. Рабочего колеса (РК), на втулке которого закреплены профильные (в форме крыла самолета) лопатки;

2. Рабочее колесо вращается в цилиндрическом корпусе или, как его часто называют, кожухе;

3. За рабочим колесом располагается спрямляющий аппарат (СА) с неподвижными лопатками;

4. Вращающееся рабочее колесо с помощью лопаток передает энергию привода перемещаемому воздуху. Лопатки рабочих колес изготавливаются из стали или пластмасс (для вентиляторов малых размеров);

5. Коллектор;

6. Диффузор.

Рис.1.1. Схема осевого вентилятора: 1 – рабочее колесо; 2 – лопатки рабочего колеса; 3 – кожух; 4 – спрямляющий аппарат; 5 – коллектор; 6 – диффузор.

1. Изучение работы шахтного ВГП как объекта автоматизации

1.1 Технологические схемы вентиляции угольных шахт

В силу ограниченного пространства и не малой глубины, подземные горные выработки подвержены скоплению различных вредностей природного и техногенного характера, что в свою очередь неизбежно воздействует на людей, находящихся в горной выработке. Это приводит к ухудшению условий труда, к ухудшению здоровья рабочих, все это ограничивает возможности проведения производственных процессов.

Поэтому, одним из важнейших звеньев сложной технологической системы шахты, является система вентиляции шахтных выработок, перед которой стоит задача борьбы с вредностями в поземных горных выработках – их разжижение подаваемым в выработки свежего воздуха до допустимых концентраций. От надежной, безотказной работы системы проветривания полностью зависит безопасность, а зачастую и жизни людей, работающих в шахте. В связи с необходимостью наличия в шахтных условиях надежного, необходимой мощности и управляемого источника сил движения воздуха, в качестве основного источника этих сил используется вентилятор. В частности, в горной отрасли на привод вентиляторов, обслуживающих шахту, уходит до 8-10% электроэнергии расходуемой всей шахтой. Поэтому, создание высокоэкономичных вентиляторов и правильное их использование имеет большое экономическое значение.

Задача автоматизации проветривания шахт сводится к подаче и распределению по выработкам такого количества воздуха, при котором обеспечивается заданная производительность забоев, соблюдаются требования Правил безопасности и санитарно-гигиенических норм и поддерживаются оптимальные режимы вентиляторных установок. Особенности подземной технологии выемки полезных ископаемых выдвигают эту задачу в ряд наиболее сложных проблем горного дела. Трудности ее решения обусловлены следующими основными причинами:

а) значительной изменчивостью топологии и параметров вентиляционных сетей шахт, а также общей взаимозависимостью процессов регулирования расхода воздуха по выработкам;

б) сложностью и даже противоречивостью динамических связей между входным воздействием — количеством воздуха, поступающего в забой, и множеством выходных параметров этого объекта, подлежащих регулированию, — концентраций метана, углекислого газа, пыли и т.д.;

в) стохатическим характером аэрогазовых процессов и наличием выбросов в случайных функциях регулируемых параметров;

г) большой рассредоточенностью и значительным количеством датчиков, используемых для контроля параметров рудничной атмосферы, которые перемещаются вслед за забоями, что затрудняет получение достоверной и полной информации;

д) сложностью построения системы автоматического управления вентиляторными установками (главного, флангового и местного проветривания) при обеспечении заданных высоких норм их надежности.

Рисунок 1 – Процесс проветривания шахтной вентиляционной сети

1.2 Типы и характеристики шахтных ВГП

Все основные параметры вентилятора связаны между собой через аэродинамическую схему этого вентилятора. Изменение производительности вентилятора приводит к изменению других параметров - депрессии, потребляемой мощности и коэффициен­та полезного действия. Для успешного использования вентилято­ра в системе проветривания шахты необходимо четко представ­лять эту связь параметров. С этой целью в теорию и практику применения вентиляторов введено понятие «характеристика вен­тилятора».

Поскольку получить корректные аналитические зависимо­сти для нерасчетных режимов работы вентилятора до настоящего времени практически не удалось, речь может идти только о гра­фическом выражении этих зависимостей.

Характеристикой вентилятора принято назы­вать графическую интерпретацию связи между его производительностью и другими основными пара­метрами - депрессией, потребляемой мощностью и коэффициентом полезного действия.