Вентиляторных установок

Основные мероприятия по экономии электрической энергии:

-повышение эксплуатационного к.п.д. вентиляторной установки

Допущение дефектов при монтаже и наладке вентиляторной установки приводит к снижению эксплуатационного к.п.д., оценить которое можно использованием следующих значений:

- работа осевого вентилятора с перевернутым рабочим колесом снижает к.п.д. на 20-40%;

- несоблюдение радиального и осевого зазоров между рабочим колесом и входным патрубком центробежных вентиляторов, а также радиального зазора между рабочими лопатками и цилиндрической обечайкой корпуса осевого вентилятора снижает к.п.д. на 5-10%;

- снятие обтекателя на входе осевого вентилятора снижает его к.п.д. на 10%;

- укороченный диффузор или его отсутствие на выходе осевого вентилятора снижает к.п.д. на 6%;

- рассогласование в углах установки лопаток направляющего аппарата (более 5°) приводит к снижению к.п.д. вентилятора на 5-10%.

Устранением указанных дефектов можно добиться соответствующего повышения эксплуатационного к.п.д. вентилятора.

Величина экономии электроэнергии (кВт·ч) при осуществлении мероприятий по повышению эксплуатационного к.п.д. вентилятора определяется по формуле:

Q·Η(η₂ - η₁)·t_в

ΔW=,

1000·η₁·η₂·η_d·η_с·η_м

где Q,H – подача (м³/с) и давление вентилятора (Па),определяемые соответственно по показаниям расходомера и депрессиометра (в случае измерения давления в мм.вод.ст. переход к Па осуществляется из соотношения: 1 мм.вод.ст. = 9,81 Па);

η₁, η₂ – к.п.д. вентилятора до и после устранения дефекта;

t_в – время работы вентилятора, ч;

η_d, η_с, η_м – фактические значения к.п.д. двигателя, электрической сети и передачи (у центробежных вентиляторов).

Значения к.п.д. принимаются равными; η_с= 0,93 - 0,97; η_м= 0,95-0,97.

Значение η_а зависит от типа двигателя (асинхронный, синхронный), а также фактической загрузки двигателя, характеризуемой коэффициентом загрузки β, который определяется с помощью выражения:

β=P_с/P_н.с,

где Р_с – фактическая мощность (кВт), потребляемая двигателем из сети при данной загрузке, определяемая:

-по показателям приборов (счётчиков, амперметров и вольтметров), включённых в цепь статора двигателя;

-аналитически;

Р_н.с – мощность, потребляемая двигателем из сети (кВт) при номинальной загрузке, определяемая как Р_н.с=Р_н./η_н , где η_н - номинальный к.п.д. двигателя.

Входящая в это выражение мощность Р_с (кВт) рассчитывается как:

Р_с=(ΔW_cч · К_cч)/24,

где ΔW_cч – разность показаний установленного на вводном уотройстве счётчика активной энергии за сутки, дел.;

К_cч= К_тт · К_тн – коэффициент счётчика;

К_тт, К_тн – коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

Значения к.п.д. вентилятора η₁ (η₂) определяются по данным замеров как η_1,2 =(Q·H)/(1000·Р_с)

С этой целью необходимо увеличивать площади поперечного сечения вентиляционных выработок (путем перекрепления), улучшать аэродинамические свойства выработок (применением затяжки, обшивки, штукатурки стен, скашивания углов на поворотах воздушой струи, установкой обтекателей на расстрелах и т.д.), снижать местные сопротивления (уборкой завалов в выработка неиспользуемого оборудования, вагонеток), проводить дополнительные вентиляционные выработки.

Периодические депрессионные съемки шахтных вентиляционных сетей дают картину распределения общешахтной депрессии и позволяют выявить места резкого увеличения аэродинамического сопротивления горных выработок. На основе анализа материалов депрессионных съемок необходимо разрабатывать мероприятия по снижения депрессии отдельных выработок и устранению или уменьшению местных сопротивлений.

Величина депрессии горной выработки h_г.в (Па) определяется по формуле:

где α – коэффициент аэродинамического сопротивления, кг·с/м⁴;

L – протяженность горной выработки, м;

Р – периметр горной выработки, м;

Q – количество воздуха, подаваемого по горнов выработке, м³/с.

Величина депрессии, затрачиваемой на преодоление местных сопротивлений (загромождённость выработок, резкие повороты, изменение сечения выработок и т.д.), h_м.с (Па) подсчитывается по формуле:

h_м.с=0,598·ξ·V²,

где ξ – коэффициент местного сопротивления (табл. 9.10);

V – скорость воздушной струи, м/с

 

Значения коэффициента местного сопротивления ξ Таблица 9.10

Наименование местных сопротивлений	ξ
Поворот струи на 20°	0,1
То же при сглаживании внутренних углов	0,0084
Поворот струи на 40°	0,3
То же при сглаживании внутренних углов	0,025
Поворот струи на 60°	0,55
То же при сглаживании внутренних углов	0,046
Поворот струи на 90°	1,4
То же при сглаживании внутренних углов	0,52-0,75
Сопряжение выработок тройником	2,0
То же при скошенных углах	1,0
Сужение выработок при переходе ствола, Сбойки в вентиляционный канал	0,6
То же при скошенных стенках на 14-25°	0,22-0,12
Отдельно стоящая вагонетка	0,84-3,36

После определения по формулам величин ожидаемого снижения депрессии при осуществлении мероприятий по упорядочению вентиляционной сети рассчитывается возможная экономия электрической энергии (кВт·ч) как:

Q[Η·η₂ – (Н-ΔН)·η₁]·t_в

ΔW=,

1000·η₁·η₂·η_d·η_с·η_м

где Н – первоначальная депрессия вентиляционной сети шахты, Па;

η₁, η₂ – к.п.д. вентилятора до и после уменьшения депрессии вентиляционной сети шахты (определяются с использованием выражений);

ΔН – ожидаемое снижение депрессии вентиляционной сети шахты, Па;

Q – подача вентилятора, сохраняемая постоянной при помощи регулирования режима работы, м³/с.

Согласование (периодическое, нe реже одного раза в полгода) режима работы вентилятора с характеристикой сети.

Для достижения экономичной работы вентиляторной установки в процессе её эксплуатации и технического обслуживания необходимо стремиться к тому, чтобы характеристика вентиляционной сети шахты пересекала индивидуальную характеристику вентилятора в правой (устойчивой) ветви, возможно ближе к точке, соответствующей режиму работы вентилятора с максимальным значением к.п.д. (точка Н=0,9 H_max на кривой 2 pис. 9.2).

Н, Па·10² η

Н_max 0,9

36 1 0,8

32 2

28 0,9 Н_max 0,7

η 0,6

24 0,5

16 Н 0,4

0,3

12 0,2

4 0,1

0 10 20 30 40 50 60 Q, м³/сек

 

Pис. 9.2. Характеристики двухступенчатого осевого вентилятора и вентиляционной сети:

Q, Н – подача и давление, развиваемые вентилятором;

η – к.п.д. вентилятора;

1 - кривая, определяющая работу вентилятора при η< η_max;

2 - кривая, определяющая работу вентилятора при η=η_mix.

Отклонение от оптимального режима работы вентилятора (кривая 1 на рис. 9.2.) влечет за собой уменьшение к.п.д., причем расход электроэнергии на потери в самом вентиляторе резко возрастает.

Индивидуальные характеристики вентилятора определяются его типом, конструктивными параметрами, качеством монтажа и являются практически неизменными для конкретной установки.

Способы согласования режима работы вентилятора о характеристикой сети могут быть различными в зависимости от типа вентилятора, технологической схемы вентиляторной установки, регулировочных свойств электропривода и т.д.

Для согласования режима работы вентилятора с характеристикой сети следует также осуществлять:

1) Изменение угла установки лопаток рабочего колеса осевых вентиляторов.

Это мероприятие следует осуществлять при увеличении объема очистных, подготовительных работ, изменении параметров вентиляционной сети и т.д.

Экономия электрической энергии, которая может быть получена за счет улучшения режима работы вентилятора (кВт·ч), определится из выражения:

(Q₁·Η₁·η₂ – Q₂·Η₂·η₁)·t_в

ΔW=,

1000·η₁·η₂·η_d·η_с·η_м

где Q₁ – подача вентилятора до и после изменения режима его работы(может определяться как порезультатам замеров, так и по совмещенным характеристикам вентилятора и вентиляционной сети), м³/с;

Η₁, Η₂ – давление до и после изменения режима (определяется так же),Па;

η₁,η₂ – к.п.д. вентилятора до и после изменения режима работы.

Изменением к.п.д. η_d, η_с, η_м переходе на новый режим работы вентиляторов при выполнении практических расчетов можно пренебречь.

2) Снятие лопаток с одного колеса двухступенчатого вентилятора и изменение (в случае необходимости) на другом колесе угла установки лопаток

Для повышения к.п.д.недостаточно загруженных двухступенчатых осевых вентиляторов, работающих с низким к.п.д. на вентиляционную сеть с малой депрессией, может оказаться целесообразным полностью снять лопатки с одного колеса, а на другом увеличить угол установки лопаток до величины, обеспечивающей сохранение необходимой подачи и давления вентилятора. Следует иметь ввиду, что фактический к.п.д. двухступенчатого вентилятора с одним рабочим колесом окажется несколько ниже, чем к.п.д. одноступенчатого вентилятора сравнимых параметров, т.к. при снятии лопаток с одного колеса ухудшаются его аэродинамические характеристики. Несмотря на это, рекомендуемая операция в ряде случаев позволит повысить к.п.д. вентиляторной установки и добиться на этой основе экономии электрической энергии.

3) Изменение угла установки лопаток направляющего аппарата.

Экономичное регулирование производительности центробежных вентиляторов следует осуществлять изменением угла положения лопаток направляющего аппарата в пределах от 60° до 70°. При больших углах величина к.п.д. вентилятора становится меньше 0,6. Регулируя производительность центробежных вентиляторов двустороннего всасывания, необходимо обеспечить установку лопаток обоих направляющих аппаратов под строго одинаковым углом. В противном случае на роторе вентилятора появляется осевое усилие, приводящее к дополнительным потерям мощности и энергии в подшипниках с одновременным сокращением срока их службы.

4) Изменение положения закрылков лопаток рабочего колеса центробежных вентиляторов.

По сравнению с применяемым в настоящее время способом регулирования, изложенным в п.3, регулирование подачи вентиляторов поворотом закрылков рабочего колеса позволит, согласно расчётам института ВВИИм им.М.Х.Федорова уменьшить расход электроэнергии вентиляторной установкой примерно на 6%.

 

5) Повышение активной загрузки привода вентилятора.

Это мероприятие может быть осуществлено заменой существующего электродвигателя на двигатель меньшей мощности, либо на двигатель с меньшей частотой вращения. В ряде случаев на стадии развития шахты наибольший эффект может Быть получена результате замены электродвигателя на двигатель меньшей мощности и с меньшей частотой вращения (при условии, что вентилятор обеспечивает необходимое шахте давление и подачу).

Среднесуточная фактическая загрузка электродвигателя вентилятора Р_с определяется по показаниям счетчика, установленного на вентиляторной установке. Затем по паспортным данным двигателя Р_н и η_н определяется мощность, потребляемая из сети при номинальной загруке,как Р_н.с=Р_н./η_н, и рассчитывается коэффициент загрузки двигателя β.

При β≤0,4÷0,5 следует рассматривать вопрос замены электродвигателя на на двигатель меньшей мощности, величина которой ориентировочно может быть определена из выражения:

Р_с=(Q·H)/(1000·η).

К установке принимаем двигатель мощностью Р_н^' ≥Р_с (при той же частоте вращения).

Ожидаемая экономия электроэнергии (кВт·ч) при осуществлении указанного мероприятия подсчитывается по формуле:

Η · Q · t_в

ΔW= (1/η_d1-1/η_d2),

1000·η·η_с

где η_d1, η_d2 – фактический к.п.д. электродвигателя до и после проведения мероприятий.

6) Проведение модернизации вентиляторов и реконструкции вентиляторной установки.

При проведении модернизации вентиляторов следует предусматривать комплекс технических мероприятий, направленных на повышение экономичности работы вентилятолрной установки (замену рабочего колеса, подрезку или удлинение лопаток, увеличение длины диффузора и т.д.)

В случае реконструкции установки следует предусматривать:

-замену вентиляторов старых типов с низким к.п.д. на вентиляторы нового типа, имеющие более высокие технико – экономические показатели;

-применение в качестве электропривода систем регулируемого электропривода (например, каскадных схем), обеспечивающих плавное и экономичное регулирование частоты вращения вентилятора (а следовательно, подачи и даления) в соответствии с регламентированными Правилами безопасности, а также изменяющимися параметрами вентиляционной сети и самой вентиляторной установки.