На рисунке 1.1 цифрой 1 обозначен электродвигатель; 2 − подшипниковая опора; 3 − всасывающая коробка; 4 − направляющий аппарат; 5 − спиральный корпус; 6 − рабочее колесо; 7 − главный вал.

Ротор центробежных вентиляторов состоит из рабочего колеса, вала и подшипниковых опор. Рабочее колесо по конструкции может быть односторонним (для вентиляторов одностороннего всасывания) или двусторонним (для вентиляторов двустороннего всасывания) и состоит из лопаток, коренного и покрывного дисков, между которыми закрепляют лопатки, и лабиринтного кольца, имеющего специальную тороидальную форму на входе в рабочее колесо. Рабочие колеса в зависимости от аэродинамической схемы вентиляторов применяют с коническим или прямым покрывными дисками, а коренной диск выполняют шестигранной или круглой формы.

Обычно вал выполняют из высококачественной легированной стали из поковки для крупных вентиляторов или сортового проката для малых с последующей соответствующей требованиям чертежа термообработкой.

Подшипниковые опоры ротора состоят из литого корпуса с горизонтальным разъемом, причем нижняя часть корпуса имеет лапы для установки и крепления на раме или фундаментной плите. В корпусе подшипника находятся масляная ванна, отверстия для подвода и отвода масла, гнезда для установки магнитных патронов, предназначенных для улавливания из масла металлических частиц и продуктов износа подшипников, устройства для контроля за температурой и уровнем масла в подшипниках при работе вентилятора.

Корпус (кожух) центробежного вентилятора имеет спиральную форму и представляет собой сварную (толщиной 4-5мм) металлоконструкцию, состоящую из боковых стенок и верхнего перекрытия. Боковые стенки имеют цилиндрические вырезы, к которым приварены утолщенные фланцы, с отверстиями под болты для крепления корпуса к фланцам направляющего аппарата. В нижней и передней сопрягаемых с каналом частях корпуса боковые стенки снабжены фланцами с отверстиями для крепления болтами к фундаменту, в который заливают цементным раствором второй фланец с глухими гайками, как правило, привариваемый к стальной арматуре фундамента. На корпусе вентилятора в передней части имеется съемный люк для доступа и осмотра из машинного зала рабочего колеса и стенок корпуса при неработающем вентиляторе.

Коробка всасывающая центробежных вентиляторов – это сварная металлоконструкция из листовой стали толщиной 5мм, имеющая с боковой стороны фланцы с отверстиями для крепления соответственно к корпусу направляющего аппарата и фундаменту всасывающего канала. На вентиляторах одностороннего всасывания типа ВЦ-15, ВЦ-16, ВЦ-25М устанавливают одну всасывающую коробку, а двустороннего всасывания типа ВЦД-31.5М и ВЦД-47.5А – две.

Направляющий аппарат на центробежных вентиляторах применяется осевого типа и предназначен для регулирования параметров путем закрытия и открытия входного отверстия в рабочее колесо, состоит из корпуса, имеющего, как правило, разъем по оси главного вала, плоских лопастей, установленных своими цапфами на подшипниках, и механизма их поворота. Поворот лопастей осуществляется от приводного кольца с помощью канатной системы. Привод направляющего аппарата состоит из электродвигателя, редуктора, на выходном валу которого насажена звездочка, приводной цепи, тяг и шарнирных соединений. В крайних положениях лопастей электродвигатель привода отключается от сети концевыми выключателями, закрепленными на корпусе направляющего аппарата. Углы поворота лопастей определяют на шкале по стрелке, которая закреплена на приводном кольце, а шкала на корпусе направляющего аппарата.

Муфты соединительные служат для передачи вращения от вала электродвигателя к валу ротора. Для центробежных малых вентиляторов применяют упругие муфты, для крупных – зубчатые. Упругие муфты состоят из полумуфт – моторной и ротора, а также из упругих втулок с кольцами. Зубчатые муфты состоят из обойм и зубчатых втулок, торцевых крышек и уплотнений. На крупных вентиляторах между зубчатыми обоймами размещают промежуточную вставку, обеспечивающую съем втулок с концов вала ротора при ремонте и замене подшипников качения, не снимая с фундамента электродвигатель или ротор.

Система циркуляционной смазки подшипников ротора центробежного вентилятора включает маслостанцию, систему подводящих и отводящих маслопроводов, указатель подачи масла на подводящем маслопроводе для визуального наблюдения за поступлением смазки в подшипник, реле протока масла, установленное на сливном маслопроводе, и контрольно-измерительную аппаратуру, позволяющую следить за температурой масла в подшипниках и выходящего из маслостанции.

Комплект средств для реверсирования воздушной струи и перехода с работающего вентилятора на резервный входит в состав шахтного вентилятора и поставляется с ним только по требованию потребителя. Комплект состоит из ляд (дверей) для перекрытия (открытия) вентиляционных каналов, механизма подъема ляд, обводных блоков, канатов и рам с уплотнительными устройствами. В качестве ляд применяют жесткие стальные металлоконструкции или гибкие резиновые заслонки (шторы). Ляды шахтных вентиляторных установок выполняют падающего типа, вертикальными самоходными по типу дверей или в виде вертикальной подвесной двери, перемещающейся по направляющим. Выбирается конструкция ляд проектантом в зависимости от условий (температуры, влажности и т. д.), в которых они будут работать. Для подъема (опускания) или открытия (закрытия) ляд применяют лебедки, винтовые механизмы или редукторные приводы.

Вентиляторы шахтные осевые главного проветривания типов ВОД-16П, ВОД-18, ВОД-21М, ВОД-30М и ВОД-40М, изготовляемые по ГОСТ 11004-84, конструктивно в основном подобны и состоят из следующих основных составных частей: ротора; корпуса (кожуха) цилиндрического, формирующего проточную полость; коллектора и кока, устанавливаемых на входе в проточную часть; диффузора с патрубком, расположенных на выходе из проточной части; трансмиссионного вала с зубчатыми или упругими кольцевыми муфтами, которые соединяют ротор с валом электродвигателя; направляющих и спрямляющих аппаратов; системы смазки подшипников ротора; комплекта средств для перехода с работающего вентилятора на резервный; электропривода с пускорегулирующей аппаратурой; аппаратуры контроля режима работы, включающей первичные преобразователи и вторичные приборы контроля подачи и давления; аппаратуры контроля температуры подшипников; аппаратуры дистанционного и автоматического управления; защиты и сигнализации. Особенность осевых вентиляторов: они выполнены реверсивными, т. е. реверсирование воздушной струи осуществляется изменением направления вращения электродвигателя и соответственно ротора, и изменением угла установки лопаток направляющих и спрямляющих аппаратов. Исключение составляют вентиляторы типа ВОД-16П, выполненные по схеме встречного вращения, преимущество которой по сравнению с обычными схемами двуступенчатых осевых вентиляторов заключается в том, что реверсирование воздушного потока производится лишь за счет изменения направления вращения рабочих колес без поворота направляющих и спрямляющих аппаратов, которые в этой схеме вентилятора отсутствуют вообще.

Ротор осевых вентиляторов состоит из рабочих колес І и ІІ ступеней, вала и подшипниковых узлов. За рабочим колесом І и ІІ ступеней устанавливают соответственно направляющий и спрямляющий аппараты, которые выпрямляют закрученный колесами воздушный поток. Рабочие колеса І и ІІ ступеней имеют одинаковую конструкцию и состоят из втулки, в гнездах которой устанавливают лопатки, и ступицы, с помощью которой колеса крепят на валу на шпонке. Лопатки рабочих колес малых осевых вентиляторов выполняют из пластмассы, что обеспечивает высокие аэродинамические качества, а крупных вентиляторов – цельносварными или сварно-клепанными.

Валы ротора изготавливаются из углеродистой качественной конструкционной стали марки 45 и вращаются на подшипниках качения, в качестве которых применяют сферические роликоподшипники, один из них работает как радиальный, а второй как радиально-упорный.

Корпус (кожух), коллектор, кок и диффузор осевых вентиляторов выполнены сварными из листовой стали и состоят из отдельных секций, в которых есть горизонтальные продольные разъемы с фланцами и соединяющиеся между собой болтами. Число секций для разных типов вентиляторов различное: минимальное равно двум, а максимальное – четырем. В корпус вентилятора вварены опоры, на которых устанавливают подшипники ротора.

Все осевые вентиляторы, кроме ВОД-16П, снабжены направляющим и спрямляющим аппаратами, имеющими поворотные лопатки, закрепленные в корпусе за рабочими колесами І ступени направляющего аппарата и ІІ ступени спрямляющего аппарата и механизм поворота лопаток.

Система смазки подшипников ротора малых вентиляторов – консистентная, пополняется через выносные масленки, а крупные вентиляторы комплектуются маслостанциями циркуляционной смазки, включающими маслобак, рабочий и резервный насосы, фильтры и другую необходимую аппаратуру.

Эксплуатация шахтных вентиляторных установок главного проветривания предполагает соблюдение ряда требований, которые определяются назначением вентиляторов. Непрерывность проветривания горных выработок – одно из основных условий обеспечения высокой безопасности труда персонала, работающего в шахте. Остановка на шахте главных вентиляторов очень быстро приводит к существенным отклонениям от нормы в составе рудничной атмосферы. Наблюдается заметное повышение содержания углекислого газа, метана и других вредных и ядовитых газов, снижается содержание кислорода и повышается температура, поэтому в составе шахтных вентиляторных установок главного проветривания предусматриваются два вентилятора – работающий и резервный. Каждый должен иметь высокую долговечность и попеременно работать круглосуточно без остановки в течение, как правило, не более месяца, после чего включается в работу вентилятор, находящийся в резерве.

Необмерзаемость вентилятора и реверсивных устройств – важное эксплуатационное условие, которое необходимо учитывать. Для предотвращения обмерзания вентиляторы устанавливаются в здании, где в зимнее время необходимо поддерживать температуру не ниже +5˚c. Для исключения обмерзания выходные элементы вентиляторов объединяют в одну общую выходную часть, которую полностью заполняет теплый шахтный воздух, предотвращая поступление холодного атмосферного воздуха к резервному вентилятору. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания при работе на всасывание перемещают шахтный воздух, который отличается от атмосферного наличием в нем рудничных газов, пара, кислот, значительного количества пыли, штыба и воды. Перемещаемый вентилятором воздух может иметь запыленность до 150 мг/м³ и относительную влажность до 98% (при температуре 298 К). В связи с этим к шахтным вентиляторным установкам главного проветривания предъявляют специальные требования в отношении устойчивости к износу и коррозии обтекаемых шахтным воздухом поверхностей.

Неисправность – это такое состояние шахтной вентиляторной установки главного проветривания, при котором хотя бы один из ее основных или дополнительных параметров не соответствует требованиям, обусловленным рабочими чертежами и нормативно-технической документацией. Неисправное состояние неизбежно постепенно или мгновенно приводит вентиляторную установку в неработоспособное состояние (отказу) сразу или к потере работоспособности постепенно. Поэтому при эксплуатации целесообразно различать неисправности по их значимости и влиянию на работоспособность шахтной вентиляторной установки главного проветривания.

Основные неисправности рабочих колес центробежных вентиляторов: неплотная посадка рабочего колеса вследствие плохой затяжки болтов крепления рабочего колеса к ступице; неуравновешенность рабочего колеса из-за неравномерности износа лопаток, налипания пыли или попадания влаги в пустотелые лопатки и образования льда, появления усталостных трещин. Основные неисправности рабочих колес осевых вентиляторов: саморазворот лопаток рабочих колес (различные углы установки) вследствие плохой затяжки стопорных болтов, поджимающих лопатку; повышенная вибрация подшипников ротора из-за дисбаланса ротора, налипания пыли на лопатки, наличия трещин на лопатках и дисках и попадания влаги в пустотелые лопатки с последующим образованием льда в зимнее время. Работоспособность и надежность рабочих колес зависят от ряда причин, в том числе: прочности и жесткости конструкции; схемы проветривания (нагнетательной или всасывающей); запыленности и наличия вредных примесей в перемещаемом воздухе; качества монтажа; своевременного обнаружения и качественного устранения неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации.

Обычно срок службы шахтных вентиляторов главного проветривания определяется сроком эксплуатации подшипникового узла, от надежности которого во многом зависит безаварийная работа всей вентиляторной системы. К наиболее вероятным неисправностям подшипников качения относятся дефекты сборки и монтажа: трещины и выкрашивания, образующиеся при сильных ударах непосредственно по подшипникам при сборке и монтаже; несоответствие внутреннего кольца подшипника и шейки вала; изменение величины рабочего зазора от посадочного натяга; перекос подшипника при монтаже, который вызывает неравномерное распределение усилий между наружным и внутренним кольцами, вследствие чего ролики заклиниваются между кольцами. В опорах вентиляторных установок подшипники выходят из строя также вследствие усталостного разрушения поверхностей качения, абразивного износа при загрязнении, коррозии или недостатке смазки.

Одним из наименее надежных узлов вентиляторов являются направляющие аппараты и их приводы. При их работе обнаружены такие недостатки, как рассогласование углов установки лопаток в процессе эксплуатации, что вызывает неустойчивую работу вентилятора и повышенную вибрацию ротора, порывы цепных передач, заклинивание элементов привода поворота лопаток, а также появление трещин на цапфах лопаток. Основная причина выхода из строя направляющих аппаратов – недостаточная защищенность подшипников лопаток и других элементов аппаратов от абразивной пыли, влажности, а иногда и агрессивной воздушной среды.

Характерные неисправности зубчатых муфт следующие: износ отверстий и болтов, возникающий из-за различных по величине зазоров и натягов при сопряжении болтов с отверстиями; слабая посадка втулки муфты на валу; износ зубьев зубчатых втулок и обойм, возникающий из-за несоответствия типа смазки или ее отсутствия; значительный перекос обоймы по отношению к каждой втулке; неудовлетворительная центровка; недопустимое радиальное и торцевое биение каждой полумуфты.

Изучение статистического материала и его предварительная обработка показала наличие достаточно большого числа отказов, из которых на долю подшипниковых узлов приходится свыше 50% всех аварийных ситуаций, направляющих аппаратов – 37%, соединительных зубчатых муфт и рабочих колес – остальные отказы.

Непрерывный обмен воздуха на многочисленных рабочих местах угольной шахты достигается работой установки с определенными параметрами (производительностью и давлением) для данной вентиляционной сети. Отклонение от этих параметров при постоянной сети указывает на неисправную работу вентилятора.

Для контроля давления и производительности вентиляторных установок применяют дифференциальные манометры ДМ-3564 и ДМ-3566 Московского завода “Манометр” и ДМИ – Харьковского завода контрольно-измерительных приборов. Приборы типа ДМ используют для измерения давлений от 1.6 до 25 кН, а ДМИ – 0.4-25000 Н. Дифманометры применяют в комплекте с вторичными приборами и выпускают двух модификаций: ДМИ-Р для контроля производительности (расхода) и ДМИ-Т для определения напора (тягомер).

Контролируют положение ляд и вентиляционных дверей с помощью концевых выключателей типа ВПВ-380 и магнитных ВМ-64В, ВМ-62, ВМ-66.

Давление масла в циркуляционных системах смазки контролируют электроконтактными манометрами типа ЭКМ, а температуру подшипников вентиляторов и обмоток электродвигателей с автоматической сигнализацией и фиксацией места перегрева свыше допустимой величины – аппаратурой типа АКТ-1 завода “Красный металлист” и типа КТТ-1 Константиновского завода высоко- вольтной аппаратуры.

Частоту вращения вентилятора контролируют с помощью реле скорости типа РС-67 в комплекте с преобразователем ДМ-2, изменение магнитного поля которого происходит под действием специального зубчатого колеса, устанавливаемого на вал вентилятора.

Однако интегральный показатель технического состояния механической части вентиляторной установки – уровень вибрации опор вентилятора. Взаимодействия элементов, их относительные перемещения порождают вибрации, которые существенно усиливаются при наличии дефектов. Экспериментальные исследования вибрационного уровня вентиляторных установок показывают, что его величина для машин одного типа индивидуальна. Этот факт свидетельствует о том, что установить точное значение величины вибрации, соответствующей исправной и неисправной машинам, не всегда представляется возможным. В связи с этим под эксплуатационными нормами допускаемой вибрации машин вентиляторных установок понимаются не точные цифровые значения, а установленные с помощью статистических методов зоны с различной оценкой вибрационного состояния. Нормирование вибрации ведется по двум уровням: предупредительному, соответствующему нижней границе эксплуатационной нормы, и аварийному, соответствующему верхней границе эксплуатационной нормы.

При нахождении вибрационного уровня машины в предупредительной зоне гарантийный срок, при котором не следует ожидать усталостных разрушений деталей, составляет примерно 2-3 года. В данном состоянии машина может находиться до очередного текущего ремонта. При нахождении вибрационного уровня машины в аварийной зоне усталостные разрушения могут наступить в любой момент и машину необходимо немедленно остановить.

Параметр контроля должен определяться свойствами конкретной вибрации и обеспечивать измерение интересующих составляющих вибрации с достаточной точностью. Выбор в качестве такого параметра амплитуды виброперемещения позволяет точнее измерять низкочастотные составляющие, на которые приходится основная часть энергии спектра вибрации шахтных вентиляторов главного проветривания.

Главным, в настоящее время, средством дефектоскопии вентиляторных установок является разработанная в 1979 году ВНИИГМ им. М. М. Федорова аппаратура для контроля вибрации “Амплитуда”. Эта контрольно-сигнальная аппаратура входит в агрегатированный комплекс средств измерения вибрации (АСИВ), позволяющий: автоматически контролировать уровень вибрации в шести точках с периодическим измерением виброскорости и виброперемещения; выдавать предупредительный или аварийный сигнал при достижении оборудованием опасного и аварийного вибрационных уровней; выдавать аварийный сигнал с автоматическим отключением контролируемого оборудования и предупреждением ложных срабатываний, задержав сигнал на 0.5-10 с. Аппаратура “Амплитуда” имеет автоматический самоконтроль исправности каналов и примененных в ней пьезоэлектрических вибропреобразователей; при нарушении нормального режима работы любого из каналов его сигнальный выход блокируется, а все остальные каналы продолжают работать.

Внедрение непрерывного контроля вибрации позволит повысить надежность и долговечность работы вентиляторов за счет своевременного обнаружения дефектов и предупреждения разрушения узлов машин. Кроме того, дальнейшее развитие систем контроля вибрации предполагает введение элементов вибродиагностики – по изменению параметров вибрации устанавливать возникновение какой-либо неисправности.