e-mail: Ma4o51@mail.ru
Главная задача вентиляции шахт - обеспечение достаточным количеством воздуха всех рабочих мест и путей перемещения в подземных выработках, чтобы сократить до приемлемого уровня те загрязнители, с которыми невозможно бороться любыми другими средствами, где глубина и температуры скальных пород такие, что температуры воздуха слишком высоки.
Шахтные вентиляторы главного проветривания в зависимости от направления движения воздушного потока в рабочем колесе изготавливают двух типов: центробежные (радиальные) и осевые. Объектом автоматизации был выбран осевой вентилятор.
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:
Рисунок 1 - Вентилятор шахтный осевой главного проветривания
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, как 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. Мотивацией моей научной работы послужило стремление к повышению качества обслуживания осевого вентилятора главного проветривания и проветривания горных выработок в шахте.
Целью моей работы является автоматизация реверсирования воздушного потока шахты, разработка и обоснование мероприятий по совершенствованию проветривания угольных шахт с помощью ВГП.
Задачи работы: автоматизировать процесс поворота лопаток осевого вентилятора главного проветривания шахты; предотвратить воздушный удар при изменении направления потока воздуха; свести к минимуму временной затраты на разворот лопаток.
Разработка устройства для автоматизированного разворота лопаток на определённый угол для изменения направления воздушного потока в противоположную сторону. Это позволяет снизить затраты времени на реверс воздушного потока, что увеличивает производительность, а самое главное, что при аварийном режиме необходимый реверс осуществляется быстрее, что способствует спасению многих жизней. При реверсировании воздушной струи в настоящее время лопатки поворачиваются вручную на 153 -158 градусов, благодаря чему изменяется направление их выпуклости, что в сочетании с изменением направления вращения рабочего колеса обеспечивает реверсирование струи без ляд и обводных каналов, что необходимо при срочном реверсировании струи.
Современный процесс реверсирования потока воздуха вентиляторами включает в себя следующие операции: отключение приводного двигателя, торможение ротора тормозом, поворот лопаток промежуточного направляющего и спрямляющего аппаратов, пуск приводного электродвигателя в противоположном направлении вращения.
Практическая ценность заключается в том, что при автоматизированном реверсе воздушного потока, уменьшаются время и усилия, что способствует спасению жизни шахтёров.
Эта тема актуальна на мой взгляд тем, что в настоящее время этой теме проявляют мало внимания. Мы видим, что на шахтах совсем отсутствует автоматизированное реверсирование воздушной струи ВГП. Но в настоящее время и в виду появления современных устройств, оснащённых микро контролерами появляется возможность разработать и усовершенствовать процесс автоматизирования реверса воздушного потока. Поэтому задачей моей работы является автоматизация реверсирования воздушного потока шахты.
Нами был выбран вариант автоматизации, который при минимальном сбросе скорости рабочего колеса вентилятора автоматически поворачивает лопатки рабочего колеса с помощью электродвигателей.
Чтобы избежать воздушного удара и предотвратить повреждение, как лопаток, так и вентилятора в целом, перед рабочим колесом вентилятора установить диафрагму (рисунок 3), которая с постепенным сужением уменьшает воздушный поток тем самым, предотвращая воздушный удар, что даёт возможность безприпятственного поворота лопаток рабочего колеса на ходу и без полной остановки вентилятора.
Рисунок 3 - Диафрагма для защиты вентилятора от воздушного удара (анимация: 5 кадров, 5 повторений)
Диафрагма состоит из металлических лепестков - пластинок, расположенных по кругу и соединённых подвижным кольцом или поводком.
При вращении кольца лепестки сходятся к центру, уменьшая диаметр отверстия, или расходятся, увеличивая диаметр отверстия.
Изменяя диафрагмой диаметр, можно регулировать количество воздушного потока, проходящего через диафрагму к рабочему колесу.
Но, учитывая аэродинамические характеристики вентиляторов в соответствии с тем типом вентилятора, который установлен на шахте, с учётом габаритных и присоединительных размеров:
Габаритные и присоединительные размеры
Параметры
Аэродинамические характеристики вентиляторов
Необходимо правильно и оптимально выбрать материал и размеры диафрагмы, во избежание воздушного удара, что приведёт к разрушению диафрагмы.
В данной работе проанализированы вентиляторные установки, которые используются для проветривания шахты. Приведены аэродинамические характеристики вентиляторов. Использована программа по упрощению и ускорению расчёта расхода воздуха, необходимого по ТБ.
В работе было представлена разработка устройства для автоматизированного разворота лопаток на определённый угол для изменения направления воздушного потока в противоположную сторону. Это позволяет снизить затраты времени на реверс воздушного потока, что увеличивает производительность, а наиболее главное , что при аварийном необходимый реверс осуществляется быстрее, что способствует спасению многих жизней.
Данные исследования будут использованы и усовершенствоваться в дальнейших исследованиях и дипломной работе.