Исследование регулирования аэродинамических параметров шахты вентиляторов главного проветривания

Аннотация

Бугаев А. В. Исследование регулирования аэродинамических параметров шахты вентиляторов главного проветривания В статье рассмотрены аэродинамические параметры эксплуатируемых на угольных шахтах радиальных и осевых вентиляторов главного проветривания, а также проанализированы способы регулирования аэродинамических характеристик с целью определения наиболее эффективного метода регулирования по параметру снижения энергопотребления.

Вопросы регулирования параметров подачи и давления вентиляторов являлись актуальными и ранее, так как создание мощных шахтных вентиляторов с электроприводом, мощность которого достигает 4000 кВт, требовало условий плавного их запуска в работу, а также настройку вентиляционной сети на необходимый ритм проветривания шахты, [1,2,3,4]. В настоящее время эта проблема требует своего решения в связи с закрытием ряда шахт, но необходимостью эксплуатации вентиляторов главного проветривания. При этом экономичность работы таких вентиляторных агрегатов снижается в связи с тем, что осевые направляющие аппараты в большей части приходится эксплуатировать в закрытом положении лопаток и величина статического к.п.д. вентиляторов составляет всего 0,3...0,5.

В настоящей работе рассмотрены возможные способы регулирования аэродинамических параметров (подачи и давления) радиальных вентиляторов с различными лопатками рабочих колес (листовыми и профильными), проведен анализ и сделана оценка для их возможного применения в практической постановке в шахтных условиях. В постановочном варианте задачи рассмотрены только аэродинамические способы регулирования параметров подачи и давления радиальных вентиляторов, экспериментальные результаты которых выполнены на моделях вентиляторов и опубликованы в различных организациях.

Вопросы регулирования параметров подачи и давления вентиляторов проводились Г. А. Бабаком [5,6], где приведена такая возможность применитель-но к аэродинамической схеме ЦАГИ Ц7-42, на базе которой был разработан вентилятор главного проветривания ВЦ-5 [2] и на модели вентилятора ИГМ близкой к схеме ЦАГИ Ц7-42 были получены аэродинамические характеристики при уменьшении количества листовых лопаток до четырех (ступенями – 32, 24, 16, 12, 8, 6, 4). При этом наблюдалось снижение максимального статического к.п.д. и параметров подачи и давления вентилятора.

Другими способами ступенчатого изменения параметров радиального вентилятора при постоянной частоте вращения ротора следует считать по литературным источникам [7,8,9] изменение длины рабочих лопаток колеса, поворот рабочих лопаток или элементов (закрылков), выключение части межлопаточных каналов при помощи заглушек.

Одним из наиболее существенных недостатков перечисленных способов регулирования параметров вентиляторов являлось изменение аэродинамической схемы вентилятора, что могло отразиться на динамических характеристиках роторов вентиляторов и в частности на их подшипниковых узлах. Другим препятствием для изменений конструкций вентиляторов – это требования Правил безопасности в угольных шахтах, где отмечено, что не допускается измененияконструкции машин, оборудования, схем управления и защиты без согласования с предприятием производителем, [10].

Изложенные результаты аэродинамических исследований моделей различных радиальных вентиляторов в лабораторных условиях показывают, что известные методы регулирования вентиляторов в шахтных условиях вызывают значительные трудности, одними из которых является, безусловно, обеспечение длительной безопасной эксплуатации вентиляторов в шахтных условиях, что напрямую связано с безопасной работой горнорабочих и обслуживающего персонала шахты. Предполагаемый способ регулирования подачи и давления радиального вентилятора включает в себя две составляющие – аэродинамическую (осевым направляющим аппаратом) и регулирование с помощью частоты вращения ротора вентилятора. Для примера на рис. 1 приведено Поле аэродинамических режимов, определенное в результате обследований технического состояния вентиляторных установок угольных шахт Украины в 2002...2012 г.г. для определения границ необходимых режимов проветривания. На рис. 2 и 3 показаны области промышленного использования выпускаемых в настоящее время осевых и радиальных (центробежных) вентиляторов главного проветривания для угольных и рудных шахт Украины заводом Донецкгормаш, г. Донецк. Проведенные исследования сводятся к следующему. Наиболее эффективным способом такого регулирования является изменение параметров вентилятора с помощью направляющего аппарата при углах поворота последнего на углы 0...600 (до минимальных значений статических к.п.д. 0,6) или с помощью понижения частоты вращения ротора вентилятора регулируемым электроприводом (при полностью открытых осевых направляющих аппаратах).

Рисунок 3 – Область промышленного использования вентиляторных установок с радиальными ветиляторами

Наибольший экономический эффект при регулировании частоты вращения ротора вентилятора достигается для самых мощных шахтных вентиляторов, таких как ВРЦД – 4,5 и ВЦД – 47,5УМ, мощность электродвигателей которых достигает 4000 кВт. Конструктивная схема вентилятора нового поколения ВЦД – 47,5УМ приведена на рис. 4, а область его промышленного использования показана на рис. 3.

Рисунок 4 – Вентилятор ВЦД-47,5УМ

Выводы и анализ полученных результатов.

Регулирование подачи, давления и потребляемой мощности радиального вентилятора возможно осуществить аэродинамическими способами, но необходимо эти вопросы согласовать с заводом – изготовителем вентиляторов. Наиболее эффективным способом регулирования параметров с точки зрения экономии электроэнергии, потребляемой вентилятором, является комбинированный способ – осевыми направляющими аппаратами и одновременно снижением частоты вращения приводного электродвигателя. Проведение работ по снижению внешних подсосов воздуха через надшахтные сооружения (копры, ляды переключения, здания вентиляторной установки, вентиляционные каналы и др.) позволят повысить общий коэффициент энергоэффективности вентиляторной установки.

Список использованной литературы

1. Ковалевская В. И. Шахтные центробежные вентиляторы. / В. И. Ковалевская, Г. А. Бабак, В. В. Пак. – М.:Недра, 1976. – 320 с.
2. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: Справочник. / Г. А. Бабак, К. П. Бочаров, А. Т. Волохов [и др.] – М.: Недра, 1982. – 296 с.
3. Носырев Б. А. Вентиляторные установки шахт и метрополитенов. Учебное пособие. / Б. А. Носырев, С. В. Белов – Екатеринбург: Издательство Уральской государственной горно-геологической академии, 2000. – 278 с.
4. Грядущий Б. А. Баланс электропотребления угольных шахт: Справочное пособие. / Б. А. Грядущий, В. В. Халимов – Донецк: ООО Юго-Восток, 2005. – 250 с.
5. Бабак Г. А. Экономия электроэнергии, потребляемой радиальными вентиляторами / Г. А. Бабак // Уголь Украины. – 1998. – С. 28–29.
6. Вентиляторы для проветривания глубоких шахтных стволов. / В. С. Пак, Г. А. Бабак, В. Д. Семененко [и др.] // Уголь Украины. – 1957. – № 6. – С. 24–27.
7. Постоловский С. Н. Повышение экономичности центробежных тягодувных машин. /С. Н. Постоловский // Электрические станции. – 1964. – № 9. – С. 18–23.
8. Бабак Г. А. Исследование некоторых закономерностей регулирования центробежных вентиляторов поворотными закрылками рабочих колес. / Г. А. Бабак, И. В. Богатов. – Сб. научных трудов ИГМ и ТК им. М. М. Федорова. Вопросы горной механики – М.: Недра, 1967 – № 19 – С. 19–30.
9. Чебышева К. В. Регулирование центробежных вентиляторов изменением проходных сечений колеса или кожуха. / К. В. Чебышев – Сб. Промышленная аэродинамика. – М.: Оборонгиз, 1959. – № 12 – С. 110–124.
10. НПАОП 10.0 – 1.01 – 10. Правила безпеки у вугільних шахтах: Затв. наказом Державного комітету України з промислової безпеки, охорони праці та гірничого нагляду 22.03.2010 № 62. – Київ:2010. – 2154. (Нормативний документ Мінвуглепрому України).