Майкромайн-2020


Свежая струя воздуха

Проектирование вентиляторной установки главного проветривания под конкретные условия эксплуатации


Инфографика>>>

Россия является ведущей страной в мире по разведанным запасам и объемам добычи важнейших видов полезных ископаемых. Каменный уголь считается основным источником получения электроэнергии и тепла в топливно-энергетическом балансе страны, огромные его запасы в России позволяют ориентировать долговременную перспективу развития электроэнергетики на широкое использование угля как базового стратегического топлива, которое способно обеспечить потребности человечества в нем на сотни лет. На угольную генерацию в настоящее время в мире приходится около 40% электроэнергии. С точки зрения экономики угольная промышленность России является сегодня одной из системообразующих, при этом полностью является рыночной отраслью. В связи с этим дальнейшему развитию угольной отрасли придается большое значение

Модернизируются действующие мощности в Кузбассе, создаются новые центры угледобычи на востоке страны, осваиваются месторождения в Забайкалье, Якутии, Хакасии, в Хабаровском крае, на Сахалине. С 2012 года обновлено более 40% производственных мощностей, введено в эксплуатацию 9 шахт. При этом треть вводимых мощностей приходится на новые центры угледобычи на востоке страны. На повестке дня стоят задачи по введению регуляторных мер для дальнейшего повышения производительности и безопасности труда до уровня ведущих угледобывающих стран. Предстоит решить вопрос внедрения более прогрессивных технологий: в отрасли остается проблема импортозависимости в части горно-шахтного оборудования, автоматизации и программных средств, обеспечивающих безопасность. Для этого необходима поддержка использования новых технологических решений как в угольной, так и смежных отраслях.

Создание новых крупных шахт, укрупнение и модернизация существующих, требования непрерывного повышения безопасности труда и интенсификации производственных процессов поставили перед рудничной вентиляцией ряд новых задач.

Для проветривания крупных угольных шахт требуется подача большого объема воздуха и преодоление большого сопротивления вентиляционной сети. Сегодня на Артемовский машиностроительный завод поступают заявки на вентиляторы с производительностью 500 и более метров кубических в секунду и депрессии 5 000 Па и более. Установленная мощность вентиляторов с подобными параметрами колеблется в пределах 3-8 МВт. Естественно, что вопросы экономичности работы вентилятора на конкретную вентиляционную сеть приобретают первостатейное значение. Это относится как к проектным организациям, так и к изготовителям крупных вентиляторов.

При выборе вентилятора определяется рабочая точка (Q; Р) При заданном расходе воздуха Q вентилятор должен развивать давление Р, обеспечивающее преодоление потерь со стороны всасывания и нагнетания. Сумма потерь является расчетной величиной и включает в себя все аэродинамические потери сети (потери трения, потери при поворотах потока и т. д.), а также потери в элементах, соединяющих вентилятор с сетью. Так как тип вентилятора, его геометрические параметры входа и выхода заранее неизвестны, то до подбора вентилятора потери в соединительных элементах должны быть оценены расчетом в первом приближении.

По выбранной точке строится кривая сопротивления вентиляционной сети (рисунок 1.) Характеристикой сети обычно является парабола, проходящая через точку заданного режима: Рс=K•Q2, где К=Рз/Q2з.

Так как подобрать вентилятор точно не всегда удается, то вентилятор в сети будет иметь производительность Qс, большую Qз. Реально режим работы вентилятора характеризуется точкой А пересечения кривых сопротивления сети 2 и характеристики выбранного вентилятора 1 (рисунок 1). Подбор вентилятора необходимо производить таким образом, чтобы его рабочая точка располагалась в зоне максимального КПД. При этом она должна быть удалена от зоны неустойчивой работы вентилятора с обеспечением коэффициента запаса не менее 1,2.

Для вентиляторов в реверсивном исполнении необходимо в обязательном порядке проверить их работу в реверсивном режиме. В информации о вентиляторах главного проветривания всегда приводится его реверсивная характеристика (кривая 4 на рисунке 1). Как правило, сопротивление сети при реверсировании отличается от характеристики при прямой работе (кривая 3 на рисунке 1), поэтому важно не попасть в область неустойчивой работы вентилятора на реверсе.

Сегодня производство вентиляторов главного проветривания шахт и рудников относится к категории индивидуального производства. Нет в горной промышленности шахт с одинаковыми параметрами проветривания. Поэтому и вентиляторы для их проветривания должны иметь индивидуальные характеристики. Задача производителя эти характеристики как можно ближе подогнать под параметры шахты. Ведущими институтами в свое время разработано более 30 аэродинамических схем осевых и центробежных вентиляторов, которые можно использовать при создании вентиляторов для главного проветривания шахт.

Методы, используемые конструкторами при разработке вентиляторов для достижения высокой экономичности их эксплуатации, можно условно разделить на два направления. Достижение максимальной эффективности при проектировании вентилятора и достижение максимальной эффективности при эксплуатации вентилятора.

Достижение максимальной эффективности при проектировании вентилятора с использование различных конструктивных схем

За счет модульности построения сегодня возможно создание вентиляторов любой конструктивной схемы

(К, ВНА+К, К+СА, ВНА+К+СА, К+ПНА+К+СА, ВНА+К+ПНА+К+СА):

где К — рабочее колесо; ВНА — входной направляющий аппарат; СА — спрямляющий аппарат; ПНА — промежуточный направляющий аппарат.

По схеме К обычно выполняются вентиляторы с очень малыми значениями коэффициента давления (ѱ≤ 0,15). Данная конструктивная схема позволяет упростить конструкцию, уменьшить осевые размеры и металлоемкость вентилятора.

В случае если сеть, на которую работает вентилятор, изменяется во времени, целесообразно применять схему с ВНА. При этом можно на ходу регулировать параметры работы вентилятора в пределах ±20% без его остановки.

Использование в конструкции вентилятора СА позволяет увеличить коэффициент давления (ѱ≥0,15-0,25). Универсальной схемой можно назвать схему ВНА+К+СА. По такой схеме изготавливаются вентиляторы главного проветривания типа ВО-А. Теоретически можно из таких модулей строить вентиляторы двух и более ступеней (ѱ≥0,25).

Подбор втулочного отношения

Область рабочих режимов вентилятора может изменяться с изменением втулочного отношения.

Изменение втулочного отношения рабочего колеса дополнительно расширяет как общую зону работы вентилятора, так и зону работы с максимальным КПД. Это видно на примере изменения аэродинамических характеристик вентилятора типа ВО-А с диаметром рабочего колеса 2,8 метра и втулок диаметром 1,6 и 1,8 метра (рисунок 4). При увеличении диаметра втулки рабочего колеса на 200 мм максимальное давления увеличивается на 1000 Па, а максимальные КПД смещается на 500 Па. В нашей номенклатуре сегодня имеются вентиляторы с втулочным отношением ѵ=0,5-0,7.

Применение входного направляющего аппарата

Для вентиляционных сетей, сопротивление которых может изменяться во времени, эффективным методом регулирования является применение входных направляющих аппаратов, устанавливаемых на входе в рабочее колесо. Изменяя подкрутку потока при входе в рабочее колесо можно увеличить параметры работы вентилятора в пределах 10-20%. При этом КПД вентилятора не уменьшается. На рисунке 3 видно, что применением ВНА на вентиляторе ВО 36/23 статическое давление можно увеличить с 600 до 720 даПа. Применение ВНА, ПНА и СА дополнительно улучшают реверсивные качества вентиляторов. Производительность наших вентиляторов в реверсивном режиме может достигать 80% от производительности при прямой работе при нормируемых 60%.

Виталий Кутаев, советник генерального директора по техническим вопросам,
Денис Кутаев,  главный конструктор


2020-Выставка ВНОТ