книги / Эксплуатация шахтных вентиляторов

где т — температура, равная превышению температу­ ры электродвигателя над температурой окружающей среды, °С; Q — потери тепла в роторе, кВт-°С; К—удель­ ная теплоемкость, ккал/ (кг *°С) ; G — масса пусковой

кость ее материала следует запрашивать на заводе-из- готовителе).

Перегрев обмотки за один пуск не должен превышать 42 °С для обмоток с изоляцией класса А и 60 °С для обмоток с изоляцией класса В.

Во многих случаях по условиям пуска приходится значительно завышать мощность двигателя вентилято­ ра по сравнению с мощностью, соответствующей режи­ му длительной работы. Поэтому для вентиляторов с диаметром рабочего колеса свыше 2 м, как правило, применяются специальные синхронные двигатели серии СДС и СДВ с усиленной пусковой обмоткой.

Пуск приводных асинхронных двигателей с фазным ротором вентилятора осуществляется с помощью пуско­ вых сопротивлений.

§ 62. Рациональное применение регулируемого по частоте вращения привода

Проветривание шахты — непрерывный процесс, тре­ бующий круглосуточной надежной работы вентиля­ торной установки, поэтому привод вентиляторов с уче­ том их большой мощности является одним из наиболее энергоемких токоприемников, расходующих до 30—40% электроэнергии, потребляемой всей шахтой. В связи с этим, помимо надежности, немаловажным фактором эффективной работы вентиляторной установки является ее экономичность.

Одним из наиболее экономичных способов регулиро­ вания производительности и давления вентиляторов яв­ ляется регулирование изменением частоты вращения ро­ тора вентилятора, реализуемое с помощью специальных схем электропривода. В настоящее время до промыш­ ленного производства по разработкам института Донгипроуглемаш и ХЭМЗа доведен регулируемый привод по системе асинхронного вентильно-машинного каскада (АВМК) и по разработкам институтов Донгипроуглемаш и ВНИИЭлектропривод — по системе комбиниро­

ванного асинхронного вентильно-машинного каскада

(КАВМК).

Применение регулируемого электропривода для цен­ тробежных вентиляторов главного проветривания более чем в 2 раза увеличивает зону его экономичной работы и позволяет получить глубину регулирования не менее 0,7. И то, и другое позволяют осуществлять оптималь­ ную настройку вентилятора на заданный режим провет­ ривания шахты без его остановки. Последнее обстоя­ тельство особенно важно с точки зрения оперативности управления режимом проветривания шахты и введения вентиляторной установки в систему автоматического уп­ равления проветриванием всей шахты.

Перечисленные положительные качества вентилято­ ра с регулируемым приводом достигаются за счет оп­ ределенного усложнения и удорожания оборудования системы регулируемого электропривода. Однако выиг­ рыш за счет экономии электроэнергии настолько велик, что он в достаточно короткое время компенсирует все дополнительные затраты на сооружение регулируемого электропривода по сравнению с нерегулируемым.

Наиболее ощутимыми и показательными для оцен­ ки экономической эффективности работы вентиляторной установки являются расход и стоимость электроэнер­ гии, потребляемой из сети нерегулируемым и регулируе­ мым приводами. Расчет эффективности был проведен для шести вентиляторных установок, оборудованных вентиляторами ВЦД32М, для которых по данным на­ ладочных организаций определены годовой расход и стоимость потребляемой электроэнергии для фактиче­ ских режимов работы вентилятора как с нерегулируе­ мым приводом, эксплуатируемого с к. п. д. выше ОД так и в случае его замены регулируемым приводом. При этом принято, что каждый из вентиляторов эксплу­ атируется 6 мес в году. Расчет указанных параметров производился по следующей методике:

по фактическим параметрам производительности, статическому напору и к. п. д. вентилятора, принятым по отчетам ревизии и наладки, определялась мощность на валу вентилятора по известному выражению:

по соотношению мощности на валу и номинальной мощности привода определяется коэффициент загрузки

двигателя

(Ю1>

'мюм

по кривой зависимости к. п. д. двигателя от нагруз­ ки на его валу принимался к. п. д. двигателя пропор­ ционально загрузке в относительных единицах, т. е.

стоимости 1 кВт-ч по Донбассэнерго, равной 0,7 коп. Проведенные расчеты показывают, что использова­

ние регулируемого привода вместо нерегулируемого* только на шести вентиляторных установках с вентиля­ торами ВЦД32М позволило бы за год сэкономить бо­ лее 18 млн. кВт-ч электроэнергии и 129600 руб. Сред­ няя экономия электроэнергии одной вентиляторной ус­ тановки с регулируемым приводом вентилятора ВЦД32М составляет более 3 млн. кВт-ч и 21600 руб. При этом дополнительные затраты на реализацию ре­ гулируемого электропривода мощностью 1250 кВт для' вентилятора ВЦД32М, составляющие около 38 тыс. руб! окупаются в среднем менее чем за 2 года.

Таким образом, применение регулируемого электро­ привода для центробежных вентиляторов главного про­ ветривания шахт и рудников существенно повышает экономическую эффективность эксплуатации вентилятор­ ных установок в том случае, когда рабочая точка по фактическим вентиляционным параметрам на 30—40%' отличается от оптимальной. Регулируемый привод поз­ воляет настроить вентилятор на наиболее экономичный для конкретных параметров проветривания режим ра­ боты с точки зрения потребляемой мощности во все периоды (строительства, номинальной эксплуатации и погашения) работы горнорудного предприятия.

Исходя из изложенного выше, целесообразно при: проектировании новых вентиляторных установок про­ изводить предварительную оценку экономической эф­ фективности применения регулируемого или нерегули­ руемого привода.

§ 63. Определение времени торможения

После выключения двигателя вентилятор останавли­ вается через некоторое время, определяемое его махо­ выми массами (которые в данном случае являются дви­ жущим фактором за счет накопленной потенциальной энергии), моментом аэродинамического сопротивления и тормозным моментом. В центробежных вентиляторах тормозные устройства не предусматриваются.

Принимая, что момент трения в опорах ротора ра­ вен примерно 0,02 Н-м, время свободного выбега опре­ деляется по формуле

(103)

где п — номинальная частота вращения, об/мин; Nuом— мощность на валу вентилятора, соответствующая рабо­ чему режиму (определяется по аэродинамическим ха­ рактеристикам), кВт; GD2 — маховой момент ротора вентилятора, приведенный в технической характеристике документации на вентилятор, Н-м2.

На основании приведенной выше формулы можно сделать вывод, что для ускорения остановки вентилято­ ра желательно при выключении приводных двигателей полностью открывать НА, достигая при этом макси­ мально возможной при данном сопротивлении вентиля­ ционной сети мощности на валу вентилятора в момент выключения. В случае, когда при выключении двигате­ ля лопатки НА сразу устанавливаются в положение «Закрыто», WHOM невелико и составляет не более 0,4 от номинальной мощности при открытых НА, поэтому вре­ мя свободного выбега удлиняется в 2,5 раза, что неже­

лательно.

При наличии тормозного устройства, что для совре­ менных осевых вентиляторов оговорено Правилами безопасности, время торможения определяется по фор­ муле

(104)

тде Мторм — тормозной момент; Мном = 9 7 5 - ^ - —крутя­

щий момент, соответствующий мощности на валу вен­ тилятора на рабочем режиме.

ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НА РАБОТУ ВЕНТИЛЯТОРОВ

Приведенные в технической документации и катало­ гах аэродинамические характеристики вентиляторов обеспечиваются при условии соответствия р-азмеров и формы проточной части аэродинамической схеме. Есте­ ственно, каждый размер может быть выполнен с допу­ сками, в пределах которых аэродинамические характе­ ристики практически остаются неизменными.

Работники механических служб горнорудных пред­ приятий, принимая вентиляторные установки и эксплуа­ тируя их, должны уметь правильно оценивать допусти­ мость тех или иных отклонений и ликвидировать те на­ рушения, которые приводят к снижению производитель­ ности, давления или надежности работы, либо к повы­ шению потребляемой вентилятором мощности.

Г л а в а 16

ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ УХУДШЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ МАШИНЫ

§ 64. Работа на режимах, близких к режиму «Закрытой задвижки»

На характеристиках осевых вентиляторов зона ра­ боты ограничена сверху кривой, выше и левее которой машина работает неустойчиво. В тех случаях, когда ра­ бочая точка (пересечение характеристик вентилятора и сети) оказывается за этой предельной кривой, на пери­ ферии лопаток рабочего колеса образуется так называе­ мый вращающийся срыв, резко снижается развивае­ мое вентилятором давление, происходит разрыв харак­ теристик, возникает специфический шум, напоминающий шум компрессора. Помпаж наступает при работе ма­ шины в области вращающегося срыва. Это явление чревато большой опасностью для всей механической части вентилятора, так как сопровождается многократ­ но превышающей допустимую вибрацией как собствен­

но вентилятора, так и каналов, вызывающей разруше­ ние подшипниковых опор, фундаментов и даже стенок каналов.

Для того чтобы вывести вентилятор из этого режима,

ционной сети. Однако зачастую это невозможно, во вся­ ком случае в достаточно короткие сроки, так как он связан с капитальными работами по расширению, перекреплению или даже прохождению параллельных выработок и сопряжен с весьма большими затратами времени и средств.

Второй способ — это организация искусственных под­ сосов за счет поднятия ляды переключения резервного вентилятора. При этом ляду следует надежно закрепить распорками, обязательно связанными в единое целое и закрепленными на стенках или полу канала, так как пульсацией воздушного потока может расшатать креп­ ление, а ляда при падении оборвать канат и повредить подвеску. Резервный вентилятор должен быть затормо­ жен. Этот способ следует применять только в аварий­ ных ситуациях, когда необходимо срочно вывести вен­ тилятор из помпажа и нельзя прекратить проветрива­ ние. Этот способ крайне неэкономичен, так как на под­ сосы расходуется дополнительная, весьма значительна# мощность.

Третий способ, наиболее приемлемый и экономич­ ный,— за счет перестановки лопаток рабочих колес на меньший угол. При этом рабочая точка перемещается относительно горба характеристики, соответствующей меньшему углу установки, вправо и выходит из зоны неустойчивой работы. Интересно, что при этом зача­ стую производительность вентилятора увеличивается. Одновременно уменьшается затрачиваемая на провет­ ривание мощность.

Центробежные вентиляторы, применяемые в шахт­ ном вентиляторостроении, зоны неустойчивой работы не имеют. Однако и у них работу в районе «горба» харак­ теристики и левее его, т. е. работу, близкую к режиму закрытой задвижки, нельзя считать нормальной. Дело в том, что при малых производительностях межлопаточ­ ные каналы рабочего колеса не заполняются полностью воздушным потоком, происходит отрыв от тыльной сто­

роны лопаток. В зонах отрыва образуются вихри, кото­ рые время от времени резко схлопываются, из-за чего скачком изменяются производительность и давление. Такие явления вызывают вибрацию вентилятора, пере­ дающуюся на фундамент, динамические нагрузки на рабочее колесо, вал и опоры ротора, поэтому необходи­ мо избегать длительной работы центробежных вентиля­ торов при углах установки лопаток направляющих ап­ паратов 60° и более (в сторону заваривания лопаток). В случае, когда потребное шахте количество воздуха в какой-то период эксплуатации таково, что требуется установка лопаток НА на указанные выше углы, более правильно заменять двигатель на имеющий мёньшую частоту вращения, либо, что наиболее экономично, при­ менять систему регулируемого по частоте вращения электропривода, что приводит к ежегодной экономии 1—3 млн кВт-ч. В некоторых случаях целесообразно даже останавливать на некоторый период главные вен­ тиляторы и осуществлять проветривание параллельно работающими проходческими вентиляторами. Для ил­ люстрации этого положения можно привести в качестве примера шахту Трудовскую производственного объеди­ нения Донецкуголь, где вентиляторы ВРЦД4,5 расходу­ ют 1200 кВт, отдавая в шахту 50 м3/с воздуха, в то время как два вентилятора ВД9, обеспечивая те же вентиляционные параметры, потребляли 500 кВт. Годо­ вая экономия электроэнергии при работе ВЦ9 составля­ ла Д £ = (1200—500) 8760=61400 000 кВт-ч.

§65. Влияние отступлений от заданных размеров

иформы проточной части на работу вентилятора

При выполнении вентиляционных каналов строители в ряде случаев допускают существенные отклонения от

монтаже входных коробок и кожуха, нижние половины которых выполняются в бетоне, зачастую плоскости стенок металла и бетона не совпадают, в результате чего образуются уступы, величина которых достигает 150—200 мм.

Для определения влияния подобного рода погреш­ ностей на аэродинамические характеристики в лабора­

тории шахтных вентиляторов института Донгипроуглемаш на аэродинамическом стенде были проведены соот­ ветствующие исследования дефектов проточной части, показанных на рис. 98. Выступы /, 2 на передней стен­ ке коробки, расположенные навстречу потоку, особенно часто встречаются на вентиляторах ВЦ31,5 и ВЦД31Д Наличие этих балок вызывает наложение на идущий к

входу в рабочее колесо транзитный воздушный поток, циркуляционного потока с круткой навстречу направле­ нию вращения рабочего колеса. За счет этого к. п. д. на оптимальном режиме снижается на 2—2,5%, кривая давления (Q—Н на характеристике) разворачивается примерно вокруг оптимума так, что в области больших производительностей давление становится несколько выше. Существенно растет и потребляемая мощность за счет подкрутки потока. Действительно, если учесть, что в соответствии с уравнением Эйлера теоретическое давление, которому пропорциональна гидравлическая мощность, равно

имеющая при подкрутке навстречу вращения знак (—), то понятна физика роста мощности при описанных вы­ ше дефектах проточной части. При этом, чем ближе к входу во всасывающее отверстие входного конуса распо­

ложены уступы, тем их влияние на характеристику вен­ тилятора ощутимее. В случае, когда балка или уступ расположены так, как показано на рис. 98 (поз. /), по­ требляемая при работе вентилятора на оптимальном ре­ жиме мощность становится больше на 6%, а при про­

ности составляет 3—4%. То, что в обоих случаях к. п. д. снижается одинаково, объясняется большей подкруткой потока при расположении балки ближе к входному от­ верстию и связанным с этим некоторым повышением давления.

Уступы 3 (балки) на внутренней вертикальной стен­ ке входной коробки крутки не создают, их влияние ог­ раничивается снижением развиваемого вентилятором давления на 2—2,5% на всем протяжении аэродинами­ ческой характеристики. Так же на всех режимах снижа­ ется на 2—2,5% к. п. д. вследствие пережатия потока в месте расположения уступа.

Очень часто встречающийся дефект — уступ 4 по го­ ризонтальному разъему между металлической и бетон­ ной стенками входной коробки вызывает потери давле­ ния на сопротивление и, кроме того, подкручивание по­ тока по направлению вращения. За счет этого давление снижается больше (4% на всех режимах), чем к. п. д. (на 1,5 при Q >Q опт) •

Часто встречающийся дефект монтажа — наличие транспортных растяжек в проточной части спирального корпуса центробежных вентиляторов, которые забыва­ ют по небрежности срезать после подливки вентиля­ тора.

Влияние этих растяжек весьма существенно. Так, при расположении растяжки на расстоянии от наружно­

ние снижается на всем протяжении характеристики на 4%, соответственно уменьшается и к. п. д. Растяжка, установленная на расстоянии 0,1 Z)2, приводит к умень­ шению давления и к. п. д. на 2%.

Очень сильно сказываются на рабочих параметрах вентилятора уступы в месте примыкания диффузора к спиральному кожуху. На рис. 99 приведены кривые, характеризующие зависимость потерь давления (в %

ному кожуху, раскручиваясь, прижимается к периферии. При обратных уступах (отрицательные значения х) по­ тери относительно несколько меньше.

При смещении диффузора в сечении, параллельном оси вала, так что уступы образуются ;над боковыми

уменьшаются на 1,8%, что составляет при мощности двигателя 800 кВт (ВЦ31,5М) перерасход электроэнер­ гии в течение года на 12600 кВт-ч, а для вентиляторов ВЦД31,5 (ВЦД32М) бесполезно расходуется на про­ ветривание ежегодно 173400 кВт-ч электроэнергии.

Следует обратить внимание на значимость кажу­ щихся сравнительно небольшими потерь давления от описанных выше погрешностей изготовления, строитель­ ства и монтажа (3—5% потерь давления составляют в