Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

Долганов А. В.,

5.6. Регулирование режимов работы вентилятора и реверсирование струи

Вентиляторные установки как главного, так и вспомогательного проветривания работают на сеть с переменными параметрами – сопротивлением и необходимым расходом воздуха. Основными причинами, вызывающими изменение этих параметров, являются: развитие фронта горных работ, увеличивающее потребность в воздухе в 1,5 – 2,0 раза; сезонные колебания температуры воздуха, вызывающие изменение внутришахтной депрессии на 10 – 15 % от номинальной; изменение утечек и подсосов воздуха в процессе эксплуатации горного предприятия; работа в ремонтные дни, когда потребное количество воздуха уменьшается на 30 – 50 %; изменение суточного ритма работ, производство массовых взрывов, требующих значительной интенсификации проветривания [1].

Изменение параметров сети вентиляторных установок приводит к необходимости регулирования режимов их работы во время эксплуатации. Принято считать целесообразными диапазонами регулирования производительности вентиляторных установок 1:2 и давления 1:3 с принятием дополнительных мер для интенсификации проветривания после массовых взрывов.

Известны следующие способы регулирования вентиляторов:

1. Дросселирование потока воздуха в линии нагнетания или всасывания.

2. Изменение частоты вращения рабочего колеса.

3. Изменение направления потока перед входом в рабочее колесо.

4. Поворот лопаток или отдельных частей лопаток рабочего колеса.

missing image file

missing image file

Рис. 5.8. Определение
рабочего режима вентилятора

Рис. 5.9. Характеристика вентилятора при дросселировании на всасывании

1. Дросселирование потока осуществляется введением в вентиляционную сеть дополнительного сопротивления (дросселя), устанавливаемого после нагнетательного патрубка вентилятора при нагнетательной вентиляции и перед всасывающим устройством вентилятора при всасывающей вентиляции. В первом случае регулирование сводится к изменению характеристики сети при неизменной характеристике вентилятора, при этом характеристики сети становятся круче (рис. 5.8.).

Подбирая величину сопротивления, можно перевести режим работы машины из точки а1 в точку а2 с другими параметрами давления и производительности, совпадающими с требуемыми или более близкими к ним. Во втором случае изменяется характеристика 1 вентилятора (рис. 5.9) при неизменной характеристике 3 сети. Новая характеристика вентилятора 2 будет лежать тем ниже, чем больше введенное сопротивление.

Изменяя степень сопротивления, можно получить ряд напорных характеристик. Таким образом, в данном случае изменение параметров режима достигается переводом вентилятора на новую характеристику. При характеристике 3 сети вентилятор имел режим работы в точке а. При введении сопротивления во всасывающую сеть его режим будет характеризоваться параметрами точки б.

2. Регулирование изменением частоты вращения ротора возможно при наличии регулируемого привода. Из теории подобия турбомашин известно, что при подобных треугольниках скоростей изменение частоты вращения колеса обусловливает изменение расходов по закону, близкому к линейному(Q’/Q = n’/n). Напоры при этом изменяются по закону, близкому к квадратическому, Н’/H =(п’/п)2. Изменяя в определенных пределах частоту вращения машины, можем получить ряд характеристик р = f (Q), каждая из которых будет лежать тем ниже, чем меньше частота вращения. В пределах полученного при этом поля характеристик (рис. 5.10) можно изменять расход и напор в любых соотношениях независимо от взаимной связи этих параметров, предписываемой характеристикой машины для расчетной частоты вращения.

missing image file

Рис. 5.10. Универсальная характеристика турбомашины

3. Регулирование изменением направления потока на входе в рабочее колесо основывается на изменении скорости закручивания потока при входе в рабочее колесо и осуществляется специальным направляющим аппаратом. Этот аппарат представляет собой систему поворотных лопаток, устанавливаемых перед входом в колесо вентилятора. Посредством специального механизма все лопатки могут одновременно поворачиваться относительно своих радиальных осей. Профиль лопаток – плоский, плоско-выпуклый или дуговой. Лопатки изменяют направление воздушного потока, т. е. сообщают ему скорость закручивания. В результате этого изменяется напор вентилятора. Если в направляющем аппарате поток закручивается в направлении вращения колеса, давление и потребляемая мощность уменьшаются. При закручивании потока в обратную сторону давление возрастает.

Таким образом, изменяя направление потока в абсолютном движении на входе в колесо, можно получить ряд новых характеристик – Н =f (Q) для вентилятора при той же самой частоте вращения рабочего колеса. При регулировании этим способом изменение производительности и напора осуществляется переходом рабочей точки на новую характеристику машины, получаемую в результате закручивания потока перед колесом.

Глубина регулирования с помощью направляющего аппарата у центробежных вентиляторов меньше, чем у осевых вентиляторов.

4. Регулирование поворотом лопаток осуществляется в осевых вентиляторах, изменяя в определенных пределах угол установки лопаток рабочего колеса вентилятора, можем получить ряд характеристик р = f (Q), каждая из которых будет лежать тем ниже, чем меньше угол установки. В пределах полученного при этом поля характеристик (рис. 5.11.) можно изменять производительность и давление, и поворотом некоторых частей лопаток рабочего колеса в центробежных вентиляторах (рис. 5.12.).

missing image file

Рис. 5.11. Аэродинамические характеристики осевого вентилятора
при различных частотах вращения приводного электродвигателя

Этот способ особенно целесообразен для случаев, когда основным регулируемым параметром является давление за вентилятором. При изменении угла θ установки лопаток paбочего колеса (рис. 5.12) изменяется угол атаки σ, что приводит к изменению циркуляции Г вокруг лопатки. С увеличением угла атаки циркуляция рабочего колеса и давление вентилятора растут [1].

missing image file

Рис. 5.12. Регулирование поворотом закрылков лопаток рабочего колеса:
1 и 2 – коренной и покрывной диски; 3 – неподвижная часть лопатки;
4 – закрылок лопатки; 5 и 6 – положения закрылка соответственно
при отрицательном (θзакр ≤ 00) и положительном (θзакр ≥ 00) углах его установки

У центробежных вентиляторов конструктивно удается выполнить поворотными только хвостовые части лопаток – закрылки (см. рис. 5.12). При повороте закрылков 4 в сторону вращения рабочего колеса увеличиваются фактический диаметр D’’2 > D2 и угол выхода лопаток β2
(у назад загнутых лопаток).

При повороте закрылков 4 против вращения колеса его диаметр по лопаткам (D’’2 > D2), а также угол β2 уменьшаются. В первом случае давление, создаваемое вентилятором, увеличивается, а во втором случае – уменьшается.

Регулирование шахтных вентиляторов может вестись с использованием одновременно двух-трех способов, например, изменением положения лопаток направляющего аппарата и частоты вращения рабочего колеса.

Выбор того или иного способа регулирования вентиляторов должен решаться с учетом наибольшей его экономичности, простоты и удобства обслуживания.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074