Насосики турбоашины и компрессора

	где а – постоянный коэффи-
	циент, получаемый экспе-
	риментально; в – показатель
	степени,		характеризующий
	утечки.
		Действительная ха-
	рактеристика шахтной вен-
	тиляционной сети отлича-
	ется от теоретической еще
	и смещением по оси орди-
	нат	за	счет естественной
Рис.30. Действительные характеристики	тяги,	которая определяется
сетей вентиляторных установок с учетом	по формуле
подсосов и естественной тяги

Pест qzг (а ), (59)

где qzг = Pг – давление геодезического столба воздуха; zг – геодезическая высота; а и – плотность воздуха соответственно атмосферного и выходящего из шахты.

Таким образом, характеристика шахтной вентиляционной сети Pc = f (Q) с учетом выражения (58) может быть определена как

Pс = RпQ2 Pест.

Отдельно по утечкам:

1

Q в Pу т .

a

(60)

(61)

Графическое суммирование этих характеристик дает действительную характеристику шахтной вентиляционной сети.

В зимнее время, когда плотность выходящего воздуха меньше плотности холодного наружного, в формуле (61) Pест имеет знак (–) и естественная тяга способствует проветриванию шахты. В летнее время наоборот.

51

Графики действительных характеристик приведены на рис.30. Линия 2 – характеристика герметичной сети при отсутствии естественной тяги, линии 1 и 3 – то же, но с естественной тягой (± Рест). Поскольку естественная тяга не зависит от расхода сети, то линии смещены относительно линии 1 на одинаковые ординаты.

При наличии утечек или подсосов (линия 4) действительные характеристики 1', 2' и 3' смещены относительно линий 1, 2 и 3 герметичных сетей на величину подсосов Qподс .

Для рациональной эксплуатации вентиляторных установок периодически опытным путем определяют действительную характеристику вентиляционной сети.

4.4. Работа и КПД всасывающего вентилятора

При работе вентилятора на всасывание используется только часть совершаемой им работы, представляющая собой статическое давление вентилятора. Динамическое давление следует отнести к потерям энергии, так как оно не способствует проветриванию горных выработок.

Напишем формулу работы, которую необходимо затратить в трубопроводе, ограниченном сечениями 1-1 и 2-2 (рис.31) и включающем все выработки вместе с каналами до вентилятора.

Воспользовавшись основным уравнением (4), напишем, как принято для вентилятора (Нг = 0), удельную объемную рабо-

ту [6]:

L P	P		C 2		C 2	P .	(62)
s	вх		2	s	вх	тр

52

Рис.31. К определению работы и КПД всасывающего вентилятора

Так как на границах рассматриваемого трубопровода

энергия извне не вносится (L1м3 = 0	и Pвх +			С2s = Pа), получим
			2
Pст = Pa–Ps = Pтр +		Сs2 ,		(63)
	2

т.е. статическое давление затрачивается на преодоление потерь в трубопроводе (сети) и падение давления от скорости Cs. Потерю давления можно измерить трубкой Пито (рис.31).

Затраченная работа в машине без механических потерь применительно к сечениям 2-2 и 3-3 всасывающего вентилятора с диффузором будет равна [6]:

L = (Pa–Ps) = Pтр + 2 Сs2 .

Величина приращения кинетической энергии во всасывающем вентиляторе остается неиспользованной и относится к потере энергии, а скоростная энергия, измеряемая трубкой Пито, является работой, необходимой для проветривания шахты.

В этом случае гидравлический статический КПД

г ст				Рст				,	(64)
		Р С 2		С 2		Р
							Р
		ст	диф	s	2	маш	диф
									53

где Рдиф

– потери энергии на преодоление аэродинамических сопротивлений от трения потока о стенки диффузора и на образование вихревого движения и обратных потоков воздуха внутри диффузора; Рмаш – аэродинамические сопротивления в машине.

Отсюда видна очевидность снижения скорости Сдиф с помощью диффузора. Обычно его площадь на выходе

Fдиф = (1,5 4)Fвых.вент, а длина lдиф = (1 2)Dвент.

Следовательно, с эксплуатационной точки зрения роль диффузора у всасывающего вентилятора заключается в повышении статического КПД, т.е. для снижения потерь энергии у вентилятора, работающего на всасывании, следует уменьшить кинетическую энергию потока на выходе из диффузора и приращение скоростного давления внутри вентилятора,

	ст		QPст	.	(65)
		1000N

Статический КПД позволяет оценить вентилятор со стороны создаваемого им Рст. Для разных типов вентиляторов в зависимости от 2 различно и отношение между ст и полн . При-

мерно ст меньше полн на 20-30 %, поэтому для всасывания вентилятором рабочий режим определяют по характеристике ста-

тического давления (динамическое давление теряется на выходе).

4.5. Работа и КПД нагнетательного вентилятора

На рис.32 показана схема нагнетательной вентиляторной установки, где имеются обозначения скоростей и статических давлений. Вычислим работу в трубопроводе, необходимую для транспортирования воздуха.

54

Рис.32. Схема к определению работы и КПД нагнетательного вентилятора

Исходя из закона сохранения энергии на преодоление сопротивлений движению воздуха между сечениями 2-2 и 3-3 и на создание кинетической энергии на выходе из ствола:

	С 2			C 2
Р	вых	Р		d	Р	Р	Р	Р .	(66)
тр	2	d		2	а	полн	а

Затраченная работа машины применительно к сечениям 1-1 и 2-2:

	2			2
L Р	Cd		Р		Свх		Р
d	2		вх	2			маш		(67)
Рполн Ра		Рмаш		Р Рмаш ,

где P – избыточное действительное давление или полезная работа нагнетательного вентилятора; Рмаш – потери энергии на преодоление всех видов сопротивления внутри машины.

Из уравнения (67) видно, что полезная работа состоит из двух слагаемых:

приращение статического давления

Рd – Рвх = Рст;

приращение динамического (скоростного) давления

2 ( Cd2 – Cвх2 ) = Рдин.

Следовательно, в нагнетательном вентиляторе скоростное давление на выходе из машины Cd2 ( / 2 ) представляет со-

55

бой полезную работу, способствующую проветриванию рудника.

Обычно выходное сечение вентилятора значительно меньше сечения соединительного канала, поэтому для уменьшения потерь на удар при внезапном снижении скорости у нагнетательных вентиляторов также необходимы диффузоры. Гидравлический КПД нагнетательного вентилятора

		Рст Рдин	.	(68)
	г полн	Р Рмаш

4.6. Мощность вентилятора

Мощность на валу всасывающего вентилятора выражают через статическое давление и статический КПД:

	Nв.в	QPст	,	69)
		1000ст

где Рст – статическое давление вентилятора, Н/м2; Q – производительность вентилятора, м3/с; ст – статический КПД с учетом

всех потерь, ст = гст 0 диск мех.

Для нагнетательного вентилятора мощность выражается через полное давление и полный КПД:

	Nв.в	QP	,	(70)
		1000

где = гполн диск мех.

Из формул (69) и (70) видно, что мощность на валу вентилятора и по статическому и по полному КПД будет одинаковой. Различна только полезная работа машины в зависимости от места подключения вентилятора к трубопроводу.

4.7. Схемы вентиляторных установок главного проветривания

56

Шахтная вентиляторная установка состоит из рабочего и резервного вентиляторов с входными и выходными элементами, диффузорами и глушителями шума и вспомогательными устройствами для переключения и реверсирования струи воздуха, а также элементов привода и автоматизации. В соответствии с правилами безопасности воздух при поступлении в выработки должен быть чистым. Должны быть предусмотрены меры для предотвращения обмерзания проточной части вентилятора, ляд, каналов.

Установки с центробежными вентиляторами

(рис.33, а). При работе вентилятора 1 в режиме всасывания воздух из шахты выбрасывается через диффузор в атмосферу.

В соответствии с правилами безопасности схемы вентиляторных установок должны обеспечивать реверс струи воздуха за 10 мин. Это позволяет локализовать очаг пожара в шахте и вывести людей по свежей струе.

Для реверсирования воздушного потока вентилятором 1, лядами 5 и 3 перекрывается соответственно диффузор и общий подводящий канал, а с шахтой соединяется обводной канал. Свежий воздух при этом забирается из атмосферной. Для работы вентилятора 2 ляда 6 открывает подводящий канал, а ляда 7 опускается, перекрывая канал вентилятора 1. Положение остальных ляд в режиме всасывания и нагнетания аналогично положениям ляд вентилятора 1. Для перемещения ляд служат лебедки с электрическим приводом 8, положение ляд контролируется конечными выключателями 9.

Установки с осевыми вентиляторами (рис.33, б). При работе вентилятора 1 в режиме всасывания воздух поступает из шахты и выбрасывается через диффузор в атмосферу. В случае реверсирования воздушного потока этим вентилятором путем изменения направления вращения приводного электродвигателя все ляды занимают то же самое положение, что и в нормальном режиме. Воздух при этом засасывается через диффузор из атмосферы и нагнетается в шахту. При переходе на проветривание вентилятором 2 ляды переводятся в положения, показанные пунктирными линиями. Ляда 3 занимает всегда верхнее положение и опускается лишь при остановке обоих вентиляторов или при противопожарных мероприятиях, перекрывая общий канал

57

Рис.33. Технологическая схема вентиляторных установок с центробежными вентиляторами типа ВЦ (а) и осевыми вентиляторами типа ВОД (б)

от поступления воздуха из шахты или в шахту за счет естественной тяги.

58

4.8. Проектирование вентиляторных установок

При проектировании вентиляторных установок должно быть задано следующее: 1) Qш = QпK – количество подаваемого воздуха, которое рассчитывается по пяти факторам (количество людей, метана, углекислого газа, пыли, вредных газов от взрывных работ) с учетом коэффициента запаса; 2) график изменения депрессии шахты; 3) система проветривания; 4) планы поверхности и горных работ с указанием схемы вентиляции; 5) стоимость электроэнергии.

Рабочая производительность вентилятора

Q = QшKп,

(71)

где Kп = 1,2 – коэффициент, учитывающий подсосы воздуха через ляды и надшахтное здание.

Расчетное давление вентилятора при работе на всасывание находится из выражения

Pст = Pш + Рк +	Cк2	,	(72)
2

где Pш – депрессия шахты (берется в наиболее трудный период проветривания при минимальном эквивалентном отверстии рудника из графика на рис.34); Рк – потеря давления в вентиляционном канале,

Рк	Uк	L	Cк2	,	(73)
	Fк	к	2

– коэффициент гидравлических сопротивлений; Uк, Fк, Lк, – периметр, площадь сечения и длина вентиляционного канала; Cк

– скорость движения воздуха ; – плотность воздуха.

Выбор вентилятора проводят по сводному графику рабочих областей (рис.35). На него наносят график зависимости подачи вентилятора Q от депрессии Рш, определенный на период,

59

Рис.34. График депресии и изменения эквивалентного отверстия шахты по периодам ее эксплуатации

равный сроку службы вентилятора. Принимается установка, область промышленного использования которой покрывает график P = f (Q) полностью. Если последнему условию удовлетворяет несколько установок, то принимается та, для которой приведенные затраты на сооружение и эксплуатацию будут меньшими.

Выбор вентилятора завершается определением требуемой мощности электродвигателя по фактическим данным производительности, давления и статическому КПД вентилятора:

N	Qф Рст.ф	(74)
	1000
	ст.ф

Мощность двигателя по каталогу берут на 5-10 % больше расчетной с учетом возможного понижения напряжения в шахтной электросети.

Действительные значения Qф, Рст.ф, ст.ф находят графически из сопоставления индивидуальной аэродинамической характеристики вентилятора с действительной характеристикой вентиляционной сети при минимальном эквивалентном

отверстии Аmin. Из зависимости Pш.max = Rmax Q2 находим Rmax. При Аmin справедлива зависимость Pш = Rmax Q. Подставляя в

60