Шахтные вентиляторы

Вентилятором называется машина, создающая разность давления в воздухопроводе, под влиянием которой воздух перемещается в этом воздухопроводе. Условно к вентиляторам относятся машины, создающие разность давления до 10000 Па при степени сжатия, равной 1,1 (отношение давления воздуха на выходе из вентилятора к давлению на входе).

Выпускаются два типа вентиляторов, различающихся по принципу действия и конструктивному исполнению – центробежные и осевые. Вентиляторы, используемые для проветривания шахты в целом – вентиляторы главного проветривания, для проветривания отдельных выработок и рабочих мест – вентиляторы местного проветривания.

Центробежный вентилятор состоит из рабочего колеса 1 (рис. 3.3.) с лопатками 2, вращающегося вокруг оси 3 в спиральном кожухе 4. Воздух поступает в вентилятор через боковое отверстие 5, в котором располагается направляющий аппарат. Последний изменяет направление движения воздуха на радиальное. В рабочем колесе воздух проходит между лопатками, закручиваясь в направлении их движения, и выбрасывается в пространство между верхней кромкой лопаток и кожухом. Из вентилятора воздух выходит через нагнетательное отверстие 6. Движение воздуха от нижней кромки лопаток к верхней вызывается действием центробежной силы, возникающей при вращении колеса.

Центробежные вентиляторы главного проветривания могут быть одно- и двухстороннего всасывания. На шахтах применяются вентиляторы ВЦ-25, ВЦ-31, ВЦД-31, ВРЦД-4.5, ВЦО, ВЦП и др. (В – вентилятор; Ц – центробежный; Д – двухсторонний; О – односторонний; Р – рудничный; П – проходческий; цифры означают диаметр рабочего колеса в дециметрах или метрах). Депрессия центробежных вентиляторов изменяется в пределах 600-9000 Па, их дебит – 10-600 м³/с.

Осевой вентилятор состоит из рабочего колеса 1 (рис. 3.4.) с лопатками 2, вращающегося на оси 3, спрямляющегося аппарата 4, обтекателя 5 с хвостовиком 6, кожуха 7 с входным коллектором 8, диффузора 9.

Воздух в вентилятор засасывается через входной коллектор, проходит через рабочее колесо, спрямляющий аппарат и диффузор.

Рабочее колесо сообщает воздуху вращательное движение, поэтому частицы воздуха, прошедшие через колесо, движутся по винтовой линии, ось которой совпадает с осью вращения колеса.

Спрямляющий аппарат, представляющий собой неподвижное колесо с лопатками, превращает кинетическую энергию вращательного движения воздуха в статический напор. После спрямляющего аппарата воздух поступает в диффузор, где происходит расширение потока и дальнейшее преобразование его кинетической энергии в статический напор.

Для проветривания шахт (рудников) применяются осевые вентиляторы ВОД-11, ВОД-16, ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40, ВОД-50, а также ВОК, ВОКД, ВОКР, В-УП, в-УПД (В – венти0лятор; О – осевой; Д – двухступенчатый; К – с кручеными лопатками; Р – реверсивный; УП – с усиленными подшипниками; УПД – с усиленными подшипниками и удлиненным диффузором). Депрессия этих вентиляторов изменяется в пределах 1000-4000 Па, дебит –в пределах 10-600 м³/с.

Вентиляторы местного проветривания – осевые типа ВМ-М и ВМП и центробежные ВЦ.

Данными, характеризующими работу вентилятора, являются: диаметр рабочего колеса D (м), число оборотов рабочего колеса в минуту n (об/мин) и окружная скорость U (м/c):

, м/с (3.3.)

Полная мощность вентилятора (КВТ) определяется по формуле:

N=h_вQ_в/1000η, (3.4.)

где h_в – давление, развиваемое вентилятором, Па; Q_в – дебит вентилятора, м³/с; η – КПД вентилятора.

Полезная мощность вентилятора:

N_П=hQ1000 (3.5.)

КПД вентилятора:

(3.6.)

КПД должно быть не менее 0,7.

Зависимость h_в от Q_в, выраженная в виде графика, называется характеристикой вентилятора. Она определяется при испытаниях вентилятора. Характеристики вентиляторов могут быть монотонными (осевые вентиляторы при малых углах поворота лопаток, центробежные вентиляторы с загнутыми назад лопатками), горбатыми (центробежные вентиляторы с радиальными или загнутыми вперед лопатками), седловидные (осевые вентиляторы при большом угле поворота лопаток).

Положение характеристики изменяется при изменении скорости вращения рабочего колеса или угла установки лопаток.

Режим работы одиночного вентилятора (его производительность Q и депрессия h) на вентиляционную (шахтную) сеть определяется точкой пересечения А характеристики вентилятора 2 и характеристики сети 1 (рис. 3.5.).

Для вентиляции шахт часто используются два или большее число вентиляторов. Различают последовательную, параллельную (на одном и разных стволах) и комбинированную работу вентиляторов. Совместная работа вентиляторов подробно рассматривается в работе [7].