книги из ГПНТБ / Пак, В. В. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания
.pdfв. в. ПАК, С. К. ИВАНОВ, В. П. ВЕРЕЩАГИН
Ш АХТНЫ Е
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ
УСТАНОВКИ
МЕСТНОГО
ПРОВЕТРИВАНИЯ
МОСКВА •«Н Е Д Р А» •1974
УДК 621.635 : 622.457.3
Пак В. В., Иванов С. К., Верещагин В. П. Шахт ные вентиляционные установки местного проветри вания. М., «Недра», 1974,240 с.
В книге изложены результаты теоретических и эк спериментальных исследований элементов шахтных вентиляционных установок местиого проветривания, дано обоснование выбора аэродинамических пара метров нового ряда вентиляторов, описаны кон струкции вентиляторов. Рассмотрены вопросы испы таний и эксплуатации вентиляторов местного про ветривания. Описаны стендовые и промышленные испытания вентиляторов. Приведена разработка элект рических и пневматических вентиляторов, а также газовых эжекторов.
Книга предназначена для сотрудников научно-ис следовательских, проектно-конструкторских и про ектных институтов, а также организаций, зани мающихся проектированием и эксплуатацией шахтных вентиляционных установок местного проветривания. Книга может быть полезна также преподавателям и студентам горных и горпоэлектромеханических специальностей.
Табл. 34, пл. 126," список лит. — 103 назв.
У ? - |
J g g p o |
А |
? |
..... — ‘'Ч / |
|||
научнс-т бпм'^ « |
|
|
|
бчвлио |
' Т |
|
|
3 К3 |
£/VJр Hqp |
Ш |
/ |
б а л ь н о г о
30704—489 |
421—74 |
© Издательство «Недра», 1974 |
1 043(01)—74 |
|
ВВЕДЕНИЕ
При строительстве и эксплуатации угольных предприятий боль шое значение имеют шахтные вентиляторы местного проветривания. В настоящее время отечественные заводы ежегодно выпускают свыше 40 тысяч вентиляторов местного проветривания суммарной номи нальной мощностью свыше 400 тыс. кВт. На некоторых шахтах их число доходит до 80, а суммарная мощность превышает мощность вентиляторов главного проветривания.
В дальнейшем с увеличением глубины разработки полезных иско паемых, применением обратного порядка отработки шахтных полей и выемочных участков, ростом скоростей проходки выработок, при менением более мощных ВВ, а также предъявлением более жестких требований Правил безопасности значительно расширится поле потребных вентиляционных режимов местного проветривания и еще больше увеличится значение этих вентиляторов.
Однако по своему технико-экономическому уровню вентиляторы местного проветривания, серийно выпускавшиеся в последнее десяти летие (табл. 1), значительно отстают от вентиляторов главного про ветривания.
Анализ конструктивных особенностей и приведенных в табл. 1 технических показателей машин, составляющих основу вентилятор ного парка угольных шахт, показывает, что ни одна из них в полной мере не отвечает требованиям эксплуатации. К основным недостаткам их следует отнести малую экономичность, низкую напорность, отсут ствие эффективных устройств для регулирования режима работы (за исключением ВЦО-0,6, ВМ-5, ВМП-4), высокий уровень шума, низкую надежность, малую ремонтопригодность.
Повышение эксплуатационно-технических показателей венти ляторов местного проветривания в связи с предъявляемыми к ним специфическими требованиями (как по условиям работы, так и по конструктивному исполнению) является весьма сложной задачей, решение которой требует серьезных исследований в области аэро динамики, акустики, прочности, надежности и экономики. Новые вентиляторы местного проветривания должны:
удовлетворять прогнозируемому полю вентиляционных режимов, простирающемуся по производительности от 1 до 30 м3/сек и дости гающему по давлению 800—1000 кгс/м2;
1* |
3 |
Показатели
«Проход ка-500-2м» |
CBM-4M |
Т а б л и ц а 1
|
Вентилятор |
ВМП-4 |
ВКЫ-200 |
ВЦО-0,6 |
|
О |
СВМ-бм |
5-ВМ |
|||
5 |
|
|
|
|
|
ю |
|
|
|
|
|
6
FQ
Диаметр |
присоединительного пат- |
517 |
400 |
517 |
600 |
517 |
400 |
21?, |
600 |
рубка, м м ...................................... |
|||||||||
Окружная скорость, м /сек .............. |
77,5 |
60,5 |
77,5 |
92,7 |
70,0 |
110 |
73,0 |
93,0 |
|
Номинальная производительность, |
180 |
100 |
170 |
330 |
170 - 85 |
20 |
300 |
||
м3/мин............................................. |
|
||||||||
Номинальное давление, кгс/м2 . . . |
210 |
90 |
130 |
190 |
215 |
150 |
120 |
600 |
|
Максимальный к. п. д.: |
0,70 |
0,67 |
0,68 |
0,70 |
0,71 |
|
|
0,76 |
|
вентилятора............................... |
— |
— |
|||||||
агрегата ...................................... |
0,61 |
0,52 |
0,58 |
0,61 |
0,61 |
0,28 |
0,28 |
0,68 |
|
Мощность двигателя, к В т .............. |
11,0 |
2,6 |
6,5 |
14,0 |
13,0 |
— |
— |
50 |
|
Способ регулирования..................... |
Не регулируются |
НА |
Оборотами ОНА |
||||||
Масса вентилятора на единицу по- |
43 |
73 |
46 |
26 |
37 |
24 |
28 |
50 |
|
лезной мощности, кг/кВт . . . . |
|||||||||
Стоимость |
вентилятора на единицу |
24 |
60 |
32 |
16 |
20 |
30 |
|
47 |
полезной мощности, руб/кВт . . . |
— |
||||||||
Основные размеры, мм: |
873 |
538 |
610 |
630 |
965 |
300 |
300 |
1650 |
|
длина |
.......................................... |
||||||||
ширина ...................................... |
705 |
530 |
620 |
700 |
670 |
550 |
300 |
1450 |
|
высота.......................................... |
685 |
585 |
690 |
770 |
650 |
560 |
300 |
1500 |
быть высокоэкономичными, глубоко регулируемыми, удовлетво рять санитарным нормам по шуму;
быть компактными, легкими, транспортабельными, прочными, надежными в работе и простыми в обслуживании;
удобно подсоединяться к вентиляционному трубопроводу при работе на нагнетание и всасывание.
Вентиляторы местного проветривания классифицируются: по принципу действия — центробежные и осевые; по типу привода — электрические и пневматические;
' по расположению — наземные (для проходки |
шахтных стволов |
и околоствольных выработок) и подземные. |
|
Несмотря на значительные различия вентиляторов по габаритам, |
|
мощности привода, конструктивным особенностям |
и другим при |
знакам, они имеют одну общую особенность, которая позволяет отнести эти машины к одному классу, а именно: любой вентилятор местного проветривания работает на трубопровод, с которым он образует вентиляционную установку местного проветривания. В осо бых случаях в вентиляционной установке может быть использован газовый эжектор.
Применяемые при проветривании тупиковых горных выработок эластичные и жесткие вентиляционные трубы характеризуются большими утечками, значительным аэродинамическим сопротивле нием и малым сроком службы, что является одной из главных причин
4 '
низкой эффективности действующих шахтных вентиляционных уста новок местного проветривания.
Разработка нового ряда высокоэкономичных шахтных вентиля ционных установок местного проветривания, в полной мере удовлет воряющих требованиям угольной промышленности как в настоящий период, так и с учетом ее перспективного развития, является весьма актуальной задачей, успешное выполнение которой связано с реше нием трех основных вопросов:
1) определением технически и экономически обоснованного ряда аэродинамических параметров и схем вентиляторов местного. про ветривания;
2)созданием новых, соответствующих этим параметрам, конструк ций высокоэкономичных, надежных и малошумных вентиляторов;
3)улучшением технико-экономических показателей шахтных воздуховодов.
В последнее время благодаря работам Донгипроуглемаша, ИГМ ТК им. М. М. Федорова, Днепропетровского горного, Томского
иНовочеркасского политехнических институтов, а также Томского
иКонотопского электромеханических и Артемовского, машиностро ительного заводов достигнуто значительное повышение технико экономических показателей отечественных шахтных вентиляторов местного проветривания. Разработаны и внедряются новые типы осевых и центробежных вентиляторов, которые но своим показателям не только не уступают, но в ряде случаев превосходят лучшие зару бежные образцы.
Изложению результатов этих работ посвящена настоящая монография.
В соответствии со специализацией авторов главы I (кроме § 1 , 3
и 7); VII, VIII, IX и X написаны В. В. Паком, главы IV, V и VI —
С. К. Ивановым; |
введение, главы II, III и § 1 главы I — В. П. Вере |
||
щагиным; §3 и |
7 главы I и глава XI — совместно В. В. Паком |
||
и В. П. Верещагиным; глава XII |
— В. В. Паком и Б. 3. |
Балтером, |
|
глава XIII — С. К. Ивановым и |
Б. 3. Балтером; главы |
XIV, XV |
|
и XVI — совместно' В. В. Паком, |
С- К. Ивановым и В. П. Вереща |
гиным. В написании § 4 главы VIII принимал участие Э. И. Антонов,
ав написании § 1 и 3 главы IX — В. Е. Курбаков.
Б. 3. Балтеру, Э. И. Антонову, В. Е. Курбанову, а также сот рудникам ИГМ ТК им. М. М. Федорова и Донгипроуглемаша, ока завшим помощь в работе над книгой, авторы выражают глубокую благодарность.
Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЯДА ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
Г л а в а I
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ ПРИ ПРОВЕТРИВАНИИ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК
§ 1. Общие сведения
Эффективное проветривание тупиковых выработок во многом зависит от правильного проектирования и эксплуатации вентиля ционных установок местного проветривания, в состав которых входит вентилятор или эжектор — источник движения воздуха и трубопровод — канал, по которому воздух перемещается к забою выработки.
Проектирование вентиляции состоит из определения расхода воздуха, необходимого для проветривания данной выработки, выбора способа проветривания, подбора вентиляционных труб, определения параметров и типа вентилятора местного проветривания.
При определении расхода воздуха, требующегося для проветри вания тупиковых выработок, исходят из необходимости снижения концентрации ядовитых газов и пыли, образующихся в процессе проведения выработок, до предельно допустимой Правилами без опасности нормы.
Расход воздуха обычно рассчитывают по ряду факторов, основ ными из которых являются: количество ядовитых газов, образу ющихся при взрыве; количество газов, поступающих от окружающих пород; число одновременно занятых в забое людей; пылевой фактор. По полученным результатам принимают наибольшее значение, пред варительно проверив его по минимально допустимой скорости дви жения воздуха в выработке. Все эти факторы, за исключением фактора буровзрывных работ, являются постоянно действующими. Однако в большинстве случаев кратковременно действующий фактор буровзрывных работ является определяющим, так как требует наи больших расходов воздуха и энергии.
Проветривание тупиковых выработок с помощью вентиляционных установок местного проветривания производится тремя способами: нагнетательным, всасывающим и комбинированным. Каждый из способов имеет определенные преимущества и недостатки. Схемы
6
и способы проветривания в каждом конкретном случае выбирают на основании технико-экономического расчета.
Запрещается применение всасывающего и комбинированного способов проветривания на угольных и рудных газовых шахтах, поэтому наибольшее распространение получил нагнетательный способ.
В последнем случае (рис. 1) вентилятор местного проветривания 1 расположен в выработке, проветриваемой за счет общешахтной
депрессии, а трубопровод 2 — в выработке, проветриваемой венти лятором, причем расстояние от начала выработки до всаса вентиля тора должно быть не менее 10 м, чтобы выходящий из выработки загазованный воздух не попал опять в вентилятор.
Развиваемое вентилятором давление Н расходуется на преодоле ние сопротивления трубопровода и проветриваемой выработки.
Потери давления при движении воздуха по трубопроводу (выра ботке) выражаются зависимостью
кгс/м2, |
(1) |
где % — коэффициент сопротивления трения трубопровода (выра ботки), зависящий от шероховатости стенок и режима движения; I и dr — соответственно длина и диаметр трубопровода (выработки), м; р — плотность воздуха, кгс •сек2/м4; v — средняя скорость движения воздуха по трубопроводу (выработке), м/сек.
7
Подставляя в формулу (1) выражения v = Q/S (S — площадь сечения трубопровода или выработки, ма) и а = Я.р/8, получим
( 2)
где Q — производительность вентилятора, м3/сек; R — сопротивле ние трубопровода, кгс-сека/м8; а — коэффициент аэродинамического сопротивления, кгс-сека/м4.
Потери давления при движении воздуха в трубопроводе суще ственно (более чем в 500 раз) превосходят потери давления в выра ботке, поэтому при расчете вентиляционной установки потери в вы работке можно не учитывать.
Выражение (2) представляет собой аэродинамическую характе ристику трубопровода, изображаемую графически в виде квадрати ческой параболы. По мере прохождения выработки вентиляцион ный трубопровод удлиняется, а его характеристики образуют семейство кривых.
Режим работы вентиляционной установки определяется точкой пересечения аэродинамических характеристик трубопровода и вен тилятора, которая, как правило, задается в графическом виде.
В различных литературных источниках и каталогах обычно помещают аэродинамические характеристики вентиляторов, при веденные к нормальным атмосферным условиям, за которые в технике приняты: абсолютное давление Р н = 10 333 кгс/ма (760 мм рт. ст.), температура tH— 20° С (Т = 293° К), плотность рн = 0,1223 кгс х
X сека/'м4.
Действительные атмосферные условия, в которых эксплуати руются вентиляторы местного проветривания, могут значительно отличаться от нормальных. Например, проходческие вентиляторы, расположенные на поверхности, в зимних условиях могут работать при отрицательной температуре, при которой плотность воздуха повышается. Повышение плотности происходит и с увеличением глу бины шахты, так как при этом на каждые 100 м атмосферное давление возрастает примерно на 9—10 мм рт. ст. Изменение плотности воз духа от температуры и барометрического давления может быть учтено с помощью поправочного коэффициента
А |
Рн |
_ |
760 (2734-1°) |
|
(3) |
■ |
|
В ■293 |
|
||
|
|
|
|||
где р — действительная плотность воздуха, кгс-сека/м4; |
t — дей |
||||
ствительная температура, °С; |
В — действительное |
атмосферное да |
|||
вление, мы рт. ст. |
|
воздуха одинаковым |
образом |
входит |
|
Поправка на плотность |
как в характеристику сети, так и в характеристику вентилятора. Поэтому при нахождении режима работы вентилятора как точки пересечения этих двух характеристик поправку можно не учитывать, т. е. все расчеты вести для нормальных атмосферных условий.
8
Однако ее обязательно следует учитывать при определении мощности двигателя
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
где iVmax — максимальная |
мощность, |
потребляемая |
вентилятором |
||||||||
при нормальных атмосферных условиях. |
|
|
|
|
|||||||
П р и м е р. |
Определить |
мощность привода, |
если известно, что |
Л'тах = |
|||||||
= 10 кВт и вентилятор |
может работать |
на |
поверхности |
земли (L = |
0) при |
||||||
температуре t = |
—203 С, |
а также |
на глубине L = 1500 м при температуре |
||||||||
t = 26ч С. В первом случае (L = 0 ; t = |
—20° С) действительное атмосферное |
||||||||||
давление 5 = 760 ± 10 мм рт. ст. |
В расчет принимаем В = |
770 мм рт. ст. |
|||||||||
как менее благоприятный вариант и по формуле (3) подсчитываем |
|
||||||||||
|
|
|
|
760 •253 |
= 0,853, |
|
|
|
|
||
после чего находим |
Ат = 770 •293 |
|
|
|
|
||||||
Nдв! 2=5: |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
11,7 кВт. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0,853 |
|
|
|
|
|
|
|
Во втором случае (L — 1500 м; |
t = |
26ч С) по известной формуле [1] |
|||||||||
находим |
lg 5 — 2,881 + 18Д—0,00677 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg В = 2,881+ 18^ _ o |05067, 2g =2,963; |
5 = 919 мм рт. ст. |
|
|||||||||
Затем определяем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
760-299 |
по/с .. |
|
' 1 0 |
,, ос |
„ |
|
|
|||
A2- W 2 9 T “ |
0'845; |
|
|
|
1,85 |
Т‘ |
|
|
В обоих случаях поправка оказалась существенной.
На шахтах и рудниках страны в качестве вентиляционных воздуховодов применяют эластичные и жесткие (металлические) трубы.
Эластичные трубы изготовляют:
из прорезиненной ткани «чефер» (диаметром 400, 500, 600, 700, 800 и 1000 мм);
из ткани «чефер» с противогнилостной пропиткой и двусторонним покрытием полихлорвинилом (диаметром 500 и 600 мм);
из капроновой ткани с односторонним покрытием негорючей резиной (диаметром 600 мм).
Основными недостатками' этих труб являются большое аэродина мическое сопротивление и высокая воздухопроницаемость, причем в период эксплуатации эти характеристики значительно ухудшаются.
Металлические трубы сняты с серийного производства, поэтому их применяют весьма редко. Однако и металлические трубы имеют существенные недостатки: в процессе эксплуатации деформируются, и ржавеют, в результате чего повышается их аэродинамическое сопротивление; имеют большой вес и несовершеннную конструкцию уплотнения стыков, что вызывает большие потери воздуха.
Сроки службы вейтиляционных труб (в месяцах) приведены в табл. 2.
9