CC BY
22
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
_ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ__
2000 . СЕРИЯ: ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА Вып.9
ГОРНАЯ МЕХАНИКА
УДК 622.44
Н.П.Косарев, С.А.Тимухин, А.В.Сигошин, В.С.Марущак
О ПРОГНОЗЕ ПРЕДЕЛЬНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
Многообразие действующих факторов и условий обоснования параметров, проектирования, изготовления и, в особенности, эксплуатации шахтных вентиляторов главного проветривания (ВГП) предопределяет соответствующие подходы к прогнозу их предельного технического состояния (ПТС). Очевидно, что он должен выполняться на основе учета всех наиболее значимых факторов по основным узлам вентиляторов, определяющим их надежность, долговечность и ремонтопригодность. При этом простые узлы и детали, легко заменяемые или восстанавливаемые при ремонтах, не следует принимать во внимание, так гак они не оказывают значимого влияния на остаточный ресурс вентиляторов. К ним относятся, например, кожуха, входные коробки и т.п. Необходимым условием обеспечения достаточно достоверного прогноза предельного технического состояния ВГП является также поддержание вибрационного уровня вентиляторов в границах обусловленных эксплуатационными норами [1,^], что связано в первую очередь с обеспечением непрерывного контроля вибрации их подшипниковых опор.
Очевидно, что оценка и прогноз ПТС шахтных ВГП наиболее актуальны на завершающем этапе эксплуатации вентиляторных установок, характеризующимся наиболее интенсивным износом. Таким образом, прогноз ПТС вентиляторов связан непосредственно с прогнозом развития износовых явлений в их основных узлах.
На основе анализа последствий аварийных ситуаций на главных вентиляторных установках рудных и угольных шахт нами установлен следующий ранжированный по степени тяжести аварий ряд основных узлов вентиляторов: коренные (главные) валы, подшипниковые узлы, рабочие колеса, направляющие (спрямляющие) аппараты, трансмиссионные валы и соединительные муфты.
С учетом этого ряда рассмотрим прогноз износовых явлений, прежде всего, в наиболее значимых узлах вентиляторов, к основным видам изнашивания которых относится усталостное, абразивное и коррозионно-механическое.
При этом прогноз ПТС вентиляторов по фактору усталостного износа коренных валов может быть выполнен следующим образом.
На основе анализа фактического нагружения валов за весь период их эксплуатации с учетом асимметричности нагрузочного цикла и коррозионного износа поверхности определяются действительные параметры напряжений и общее расчетное число циклов до разрушения вала по фактору выносливости Ю^З],
М-14-7[а^. а,/<.-а] , (1)
где о^р - максимальное растягивающее напряжение асимметричного цикла; с, - предел выносливости материала вала, при изгибе с учетом коррозии; о, /ог - коэффициент, учитывающий асимметричность цикла.
Отсюда прогнозное число циклов дальнейшей допустимой эксплуатации ВГП (остаточный ресурс) по фактору усталостной прочности главного вала:
2^-10-/(1,4+ 1,6) -Ъ^ (2)
где Ъ^ - фактическое число отработанных циклов работы вала с момента пуска вентилятора в эксплуатацию.
гф«1440п^'1 , (3)
где п - частота вращения вала,мин'; 1ф - среднее значение фактического числа рабочих суток вентилятора в течение года (с учетом резервирования); I - количество лет работы вентилятора с момента пуска его в эксплуатацию. При этом отрицательное значение величины означает, что вентилятор эксплуатируется с превышением своего расчетного остаточного ресурса (по фактору усталостной прочности главного вала).
Искомое время дальнейшей допустимой эксплуатации ВГП по фактору усталостной прочности главного вала (лет)
1г* = 2„/1440п1'Ф »
где I1 - среднее запланированное число рабочих суток вентилятора в течение года в прогнозируемом (с учетом резервирования).
Аналогичным образом прогноз ПТС шахтных ВГП может быть определен и по фактору усталостного износа подшипников на основе расчетов их номинальной долговечности [3]. При этом дополнительным фактором может служить фактический износ коренных подшипников, контролируемый величиной радиального зазора между роликом и наружным кольцом подшипника. При условии правильного монтажа и отсутствии внешних признаков неисправности, радиальный зазор является основным браковочным признаком для подшипников [4].
В технических характеристиках на подшипники (сферические двухрядные подшипники качения) приводятся начальные значения радиальных зазоров (Ъ^) и наибольшие допустимые (Ь^). На основе этих данных определение допустимого срока дальнейшей службы подшипника может быть осуществлено посредством расчета прогнозного срока достижения параметром Ь своего наибольшего допускаемого значения, что предлагается реализовать следующим образом.
На момент исходного обследования всех узлов ВГП замеряется фактическое значение радиального зазора в подшипниках (Ъ^) и определяется увеличение зазора (АЬ) в сравнении с начальным значением 0О
ДЬ=Ьф - И, . (5)
Здесь в расчет принимается среднее значение Ья, взятое из технической характеристики подшипника (при отсутствии данных о фактическом начальном зазоре, замеренном после посадки подшипника на вал).
Определяется среднее значение линейной скорости увеличения радиального зазора в течение времени, предшествующего обследованию ВГП.
V =ДЪЛф , (6)
где 1ф - фактическое время эксплуатации подшипникового узла от момента пуска его в работу до момента обследования.
Определяется допускаемое увеличение радиального зазора Дh , в сравнении с фактическим значением Ьф .
Ahg = he-h,. (7)
Отсюда искомый допускаемый (прогнозный) срок дальнейшей эксплуатации подшипниковых узлов (остаточный ресурс ВГП по фактору физического износа коренных подшипников):
Ч = ■ (8)
Дальнейшее развитие методов прогноза ПТС шахтных ВГП диктует необходимость перехода к экспериментально-теоретическим методам с широким использованием средств математического имитационного моделирования, что предполагает первоначальное установление зависимостей показателей надежности вентиляторов от их технического состояния. Посредством имитационного моделирования возможно получение статистических характеристик случайной функции всех нагрузок на элементы ВГП. Отсюда становится возможным определение показателей качества и остаточного ресурса основных узлов и элементов вентиляторов, а также оценка различных конструктивных мероприятий по улучшению показателей или увеличению' надежности. Особенностью имитационной системы является учет всех значимых факторов и их адекватное математическое описание. Таим образом, увеличение точности прогноза ПТС и технических характеристик ВГП возможно на основе прямого модельного определения изменения характеристик нагруженных элементов вентиляторов в процессе их разработки и эксплуатации. Данная информационная основа обеспечит возможность текущей оценки узлов и элементов ВГП и прогноза их предельного технического состояния.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бологим В.В. Прогнозирование ресурсов машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984.
-240 с.
2. Демочко С.И., Кузнецов A.B., Паршинцсв В.П. Неисправности шахтных вентиляторных установок главного проветривания: Справочное пособие. - М.: Недра, 1990. - 1В8 с.
3. Ковалевская В.И.,БабакГ.А.,ПакВ.В. Шахтные центробежные вентиляторы. - М.: Недра, 1976.-
320 с.
4. Руководство но ревизии и наладке главных вентиляторных установок- шахт /Гофман A.C., Меламед И.С., Цуцык И.Т. и др. - М.: Недра 1981. - 123 с.
УДК 622.44
В.Ф. Копачёв
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОМПОНОВОЧНЫХ СХЕМ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК
Вентиляторная установка шахты является сложным инженерным сооружением. Капитальные -затраты на ее строительство и эксплуатационные расходы достигают значительных размеров Разработанные схемы вентиляторных установок обладают высокими значениями эксплуатационных показателей, однако в ряде случаев действующие (поверхностные комплексы) . шахтных вентиляторных установок главного проветривания работают с низким статическим кпд., составляющим 12-41 % [8]. Причиной такой низкой эффективности эксплуатации
