Обоснование и опыт работ по модернизации осевых вентиляторов, выработавших проектный ресурс Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© H.H. Петров, C.A. Зырянов, 2013

УДК 621.63

Н.Н. Петров, С.А. Зырянов

ОБОСНОВАНИЕ И ОПЫТ РАБОТ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ, ВЫРАБОТАВШИХ ПРОЕКТНЫЙ РЕСУРС

Рассмотрен способ продления срока службы вентиляторов, работающих на шахтах и рудниках РФ. Приведен пример практического опыта данной работы. Ключевые слова: осевые вентиляторы, промышленная безопасность, срок эксплуатации, модернизация вентиляторов.

На шахтах и рудниках РФ вентиляторы типа ВОКД и ВОЛ составляют около 55 % парка действующих машин, которые в большинстве своем двукратно (43 %), а первые трехкратно (14 %) выработали проектный ресурс (14 лет), т.к. первые работают по 30-45 лет, вторые более 15-25 лет.

По ряду причин указанные вентиляторы были устаревшими еще в начале 80-х годов, т.к. к тому времени около 83 % парка главных вентиляторов шахт, например, США, Германии и других стран использовали осевые машины с поворотными на ходу лопатками рабочего колеса.[1]

Целью модернизации является продление срока службы вентилятора, повышение эксплуатационных аэродинамических характеристик (давления, производительности и КПЛ) и повышение надежности установок, в том числе в режиме реверсирования.

Регулирование и возможность форсирования режима проветривания при загазованиях (задымлениях), а также возможности эффективного реверсирования главных вентиляторов после их модернизации позволяет существенно повысить безопасность

ведения подземных горных работ особенно при авариях, а также снизить энергопотребление шахт на 35— 40 %.[1]

Промышленная безопасность всегда была важной составляющей на всех уровнях техногенной сферы производства, поэтому её функционирование регулируется рядом документов, в том числе: федеральными законами «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», «О техническом регулировании», постановлением Правительства Российской Федерации N0241 от 28.03.01 «О мерах по обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов на территории Российской Федерации», а также рядом нормативных документов «Ростехнадзора» РФ, одним из которых является « Правила проведения экспертизы промышленной безопасности» (ПБ 03-246-98). Последним документом определены правила и порядок проведения проверки объекта на его соответствие требованиям норм безопасности.[2]

Учитывая, что отработка нормативных сроков эксплуатации горношахтного оборудования, которое ра-

Рис. 1. Компоновочные схемы вентиляторов ВО - 36Км (а) н ВО - 40 (б) (после модернизации соответственно вентиляторов ВОКД-3,6 и ВОД-40):

1 - не поворотные лопатки СА; 2 - кривошипно-ползунный механизм поворота лопаток РК; 3 - рабочее колесо; 4 - ось однооборотного привода поворота лопаток РК; 5 - поворотные на ходу сдвоенные листовые лопатки РК; 6 - дополнительные ребра жесткости

ботает на опасных производственных объектах, равно как его старение и износ, процесс неизбежный, сложный («старение», «упрочнение» и т.п. для отдельных элементов) и естественный, важность и своевременность проведения экспертизы и диагностики становится неотъемлемым элементом, как процесса эксплуатации, так и всего технологического процесса. Отсюда главная задача экспертизы: представить объективную информацию о состоянии объекта, определить степень накопленной опасности возникновения аварии и гарантии возможности дальнейшей его эксплуатации. Однако практика проведения экспертизы без объективного инструментального контроля сейчас носит формальный характер.

Как известно установки с двухступенчатыми вентиляторами ВОКД выполняются по аэродинамической схеме К-06 и реверсируются посредством обводных каналов, а с вентиляторами ВОЛ — двухступенчатые с аэродинамической схемой ЦАГИ ОВ-84, путем выключения вентилято-

ра, реверсирования его направления вращения и разворота лопаток направляюще-спрямляющего (14 шт.) и спрямляющего (14 шт.) аппаратов вентилятора, поэтому надежность таких установок в режиме реверсирования не достаточна, что может приводить к трагическим последствиям как, например, гибель 153 шахтеров в 1968 г., на шахте «Со-курская» [2].

Новые аэродинамические схемы, разработанные в институтах «АЭРО-ТУРБОМАШ» и ИГЛ СО РАН, позволяют создавать одноступенчатые осевые вентиляторы, обеспечивающие те же параметры по давлению и производительности, которые развивают машины ВОКЛ и ВОЛ в двухступенчатом исполнении, следовательно, модернизация указанных вентиляторов в основном будет сводиться к замене двухступенчатых роторов на одноступенчатые и замены их поворотно-лопастных НА и СА на неповоротные, жестко вваренные между корпусом (кожухом) и втулкой вентилятора [1].

6

Рис. 2. Расчетные аэродинамические характеристики вентиляторов ВО - 36Км (а) и ВО - 40Км (6); (после модернизации вентиляторов ВОКД - 3,6 и ВОД - 40):

А1, А2 - возможные характеристики вентиляционной сети; Отах - возможные мини-

мальная и максимальная производительности вентиляторов.

а

Согласно нормативным документам, регламентирующим модернизацию горно-шахтного оборудования, нами разработаны проекты модернизации ряда вентиляторов серии ВОКД и ВОЛ.

На рис. 1, а, б показаны вентиляторы ВОКЛ — 3,6 и ВОЛ — 40 (после модернизации, соответственно, ВО — 36КМ и ВО — 40КМ), где жирными линиями обведены заменяемые и вновь устанавливаемые элементы.

При модернизации вентиляторов ВОКЛ на промежуточном кожухе демонтируется спрямляющее-направ-ляющий аппарат, содержащий 23 лопатки с поворотными закрылками и электроприводом, вместо которого ввариваются 23 листовые, специальной геометрии, лопатки 1 (см. рис. 1, а) в проем между втулкой и корпусом вентилятора. Проем во втулке, образовавшийся после удаления второй ступени вентилятора закрывается.

В нижней внутренней части втулки кожуха крепится кривошипно-ша-тунная колонка с подшипниковым

ползуном 2 механизма поворота лопаток. Поворот лопаток РК для регулирования и реверсирования производительности на ходу вентилятора осуществляется поворотом вала 4 однооборотным серийным механизмом МЭО в пределах 120° за 1,5...2,0 мин. Таким образом, двухступенчатый ротор заменяется на одноступенчатый (обведенный жирными линиями) содержащий восемь лопаток 5, имеющих специальную геометрию, рассчитанную на заданные вентиляционные параметры заказчика (например, по аэродинамическим схемам АМ — 17А или АМ — 19А, имеющих расчетные характеристики, приведенные на рис. 2. Лля лопаток рабочего колеса нового ротора (см. рис. 3 а) может использоваться одна из указанных аэродинамических схем.[2]

Модернизация вентилятора ВОЛ-40 (см. рис. 1, б) проводится аналогично, при этом лопатки неподвижного спрямляющего аппарата 1 вваривают вместо демонтированного поворотно-лопастного спрямляющего аппарата второй ступени, для усиления опоры

а б

Рис. 3. Роторы вентиляторов ВО-24Км (а) и ВОКД-2.4(б) (до модернизации)

Рис. 4. Установка однооборотного механизма поворота лопаток рабочего колеса:

1 - однооборотный механизм МЭО - 4000/160-0,63-0,25-97К; 2 - тяга; 3 - кронштейн

под радиально-упорным подшипником ввариваются дополнительные ребра 6 [2]. На руднике «Ново-Широкинский» в 2008 г. Произведена

модернизация вентилятора ВОКЛ — 2.4. На рис. 3 показаны роторы вентиляторов ВО — 24Км(а) и ВОКЛ — 2.4(б).

Угол установки лопаток PK, град Сечение канала замерной станции, м1 Скорость потока, м/сек Полученная производительность, м3/сек Ток статора электропривода, А

15 9,8 9,3 96,04 15

30 9,8 10,1 98,98 20

45 9,8 14,6 143,08 25

Рис. 5. Опорныш блок вентилятора ВО - 24Км с дополнительными лопатками 1 спрямляющего аппарата

При проведении аэродинамических испытаний на следующих режимах работы вентилятора(положение лопаток РК: 15°, 30°, 45) были получены следующие результаты:

Таким образом, модернизация вентиляторов ВОКЛ и ВОЛ, многократно выработавших проектные ресурсы, не только решает организационно-технические проблемы безопасности, получения разрешения на продление сроков их службы, но и обеспечивает значительный экономический эффект, в том числе за счет снижения энергопотребления на 35—40 %.

Регулирование и возможность форсирования режима проветривания при загазованиях (задымлениях), а также возможности эффективного реверсирования главных вентиляторов после их модернизации позволяет существенно повысить безопасность ведения подземных горных работ, особенно при авариях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петров H.H., Попов H.A. Пути мо-

дернизации устаревшего парка главных вен-

тиляторов шахт // ФТПРП.

2. Малахов А.Н. Экспертиза промышленной безопасности // Сибирский уголь в

21 веке. — 2008, — № б — с. 26... 28. ИЗЭ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Петров H.H. - доктор технических наук, профессор;

Зырянов С.А. - аспирант,

Институт горного дела СО РАН, segio@ngs.ru

А