CC BY
21
УДК* 622.44
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ КОМПЛЕКСОВ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК
В. Ф, Копачей
Дайкротсрий«¡лнкиишиимтИ »ффеетвнностикомплектовпроветривании нигорных предприятиях
М УЮ1К>М ОСНОВНЫХ OCOOcHHirClVll. ирнсуош* СДО'ФНММ ЛЛСКТрОМСХЛНИЧССКНМ LllCVOSIilM p£CCMOTpCllhl лестобилншрутошхс Факторы, влияющиена работоспособностьустанонок, II приведены параметры для определения наступления этапов структур пых крншеои и вен гил шторных установка* Рассмотрены особсииосш ралиально-лиямстршшнах вентиляторных систем. а также критерии для определения остпгочного ресурса шахты* пивных нептн ляторпы* установок,
Кончат- I,/тг вентиляторныеустановки,структурные кризисы, сложныесистемы. надежности ОС ППIVIHWH ресурс
/\ criterion l<»r the fiuidional efficiency of ventilation system» in mining enterprise* is given taking into account the mum features inherent «о complicated electromechanical systems Deatahill/An^ fee (or*, affecting the efficiency of installations are considered ami parameter! for determining of stages approach of structural ense* in ventilation installations arc gi\en. il\c features of radial diametral fun systems are discussed, as well as Criteria for determining the residual resource of none main ventilating installations.
Key worsts', lan installation, structural crises, complicated systems, reliability, residual life.
Уронет. безопасное ги о комплексах манных вентиляторных установок (ГВУ! юрнои отрасли промышленности лолжен определяться недопустимостью гибели люден, инрязнс-ниа окружающей среды н тнвчмт слыша экономических издержек
Комплексы горных предприятий прел* ставляют собой совокупность большого числа подкомплексов (полсистем) которые, и свою очереп.. состоял ю более простых подсиегем н т л . пока мы не получим тлементы систем, которые и условиях данной задачи не подлежат расчленению ни часки например. аонаткв рабочего колеса вентилятора пли коренной ват оенгадатора. Элементы ГВУ находите а и постоянном взаимодействии лрут с другом коренной вал взаимодействует с рабочим колесом, рабочее колесо взаимодействует с ни аду шп им потоком, воздушный поток воздействует на направлявший аппарат н элементы юрпуси, 1С. я свою очереди. воздействуют на воздушный поток и г д.
Такое большое количество разнородных »лсмеитон, составляющих ком II лесс I В У, объединены н определенную систему для достижения единой цеди. Следовательно.
комплексы ГВУ горных предприятий пред* ставляются как сложные системы, поскольку они отвечают веем требованиям, предъявляемым к ним И]. Степень их адекватности основным признакам сложных систем;
обладание единством пели и обеспечение выработки оптимальных выходов из имеющегося множества входов;
- сложности« функционирования комплексов I ВУ. заключающегося в том. что изменение одной входной переменной влечет »о собой изменение многих переменны* величии (п том числе выходныхI и. как правило, нелинейным обратом;
достаточно высокая степеньинипшизанпи.
Таким обратом, может быть сделал важный ныиод о юм. что комплексы I ВУ правомерно представлять сак сложные системы, ">10 является Основанием I и востребовании при И< костсдованивч системного подхода, в основе которою 1сж»п рассмотрение объектом как систем, и также иснолмовпнпс теории сложных систем как обшей теоретической базы 111.
С учетом полною объема ылач. стоящих перед комплексами I ВУ горных предприятий.
и представления иа как сложные энергомехи-нические системы для опенки эффект нвиоэтн Функционирования вентиляторной усганоякн горного предприятия может быть предложен показатель, учитывающий как. экономическую и энергетическую составляющие, так и налеясность, и безопасность эксплуатации установок.
В о6тем случае такой показатель эффективности Kt} может быть выражен: А , = и Л.' глс д- коэффициент лффектмв-ностн 1-го показателя;« - обшсс число учитываемых показателей. К основным показателям следует отнести, техно логическую, экономическую. \«нергегнчеекую нрфсктнвносгн: комплексный показатель надежности функционирования установки н коэффициент ресурса установки, определяемы» как отношение времени се фактической »ксплуагапии к нормативному покали толю.
В процессе эксплуатации ГВУ происходит ухудшение сс технике-экономических показателей под воздействием внутренних И ппеш-них дестабилизирующих фактор.щ
К внутренним \ссзабн/1и шруюшим факторам относятся'
износ оборудования и старение материала основных узлов, приводящие к снижению производительности и надежности, увеличению потребления »лсктро mepi ин и штрат на поддержании нх п требуемо» комлншш;
развитие фронта »ирных работ н евчин-нос с »гам увеличение производительности и цавлепня вентилятора.
К внешним дестабилизирующим факторам ОТНОСЯТСЯ
корроэнйиссть внешней среды. изменение тарифом ни шертоноснтелп. изменение технологических требовании Липли I функционировании комплексна ГВУ под воздействием дестябшцпируюшнл фактором при неизменной их структуре Покатывает. «m» при •ксилултапнн ГВУ как СЛОЖЕНО» тсргомсхлинчсской системы, проходят следующие фи основных »тана
этап соответствия удельного расхола шектро^иертш) на I м' подаваемого аочдуха. производительности н надежное ni. а слелоза-Kvn.no. и структура ГВУ огвечзеi технологическим Требованиям;
этап КрНЗКСНОТО СОСТОЯНИЯ. «ОГДЛ показатели удельного расхода энергил. про из во хо-
тел ьност и и иялежносгн перестают улокдетао* рять технологическим требованиям:
- этап преодоления кризисного состояния (структурного кризиса). позволяющий m счет мероприятий по структурному изменению ГВУ как системы обеспечивать приемлемые технологические показатели
Пол структурным кризисом понимается такое состояние комплекса ГВУ. при котором скорость нарастания изменений, например, усталостных явлении в элементах установки, становятся выше скорости реагирования, направленного на устранение этих изменении. Анализ ратвизкя процесса нарастания шме-неннН (усталостны* явлений в элементах вентилятора) показывает, что может существовать «критическая точкам шш ступень ра> ннтнн системы, когда она перестает быть управляемой и далее разрушается При этом иотенпна.1 ее развития становится нулевым. Такая ••критическая точка»» прелстоаляегсобой наступление ближайшего овна структутно»'о кризиса ГВУ Наступление кризиса определяется вполне объективными фаьторамн. а его определяющей предпосылкой является нарастание сложности, например, расширение и усугубление усталостных явлений в элементах ГВУ. перевод систем контроля и управления установками на новы», более высокий и. елелоадтелыто, технологически сложит' уровень н др. И полому, сст» не преллрииимать никаких системных мер. технических и технологических, го наступление кризиса станет необратимым.
Продолжительность каждою из »типов определяемая динамикой состояния ГВУ. может быть рассчитана и общем виде по векторному лпфферснинальному уровне тми |51 Х= Hi.x.u,í\,x€£jU€ В;. «/,!=*„, где ( внешние воздействия; 4 дестабитнзи-руюшие мо«действия. ЕЛ векторное пространство; К множестводонустпмыхрешений. *- время
Прогнозирование наступления соответствующего тпша кризисноюсостояния позволит обеспечить своевременную характеристику состояния системы бе» существенного снижения производительности и надежности рлбогы 1"ВУ н увеличения затрат «га подачу воздуха в подземные выработки Важную роль в таких и pot нотах могу т еытрзть »ксисргные обечело-
оання н расчег оетаточиою ресурса шахтных вентиляторов главного проветривания. работающих с превышением нормативных сроков экенпушашш
Ра шише и совершенствование методологии опенок обшей и остаточной ресурсиости комплексов ГВУ способствует своевременному нропютированни« наступления структу рных кризисов пих сложных энерюмсхамичес-кн\ систем горного производства. Прямым следствием иого б\'ду| являться своевремсн-ные меры но их преодолению.
Анализ кризисных состояний и ипнчин выхода н:< строя комплексов ГВУ следу« мести но их базовым структурным едннппам I' тогом такого анализа должно бит» обоснование метйдолопш установления общего ресурса и остаточной рссурености ГВУ (для машин с истекшим нормативным сроком службы)
Основной баювой структурной сдиштей вешизяторл является 1лаяный вал. и сто разрушение означает »амеиу всей машины, т е по сут)1 дела состояние кала определяет технический ресурс вентилятора. На определенной ста-ши действия инклическнх нагрузок в сочста-ннн с перегрузками в валах вентиляторов в местах, где циклические напряжения доспиа-к»т больших значений (галтели, надрезы, участки шероховатости, места структурных десктоп металла и т. п », могут возникать и прогрессивно ризвнвагьем трешипа усталости. которые постепенно приводя! к усталостному разрушению вала. На основании доказанных положений теории усталости можно сформулирован, гнновую схему процесса усталостного ра «рушении главною вала ненгнлятора
очаг усталост ной грешины находи гея. как припнло. ни поверхности вала;
конструкция (дивною вала яи. яется ступенчатой, имеет многочисленные «алтельны с переходы различного радиуса. Шпоночные пазы, наличие следов ре та па повсрхнос-ш вшш в результате механической обработки его, внутренняя структура вала засорена дефектами металлургическою .характеры г 1 д..
все перечисленные особоиносш конструкции главного вила представляют собой концентраторы напряжения, которые « процессе эксплуатации могут наслаиваться дру! на друга и значительно усиливаться:
усталостная трешнпа может но шикну 1Ь в любых сечениях главного вала * которых действуют наибольшие моменты и где имеется копнен тршор напряжений, при этом запас стшичсекоп прочности в .шипом сечении не нгрым роли
В Связи с возможной перспективой использований диаметрального принципа действия в веши »«горах г.тайного проветривания смешанного (радоодьип-диачетрадьного) типа (31 ьозннкаст необходимость разработки соот-асгстауюших методов атродинамического и прочностною расчетов их основных элементов. В части прочностных расчетов сказанное относится в первую очередь к г лавны м валам диаметральных вентиляторов, характер Нафу-жения которых ишчимо отличается от характера нагружеиня валов ближайших аналогов радиальных вентиляторов, «пго обусловлено принципиальным различием фишки рабочих процессов тайных воздуходувных машин
Рассматривая наиболее вероятную схему нагружеиня валов вентиляторов главною проветривания. использующих диаметральный принцип, можно установить следующее. В реверсивном режиме аэродинамическая схема ГВ} соотвстствуст схеме радиальном) веши-лятора, работающего без спиральном» корпуса. В гаком режиме изменяются направления и значения поперечных аэродинамических сил. действующих на глввпый вал машины Эти силы обусловлены действием реакции струи выходящего с«« скоростью« р потока воиуча на логмети рабочего колеса (см рисунок), а также разностью давлений Р1 и /■ со стороны всасывания и нагнетания вентилятора соответственно. (.'уммарная а »ролннамнчсская
Аэродинамическая составляющая поперечной силы в раднально-диаметральном вагтиляторе
спла/^, действующая на пал, определяется но геометрического сложения вышеука «антах сил Как вилно из рисунка, выбор компоновочной схемы всити тяторнон установки обеслс-чнваст необходимое направление действия аэродинамической силы О остальном воэ-действис "а воя соответствует схемам напэу-жемия радиальных машин, и поэтому определение натрузок и прочностные расчеты следует выполнять по принятой для тайных май ни методике с учетом соответствующей компенсации поперечных сил.
Лналн-1 нагрузок, действующих па вил диаметрального венпшвтора, показал, -гго лк же. как и у радиальных машин, они могутбтггъ разделены на две прннинпиальяо отличающиеся труппы мсняюнше свое положение относительно определенного волокна вращающегося влза (| с. не Вращающиеся в прост-ранстве синхронно с частотой вращения! и вращающиеся в пространстве синхронно с частотой вращения вала
К первой группе следует отнести нагрузки, обусловленные силой тяжести "лсменюв ротор« и поперечными шролннямнчсскнми силами, а ко «торой неуравновешенное усилие от приводной муфты и центробежные сизы от заводского и эксплуатационного дисбаланса. Осевыми усилиями, а также моментом от перекоса рабочем» колеса при мим можно пренебречь ввиду их незначительной для схемы вала диаметральной машины величины Следует помнить, что правильный выбор шгмпонопочной схемы установки позволяет снизить суммарный изгибающий момент на валу вентилятора »• рабочем режиме
Дальнейшие расчеты валов на прочность и выносливость (определение изгибающих и крутящих моментов п сечениях, напряжетптй в сечениях и запасов прочности, динамического коэффициента, учитывающего увеличение прогиба при приближении к резонансной 'исто1с, приведенных и растягивающих напряжений нагрузочного цикла, а также расчетного числа циклов работы нала до его разрушения) следует выполнять по известной методике тля
радиальных машин |2j, имея в виду, что степень асимметричности погрузочного цикла главных волов диаметральных мши ни будет при этом ниже.
С учетам вышенможеиного можно слетать следующие выводы Комплексы ГВУ являются сложными системами с взанмосия ыш-ными структурами, обеспечивающими необходимую безопасность ведения горных работ Посредством показязеля эффектн в носи А'ч можно достаточно объективно оиеннвать сложную систему ГВУ как единое целое, следовательно, он может быть объективным системным показателем при опенке различных комплексов ГВУ с единых гехннко- жономн-ческнх поuniiifi На долговечность и безопасность работы комплексов ГВУ влияют внешние и внутренние дестабилизирующие факторы. Методология определения общего фактического и остаточного ресурса вентиляторов главного проветривания может быть основана на расчете усталостной прочности основных узлов главной вентиляторной установки, что имеет loci ночное теоретическое обоснование Учет особенностей работы раднально-днаметральных установок т минного проветривания позволяет снизить шпрузкн, возникающие в валах вентиляторов, и более обоснованно подходить к определению ресурсов установок
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
I :U't)Ko>s У/ Л" Севернее I/ А. Основные нроцеесы эксплуатации сложных систем М Высшая школа. 1976 40й с
2. Койичяская И П Набок Г I., Пак U II Ша.хгпыс иетггробежные вентиляторы. М : Недра.
1976 320 с
1 Twuvtuh С 4. Ктшнсл 8. Ф О создании поверхи« »стнмх кймплексоя центробежных i лаипых вентилягорнмх установок без обводных каналов и переключающих ляд Л известия вузов. Горный журнал I99T. JN? ? К. С. 143-146.
4 Шарькшанл А С Жслатт И Г. IfoNttU-кий В А Сложные системu. М. Высшая шкода,
1977 247С
5. ЭйреоР. Научно-техническое иропюзярова-пне н долгосрочное планирование. М. Мир. )9?> 1% с.
