CC BY
19
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ
МАТЕРИАЛЫ УРАЛЬСКОЙ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ДЕКАДЫ
10-20 апреля 2003 г.
Вып. 17
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ГОРНЫХ МАШИН
ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОВ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
сигошин л. в.
Уральская государственная горно-геологическая академия
За последние 10-15 лет произошло существенное старение парка стационарного механиче-оборудования шахт и карьеров России. По различным оценкам, количество вентиляторов >го проветривания (ВГП), выработавших свой нормативный ресурс, на сегодняшний день 1яст 70 % от общего количества эксплуатируемых вентиляторов. По прогнозам, в ближай-врсмя это количество может увели-
:я до 80-90 %.
На рис. 1 представлено распредс-ВГП Урало-Сибирскою региона по 1ени сверхнормативной работы на год (данные по 64 вентиляторам), рисунка видно, что наиболее тяжелая щия складывается с ВГП с диамет-рабочего Ор, £2500 мм (свыше 36 % них имеют переработку от 14 до 24 г. а 20 % - до 28 лет). Не намного луч-обстоят дела с крупными вентилято-м.
В 1995 году Госгортехнадзор Рос-издает постановление, в соответствии с которым все потенциально опасные объекты с истекшим нормативным
Рис. 1. Распределение ШВГП по времени сверхнормативной работы: I - при нормативном сроке служб" 70 лет 2500 мм); 2 - при нормативном сроке службы 25 лет (2500<0р. £ 3150 мм); 3 - при нормативном сроке службы 30 лет (0р. >3150); АТ - время сверхнормативной работы; ДТ фактическое время эксплуатации, лет; - нормативный срок службы, лет)
«.ч
>
1
1«
м
ю М
11
12 «
М
м
24
11
12 •
/
1 -
* лг.«
/
/
АТ.ш
ШВГП, выработавший свой
ресурс
Акалт технической документации
Экспертное обследование
(оставление технической документации
| Анд
Анализ механизмов повреждения
I Ucпорт
Индивидуальная характеристика ВПI Проект BV
Акты расследования аварий м весь период эксплуатации ВП1 Журнал учета работы вентилятора Книга осмотра вентилятора и проверки реверсирования
Инструкции дм машинистов и дежурных xi
слесарей, обслуживающих Bi ll
Акты и протоколы предыдущих обследовании
Заключения но дефектоскопии ответственных
элементов ВУ, выданные по ретультатам предыдущих
обследований
Схема реверсирования воиушиой струн Кинема гическая схема ВУ
onf
МНННЙШ
■рмШнш ■мШШЙИЙн
Визуальный осмотр Промеры Дефектоскопия Впородна гностика
Справка о фактическом состоянии ВУ Заключение по результатам нераэрушаюшего контроля (дефектоскопии) Заключение по результатам вибродиагностики Справка о состоянии строительной части ВГП Справка по результатам внешнего осмотра Справка о фактических оежимах работы ВГП
Заключение о состоянии ВГП и возможности его дальнейшей эксплуатации
С
Ремонт
Снижение рабочих иагруюк
Дальнейшая эксплуатация
1
Демонтаж
■J
Рис. 2. Фу нкциональная схема проведения обязательного комиссионного обследования ШВГП
сроком службы до списания (поднадзорные Госгортсхнадзору), к которым относятся и должны проходить обязательное комиссионное обследование, в результате которого олредел возможность их дальнейшей безопасной эксплуатации. В настоящее время организации, про щие такие обследования, руководствуются Методическими указаниями по проведению экс ных обследований ВГП, изданными Госгортехнадзором России в 2002 году. Ниже приве функциональная схема такого обследования (за исключением затемненного прямоугольниках 2). Недостатком такого экспертного обследования является то, что в ходе его проведения не считывается ни один показатель надежности узлов ВГП, а время дальнейшей безопасной экс~ тации ВГП (в случае, если техническое состояние вентилятора признано удовлстворител определяется специалистами, проводящими данное обследование, на основании своих знани* опыга. Конечно, следует отметить, что организации, проводящие экспертные обследования В имеют в своем штате специалистов очень высокого уровня, обладающих значительным оп^ работы в данной сфере, и их мнение, безусловно, является компетентным. Но на современном пе развития науки, особенно методов математической обработки и вероятностных методов
344
шей машин на выносливость и долговечность, необходимо создание методики, позволяющей с 5ходимой степенью вероятности определить время возможной дальнейшей работы ВГП до гнта. когда эксплуатация вентилятора должна быть прекращена и (или) проведено очередное юе обследование. При этом должны быть соблюдены следующие основные условия:
1. Применение данной методики не должно повысить стоимость экспертного обследования а также увеличить время его проведенкя.
2. Данная методика на основании комплексного учета всех факторов, значимо влияющих на (ность и долговечность ВГП, должна оптимально определить момент времени, в который
)ходимо прекратить эксплуатацию вентилятора и проводить следующее экспертное эбследо-
Затсмненный прямоугольник на функциональной схеме проведения обязательного экспсрт-обследования ШВГП (см. рис. 2) показывает, на каком этапе будет применяться данная мето-Следует отметить, что целью методики является построение функций распределения долго-;й (ФРД) основных механических узлов ВГП (коренные валы, подшипниковые узлы, со-штсльные муфты), в наибольшей степени лимитирующих надежную и безопасную эюсплуата-машины, т. е. методика не учитывает состояние электрооборудования и грузоподъемных ме-змов ВУ, а также состояние строительной части. Таким образом, предлагаемая методика <на стать составной частью обязательного экспертного обследования ВГП, не отменяя тем «ым ни одного мероприятия, проводимого в ходе экспертного обследования. Как уже отмечалось вы- г.* конечная цель методики -ахтроенис ФРД (рис. 3) основ-узлов ВГП, показывающих между ресурсом элемента данном случае выраженном в слах циклов работы - оборот на 360°) и вероятностью разрушения данного элемента ла).
В основе методики лежит шероят постный расчет узлов вентилятора на усталостную говсчность, основанный на -ом. что кривая усталости ■Веялера) не имеет горизонтального участка, соответствующего неограниченной долговечности при напряжениях, меньших предела выносливости си) стали, из которой изготовлен данный узел. Основное расчетное уравнение в случае, если амплитуды напряжений приведены к блочным, имеет вид:
Рис. 3. Теоретическая функция распределения долговечности (ФРД) узла: Р - вероятность разрушения, число циклов нагружения;
1 - при действии только касательных напряжений;
2 - при действии только нормальных напряжений;
3 - при совместном изгибе и кручении
N.
No '
* ÍH
в /
-де Л^- суммарное число циклов за срок службы; пр = - относительный уровень ам-
V /
■шитуд напряжений; /, = у ; число циклов повторения амплитуд Са в блоке нагружения;
v4- число циклов в блоке нагружения; Ga - амплитуда напряжений, соответствующая i - му цик-
Получаемая в ходе расчетов ФРД является важнейшей характеристикой надежности и говечности элементов, а следовательно, и ВГП в целом. Она показывает медианный ресурс
мента ¿, соответствующий вероятности разрушения 50 %, гамма-процентный ресурс эл ¿т, соответствующий вероятности безотказной работы у (%) или вероятности появления
ны 100 - у (%).
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОНАПОРНЫХ ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ
IIIАНГАРИН С. С.
Уральская государственная горно-геологическая академия
Увеличение глубины шахт, интенсификация очистных и горнопроходческих работ, нис количества выделяющихся в шахтах вредных газов, пыли и тепла обусловливают повы требования к шахтной вентиляции - важному звену технологической системы шахты, от к зависят безопасность, здоровье и производительность труда шахтеров.
Основным средством, обеспечивающим атмосферные условия в подземных горных ботках, являются вентиляторные установки глазного и местного проветривания.
Немаловажное значение для проветривания очистных и проходческих забоев имеют ляторы местного проветривания. На некоторых шахтах их число доходит до 80. а суммарная ность превышает мощность вентиляторов главного проветривания.
В дальнейшем с увеличением глубины разработки полезных ископаемых применение ного порядка отработки шахтных полей и выемочных участков, применением более мощных также предъявлением более жестких требований правил безопасности значительно расш поле потребных вентиляционных режимов местного проветривания и еще больше увеличится чение этих вентиляторов.
При проходке тупиковых выработок значительной длины большое значение имеет ность вентилятора. В практике проветривания горных выработок известны случаи исполь до 12+14 осевых вентиляторов местного проветривания, соединенных последовательно.
Попыткой повышения напорности осевых вентиляторов местного проветривания было данис двухступенчатых осевых вентиляторов «Проходка - 500 - 2М», а позднее - создание тробежных вентиляторов местного проветривания со спиральным корпусом «ВЦО - 0,6». С уменьшения габаритных размеров были разработаны прямоточные центробежные вентил например ВМЦ - 6, 7, 8.
Несмотря на то, что прямоточные центробежные вентиляторы существенно пре осевые машины по аэродинамическим параметрам, развивают существенно большее давление 2+3 раза больше, по сравнению с осевыми вентиляторами) при том же диаметре рабочего имеют более высокий КПД меньший шум, однако они имеют существенный недостаток: тельные поперечные размеры, обусловленные прямоточной конструкцией корпуса.
В связи с этим прямоточные центробежные вентиляторы получили весьма ограни применение, и наибольшее распространение имеют по-прежнему осевые вентиляторы.
В процессе неоднократной модернизации проточной части и всей конструкции венти; в целом современные осевые вентиляторы местного проветривания выполнены по аэродик: ской схеме с меридиональным ускорением потока и представляют собой одноступенчатую ну. Меридиональные вентиляторы по сравнению с осевыми развивают более высокое стати давление при достаточно высоком КПД, имеют лучшие регулировочные характеристики при лировании режимов рабогы входным направляющим аппаратом.
Однако увеличение глубины шахт и протяженности проходческих выработок, в совести со стесненностью условий, требует создания компактных и высоконапорных (давлением 600+700 даПа) вентиляторов.
