CC BY
32
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. Болотин 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 по 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
вентиляторов является несовершенство современных компоновочных схем вентиляторных установок, которые не в полной мерс учитывают последние достижения науки в области аэродинамики и вентиляторостроения. Вентиляторы в большинстве случаев рассматриваются отдельно от установки в целом, что обусловливает низкую эффективность создаваемой установки.
Рассмотрим принципиальные особенности типовых схем шахтных вентиляторных установок, разработанных заводами-изготовителями, а также новые компоновочные решения, предлагаемые различными организациями.
Возможность сравнения различных установок реализуется использованием приведенных показателей, определяемых по следующей методике.
Уровень экономичности ПК (главных вентиляторных установок) оценивается по величине
коэффициента полезного действия ПК ^¡пКу определяемого по формуле (без учета потерь в электрической сети)
г7ПК = т7В'т?К'т7пр> (О
где % - к п д. вентилятора; ЛпР' к п д. привода; к п д. подводящих каналов, учитывающий уровень их аэродинамического совершенства [6], определяемый по формуле
I
- п , (2)
N+лю-;
Ы\
где Цд - объемный к п д. канала; коэффициент кинетической энергии воздушного
потока в канале, для каналов с бетонированными стенками N =1,036; Я - коэффициент потерь трения единицы относительной длины канала; / - длина канала; Ог - гидравлический диаметр
п
канала; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.
/-1
Объемный к.п.д. канала зависит от суммы прососов воздуха через отдельные элементы сооружений и их сопряжения и для каждой рассматриваемой установки может быть определен по формуле
„ _Q.-l.Qyr ...
■-Г-' 7е--0. ' (3)
где Qв - номинальная подача вентиляторной установки; - сумма утечек воздуха в
поверхностном комплексе, определяется по [5]:
с»)
^ ы >
где 2с " удельные утечки воздуха через конструкции вентиляционных сооружений; 5 - площадь элементов конструкций элементов вентиляционных сооружений; - удельные утечки воздуха через сопряжения конструктивных элементов (переключающих ляд); - периметры примыкания конструктивных элементов сооружений; к - коэффициент, учитывающий кратковременные периодические нарушения сплошности ограждений и сопряжений конструктивных элементов под влиянием различных факторов в период эксплуатации сооружений; принимается равным 1,25 (5].
Удельные утечки воздуха через железобетонные стены, металлические обшивки определяются по эмпирической зависимости:
2с = 1,9 + 0,24 • Лш + 0,0000044 • И^ , (5)
где Иш - общешахтная депрессия, для оценочных расчетов может быть принята равной номинальному статическому давлению установки.
Удельные утечки воздуха через сопряжения элементов вентиляционных сооружений принимаются по фактическим данным [5).
Для повышения надежности вентиляторных установок главного проветривания, как правило, устанавливают два вентилятора - работающий и резервный, подключенный к вентиляционному каналу через тройник. Оценка потерь в тройнике для каждой рассматриваемой установки заключена в коэффициенте потерь тройника определенного в результате
многочисленных исследований 1]. В зависимости от угла разветвления тройника данный коэффициент определяется:
Сп, = 0,14 + 4.1 р\ при ; (6)
I: ' ¿V = 0.74 + 3*4{/?-£), при (7)
где (5 - угол разветвления тройника.
Вентиляторные установки главного проветривания, особенно крупнейшие, занимают большую площадь на поверхности шахты. В связи с этим затрудняется размещение их на поверхности шахт. Поэтому установки главного проветривания должны иметь малые габариты в плане. Для сравнения вентиляторных установок по габаритам используется показатель удельной площади, определяемый по формуле
^ = ^ / Nг ,
где 5" - площадь, занимаемая установкой; Nг - гидравлическая мощность вентилятора главного проветривания.
Совокупный анализ компоновочных схем ПК ГВУ некоторых рудников цветной металлургии, а также по данным заводов-изготовителей, Донгипроуглемаша и ВНИИГМ им. М М. Федорова (3,$) по вышеуказанным критериям приведен в таблице.
Главной особенностью вентиляторных установок с осевыми вентиляторами является то, что реверсирование воздушной струи таких установок производится в проточной части вентилятора, что исключает наличие обводных каналов и переключающих ляд. Благодаря этому сокращается объем строительных работ на 20-25 %. Несмотря на простоту схемы, установки с осевыми вентиляторами имеют ограниченное применение и используются главным образом на шахтах и рудниках малой и средней глубины, характеризующихся относительно небольшим сопротивлением шахтной вентиляционной сети. Обусловлено это тем, что осевые вентиляторы обладают низкими коэффициентами давления по сравнению с центробежными ГВУ.
Центробежные ГВУ занимают доминирующее положение среди шахтных Бснтиляторных установок. Широкое распространение центробежных вентиляторов главного проветривания объясняется значительным улучшением их технико-экономических показателей за последнее время. Максимальный статический к п д. вентиляторов возрос до 86%. Однако для всех типовых реверсивных компоновок центробежных ГВУ характерно наличие обводных каналов и системы переключающих ляд. Наиболее благоприятный вход воздушного потока имеет установка с двумя вентиляторами одностороннего всасывания ВЦ-25М. При этом вентиляторы имеют консольное расположение на валу электродвигателей. Поверхностные комплексы с крупными шахтными центробежными вентиляторами и вентиляторами двустороннего всасывания спроектированы с входными всасывающими коробками. Входные коробки серийных вентиляторов, согласно результатам экспериментальных исследований, имеют коэффициент потерь давления 0,14, при этом статический к п д. вентилятора снижается на 2-3 %.
Кузбасским политехническим институтом совместно с КузНИУИ предложены новые компоновочные решения центробежных ГВУ на базе вращающегося переключателя потока воздуха ГИФР (2,4]. Такое компоновочное решение исключает наличие многометровых обводных
Анализ поверхностных комплексов главных вентиляторных установок-
Тип ГВУ к.п.д вентилятора Объемный к.п.д каналов. % ЛЮг1 п 1-1 К.П.Д каналов К.П.Д ПК Удельная заниуас- Иая площадь, м^кВт Источник данных
ВОД11П 0.77 95.1 2.98 4,69 0,10 0,08 1,50 Завод-изготов.
ВОД 18 0,77 96,6 . 1,82 1,72 0,20 0,15 0,99 к
ВОД21М 0,76 96,6 1,49 1,72 0,21 0,16 1.84 >1
ВОДЗОМ2 0,76 96,0 0,96 1,72 0,24 0,18 1,08 м
ВОД40М • 0.76 96,6 0,94 1,72 0,24 0,18 1,55 N
1 ВОД50 0.78 96.8 0,78 1,72 0,26 0,20 1,38 Н
ВЦП-16 0.76 99.0 1,86 0,76 0,27 0,21 0,72 Березовский р.
ВЦ-25 0,76 93,5 1,39 1.64 0.20 0,15 1.35 СУБР
ВЦ-31,5М 0,74 93,6 2.29 1,52 0,17 0,13 1,58 Завод-изготов.
ВЦД-31,5М 0,74 98.0 2.23 0,10 0.28 0,21 1,12 Гайский ГОК
ВЦД-37,5 0,74 95.7 1.50 0.88 0.26 0,19 1,23 Завод-изготов.
ВЦД-42.5 0,78 96.4 1,09 0.88 0,30 0,23 0,58 п
ВЦД-47.5УМ 0,78 94,6 0,90 1,20 0,27 0,21 1,05 •I
ВЦД-31.5 ГИФР 0,74 96,1 1,25 0?17 0,36 0,27 0,85 Ленинскуголь
ВЦДР-31.5 0,71 98,4 0,60 0Г78 0,39 0.28 0,70 Проект Г9]
каналов и системы переключающих ляд, однако требует громоздкого устройства переключения с э-образным элементом, нарушающим структуру потока и увеличивающим неравномерность поля скоростей на входе и тем самым повышающим коэффициент потерь давления в поверхностном комплексе.
Результаты анализа показывает низкую экономичность существующих ПК ГВУ. Наиболее совершенными с аэродинамической точки зрения являются схемы ПК с осевыми реверсивными вентиляторами. Однако применение осевых вентиляторов ограничено их техническими характеристиками, поэтому в глубоких труднопроветриваемых тахтах возможно применение в основном только центробежных ГВУ Общим недостатком всех типовых компоновочных схем ПК с центробежными вентиляторами является наличие в них реверсивных каналов и системы переключающих ляд (от трех до шести). Для таких компоновок характерны повышенные потери воздуха (в среднем в три раза больше, чем у установок без обводного канала), большие габариты и высокая стоимость их строительства, недопустимо низкий уровень надежности реверсирования и связанный с ним уровень безопасности ведения горных работ, особенно в зимнее время ввиду обмерзания и примерзания ляд. Всестороннее рассмотрение существующих компоновочных схем ПК центробежных ГВУ приводит к пониманию того, что реализация реверсивности установок должна достигаться не за счет дополнительных устройств, снижающих экономичность и надежность, а внутренней сущностью самой конструкции.
Одним из вариантов решения данной задачи является использование новой компоновочной схемы, предложенной в [7], созданной на основе реверсивного центроэежного вентилятора. Такое компоновочное решение обладает некоторыми преимуществами по сравнению с традиционными компоновочными схемами. Применение реверсивных центробежных вентиляторов снижает габариты вентиляторной установки, обладает сравнительно низкими потерями в поверхностном комплексе, высоким коэффициентом реверсивности, обеспечивая лучшую безопасность ведения горных работ, имеет минимальное число переключающих элементов, а значит обладает большей надежностью в работе как в нормальном, так и в реверсивном режимах. Представленный в таблице анализ показывает, что наиболее экономичной является схема с центробежным реверсивным вентилятором типа ВЦДР-31.5, к п д. ПК которой составляет 28 % при удельной занимаемой площади 0,7 м /кВт, что в среднем в 1,5 раза меньше по сравнению с традиционными схемами, и это является веским аргументом внедрения перспективной схемы в проектируемых системах вентиляции шахт и рудников.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
1. Бабак Г.А., Левин Е.М., Пак В.В. Элементы шахтных вентиляционных установок главного проветривания. - М.: Недра, 1972. - 264 с.
2. Гнмельшенн Л.Я., Фрейдлих И.С., Быков Ю.И. Развитие новых высокоэффективных схем компоновки главных вентиляторных установок шахт//Уголь. - 1992. - №5. - С. 18-23.
3. Отраслевой каталог 20-90-05. Вентиляторы главного и местного проветривания - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990.-64 с.
4. Развитие и совершенствование новых компоновок шахтных вентиляторных установок в ассоциации "ЛенинскугольТГимсльшсйн Л Я.. идр.//Уголь. - 1992. -№9. -С.48-50.
5. Руководство по проектированию нсн гмлицмм угольных шахт. - М.: Недра, 1975. - 238 с.
6. Тнмухин С.А., Белов С.В. Критерий аэродинамического совершенства воздухоподводящих каналов главных вентиляторных установок//Изв. вузов Горный журнал. -1981. - №2. - С. 71-73.
7. Тнмухин С.А., Копачев В.Ф. О создании поверхностных комплексов центробежных главных вентиляторных установок без обводных каналов и переключающих ляд//Известия вузов. Горный журнал -1997. -N7-8. - С. 143-146.
8. Тнмухин С.А. Обоснование и обеспечение рациональных режимов эксплуатации шахтных главных вентиляторных установок.: Автореф дис.... д-ра техн. наукгЕкатеринбург, 1998. - 39 с.
.9. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: Справочник / Бабак Г.А.. Бочаров К.П., Волохев А.Т. и др.- М.: Недра, 1982. - 296 с.
