CC BY
19
© P.P. Газизуллин, Л.Ю. Левин, A.B. Зайцев, 2012
УДК 622.4
Р.Р. Газизуллин, Л.Ю. Левин, А.В. Зайцев
ВЛИЯНИЕ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ НА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В РУДНИКАХ ПРИ РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ ГЛАВНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Проведена классификация местных аэродинамических сопротивлений и факторов, влияющих на воздухораспределение в рудничных вентиляционных сетях при реверсировании воздушных потоков. Исследовано изменение аэродинамического сопротивления комплекса главной вентиляторной установки (ГВУ) при изменении направления движения воздуха.
Ключевые слова: рудник, местные сопротивления, моделирование, осевые и центробежные вентиляторы.
Согласно пункту № 137 Единых Правил Безопасности [1] главные вентиляторные установки должны обеспечивать реверсирование вентиляционной струи, поступающей в выработки. Расход воздуха, проходящего по главным выработкам в реверсивном режиме проветривания, должен составлять не менее 60 % от расхода воздуха, проходящего по ним в нормальном режиме. Поскольку линейные сопротивления в реверсивном режиме работают так же, как и в нормальном, то падение расхода воздуха в реверсивном режиме проветривания обуславливается, как правило, изменением аэродинамики местных сопротивлений и вентиляционных сооружений. Местные сопротивления при реверсивном режиме чаще всего значительно увеличиваются.
Многочисленные исследования доказывают, что одними из самых существенных по величине падения давления являются сопротивления, создаваемые в комплексе главной вентиляторной установки (ГВУ), сюда входят
такие сооружения как канал ГВУ, сопряжение вентиляционного канала с вентиляционным стволом, выход воздушного потока в атмосферу через диффузор [2]. Участок сопряжения вентиляционного горизонта со стволом также характеризуется значительной потерей депрессии. Эти данные подтверждают депрессиограммы рудников, полученные в ходе воздуш-но-депрессионных съемок [3].
Для удобства анализа влияния местных аэродинамических сопротивлений различных участков на воздухо-распределение в руднике в работе предложена их классификация, представленная на рис. 1.
На величину потерь в комплексе ГВУ влияет его геометрия и выбор типа вентилятора. В качестве вентиляторов применяются центробежные и осевые вентиляторы, преобразующие механическую энергию движения воздуха с помощью лопаток рабочего колеса. Центробежные вентиляторы изменяют направление потока движения воздуха с осевого на радиальное вдоль лопатки колеса. Осевые вентиляторы по сравнению с
Рис. 1. Классификация местных сопротивлений
Рис. 2: а — вентиляционные каналы при осевом вентиляторе; б — вентиляционные каналы при центробежном вентиляторе
центробежными проще, имеют больший коэффициент полезного действия, реверсивны (при изменении направления вращения колеса изменяется направление движения воздуха). Однако при монтаже осевого вентилятора устанавливается приемная коробка для размещения выносного двигателя, в ней воздушный поток поворачивает на 900 , которая является дополнительным сопротивлением для воздушного потока. Современные центробежные и осевые вентиляторы обеспечивают необходимую величину депрессии и производительность для проветривания рудника. Процесс ре-
версирования потока воздуха осевыми вентиляторами заключается в отключении приводного двигателя, повороте лопаток промежуточного направляющего и спрямляющего аппаратов, пуске приводного электродвигателя в противоположном направлении вращения. Центробежный вентилятор является вентилятором одностороннего вращения, - он не может изменить направление движения струи за счет изменения направления движения ротора, поэтому для реверсирования предусматривают обводные каналы, шиберы и ляды с лебедками их переключения.
В работе проведены исследования по влиянию местных сопротивлений комплекса ГВУ с использованием разных типов вентиляторов на движение воздушной струи в нормальном и реверсивном режиме.
В лаборатории аэрологии и теплофизики Горного института УрО РАН осуществляется комплексный подход к решению задач вентиляции шахт и рудников. Определение сопротивления сети выработок и расчет воздухораспределения
Таблица 2
Таблица 1
Результаты моделирования аэродинамических процессов в комплексах ГВУ рудника
Угол поворота лопаток рабочего колеса, грал Осевой вентилятор
Режим работы ГВУ ^R, кмюрг Rhopm/ RpeBepc
-20 Нормальный 2,69—10-3 1,4
Реверсивный 3,97—10-3
+25 Нормальный 2,666—10-3 1,6
Реверсивный 4,285—10-3
0 Нормальный 3,03—10-3 1,3
Реверсивный 4,03—10-3
Частота вращения рабочего колеса, об/мин Центробежный вентилятор
350 Нормальный 9,43—10-4 2,25
Реверсивный 2,123—10-3
450 Нормальный 1,05—10-3 2,3
Реверсивный 2,42—10-3
Рудник Режим работы ГВУ Пр-сть ГВУ; м3/мин Расход по стволу; м3/мин Крев
БКПРУ-2 норм 32975 27883 0,8
реверс 28089 22256
БКПРУ-4 норм 30846 27089 0,88
реверс 27345 24014
СКРУ-1 норм 25860 13860 0,95
реверс 24780 13260
СКРУ-3 норм 33753 22493 0,97
реверс 32658 21822
РУ-1 бел норм 32601 27854 0,93
реверс 30458 26023
РУ-3 бел норм 21986 21083 0,87
реверс 21223 18432
Скалистый норм 29886 25071 0,8
реверс 25180 20285
осуществляется с помощью программно-вычислительного комплекса (ПВК) «АэроСеть», аэродинамические процессы на участках местных сопротивлений анализируются с помощью программ, основанных на СРЭ методах. Для последующего анализа смоделировано движение воздушных струй в комплексах ГВУ с осевыми и центробежными вентиляторами при различных режимах работы. В каче-
стве моделей были приняты комплексы ГВУ с разными типами вентиляторов. На рис. 2-а изображена система вентиляционных каналов проектируемого рудника Гремячинского ГОКа, где в качестве главной вентиляторной установки используется осевой вентилятор фирмы TLT-Turbo GmbH. На рис. 2-б изображена система вентиляционных каналов действующего рудника БКПРУ-4, где в ка-
честве ГВУ используется центробежный вентилятор ВЦД-47.
Результаты моделирования аэродинамических процессов в рассматриваемых моделях при различных режимах работы приведены в табл. 1.
Таким образом, после моделирования различных режимов и типов ГВУ с соответствующими вентиляционными каналами были получены коэффициент отношения сопротивлений комплексов в нормальном и реверсивном режиме работы ГВУ. Для комплексов с использованием осевого вентилятора коэффициент отношения составляет Кнорм/Креверс= 1.3~1.6, а для комплексов с использованием центробежного вентилятора коэффициент равен Н-норм/Креверс= 2.25~2.3
Используя полученные коэффициенты сопротивлений комплекса ГВУ, смоделировано воздухораспределе-ние вентиляционной сети всего рудника с помощью ПВК Аэросеть. Анализ результатов показал, что при увеличении сопротивления комплекса ГВУ с центробежным вентилятором в
1. ПБ-03-553-03. Единые правила безопасности при разработке руднык, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. — М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. — 199 с.
2. Скочинский A.A., Комаров В.Б. Руд-
ничная вентиляция, издание 2-е. Ё. — М.: Углетехиздат, 1951. — 564 с.
2,3 раза снижается производительность самой ГВУ и вместе с ней утечки надшахтного здания, объем воздуха проходящего по вентиляционному стволу снизился на 10 %.
В табл. 2 приведены результаты моделирования вентиляционной сети в нормальном и реверсивном режиме работы ГВУ, c учетом изменения сопротивления комплекса ГВУ с центробежным вентилятором при изменении направления движения воздуха в руднике.
Полученные данные коэффициенты реверсии согласуются с результатами экспериментальных исследований и актами реверсирования рудников.
Для проведения данных исследований сформирована база сопротивлений вентиляционных и воздухоподаю-щих стволов рудников в единую базу.
В перспективе планируется продолжить исследования изменения аэродинамических сопротивлений каналов ГВУ и всего рудника в целом при переходе в реверсивный режим проветривания.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Газизуллин P.P., Кругло в Ю.В. Использование CFD-методов при исследовании аэрогазодинамических процессов в рудничной аэрологии. Горный информационно-аналитический бюллетень № 4 2011. Издательство «Горная книга» 422 с. ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Газизуллин Руслан Рафаилович — инженер, е-шаИ: aero_rus@mail.ru,
Левин Лев Юрьевич — доктор технических наук, заместитель директора по научной работе, е-шаП: aerolog_lev@mail.ru
Зайцев Артем Вячеславович — младший научный сотрудник, е-mail: artzait@rambler.ru, Учреждение РАН Горный институт Уральского отделения РАН.
