ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11
«Вивчення конструкцій та принципу дії вентиляторів»
11.1. Мета роботи: ознайомитися з конструкціями, робочими параметрами, принципом дії і особливостями експлуатації відцентрових і осьових вентиляторів.
11.2. Теоретичні відомості
Призначення і сфера використання відцентрових вентиляторів
При розробці родовищ корисних копалин, при проведенні гірничих розробок, будівництві міських підземних споруд в основному застосовується штучне провітрювання. Зі збільшенням заглиблення розробки на відкритих гірничих роботах також необхідно проводити змушене провітрювання. Вентиляторні установки призначені для попереднього провітрювання гірничих розробок і створення в них нормальних атмосферних умов.
У відповідності до ГОСТ 11004-75 до складу вентиляторної установки входять: вентилятор, привод, дифузор, вихідна частина і вхідна (підвідні канали, дифузор, вихідна частина, допоміжні пристрої для перемикання і реверсування повітряної течії), а також пускорегулююча і контролююча апаратура. У відповідності з призначенням вентилятори також підрозділяються на: головні, допоміжні і вентилятори місцевого провітрювання. Ці групи вентиляторів суттєво відрізняються своїми параметрами, а вентилятори місцевого провітрювання і конструкцією.Аеродинамічна якість вентиляторних установок характеризуються продуктивністю Q м 3 /с, статичним тиском рст (кгс/м2 ) при роботі вентиляторів на всмоктування або на повним тиском р при роботі вентиляторів на нагнітання (кгс/м2 ), потужністю на валу вентилятора N (кВт), його статичним ηст або повним ККД η. Залежності тиску р=f1(Q), потужності N=f2(Q) і ККД η=f3(Q) визначаються дослідним шляхом при випробуваннях вентиляторів, зображуються графічно і називаються індивідуальними характеристиками.
Сучасні відцентрові вентилятори обладнані засобами зміни індивідуальних характеристик, направляючими і спрямляючими апаратами, регульованим
приводом.
У зв’язку з цим заводська характеристика (рис. 11.1) сучасних вентиляторів представляє собою сімейство індивідуальних характеристик, побудованих при різних кутах встановлення лопаток спрямляючих апаратів і різних швидкостях обертаннях приводного двигуна. Взагалі у довідниках і каталогах наведені неповні характеристики вентиляторних установок, тільки їх робоча, спадаюча частина, що достатньо для практичного використання.Індивідуальні характеристики (рис. 11.1) відцентрового вентилятора створюють поле його робочих режимів. Область промислового застосування поля режимів роботи обмежується умовами економічної і стійкої роботи вентилятора. Для відцентрових вентиляторів економічною областю їх промислового використання є ККД не нижче η=0,6.
Найбільш ефективним способом регулювання відцентрових вентиляторів є зміна швидкості обертання приводу. Сфера економічної роботи при цьому збільшується майже в 2 рази порівняно з іншими способами.
На шахтах і рудниках СНД експлуатується до 50 типорозмірів відцентрових вентиляторів головного провітрювання. ЦВ, ВЦ, ВЦО, ВЦД, ВШЦ. ВРЦЦ, ВЦП, ВЦЗ (В – вентилятор, Ц – відцентровий, О – однобічного всмоктування, Д – двостороннього всмоктування, Р – рудничний, Ш – шурфовий, П – прохідницький, З – з регулюванням закрилками). Відцентрові вентилятори застосовують для всмоктуючої, нагнітаючої і комбінованої схем провітрювання гірничих підприємств.
Конструкція відцентрових вентиляторів одностороннього всмоктування
Вентилятори одностороннього всмоктування мають дві схеми компонування:
а) з консольним розташуванням робочих коліс на валу ротора (ВЦ-ПМ, ВШЦ-16, ВЦП-І6 та інші).
б) з розташуванням робочих коліс на валу між підшипниковими опорами (у великих машинах ВЦ-31,5; ВЦЗ-32).
Розглянемо конструктивні особливості вентилятора першої схеми компонування.
Відцентровий вентилятор типу ВЦП-16 (рис. 11.2) містить: 1 – направляючий апарат; 2 – корпус; 3 – ротор; 4 – підшипник; 5 – захисний кожух вала; 6 – рама; 7 – муфта в кожусі; 8 – електродвигун;
На зварній рамі монтується уся механічна частина вентилятора і його приводний двигун. Вал ротора обертається у двох різних підшипникових опорах, змонтованих у литих корпусах, встановлених на рамі. Вал ротора з’єднується з валом електродвигуна пружною муфтою. На консольному кінці валу вміщена ступиця робочого колеса з конічнім обтікачем. Робоче колесо зварне, складається з крилоподібних загнутих назад лопаток, приварених до дисків. Лопатки пустотілі, зварені з ребрами жорсткості всередині. Вентилятори мають спіральні цільні корпуси, зварені з листової, кутової сталі і прикручені до рами. З боку всмоктування у робоче колесо до корпусу вентилятора з його внутрішнього боку кріпиться вхідний конічний патрубок, який своїм вузьким кінцем входить до лабіринтного ущільнення робочого колеса, утворюючи з останнім кільцевий лабіринтний зазор. Із зовнішнього боку передньої стінки до корпусу вентилятора приєднується осьовий направляючий апарат. Конструкція відцентрових вентиляторів двостороннього всмоктування
Відцентрові вентилятори ВЦПД-ВУМ, ВЦПД-16, ВЦПД-31,5, ВЩ-40, ВЦД-47 мають схему компонування з розміщенням робочих коліс на приводних валах між їх підшипниковими опорами. Вентилятори мають робочі колеса з двостороннім всмоктуванням та двома осьовими направляючими апаратами.
Вентилятор ВЦПД-8УМ (рис. 11.3) містить: 1 – робоче колесо, 2 – головний вал, 3 – осьові направляючі апарати, 4 – вхідні коробки, 5 – кожух, 6 – пальцева муфта, 7 – підшипникові опори, 8 – рама, 9 – електродвигун.
Вентилятор змонтований з двигуном на загальній рамі і може працювати як в режимі нагнітання, так і в режимі всмоктування. Вал ротора вентилятора з’єднаний з електродвигуном пальцевою муфтою. Його підшипникові опори закріплені на стійках рами. Опори литі з роз’ємними корпусами. Робоче колесо зварне і розраховане на роботу з високою окружною швидкістю, що досягає 125 м/с. Вентилятор мас дві вхідні коробки і спіральний кожух, який являє собою зварні конструкції з ребрами жорсткості. В залежності від діаметра трубопроводу, з яким працює вентилятор, до нього приєднується конфузор або дифузор. Призначення і область використання осьових вентиляторів
Осьові вентилятори можуть застосовуватися як головні на шахтах і рудниках невеликої глибини, загальна депресія яких не перевищує 400 кгм/м2 , для провітрювання кар’єрів,так і як допоміжні для провітрювання стовбурів і тунелів при будівництві міських підземних споруд, у калориферних установках, а також в інших галузях промисловості. На шахтах і рудниках працюють осьові вентилятори типу: ВОД, ВОК, ВОКД, ВОКР (де В – вентилятор, О – осьовий, К – з закрученими лопатками, Р – реверсивний, П – з пневмоприводом). За ГОСТ 11004-75 осьові вентилятори мають маркування: одноступеневі – ВО та багатоступеневі – ВОД. Залежності тиску р=f1(Q), потужності N=f2(Q) і ККД η=f3(Q) визначаються дослідним шляхом при випробовуванні вентиляторів і називаються індивідуальними характеристиками (рис. 11.4). Для осьових вентиляторів, які мають індивідуальні характеристики з западинами і розривами, ліва межа галузі промислового використання визначається за умов забезпечення стійкої та однозначної роботи при нормальному напрямку повітряного потоку і його реверсуванні.
Рисунок 11.4. Аеродинамічні характеристики осьового вентилятора
Сучасні осьові вентилятори обладнані засобами зміни індивідуальних характеристик: направляючими і спрямляючими апаратами, робочими колесами зі змінними кутами установки лопаток. Зведені графіки галузей промислового використання головних осьових вентиляторів та перекрите ними поле вентиляційних режимів подані на рис. 11.5.
Конструкції осьових вентиляторів
Вентилятори типу ВОД (рис.11.6.) містять: 1 – робоче колесо першого ступеня, 2 – робоче колесо другого ступеня, 3 і 4 – проміжний направляючий апарат і механізм повороту його лопаток, 5 і 6 – спрямляючий апарат і механізм повороту його лопаток, 7 – обтічник, 8 – головний вал, 9 – електродвигун, 10 – дифузор, 11– гальмо.
Лопатки робочих коліс профільовані, гвинтоподібні, зварювально- клепані, пустотілі, складаються з несучого хвостовика, двох листів обшивок, армуючого ребра і дінця. Лопатки до втулки кріпляться спеціальними затворами, які дозволяють при зупиненому вентиляторі повертати їх вручну в межах кутів установки 15-45°. Ротор вентилятора обертається в двох підшипникових вузлах. Вали роторів і електродвигунів ВО (за винятком ВОД-11) з’єднані за допомогою підвісних трансмісійних валів і односторонніх муфт.
Вентилятори обладнані колодковим гальмом з електромагнітним приводом, яке забезпечує зупинку роторів протягом 2-2,5 хвилин. Корпуси вентиляторів виконуються як складеними (передній і задній опірний блок, кожух) – вентилятори ВОД-30, 40, 50, так і суцільними – вентилятори ВОД-16, ВОД-11. У кожух вентилятора вмонтовані направляючі апарати з поворотними лопатками з сервомоторним приводом. Кути повороту лопаток обмежуються кінцевими вимикачами.
Процес реверсування потоку повітря вентиляторами ВОД включає наступні операції: відключення приводного електродвигуна, гальмування ротора гальмом, поворот лопаток проміжного направляючого і спрямляючого апаратів, пуск приводного електродвигуна в зворотньому напрямку обертання.
Осьові вентилятори місцевого провітрювання
Серійно випускаються осьові вентилятори місцевого провітрювання типу ВМ-М, ВМП-М, ВКМ-200А, ВМП-4.
У позначенні марки вентиляторів: В – вентилятор, М – місцевий, П – пневматичний, цифри означають діаметр вихідного патрубка, номер моделі, М – після цифр означає модернізацію (ВМ-3М, ВМ-6М). Такі вентилятори застосовуються для провітрювання штреків, уклонів і проходці інших виробок, для провітрювання тупикових виробок.
Електричні вентилятори типу ВМ-М мають однакову конструктивну схему і відрізняються лише розмірами і конструкцією окремих вузлів. Основні вузли –
вхідний напрямляючий апарат, робоче колесо, спрямляючий апарат, вбудований електродвигун, кабельний ввод і салазки. Робоче колесо вентилятора складається із конічної сталевої втулки (литої або звареної) і нерухомо закріплених на ній профільних закручених лопаток. Лопатки виконані з капронової смоли (за винятком ВМ-12М). У профільну частину капронової лопатки залита сталева арматура, що має хвостовик з закріпленою гайкою. Капронові лопатки не накопичують шкідливих статичних зарядів і виключають (у випадку зачіплювання за корпус) утворення іскр. Корпус вентилятора, встановлена в ньому втулка і приварені між ними лопатки спрямляючого апарату утворюють жорстку несучу конструкцію, в яку вмонтовується електродвигун. Вентилятор ВМ-2Л обладнаний додатково дифузором.
11.3. Обладнання та вимірювальна апаратура
Вентилятор осьовий, вентилятор відцентровий. Вентилятор місцевого провітрювання.
11.4. Порядок виконання роботи
За зразками вентиляторів, які є в лабораторії, альбомом креслень вивчити їх будову, конструктивні особливості та принцип дії. Розібрати і зібрати вентилятор або його частину по завданню викладача.
У таблицю 11.1 занести коротку характеристику і класифікаційні ознаки вентиляторів. Порівняти параметри вентиляторів і вказати галузь їх застосування.
11.5. Зміст звіту
1. Назва і мета роботи.
2. Короткі відомості про різні типи відцентрових і осьових вентиляторів.
3. Схема установки, яка дозволяє пояснити конструкцію і принцип дії.
4. Перелік вивченого обладнання.
5. Таблиця з основними параметрами вивчених вентиляторів.
6. Висновки по роботі.
11.6. Контрольні запитання
1. Класифікації вентиляторів.
2. Принцип дії осьових та відцентрових типів вентиляторів.
3. Чим обмежуються області промислового використання осьових вентиляторів?
4. Чим обмежуються області промислового використання відцентрових вентиляторів?
5. Як реверсувати струмінь потоку повітря в об’єкті вентиляції при використанні осьових і відцентрових вентиляторів?