ВЕНТИЛЯТОР МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТ
FAN FOR LOCAL VENTILATION OF WELLS

Изобретение относится к горной промышленности, к шахтной, рудничной вентиляции и вентиляторостроению, а именно к осевым вентиляторам для местного проветривания горных выработок шахт.
Из уровня техники известны осевые вентиляторы местного проветривания [«Каталог продукции» Томского электромеханического завода им. В.В. Вахрушева, 2006 г.], содержащие корпус, встроенный во втулку, взрывобезопасный электродвигатель, одно или несколько рабочих колес, закрепляемых на валу электродвигателя, всасывающий коллектор и патрубок для присоединения жесткого или гибкого трубопровода.
Известны также вентиляторы меридионального ускорения, [«Каталог продукции» ОАО Артемовский машиностроительный завод "Вентпром"], содержащие корпус с направляющим и спрямляющим аппаратами, взрывозащищенный электродвигатель, одно или два рабочих колеса, противосрывное устройство, а также коллектор с коком и предохранительной решеткой, салазки. Вентилятор имеет блочно-модульную конструкцию, выполненную по высоконапорным аэродинамическим схемам с меридиональным ускорением потока.
Недостатками известных вентиляторов являются их невысокие аэродинамические характеристики, в том числе создаваемое давление, производительность (подача воздуха), большие массогабаритные характеристики и отсутствие возможности реверсивного режима работы. В указанных вентиляторах рабочие колеса не устанавливаются и не используются по принципу встречного вращения, поэтому они имеют низкие технико-экономические и высокие массогабаритные характеристики.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому являются вентиляторы местного проветривания, которые могут работать по принципу встречного вращения, например, вентиляторы типа del…GF фирмы "Zitron" [«Вентиляторы местного проветривания» НПО «Энергоинжиниринг», с.24 и 25], включающие два модуля, каждый из которых содержит электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом с профильными лопатками, которые взяты в качестве прототипа.
Данные вентиляторы имеют недостаточную производительность, давление и КПД, а также не обеспечивают реверсирование режима, т.е. изменение направления подачи воздуха.
Решаемой технической задачей является создание вентилятора местного проветривания шахт, имеющего повышенные аэродинамические характеристики (давление, производительность и КПД), уменьшенные массогабаритные параметры, а также обеспечивающего возможность реверсивного режима работы.
Указанная задача решается тем, что согласно изобретению вентилятор местного проветривания шахт выполняют из двух сопряженных соединительной корпусной вставкой базовых модулей 1-й и 2-й ступеней, таких, что каждый модуль содержит корпус, электродвигатель и рабочее колесо, соответственно 1-й и 2-й ступени, установленные на валу электродвигателей, при этом рабочие колеса 1-й и 2-й ступеней рассчитывают и устанавливают по принципу встречного вращения и выполняют с цельносварными неповоротными сдвоенными листовыми лопатками S-образной формы с переменной по радиусу рабочего колеса геометрией, рассчитываемыми методом «дискретных вихрей» как работающие совместно без спрямляющего аппарата из условия наименьшей акустической мощности (шума) вентилятора, наибольших КПД, давления и производительности.
Двухступенчатый вентилятор местного проветривания, выполненный по схеме встречного вращения рабочих колес, показан на фиг.1.
На фиг.2 и 3 показана компоновка базовых модулей соответственно первой и второй ступеней вентилятора с входными коробками для подвода питания электродвигателей и транспортными салазками.
На фиг.4 и 5 приведены сечения 1-1 базовых модулей первой и второй ступеней вентилятора с рабочими колесами и электродвигателями.
На фиг.6 и 7 показана геометрия и взаимное расположение лопаток рабочих колес, содержащих S-образные сдвоенные листовые лопасти, и ребра связи втулки вентилятора с его корпусом для первой и второй ступеней вентилятора.
На фиг.8 показано сечение II-II взаимного расположения рабочих колес первой и второй ступеней вентилятора, содержащих S-образные сдвоенные листовые лопасти с направлениями их вращения при нормальной и реверсивной работе, а также с направлениями подачи воздуха.
н
p
н
p
На фиг.9 показана конструкция рабочих колес с указанными направлениями их вращения: ω - нормальная работа, ω - реверсивный режим, и подачи воздуха: Q - нормальная работа, Q - реверсивный режим.
На фиг.10 приведены расчетные аэродинамические характеристики реверсивного вентилятора встречного вращения диаметром 1200 мм при частотах вращения рабочих колес от 750 до 1500 об/мин.
Где: 1 - модуль первой ступени вентилятора; 2 - модуль второй ступени вентилятора; 3 - рабочее колесо первой ступени вентилятора; 4 - рабочее колесо второй ступени вентилятора; 5 - вал электродвигателя первой ступени вентилятора; 6 - вал электродвигателя второй ступени вентилятора; 7 - корпус и втулка первой ступени вентилятора; 8 - корпус и втулка второй ступени вентилятора; 9 - плоские ребра, соединяющие между собой корпус и втулку соответствующей ступени вентилятора; 10 - входной короб соответствующей ступени вентилятора; 11 - транспортные салазки; 12 - неповоротные сдвоенные листовые лопатки рабочего колеса соответствующей ступени вентилятора; 13 - корпусная вставка.
Двухступенчатый вентилятор местного проветривания, выполненный по схеме встречного вращения рабочих колес (фиг.1, 2, 3, 4, 5), содержит два базовых модуля с рабочими колесами: модуль первой ступени 1 с рабочим колесом 3 и модуль второй ступени 2 с рабочим колесом 4, соединенных корпусной вставкой 13. Рабочие колеса первой и второй ступеней вентилятора размещены соответственно на валах электродвигателей 5 и 6 первой и второй ступеней вентилятора, установленных во втулках 7 и 8 первой и второй ступеней вентилятора. Корпус и втулка, 7 и 8, каждого базового модуля соединены между собой плоскими ребрами 9. В компоновку каждого базового модуля входит входная коробка 10 для подвода питания электродвигателей и транспортные салазки 11.
H
P
Рабочие колеса 3 и 4 выполнены цельносварными с неповоротными сдвоенными листовыми лопатками 12 (фиг.6, 7) S-образной формы специальной геометрии, рассчитанными методом «дискретных вихрей» как в прямом Q, так и в реверсивном -Q режимах работы на повышенные аэродинамические характеристики вентилятора из условия наименьшей акустической мощности (шума).
Конструкция рабочих колес с цельносварными неповоротными сдвоенными листовыми лопатками S-образной формы, с переменной по радиусу рабочего колеса геометрией, в двухступенчатом исполнении вентилятора, работающего по принципу встречного вращения, позволяет увеличить его производительность, давление и КПД на 15÷20%, обеспечить реверсивность режима за счет изменения направления вращения (фиг.4, 5, 6, 7, 8, 9), а также снизить массогабаритные характеристики вентилятора.
H
P
P
H
Для повышения аэродинамических характеристик и КПД как в прямом Q, так и в реверсивном -Q режимах работы вентилятора, за счет устранения потерь давления в лопаточных венцах спрямляющих аппаратов вентилятор выполнен по схеме встречного вращения рабочих колес первой и второй ступеней, что существенно упрощает конструкцию вентилятора и позволяет уменьшить его массогабаритные характеристики за счет исключения из устройства промежуточного спрямляющего аппарата. При этом производительность реверсивного режима - Q при одновременном изменении направления вращения рабочих колес 1-й и 2-й ступеней вентилятора с ω на -ω достигает 90% производительности прямого режима Q, при этом также уменьшается закрученность воздушного потока за вторым рабочим колесом, что приводит к росту КПД вентилятора, достигающего 0,85.
Для предотвращения возможности контактного искрения при задевании концов стальных лопаток рабочих колес о корпус вентилятора соединительная корпусная вставка 13 с внутренней стороны в плоскостях вращения рабочих колес покрывается листами из алюминиевого или латунного сплава, а также может оснащаться глушителем шума.
Вентилятор местного проветривания шахт работает следующим образом.
3
3
При нормальной работе электродвигатели ступеней вентилятора вращаются в направлениях ω, с частотой, например, для диаметра рабочего колеса, равного 1200 мм, в пределах 750÷1500 об/мин. Для регулирования его производительности частота вращения рабочих колес ω может регулироваться в указанных пределах, при этом его производительность будет изменяться в пределах (фиг. 10) от 13 м/с до 38 м/с. При реверсировании режима вентилятора (см. фиг.10 «Реверс») путем изменения направления вращения рабочих колес ступеней вентилятора на обратные до -ω=750÷1500 об/мин вентилятор обеспечит изменение направления подачи воздуха (см. фиг.7 «Реверс»), при этом его производительность в реверсивном режиме достигает 85-90% от производительности нормального режима.
H
P
max
min
S
S
На фиг.10 приведены аэродинамические характеристики реверсивного вентилятора BM3-2(1)-1200SP, полученные расчетным путем на базе результатов стендовых испытаний вентилятора с S-образными лопатками, диаметром рабочего колеса 700 мм, где обозначено: ω и -ω - направление вращения для прямой и реверсивной работы вентилятора; Q, -Q - производительность при работе вентиляторов в нормальном и реверсивном режимах работы; R, R - максимальное и минимальное сопротивления воздуховода (вентиляционной сети), на которые работает вентилятор; P и η - статическое давление и статический КПД работы вентилятора.
min
max
3
3
3
3
Для диапазона частот вращения при нормальной прямой работе вентилятора в пределах ω=750÷1500 об/мин, при реверсивной работе («реверс») в пределах -ω=-750÷-1500 об/мин. При этом в режиме прямой (нормальной) работы на сети от R до R, обеспечивает производительность от 13 м/с до 38 м/с в реверсивном режиме от -12 м/с до -37 м/с, и давление (разрежение) от -50 даПа до 280 даПа, при КПД в пределах 073 до 0,85, что по производительности и КПД в прямой работе больше, чем у прототипа, на 15-20%, который по своей конструкции не имеет режима реверсивной работы.
Таким образом, вентилятор местного проветривания, выполненный по схеме встречного вращения рабочих колес с S-образными сдвоенными листовыми лопатками специальной геометрии, обеспечивает возможность реверсирования режима, а также повышает на 15÷20% производительность, давление и КПД в сравнении с аналогами при тех же массогабаритных характеристиках, что очень важно для повышения безопасности и производительности труда при ведении горных работ. Выполнение вентиляторов местного проветривания в реверсивном исполнении позволит в несколько раз сократить время проветривания тупиковых забоев после взрывных работ и, следовательно, увеличить производительность и безопасность труда в шахте.