Способ реверсирования осевого вентилятора с двумя рабочими колесами
METHOD OF REVERSING AXIAL FAN WITH TWO IMPELLERS

Техническое решение относится к области вентиляторостроения.
Известен способ реверсирования воздушной струи осевого вентилятора (Носырев Б.А., Белов С.В. Вентиляторные установки шахт и метрополитенов: Учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000. - 278, стр. 65). Реверсирование воздушной струи производят путем изменения направления вращения приводного двигателя с одновременным изменением угла установки лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов.
Общим признаком с заявляемым техническим решением является изменение направления вращения приводного двигателя.
Недостатком данного технического решения является то, что при изменении направления вращения приводного двигателя лопатки рабочего колеса перемещают воздух выпуклой поверхностью, "спинкой". Поэтому при обтекании лопатки воздушным потоком образуются области срыва потока. В связи с этим, значительно снижается давление и производительность осевого вентилятора. Одновременный поворот лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов, хотя частично и нивелирует это, но все равно, производительность осевого вентилятора в реверсивном режиме работы не превышает 70% от прямого режима работы. А при высоких аэродинамических сопротивлениях вентиляционной сети производительность осевого вентилятора при реверсе не достигает и 60% от прямого режима работы, что является недопустимым по п. 143 "Правил безопасности в угольных шахтах", утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 19 ноября 2013 г. № 550.
Известен также способ реверсирования осевого вентилятора встречного вращения ВОД-16 (Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: Справочник/ Бабак Г.А., Бочаров К.П., Волохев А.Т и др. – М., "Недра", 1982, 296 с., стр. 79). Аэродинамическая схема этого осевого вентилятора приведена в книге: Брусиловский И.В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. Справочное пособие. М., "Недра", 1978, 198 с., стр. 143, рис. 2.100. Осевой вентилятор имеет два рабочих колеса, установленные на валах, каждый из которых соединен со своим приводным двигателем. Задняя кромка рабочей лопатки первого рабочего колеса направлена к передней кромке - "носику" рабочей лопатки второго рабочего колеса. Осевой вентилятор переводят в реверсивный режим работы путем реверсирования (изменения направления вращения) обоих приводных двигателей на противоположное. При этом рабочие лопатки перемещают воздух выпуклой поверхностью, "спинкой", как и в предыдущем техническом решении. При обтекании рабочей лопатки воздушным потоком образуются области срыва потока. В связи с этим, значительно снижается давление и производительность осевого вентилятора.
Общим признаком с заявляемым техническим решением является реверсирование приводных двигателей.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ реверсирования вентилятора (авт. св. СССР № 381806, МПК F04d 25/10, опубл. 22.05.73, Бюл. № 22) с двумя рабочими колесами, снабженными рабочими лопатками и приводным нереверсивным двигателем, в котором одно из колес затормаживают, устанавливая рабочие лопатки на нем так, что они выполняют функции направляющего аппарата, а другое, обеспечивающее необходимое направление потока, растормаживают. При этом рабочие лопатки рабочих колес устанавливают "носиками" друг к другу, а для передачи вращения от приводного двигателя рабочим колесам используют дифференциальный редуктор.
Общими признаками с предлагаемым способом являются следующие: одно из рабочих колес, выполняющее функцию направляющего аппарата растормаживают, а другое рабочее колесо, обеспечивавшее прямое направление воздушного потока, затормаживают.
Недостатком этого способа является то, что в нем используют дифференциальный редуктор для изменения направления вращения рабочих колес, т.к. двигатель применяют нереверсивный. Такой редуктор содержит не менее 6-ти зубчатых колес, 4 из которых конические. Учитывая, что КПД цилиндрической зубчатой передачи равен 0,98, а конической - 0,97, то общий КПД дифференциального редуктора будет не более h = 0,98·0,98·0,97·0,97 0,97 = 0,88. Современные шахтные осевые вентиляторы, выпускаемые «Артемовским машиностроительным заводом «ВЕНТПРОМ» имеют мощность приводного электродвигателя: ВО-36 – 4000 кВт; ВО-44 – 8500 кВт. При такой мощности на валу осевого вентилятора, потери в редукторе составят соответственно 480 – 1020 кВт, которые выделяются в виде тепла и его потребуется отводить. Кроме того, дифференциальный редуктор такой мощности по своим габаритным размерам не войдет во втулку осевого вентилятора. Поэтому способ по авт. св. СССР № 381806 с использованием дифференциального редуктора, реализовать в шахтных вентиляторах главного проветривания не реально. Следует отметить, что зубчатые колеса в дифференциальных редукторах работают в масляной ванне для уменьшения износа и улучшения теплоотвода. Использование жидких масел, например, в тоннельных вентиляторах метрополитенов недопустимо, т.к. в соответствии с СП 120.13330.2012 Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003, утвержден Приказом Минрегион РФ от 30.06.201 г. № 270, п. 5.16.5.11 "… для систем тоннельной вентиляции следует предусматривать вентиляторы с пределами огнестойкости не менее, чем 1,0 ч/250 °С, для систем удаления дыма из верхней зоны платформенных залов станции – не менее 1,0 ч/400 °С." При таких высоких температурах масло может воспламениться. Поэтому способ реверсирования осевого вентилятора с использованием дифференциального редуктора не безопасен и не может использоваться в вентиляторах небольшой мощности (45 – 75 кВт), применяемых в системах тоннельной вентиляции.
Вследствие применения дифференциального редуктора, приводной двигатель устанавливают так, что его ось вращения перпендикулярна оси вращения рабочих колес, что значительно увеличивает габариты здания шахтной главной вентиляторной установки (ГВУ). Поэтому при реализации такого способа реверсирования осевого вентилятора возрастают капитальные затраты на строительство ГВУ (или вентиляционной камеры).
Проблемой предлагаемого способа реверсирования осевого вентилятора с двумя рабочими колесами является повышение эффективности реверсирования его воздушной струи за счет повышения безопасности эксплуатации этого осевого вентилятора, снижения его материалоемкости и уменьшения габаритов здания ГВУ.
Проблема решается тем, что в способе реверсирования осевого вентилятора с двумя рабочими колесами, заключающемся в том, что одно из двух рабочих колес, выполняющее функцию направляющего аппарата, установленных на валу приводного двигателя, растормаживают, а другое рабочее колесо, обеспечивающее прямое направление воздушного потока, затормаживают, согласно техническому решению, заторможенное колесо кинематически отключают от вала, а расторможенное колесо кинематически соединяют с валом, после чего реверсируют приводной двигатель.
Такое техническое решение исключит наличие в вентиляторе большого количества минерального масла, тем самым повысит безопасность его эксплуатации. Оно не требует использования дифференциального редуктора, поэтому уменьшит материалоемкость и стоимость вентилятора, а также уменьшит габариты ГВУ из-за расположения реверсивного приводного двигателя вдоль оси вентилятора. Таким образом, предлагаемый способ существенно повышает эффективность реверсирования осевого вентилятора с двумя рабочими колесами.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором показана кинематическая схема реверсивного осевого вентилятора с двумя рабочими колесами, реализующего заявляемый способ.
Реверсивный осевой вентилятор (далее вентилятор) включает корпус 1, в котором на валу 2 установлены два рабочих колеса 3 и 4 с осевыми лопатками 5. Рабочие колеса 3 и 4 установлены на валу 2 на подшипниках 6 и кинематически соединены с валом 2 с помощью управляемых муфт 7 и 8 и с корпусом 1 с помощью тормозных устройств 9 и 10. Вал 2 соединен с приводным двигателем 11 постоянной муфтой 12. При этом рабочие лопатки 5 рабочих колес 3 и 4 повернуты друг к другу передней кромкой, "носиками". Сплошной стрелкой показано направление движения воздуха при прямой работе вентилятора, пунктирной стрелкой – при реверсивной работе.
Способ реализуют следующим образом.
При прямом направлении воздушного потока приводной двигатель 11 через постоянную муфту 12 передает вращение валу 2. При этом рабочее колесо 3 заторможено от вращения тормозным устройством 10, а управляемая муфта 8 разрывает кинематическую связь рабочего колеса 3 с валом 2. В то же время управляемая муфта 7 кинематически соединяет рабочее колесо 4 с валом 2, а тормозное устройство 9 растормаживает рабочее колесо 4. При этом заторможенное рабочее колесо 3 выполняет функцию входного направляющего аппарата, а воздух двигается по направлению сплошной стрелки. Для реверсирования направления движения воздушного потока реверсируют приводной двигатель 11. Предварительно, тормозным устройством 9 затормаживают рабочее колесо 4 и управляемой муфтой 7 отключают его кинематическую связь с валом 2, а рабочее колесо 3 растормаживают тормозным устройством 10 и управляемой муфтой 8 кинематически соединяют с валом 2. Таким образом, рабочее колесо 4 не вращается и выполняет функцию направляющего аппарата, а рабочее колесо 3 перемещает воздух по направлению пунктирной стрелки.