ВЕНТИЛЯТОРНАЯ УСТАНОВКА
FAN SYSTEM

Изобретение относится к вентиляторным установкам с двухступенчатыми осевыми вентиляторами и может найти применение, в частности, на главных и вспомогательных вентиляторных установках шахт, рудников и других объектах вентиляции.
В частности, для проветривания используются двухступенчатые реверсивные вентиляторы со встречным вращением рабочих колес. Принцип работы этого вентилятора заключается в том, что при противоположном вращении рабочих колес воздушный поток, получив энергию в первом рабочем колесе, выходит закрученным в сторону вращения и поступает на второе рабочее колесо, где раскручивается и получает дополнительную энергию. При определенном сочетании углов установки лопаток на рабочих колесах на выходе из второй ступени закручивание потока равно нулю. Необходимость в промежуточном направляющем и спрямляющем аппаратах отпадает. Благодаря этому уменьшаются размеры и масса вентилятора, упрощается регулирование режима и реверсирование потока. Однако исследования работы вентиляторов со встречным вращением рабочих колес показали, что они строились на принципе постоянства окружных скоростей рабочих колес независимо от режима работы. Такие вентиляторы хорошо работали при расчетном режиме, а при отклонении от расчетного режима значительно снижали свой КПД и не могли эффективно работать при реверсировании, (см., например, статью - Водяник Г.М. Динамика вентиляторов встречного вращения типа НПИ // Изв. Вузов. Электромеханика, 1960, №9, с. 95-111). В этом же источнике отмечается, что для повышения средневзвешенного КПД осевого вентилятора встречного вращения при прямой работе, эффективного реверсирования и максимального упрощения его схемы необходимо строить их на принципе равенства статических моментов рабочих колес: путем установки между двигателем и ступенями вентилятора дифференциального редуктора либо путем соединения ступеней вентилятора с ротором и статором двигателя двойного вращения.
Опыт строительства и эксплуатации осевых вентиляторов встречного вращения показал, что создание удачных конструкций вентиляторов такого типа возможно до максимальной мощности в 40 кВт. При более высоких мощностях создание простых работоспособных конструкций вентиляторов встречного вращения с биротативными (двойного вращения) двигателями весьма проблематично.
В случае необходимости использования для привода асинхронных электродвигателей большой мощности на практике применяется раздельный привод ступеней от двух индивидуальных двигателей.
За прототип выбрана вентиляторная установка, состоящая из рабочего колеса первой ступени, получающего вращение от одного асинхронного электродвигателя, и рабочего колеса второй ступени, получающего вращение от другого асинхронного электродвигателя и вращающего колесо в противоположную сторону (см., например, книгу Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика: Учебник для техникумов. - 6-е изд., перераб и доп. - М.: Недра, 1982, с. 45, Рис. 28).
Однако такие вентиляторы хорошо работают при расчетном режиме, а при отклонении от расчетного режима значительно снижают свой КПД и не эффективно работают при реверсировании.
Задачей изобретения является снижение затрат энергии на работу вентиляторной установки - повышение КПД при прямой и реверсивной работе.
Технический результат достигается за счет того, что вентиляторная установка содержит рабочие колеса первой и второй ступеней, соединенные с приводом от индивидуальных приводных асинхронных электродвигателей, причем вал рабочего колеса первой ступени соединен с ротором асинхронного электродвигателя с фазным ротором, а вал рабочего колеса второй ступени соединен с валом асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, а статорная обмотка асинхронного короткозамкнутого электродвигателя подключена к обмоткам ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором через согласующий трансформатор.
На чертеже представлена общая схема вентиляторной установки.
Вентиляторная установка содержит рабочие колеса первой 1 и второй 2 ступеней, соединенные с приводом от индивидуальных приводных асинхронных электродвигателей, вал рабочего колеса первой ступени 1 соединен с ротором асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3, а вал рабочего колеса второй ступени 2 соединен с валом асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4, статорная обмотка асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4 подключена к обмоткам ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3 через согласующий трансформатор 5.
1
2
2
1
1
Вентиляторная установка работает следующим образом: при подаче напряжения питающей сети на статорные обмотки асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3 в его роторных обмотках наводится напряжение, которое, увеличенное согласующим трансформатором 5 до номинального напряжения асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4, подается на статорные обмотки асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4. При этом происходит запуск электродвигателей 3 и 4 в соответствии с законами электротехники. После запуска электродвигатели 3 и 4 соответственно приводят во вращение рабочие колеса первой 1 и второй 2 ступеней и развивают вращающие моменты в соответствии с моментами сопротивления на валах колес 1 и 2. При этом воздушный поток закручивается лопатками (не показаны) рабочего колеса первой ступени 1, создавая давление H, и подает его на лопатки (не показаны) рабочего колеса второй ступени 2, которые полностью раскручивают воздушный поток и увеличивают при этом общее давление до величины H. Частоты вращения валов рабочих колес 1 и 2 зависят от частот вращения валов электродвигателей 3 и 4 и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения Н и H так, что при увеличении H частота вращения вала электродвигателя 3 и вала рабочего колеса первой ступени 1 уменьшается, а частота вращения вала электродвигателя 4 и вала рабочего колеса второй ступени 2 увеличивается. Это происходит потому, что вращающий момент и скольжение электродвигателя 3 увеличится, а частота вращения уменьшится. Одновременно с этим рост скольжения приведет к тому, что частота тока в роторе электродвигателя 3 увеличится и увеличится частота питающего напряжения, подаваемого на статор электродвигателя 4, что приведет к увеличению частоты вращения вала электродвигателя 4 и т.д.
Таким образом, предлагаемое соединение обмоток асинхронных электродвигателей позволяет выравнивать вращающие моменты на валах приводных электродвигателей. Одновременно с этим происходит автоматическое выравнивание циркуляции на лопатках обоих рабочих колес, что увеличивает КПД вентиляторной установки.