Работа вентиляционной системы шахты

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Аэродинамическая характеристика вентилятора и сети. Режим работы одного вентилятора на сеть

аэродинамический шахта вентилятор охлаждение

Зависимость развиваемого вентилятором напора от его производительности выраженная в виде графика называется аэродинамической характеристикой вентилятора.

Выпускаются два типа вентиляторов, различающихся по конструктивному исполнению и принципу действия - центробежные и осевые.

Центробежные вентиляторы главного проветривания для проветривания шахт-ВЦ-25, ВЦЗ-32, ВЦД-32, ВЦД-40, ВРЦД-45, ВЦД-47 «Север» и др.

Центробежные вентиляторы местного проветривания для проветривания тупиковых выработок - ВМЦ-6, ВМЦ-8, ВЦ-7, ВМЦГ-7, ВЦПД-8, ВЦ-9, ВЦ-11, ВЦП-16, ВЦШ-16 и др.

Центробежные вентиляторы отличаются более высоким напором при меньшей производительности, а осевые наоборот, более высокой производительностью при меньшем напоре.

Существуют понятия полной характеристики вентилятора и области его промышленного использования, т.е. той его части, где вентилятор работает устойчиво, а его К.П.Д. не ниже 0.(рис.1)

В верхней части характеристики вентилятора область промышленного использования ограничена линией проходящей через точки, где напор вентилятора составляет 0.9 от максимального напора развиваемого вентилятором. В нижней части линией проходящей через точки, где к.п.д. вентилятора составляет 0. С права максимальным, а слева минимальным углом установки лопаток рабочего колеса или направляющего аппарата.

Режим работы одного вентилятора на сеть, который определяется его производительностью и депрессией (Q,H), можно определить аналитическим и графическим методом.

Сущность аналитического метода состоит в замене графической характеристики вентилятора подходящим математическим выражением Н(Q), график которого был бы близок к характеристике вентилятора, по крайней мере, в области его промышленного использования. Наибольшее распространение получило уравнение вида

Н=a - bQ² (1)

где «a» и «b»-числовые параметры, определяемые по графической характеристике вентилятора.

Для этого на рабочей ветви характеристики (лучше всего на концах выбранного участка характеристики) выбираются две точки, например 1, 2 (см. рис.1). Параметры приближенной характеристики вентилятора определяют из условий прохождения ее через обе выбранные точки, для чего выписывают координаты этих точек, снимаемые с графика: Q₁, H₁, Q₂, H₂. Затем составляют два уравнения

H₁=a-bQ (2)

H₂=a-bQ (3)

Эти уравнения линейны относительно неизвестных «a» и «b». Так как коэффициенты при неизвестном «а» в обоих уравнениях одинаковы, наиболее простой способ решения системы уравнений (2), (3)состоит в вычитании из первого уравнения второго. При этом исключается неизвестное «а» и получается простейшее уравнение относительно «b»

b= (4)

Подстановкой найденного значения «b» в любое из уравнений (2), (3) можно определить параметр «а».

Зависимость депрессии от расхода воздуха для любой вентиляционной сети, выражается уравнением

Н=R*Q² (5)

которое является уравнением характеристики вентиляционной сети.

где R-аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети.

Приравняв правые части равенств (1), (5), найдем расчетную производительность вентилятора, или расход воздуха в сети:

Q= (6)

Подставив это выражение в уравнение (5) определим расчетное значение депрессии

Н= (7)

Графический метод определения режима работы вентилятора заключается в графическом построении на одном чертеже в одном масштабе характеристики вентилятора, которая берется из справочных источников, и характеристики сети, которая строится по уравнению (5). Координаты точки пересечения характеристики вентилятора и вентиляционной сети (например, точка «с») определяют искомые величины Q и Н. Очевидно, что при работе одного вентилятора на вентиляционную сеть его производительность и напор должны удовлетворять как собственной характеристике, так и характеристике сети, т.е. графически определяться точкой пересечения характеристики вентилятора и сети.

Следовательно, любой вентилятор может работать на сеть устойчиво и с к.п.д. не ниже 0.6, сопротивление которой находится в пределах R_min ? R? R_max (см. рис.1). При работе вентилятора на любую сеть с сопротивлением R его производительность может изменяться только в определенных пределах от Q_min до Q_max.

2. Анализ совместной работы вентиляторов на сеть

Вентиляторы, работающие на сеть одновременно, могут быть соединены последовательным (рис.2), параллельным (рис.3) и комбинированным способами (рис.4)

При совместной работе вентиляторов режим работы каждого из них (производительность и напор) зависит от режима работы других вентиляторов..

Анализ совместной работы вентиляторов может быть выполнен следующими методами:

Методами моделирования на аналоговых и электронных приборах;

Графическими методами;

Графоаналитическими методами.

Анализ методами моделирования на аналоговых приборах основан на том, что электрические и вентиляционные сети описываются аналогичными законами (табл.1)

Таблица 1.

Анализ табл.1показывает, что законы расчета вентиляционных сетей и законы расчета электрических сетей (законы Кирхгофа) аналогичны. На этой основе разработаны приборы для моделирования и расчета вентиляционных сетей ПРВС-2, ППРВС-ДГИ.

В настоящее время разработан ряд программ для расчета вентиляционных сетей на персональных ЭВМ методами математического моделирования.

Графический анализ совместной работы вентиляторов производится двумя методами:

Методом построения суммарной характеристики вентиляторов;

Методом построения активизированной характеристики вентиляционной сети.

Суммарная характеристика вентиляторов строится графически по их индивидуальным характеристикам. При этом используются следующие правила:

При последовательной работе вентиляторов их депресии слагаются, а производительность каждого из них одинакова;

При параллельной работе вентиляторов их депресии одинаковы, а производительности слагаются.

При анализе методом активизированных характеристик сети все совместно работающие вентиляторы рассматриваются по отношению к одному из них как сети со специальными характеристиками, которые описываются характеристиками вентиляторов. Суммируя характеристики вентиляторов с характеристиками отдельных участков вентиляционной сети, получают общую (активизированную) характеристику на которую работает один вентилятор. Точка пересечения характеристики вентилятора с активизированной характеристикой сети определяет режим его работы Q и H.

Рассмотрим несколько примеров анализа совместной работы вентиляторов графическими методами:

3. Анализ последовательной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик

Заданы характеристики двух одинаковых вентиляторов В₁, В₂. Определить производительность и депрессию вентиляторов при их работе на сеть R₁ и R₂.

Производим графическое суммирование характеристик вентиляторов В₁, В₂. Для этого проводим параллельно оси «Н» ряд линий, которые называются линиями равных депрессий и суммируем графики вентиляторов В₁, В₂ по депресси. В результате построения получим суммарную характеристику В₁+В₂ (рис.5) Точка пересечения суммарной характеристики вентиляторов с характеристикой сети R₁ (точка 1) определяет режим совместной работы вентиляторов Q₁=Q₂ и Н Точка 2 определяет режим работы каждого вентилятора Q₁, H₁ и Q₂ ,H₂. Анализ графика показывает, что совместная работа вентиляторов на сеть сопротивлением R₁ не эффективна, так как увеличение производительности и напора вентиляторов по сравнению с тем, если бы на сеть работал один вентилятор, незначительно.

Режим совместной работе вентиляторов на сеть сопротивлением R₂ характеризуется точкой 3, а режим работы каждого вентилятора точкой 4. Анализ графика показывает, что в этом случае совместная работа вентиляторов эффективна, так как значительно увеличивается производительность и особенно депрессия вентиляторов. Это позволяет значительно увеличить эффективность проветривания.

4. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик

Заданы характеристики двух разных вентиляторов В₁, В₂. Определить возможные режимы их работы методом суммарных характеристик. Методика решения задачи остается такой же как и в предыдущей задаче. Результаты решения представлены на (рис.6)

При последовательной установке двух разных вентиляторов возможны три режима их работы:

Для случая когда характеристика сети (R₁) проходит через точку пересечения суммарной характеристики вентиляторов с характеристикой более мощного вентилятора В₂ работа вентилятора В₁ бесполезна. В этом случае режим совместной работы вентиляторов характеризуется точкой 1 и суммарная производительность и депрессия вентиляторов равна производительности и депрессии вентилятора В₂;

При работе вентиляторов на сеть R₂, сопротивление которой меньше R₁ совместная работа вентиляторов характеризуется точкой 2, а режим работы каждого вентилятора точками 3 и 4. В этом случае вентилятор В₁ будет работать с отрицательным напором и суммарный напор и производительность вентиляторов будет меньше производительности и напора вентилятора В₂;

При работе вентиляторов на сеть R₃, сопротивление которой больше R₁ совместная работа вентиляторов эффективна и определяется точкой 5, а режим работы каждого вентилятора точками 6 и 7.

5. Анализ последовательной работы двух разных вентиляторов методом активизированнх характеристик сети

Заданы аэродинамические характеристики вентиляторов В₁ и В₂, а также аэродинамическое сопротивление сети R. Определить режим работы вентиляторов методом активизированных характеристик сети.

Решение задачи

Характеристику вентилятора В₁ будем рассматривать как аэродинамическое сопротивление участка вентиляционной сети. Выполняя графическое суммирование характеристики сети R с характеристикой вентилятора В₁ построим активизированную характеристику сети R_А. Так как вентиляторы и сеть соединены последовательно, суммирование выполняется по депрессии. При этом необходимо помнить о том, что напор создаваемый вентилятором имеет положительное значение, а потери напора в сети отрицательное значение. Результаты построения активизированной характеристики сети показаны на (рис.7) (кривая R_А). Точка пересечения этой кривой с аэродинамической характеристикой вентилятора В₂ (точка 1), определяет режим его работы (Q₂ и H₂). В₂. Режим работы вентилятора В₂ определяется точкой пересечения перпендикуляра опушенного с точки 1 на характеристику вентилятора В₁ (точка 2)

6. Анализ параллельной работы двух одинаковых вентиляторов методом суммарных характеристик

Заданы аэродинамические характеристики вентиляторов В₁, В₂ и сопротивление сети. Определить производительность и депрессию каждого вентилятора.

Суммарная напорная характеристика при параллельной работе вентиляторов определяется путем суммирования индивидуальных характеристик по производительности при заданной общей депрессии (суммирование двух одинаковых кривых по абсциссам). Эффективность параллельной работы дух одинаковых вентиляторов зависит о сопротивления вентиляционной сети.

При работе вентиляторов на сеть, сопротивление которой R₁ совместная работа вентиляторов не эффективна. В этом случае суммарные производительность и напор вентиляторов равны производительности и напору одного вентилятора (точка 1 рис.8).

Совместная работа вентиляторов на сеть, сопротивление которой меньше R₁, например R₂, эффективна. В этом случае режим совместной работы вентиляторов характеризуется точкой 2, а режим работы каждого вентилятора точкой 3 на графике

Совместная работа вентиляторов на сеть, сопротивление которой больше R₁ (например, R₃) не имеет смысла. В этом случае суммарные производительность и напор вентиляторов, которые характеризуются точкой 4 на графике, меньше чем производительность и напор при работе на сеть одного вентилятора (точка 5).

7. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом суммарных характеристик

Заданы аэродинамические характеристики вентиляторов В₁, В₂ и сопротивление сети. Определить производительность и депрессию каждого вентилятора.

Методика анализа параллельной работы двух разных вентиляторов аналогична методике изложенной в предыдущем примере. Результаты графического анализа представлены на рис.5.9. Анализ графика показывает, что при работе вентиляторов на сеть, сопротивление которой меньше R₁ их совместная работа эффективна.

В этом случае режим совместной работы вентиляторов (Q, H) определяется точкой 1, а режим работы каждого вентилятора точками 4.и 5 на графике.

При работе вентиляторов на сеть, сопротивление которой RR₁ совместная работа вентиляторов не эффективна и определяется точками 2, 3.на графике.

8. Анализ параллельной работы двух разных вентиляторов методом активизированных характеристик сети

Заданы индивидуальные характеристики вентиляторов В₁, В₂ и характеристика сети R . Определить режим работы (Q,H) каждого вентилятора.

Характеристику вентилятора В₁ будем рассматривать как аэродинамическое сопротивление участка вентиляционной сети. Выполняя графическое суммирование характеристики сети R с характеристикой вентилятора В₁ построим активизированную характеристику сети R_А. Так как вентиляторы и сеть соединены параллельно, суммирование выполняется по расходам. При этом необходимо помнить о том, что расход вентилятора имеет отрицательное значение, а расход воздуха в сети положительное значение. Результаты построения активизированной характеристики сети показаны на (рис.10, кривая R_А). Точка пересечения этой кривой с аэродинамической характеристикой вентилятора В₂ (точка 1), определяет режим его работы (Q₂ и H₂). Режим работы вентилятора В₁ определяется точкой пересечения линии равных депрессий, проведенной через точку 1 до пересечения с характеристикой вентилятора В₂ (точка 2)

Заданы аэродинамические характеристики вентиляторов В₁, В₂ и аэродинамическое сопротивление ветвей R₀, R₁, R₂ (рис.11) Определить депрессию и производительность каждого вентилятора.

9. Анализ параллельной работы вентиляторов установленных на разных стволах (связанных между собою горными выработками)

Решение задачи

В случае параллельной работы вентиляторов, связанных между собою ветвями (ветвями могут быть каналы, стволы, или горные выработки, образующие сложную параллельную сеть), их рабочий режим определяется путем приведения обоих вентиляторов к общему узлу (например, узлу «О» рис.11). Это осуществляется вычитанием из напорной характеристики каждого вентилятора потерь давления в его индивидуальной ветви, т.е.

H=H₁ - R₁*Q (8)

H=H₂ - R₂*Q (9)

В результате вычитания получим вентиляторы с напорными характеристиками В, В, которые приведены к узлу «О». Выполняя графическое суммирование характеристик В, В по расходу получим суммарную характеристику вентиляторов В+В, приведенных к узлу «О». Точка пересечения этой характеристики с характеристикой общего участка вентиляционной сети R₀, (точка 1), определяет суммарную производительность вентиляторов (Q₁+Q₂) и потери давления Н₀ в ветви R₀.

Производительность каждого вентилятора определяется точками пересечения линии равных депрессий с приведенными характеристиками вентиляторов (точки 2, 3), а депрессия точками пересечения перпендикуляров восстановленных с точек 2, 3 до пересечения с действительными характеристиками вентиляторов (точки 3, 4).

Литература

1. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Аэрология горных предприятий» М. «Недра» 1987.

2. К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков «Рудничная аэрология» М. «Недра» 1978.

3. Г.Л. Пигида, Е.А. Будзило, Н.И. Горбунов «Аэродинамические расчеты по рудничной аэрологии в примерах и задачах», Киев 1992.

4. Ф.А. Абрамов, В.А. Бойко «Лабораторный практикум по рудничной вентиляции» М. «Недра» 196

5. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Киев 1994.

6. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1, М., 1979.

Размещено на Allbest.ru