WE_PG2.DOC

3. Kopalniane wentylatory główne

              Wentylatory należą do grupy roboczych maszyn, służących do sprężania i przetłaczania gazu, przy czym wytwarzane przez nie spiętrzenie całkowite nie przekracza zazwyczaj 10 000 N/m2. Wentylatory główne, stosowane w instalacjach kopalnianych, służą do przewietrzania kopalń. Są one napędzane elektrycznymi silnikami asynchronicznymi lub synchronicznymi.

              Przepisy bhp wymagają zapewnienia przepływu powietrza w wyrobiskach podziemnych przez zastosowanie wentylatorów głównych, zainstalowanych na powierzchni.

Przy każdym szybie wentylacyjnym oprócz czynnego wentylatora lub zespołu wentylatorów należy zainstalować wentylator rezerwowy o tych samych parametrach co wentylator czynny lub największy wentylator zespołu. Spiętrzenie wentylatora głównego nie powinno być mniejsze od 800 N/m2.

              Obecnie w polskich kopalniach stosuje się typoszeregi wentylatorów o następujących parametrach:

              - wydajność = 15¸580 m3/s,

              - spiętrzenie = 1200¸6000 N/m2.

              Wentylatory tych typoszeregów mogą znaleźć zastosowanie w sieciach wentylacyjnych o otworach równoznacznych Ae = 0,5¸12 m2.

3.1. Rodzaje kopalnianych wentylatorów głównych.

              Wentylatory główne stosowane w kopalniach dzieli się w zależności od takich parametrów, jak kierunek przepływu, sposób pracy, wydajność, spiętrzenie, liczba obrotów, moc, co przedstawiono na rys. I.34.

              Kopalniany wentylator powinien być: wysokosprawny, naziemny, cichobieżny, średnio- lub wysokoprężny, z urządzeniem rewersyjnym, z urządzeniem do zmian parametrów pracy.

Wielkości podstawowych nominalnych parametrów, tzn. średnicę, wydajność i spiętrzenie całkowite należy przyjmować zgodnie z normą PN-72/G-04162: Wentylatory kopalniane główne.

Inne parametry, jak spiętrzenie, moc, typ (rodzaj konstrukcji), liczba obrotów, sposób zabudowania (poziome lub pionowe), zależą od warunków lokalnych pod ziemią i na powierzchni.

O wyborze wentylatora decyduje również pewność zabezpieczenia ciągłości ruchu danego wentylatora w czasie normalnego ruchu oraz w czasie awarii, jak pożary podziemne i wybuchy metanu lub pyłu w kopalni.

              W Polsce produkuje się wentylatory promieniowe kopalniane, głównie jednostrumieniowe typu WPK (producent FAWENT - Chełm Śląski) oraz WPK (producent POWEN - Zabrze), wentylatory promieniowe dwustrumieniowe typu WPGD (dawniej WPR - producent FAWENT) oraz wentylatory osiowe głównego przewietrzania kopalń typu WOK (producent POWEN. Wentylatory typu WPG i WPK stanowią jednostrumieniowe wentylatory promieniowe, których wirnik poprzez podatne sprzęgło jest napędzany silnikiem asynchronicznym lub synchronicznym. Wirnik ma profilowane łopatki, wykonane z wysokowytrzymałej stali węglowej. Obudowa w części dolnej jest żelbetowa, w górnej blaszana. Dyfuzor - zależnie od wielkości wentylatora - buduje się blaszany lub żelbetowy. Wylot dyfuzora może być zamknięty za pomocą klapy rewersyjnej przy równoczesnym otwarciu kanału do szybu. Wentylator ma na wlocie kierownice osiowe, umożliwiające ekonomiczną

Rys. I.34. Podział wentylatorów kopalnianych

Oznaczenia:

1) Przyjęte zgodnie z normą PN-72/G-04162 oznaczenia W - wentylator, O - osiowy,

K - kopalniany, P - promieniowy.

2) Dopuszcza się uzupełnienie symbolu średnicą wewnętrzną wirnika d, wyrażoną w metrach.

3) Oznaczone literą d.

4) Wyróżniane cyfrą oznaczającą liczbę stopni.

5) Jako wyróżnik wielkości przyjmuje się oznaczenia średnicy D.

Przykład oznaczenia w dokumentacji:

1) WPK - 1.8/1.0 - wentylator promieniowy kopalniany, jednostrumieniowy o średnicy D = 1800 mm i średnicy wewnętrznej wirnika d = 1000 mm,

2) WPK d-4 - wentylator promieniowy dwustrumieniowy (d) o średnicy D = 4000 mm,

3) WOK 2-1.6 - wentylator osiowy kopalniany dwustopniowy (2) o średnicy D = 1600 mm.

regulację parametrów pracy. Na rysunku 17.9 przedstawiono sposób zainstalowania wentylatora WPK-3.1.

Rys.17.9. Kopalniany wentylator WPK

1 - obudowa, 2 - wirnik, 3 - konfuzor wlotowy, 4 - aparat kierowniczy, 5 - wał, 6 - łożysko,

7 - klapa rewersyjna, 8 - silnik elektryczny, 9 - hamulec

              Wentylatory WPK oznacza się według średnicy zewnętrznej wirnika, podawanej w metrach. Wentylatory te wytwarza się w wielkościach: WPK - 2.5; 2.6; 2.8; 3.1; 3.3; 3.9; 5.0; 5.3. Wentylatory WPG oznacza się według średnicy wlotowej łopatek wirnika, podawanej w centymetrach. Wentylatory tego typu są produkowane w pięciu wielkościach: WPG-180/1.4; 200/1.4; 240/1.4; 280/1.4; 350/1.4.

Na rysunkach 17.10 i 17.11 przedstawiono zbiorcze charakterystyki wentylatorów typu WPG i WPK, które pozwalają na wstępny dobór wielkości wentylatora.

Rys.17.10. Zbiorcza charakterystyka wentylatorów WPG

Rys.17.11. Zbiorcza charakterystyka wentylatorów WPK

              Wentylatory typu WPGD stanowią dwustrumieniowe wentylatory promieniowe, których wirnik ma dziewięć profilowanych łopatek przykręconych do piasty. Obudowa wentylatora i kolana wlotowe w dolnej części są żelbetowe, w górnej blaszane (rys.17.12). Pomiędzy kanałem ssawnym a wlotami kolanowymi znajduje się układ klap do rewersji wentylatora. Wentylatory WPGD są produkowane w trzech wielkościach: 180, 200 i 220, oznaczonych według średnicy wlotowej wentylatora wyrażonej w cm. Parametry omawianych wentylatorów przedstawiają się następująco:

              -wydajność 50 ¸ 250 m3/s,

              -spiętrzenie całkowite 2500¸6000 Pa,

              -otwór równoznaczny  1¸ 6.5 m2,

              -sprawność maksymalna   0.86.

Rys.17.12. Wentylator WPGD

1 - obudowa, 2 - wlot kolanowy, 3 - wirnik, 4 - silnik synchroniczny, 5 - drzwi środkowe, 6 - drzwi boczne, 7 - klapa czerpna powietrza rewersyjnego,

8 - mechanizm blokady drzwi

              Ze względu na brak urządzenia regulacyjnego wentylatory typu WPGD należy stosować w kopalniach o ustabilizowanych otworach równoznacznych. Ewentualna zmiana parametrów może nastąpić przez wymianę wirnika lub silnika. Zbiorcze charakterystyki wentylatorów WPGD przedstawiono na rys.17.13.

Rys.17.13. Zbiorcza charakterystyka wentylatorów WPGD

              Wentylatory osiowe produkowane są o średnicach wirnika 1.6; 2.3; 3.0 i 3.2 m.

Wentylator osiowy WOK-1.6/P może być stosowany do przewietrzania kopalń gazowych. Wentylator ten ma dwa przeciwnie obracające się wirniki, napędzane dwoma silnikami elektrycznymi (wykonanie przeciwwybuchowe w obudowie ognioszczelnej).

              Wentylator osiowy WOK-2.3 może pracować w układzie ssącym lub tłoczącym, jednakże parametry przy pracy tłoczącej są znacznie obniżone w stosunku do pracy w układzie ssącym. WOK-2.3 jest wentylatorem dwustopniowym w układzie wirnik-kierownica. Profilowane łopatki wirnika są wykonane ze stopu aluminium, przy czym jest możliwość zmiany kąta ustawienia łopatek w granicach -13 ¸ + 10°. Napęd wentylatora stanowi silnik synchroniczny ze wzbudnicą.

              Wentylatory osiowe WOK-3.0 i 3.2 pracują w układzie ssącym i ewentualna zmiana układu na tłoczący odbywa się przez zmianę położenia klap rewersyjnych. Konstrukcja łopatek wykonanych ze stopu aluminium umożliwia regulację kąta ich ustawienia. Strona ssąca wentylatora jest podłączona do kanału szybowego, a strona tłocząca do kanału wylotowego, wykonanego z betonu. Z uwagi na poziom ciśnienia akustycznego wentylatory WOK 3.0, 3.2 i 2.3 zabudowuje się w budynku. Do napędu wentylatora stosuje się silnik synchroniczny ze wzbudnicą. Na rysunku 17.16 przedstawiono przykładowo charakterystyki wentylatorów WOK-3.0 i WOK-3.2, a na rys.17.17 przedstawiono wentylator WOK-3.2.

Rys.17.16. Charakterystyki wentylatorów              a) WOK-3.0                             b) WOK-3.2

              Rys.17.17. Wentylator WOK-3.2.

3.2.Charakterystyka wentylatora i charakterystyka sieci wentylacyjnej

  3.2.1. Charakterystyka wentylatora

Charakterystyka wentylatora wyraża związki między spiętrzeniem całkowitym Dpc, mocą N i sprawnością h a wydajnością wentylatora, przy czym zwykle wydajność jest strumieniem objętości powietrza o gęstości masy 1.20 kg/m3, przepływającego przez płaszczyznę wlotu lub wylotu wentylatora. Wydajność wentylatora wyrażana jest w m3/s, a niekiedy w m3/min lub m3/h.

              Charakterystykę wentylatora sporządza się często tylko dla dodatnich wydajności wentylatora, przy których powietrze wypływa z wentylatora jego dyfuzorem.

Przy wspólnej pracy dwóch lub kilku wentylatorów powietrze może wpływać do wentylatora jego dyfuzorem. Wówczas wydajność wentylatora jest ujemna. Dla przeprowadzenia oceny wspólnej pracy wentylatorów konieczne jest korzystanie z ich indywidualnych charakterystyk, które powinny być pełne; tzn. powinny być wykonane tak dla dodatnich, jak i ujemnych wydajności.

              Znajomość pełnej charakterystyki wentylatora jest konieczna również z uwagi na bezpieczne przewietrzanie kopalni, w szczególności dla zapobieżenia ujemnemu wpływowi działania pożaru, badania wpływu dowolnego elementu sieci na całość przewietrzania kopalni, zapobieżenia wystąpienia niebezpiecznego zjawiska, zwanego pompowaniem wentylatora.

              Zdejmowanie charakterystyki wentylatora przeprowadza się zgodnie z normą PN-70/G-04161 - „Wentylatory kopalniane główne. Badanie podstawowych parametrów pracy”.

              Charakterystykę wentylatora należy wykonać każdorazowo:

                            - przed oddaniem do ruchu nowo zmontowanego wentylatora,

                            - po przeprowadzonej naprawie głównej wentylatora,

                            - przy zmianie sposobu pracy (parametrów) wentylatora (zmiana obrotów,                                                                                     zmiana mocy silnika napędowego itp.).

                            Charakterystyka każdego wentylatora powinna być aktualizowana co pięć lat.

Wykonanie pełnych charakterystyk wentylatorów w warunkach ruchowych jest bardzo trudne, a nawet niemożliwe. Dlatego też pełne charakterystyki powinna kopalniom dostarczać wytwórnia wentylatorów.

3.2.2. Charakterystyka sieci

Parametry punktu pracy wentylatora są określone nie tylko konstrukcją i obrotami wentylatora, lecz także warunkami określonymi charakterystyką sieci, w której działa wentylator.

              Charakterystyka sieci pasywnej jest to krzywa, wyrażająca zależność dysypacji energii od strumienia objętości powietrza w tej sieci.

              Jeśli przepływ powietrza w sieci pasywnej zachodzi pod działaniem tylko wentylatora głównego, to równanie charakterystyki tej sieci wyraża wzór

gdzie oznacza opór wypadkowy sieci.

3.3. Indywidualne i zespołowe działanie wentylatorów

3.3.1. Indywidualne działanie wentylatora i zdejmowanie jego charakterystyki

Wentylatory główne są dobierane stosownie do potrzeb danej kopalni, z uwzględnieniem jej rozwoju. Z uwagi na zachodzące zmiany w sieci wentylacyjnej, konieczne jest stosowanie regulacji pracy wentylatorów głównych.

Regulację pracy wentylatorów można uzyskać przez:

              - zmianę liczby obrotów wirnika wentylatora (np. zmianę przekładni pasowej,                                                           wymianę silnika na silnik o innej liczbie obrotów, regulację liczby obrotów                                                                       silnika elektrycznego przy zastosowaniu układów tyrystorowych itp.),

              - zmianę kąta ustawienia łopatek wirnika lub kierownicy (przy wentylatorach                                                          osiowych),

              - zmianę nastawienia aparatu kierowniczego (przy wentylatorach promieniowych)   oraz

              - zmianę oporu sieci, w której pracuje wentylator.

              Nie w każdym jednak przypadku można uzyskać żądane parametry punktu pracy wentylatora przez regulację jego pracy. Dlatego w niektórych przypadkach projektuje się stacje wentylatorów głównych, złożone z kilku wentylatorów zabudowanych w układzie szeregowym lub równoległym.

  Na rys.I.35 przedstawiono charakterystykę wentylatora, tj. zależności spiętrzenia całkowitego Dpc, mocy N i sprawności od wydajności wentylatora , czyli

Dpc =Dpc ...