Совместная работа вентиляторов на общую вентиляционную сеть

В шахтной практике могут возникнуть условия для совместной работы вентиляторов, вызванные: 1) конфигурацией вентиляционной сети, когда вентиляторы располагаются на крыльях шахтного поля; 2) надобностью в некоторых случаях (при внезапном обильном выделении газа) включить в работу, кроме работающего вентилятора, резервный; 3) необходимостью при местной вентиляции преодолевать большее сопротивление трубопровода или выработок, нежели давление, развиваемое одним вентилятором.

В первых двух случаях вентиляторы относительно друг друга соединяются параллельно, в третьем — последовательно.

При работе одного вентилятора воздушный поток направлен от всасывающего патрубка к диффузору, разрежение создается у всасывающего патрубка вентилятора. Условимся, что в этом случае имеет место положительная производительность и положительное давление.

При остановке одного из параллельно работающих вентиляторов в другой вентилятор поступает воздух, который в остановленном вентиляторе пойдет от диффузора к всасывающему патрубку (отрицательная производительность остановленного вентилятора - Q), но давление у всасывающего патрубка остановленного вентилятора меньше давления у диффузора (положительное давление +Н).

При остановке одного из последовательно работающих вентиляторов через него идет воздух к работающему вентилятору от всасывающего патрубка к диффузору (положительная производительность +Q), но давление у всасывающего патрубка будет больше давления у диффузора (отрицательное давление - Н).

Ниже будет показано, что при совместной работе один из вентиляторов может иметь отрицательную производительность или отрицательное давление во время его работы.

Для анализа работы совместно работающих вентиляторов надо знать полную характеристику каждого из них (рис. 36) в І квадранте (положительная производительность, положительное давление), во ІІ квадранте (отрицательная производительность, положительное давление), в IV квадранте (положительная производительность, отрицательное давление). Эти характеристики в І квадранте строят, как указывалось в главе I, 2. Во II и IV квадрантах характеристики испытуемого вентилятора получают с помощью другого вентилятора.

Возможны такие характеристики вентиляторов: 1) одному давлению соответствует одно значение производительности (рис. 36, a); 2) одному давлению соответствует несколько значений производительности (рис. 36, б).

Полная характеристика внешней сети имеет ветви в І и III квадрантах (рис. 36, в). Здесь разница между положительными и отрицательными расходами и сопротивлениями условная, определяется направлением воздушного потока в сети: в первом случае в одном направлении, в другом случае — в противоположном.

Параллельное соединение вентиляторов применяется при их установке (рис. 37): 1) на одном стволе (один рабочий, другой резервный); 2) на крыльях шахтного поля (фланговые вентиляторы).

При первом способе соединения сопротивление участков ВС и BD) незначительно по сравнению с сопротивлением участка АВ, при втором — наоборот.

Параллельное соединение вентиляторов, установленных на одном стволе, способствует получению

 

экстренной, больше обычной производительности. При таком соединении сопротивление вентиляционных каналов (участки ВС и BD на рис. 37, а) приравнивают к нулю, вентиляторы как бы установлены в точке В и рабочий режим их на общую сеть определяется построением суммарной характеристики вентиляторов.

Суммарная характеристика 3 вентиляторов получается сложением абсцисс характеристик вентиляторов 1 и 2. В этих же осях строится характеристика вентиляционной сети 4. Точка пересечения указанных характеристик — режим 1 — показывает суммарную производительность вентиляторов Q и давление Н. Если из точки 1 провести горизонталь до пересечения с характеристиками 1 и 2, то получится производительность Q₁ и Q₂ каждого вентилятора при их совместной работе на эту же сеть, Производительность каждого вентилятора при их самостоятельной работе на эту же сеть равна соответственно Q_1В и Q_2В,причем всегда Q_1В + Q_2В > Q.

Суммарную характеристику параллельно работающих вентиляторов можно разделить на две части с границей между ними в точке О пересечения характеристик 3 и 1. Вправо от точки О суммарная производительность Q параллельно работающих вентиляторов больше производительности Q_1В большего вентилятора, работающего самостоятельно. Влево от точки О находится область недопустимой работы, так как производительность Q'_1В больше суммарной производительности Q' при характеристике 5 сети, что указывает на отрицательную производительность - Q'_2В второго вентилятора. Следовательно, параллельное включение вентиляторов допустимо при сравнительно большом эквивалентном отверстии вентиляционной сети.

При параллельной работе вентиляторов с одинаковыми характеристиками области недопустимой работы нет (так как точка пересечения характеристик лежит на оси Н), но приращение производительности параллельно работающих вентиляторов по сравнению с производительностью самостоятельно работающего вентилятора будет больше при более пологой характеристике сети, т. е. при сравнительно небольших сопротивлениях сети.

В случае, когда характеристика Б пересечет характеристику 3 в нескольких точках (обычно близко от точки 0), наступит неустойчивая работа, чего допускать нельзя.

Параллельное соединение вентиляторов, расположенных на крыльях шахтноrо поля, применяется в шахтной практике довольно часто для систематической работы вентиляторов, в отличие от параллельной работы вентиляторов на одном стволе, требующейся не столь часто. Этот случай отличается от ранее рассмотренного тем, что при нем: 1) необходимо обеспечить не только подачу в шахту требуемого количества воздуха, но и распределить его по участкам вентиляционной сети; 2) сопротивления участков ВС и BD вентиляционной сети не равны нулю (рис. 37, б).

Так как сопротивления участков ВС и ВО не равны нулю, необходимо построить сначала приведенные к точке В характеристики вентиляторов, которые как бы сосредоточены в пункте В, а затем их суммарную приведенную характеристику.

Участки сети ВС и BD по отношению к вентиляторам включены последовательно, поэтому для определения приведенных к точке В характеристик 5 и 6 необходимо из ординат характеристик 1 и 2 "вентиляторов вычесть ординаты характеристик 3 и 4 соответственно участков сети ВС и BD. Суммарная приведенная характеристика 7 двух параллельно работающих вентиляторов получается сложением абсцисс приведенных характеристик 5 и 6. Точка 1 пересечения характеристики 7 с характеристикой 8 участка АВ сети дает общее количество воздуха Q и сопротивление Н по этому участку. Если из точки I провести горизонталь до пересечения с характеристиками 5 и 6, получаю тся значения производительности Q, и Q, вентиляторов при их параллельной работе, т. е. расходы воздуха на участках соответственно ВС и BD. Проводя из точек 10 и 11 вертикали до пересечения с характеристиками 1 и 2, находят давления Н₁ и Н₂, вентиляторов.

При увеличении сопротивления участка АВ сети кривая 9 характеристики этого участка пройдет левее точки О — границы области допустимой и недопустимой работы, поэтому суммарная производительность Q' параллельно работающих вентиляторов может оказаться меньше производительности Q'_{1 В} одного вентилятора, что указывает на отрицательную производительность Q'₂ второго вентилятора. Кроме того, как и в первом случае паралельного соединения вентиляторов, может быть несколько точек пересечения суммарной приведенной характеристики 7 с
характеристикой участка АВ вентиляционной сети, т. е. неустойчивая работа.

Надежность работы при таком соединении вентиляторов увеличивается с увеличением сопротивления индивидуальных участков и с уменьшением сопротивления общего участка вентиляционной сети. Во избежание неустойчивой работы желательно применять вентиляторы с непрерывно убывающими характеристиками (см. рис. 36, а).

П о с л е до в а т ел ь н а я р а б от а в е н т и л я т о р о в применяется в том случае, когда давление одного вентилятора недостаточно для преодоления сопротивления движению воздуха при проходке стволов или подготовительных выработок в шахте (установки местного проветривания).

Последовательное соединение главных вентиляторов в настоящее время практически исключено, суммарная характеристика 3 последовательно соединенных вентиляторов (рис. 38) строится сложением ординат их характеристик 1 и 2. По точке пересечения характеристики 8 с характеристикой 4 сети АВ находится рабочий режим 1 (производительность Q и давление Н) последовательно соединенных вентиляторов. Пересечение проведенной через точку 1 вертикали с характеристиками 1 и 2 вентиляторов дает соответственно их давления Н^`₁, и Н ₁. Совместная работа вентиляторов способствует увеличению как давления, так и производительности по сравнению с большим вентилятором, работающим самостоятельно.

Суммарная характеристика 3 в точке О пересечения характеристик 8 и 1 большего вентилятора делится на две области: 1) влево от точки О — область допустимой работы, так как давление и производительность двух совместно работающих вентиляторов больше давления и производительности большего вентилятора, работающего самостоятельно; 2) вправо от точки О — область недопустимой работы, так как меньший вентилятор будет работать с отрицательным давлением. При характеристике вентиляционной сети 5 и режиме I I вентилятор 2 создает отрицательное давление Н'₂, т. е. он стал дополнительным сопротивлением для вентилятора 1, который при самостоятельной работе создает большее давление Н'₁ чем давление Н' вентиляторов 1 и 2, работающих совместно. При этом общая производительность вентиляторов Q' меньше производительности Q'_1В большего вентилятора, работающего самостоятельно.

Последовательная работа двух одинаковых вентиляторов с одинаковыми характеристиками всегда дает увеличение давления и производительности по сравнению с давлением и производительностью любого из этих вентиляторов, работающих самостоятельно (точка О пересечения характеристик лежит на оси Q), но приращение давления будет больше при сетях с большим сопротивлением.

Регулирование давления и производительности совместно работающих вентиляторов производится соответствующим изменением характеристик вентиляторов или сопротивления участков сети.

Естественная тяга воздуха возникает в связи с различными уровнями расположения стволов шахты, различной температурой, влажностью и химическим составом воздуха на поверхности и в выработках.

Для определения давления естественной тяги в выработке устраивают плотную перемычку с дверьми. Если дверь быстро закрыть, то депрессиометром можно измерить разницу давления по обе стороны перемычки, т. е. естественную тягу.

Совместное действие естественной тяги и вентилятора надо рассматривать как аналогию работы последовательно соединенных вентиляторов.

Различают положительную естественную тягу, когда направление воздушных потоков от действия естественной тяги и вентилятора совпадают, и отрицательную, когда направление потоков противоположно.

При положительной естественной тяге суммарная характерстика.3 (рис. 39, а) получается суммированием ординат характеристик 1 вентилятора и 2 естественной тяги. Точка 1 пересечения характеристики 3 с характеристикой 4 вентиляционной сети укажет режим вентиляции — расход воздуха Q и давление Н. Пересечения вертикали из точки l с характеристиками 1 и 2 дают соответственно давление Н, вентилятора и Н, естественной тяги. При положительной естественной тяге расход воздуха в шахте больше производительности вентилятора при его самостоятельном действии. При отрицательной естественной тяге (рис. 39, б) суммарная характеристика 8 представляет собой характеристику 1, смещенную вниз на величину Н, давления по характеристике 2 естественной тяги. При отрицательной естественной тяге возможны положительные и отрицательные производительности„а также неустойчивая работа. При незначительной величине Н, производительность вентилятора положительная, рабочий режим вентилятора устойчивый (режим І). При Н_е, большем максимального давления вентилятора, направление воздушного потока меняется, т. е. поток потечет в вентиляторе от нагнетательной стороны к всасывающей. При Н_е, несколько меньшем максимального давления вентилятора, характеристика 4 вентиляционной сети может пересечь характеристику 3 в двух точках — неустойчивый режим.