Регулювання продуктивності вентиляторних установок і вимоги до електроприводу
Вентиляторні установки головного провітрювання є одним з найвідповідальніших і найенергоємніших агрегатів шахти. Режими роботи вентилятора змінюються і залежать від багатьох чинників. Параметри витрати і депресії змінюються на достатню величину, тому необхідно забезпечити можливо більшу область економічних режимів.
При виборі раціонального способу і діапазону регулювання швидкості електроприводу необхідно враховувати таке:
– сезонне коливання тиску і температури навколишнього середовища вимагає регулювання продуктивності в межах 10...15%;
– за період експлуатації шахти продуктивність може зрости в 1,5...2 рази;
– зміна добового ритму гірських робіт (вибухові роботи в кінці змін) вимагає підвищення продуктивності на 15...20%;
– в святкові і ремонтні дні продуктивність може складати 30...50% робочої.
Аеродинамічне регулювання здійснюється такими методами: дроселюванням; поворотом лопаток направляючого апарату; поворотом лопаток робочого колеса (для осьових вентиляторів) або поворотом закрилок (для відцентрових вентиляторів).
Перший метод не застосовується через низьку економічність. Найбільш поширене регулювання направляючим апаратом. Але в такого методу мала глибина економічного регулювання. Також з'являються пульсації потоку та надмірні вібрації. Найбільш ефективне вживання цього методу при підтримці постійної продуктивності, оскільки крива економічної роботи більш полога.
Більш економічним методом є третій метод, але через складність і ненадійність конструкції застосовується мало.
Найперспективнішим є регулювання зміною швидкості обертання робочого колеса. Закони пропорційності або закони експлуатації турбомашин формулюються: зі зміною частоти обертання робочого колеса турбомашини при постійній характеристиці зовнішньої мережі подача (продуктивність) змінюється пропорційно першому степеню, напір – пропорційно квадрату, а споживана потужність – пропорційно кубу частоти обертання:
Q1=Q∙(n1/n);
H1=H (n1/n)2;
P1=P (n1/n)3;
звідки H1=H (Q1/Q)2; P1=P (Q1/Q)3.
Останні два рівняння є відповідно рівняннями квадратичної і кубічної парабол, які в свою чергу є геометричним місцем точок, координати яких визначають подібні режими турбомашини при зміні її частоти обертання.
На рис. 2.1 приведені графіки потужності при регулюванні відцентрового вентилятора ВЦД-32 направляючим апаратом (НА) і зміною швидкості (ЗШ).
Аналіз характеристик показує, що при невеликій глибині регулювання в області малих і середніх витрат економічність обох методів однакова. Але із зростанням глибини зміни витрати ефективність регулювання різко зростає.
Області економічної роботи відцентрових і осьових вентиляторів залежно від способу регулювання представлені на рис. 2.2 (1– ВЦД-3,5 і 2– ВЦД-32 – регулювання направляючим апаратом; 3– ВОД-30 – регулювання направляючим апаратом і поворотом лопаток колеса; 4– ВЦД-32 – регулювання швидкості обертання за допомогою регульованого електроприводу).
Рис. 2.1
Рис. 2.2
З рис. 2.2 видно, що найбільша зона економічної роботи у відцентрового вентилятора з регулюванням швидкості роботи. Розширення зони економічної роботи дозволяє з більшою вірогідністю забезпечити економічність проектованої або підвищити ККД діючої установки.
На рис. 2.3 зображені криві, які характеризують економічність регулювання установок вентиляторів різними способами. Тут: 1– дросельне регулювання; 2– направляючим апаратом; 3– муфтами ковзання; 4– реостатне з АД; 5– каскадними схемами з АД.
Рис. 2.3
Аналіз кривих показує, що найбільш економічним способом регулювання продуктивності вентиляторів головного провітрювання є регулювання за допомогою зміни швидкості обертання, найменш економічне – дросельне регулювання. Розрахунки показують, що регульований привід дозволяє значно скоротити витрату споживаної електроенергії (до 40%). Більше половини енергії заощаджується за рахунок скорочення споживання її в неробочі дні, коли продуктивність вентилятора може бути зменшена до 50% від граничного значення.
До переваг способу регулювання частоти обертання належать: висока економічність роботи; постійний ККД вентилятора при регулюванні з постійним еквівалентним отвором; простота конструкції вентилятора за рахунок виключення направляючого і поворотного пристроїв; збільшення області економічної роботи і зниження енергоспоживання.
Регулювання швидкості обертання проводиться на ходу і дозволяє здійснити настройку вентилятора на необхідний режим роботи. Регульований електропривод найбільш зручно поєднувати зі схемами автоматизації і автоматичного регулювання провітрювання. Існує практична можливість тривалої роботи установок вентиляторів зі зниженою в порівнянні з розрахунковою продуктивністю.
Використання регульованого електроприводу додатково дає:
– зняття обмежень за газовим фактором на ведення технологічного процесу видобутку і можливість підвищення продуктивності шахти при тому ж устаткуванні і витратах;
– істотне збільшення області економічної роботи вентилятора, зменшення числа типорозмірів вентиляторів, підвищення серійності і зниження вартості вентилятора;
– збільшення терміну служби вентилятора за рахунок роботи в полегшених режимах при зниженій швидкості обертання;
– зниження витрат на виробництво, передачу і розподіл електроенергії, який обумовлений скороченням її споживання майже в два рази.
Додатково нова технологія енергозбереження в установках вентиляторів з великою сумарною потужністю дозволяє регулювати потужність у години максимуму навантаження і тим самим скоротити витрати на електроенергію при двоставочному тарифі.
Електропривод і система регулювання вентиляторів головного провітрювання вугільних шахт повинні забезпечувати:
– глибину регулювання за витратою 1:2, по тиском 1:3 при плавному характері зміни параметрів;
– якомога більшу зону економічної роботи вентилятора;
– високі енергетичні показники – ККД і коефіцієнт потужності;
– стійку швидкість при падінні або кидку навантаження і коливаннях напруги мережі живлення;
– можливість оперативного регулювання режиму роботи вентилятора.
Наведений порівняльний аналіз показує безумовну доцільність устаткування потужних шахтних вентиляторів регульованим електроприводом.