Шахтные вентиляторы. Естественная тяга. Работа одного вентилятора. Последовательная работа вентиляторов. Параллельная работа вентиляторов

31. Шахтные вентиляторы

Вентилятором называется машина, создающая разность давления в воздухопроводе, под влиянием которой перемещается воздух в последнем. Условно к вентиляторам относят машины, создаю­щие разность давления до 10000 Па при степени сжатия, равной 1,1 (отношение давления воздуха на выходе из вентилятора к дав­лению на входе). Машины, создающие большую разность давле­ния, называются нагнетателями (степень сжатия более 1,1) и компрессорами (степень сжатия более 2). Вентиляторы, нагнета­тели и компрессоры вместе образуют класс воздуходувных ма­шин, используемых для перемещения воздуха и других газооб­разных сред. Небольшая степень сжатия в вентиляторах позво­ляет рассматривать воздух как несжимаемую среду (изменение объема не превышает 7%), т. е. объемные расходы воздуха на входе и выходе из вентилятора можно считать равными. В венти­ляторе постоянно происходит процесс передачи энергии от вра­щающегося рабочего колеса к воздуху. Вследствие их механиче­ского взаимодействия рабочее колесо оказывает на воздух дав­ление, что вызывает увеличение статического давления воздуха

за рабочим колесом. Кроме этого, рабочее колесо ускоряет дви­жение воздуха, увеличивая кинетическую энергию потока. За рабочим колесом поток расширяется и его кинетическая энергия в значительной степени переходит в потенциальную, вызывая дальнейшее увеличение статического давления в потоке. Одновре­менно перед рабочим колесом вследствие его увлекающего дей­ствия на воздух происходит падение давления. В результате за вентилятором образуется зона повышенного давления (энергии), а перед вентилятором—зона пониженного давления (энергии). Пусть в точке В воздухопровода АВС установлен вентилятор (рис. 9.1). Линия АВС соответствует уровню энергии покояще­гося воздуха. При работе вентилятора энергия (давление) на участке ВС трубопровода выше уровня покоя, так как здесь имеет место сжатие воздуха (см. рис. 9.1, линия В'С), а на участке АВ она ниже этою уровня (линия АВ") в результате разрежения. Движение воздуха от зоны ВС с высокой энергией к зоне АВ с низкой энергией происходит без внешнего воздействия. Движе­ние воздуха через вентилятор от зоны низкого давления со сто­роны всаса к зоне высокого давления со стороны нагнетания про­исходит через рабочее колесо вследствие воздействия последнего на воздух. Если воздухопровод разомкнут (см. рис. 9.1, концы тру­бопровода Л и С открыты в окружающую среду), то движение воз­духа от зоны ВС к зоне АВ будет происходить через окружающую воздушную среду. Если воздухопровод замкнут, то воздух будет двигаться только в пределах трубопровода. Если вентилятор оста­новится, то движение воздуха будет некоторое время продол­жаться. При этом вследствие стремления системы к равновесию уровень энергии в зоне ВС будет падать, а в зоне АВ повышаться, стремясь к уровню энергии покоя АВС. Движение воздуха прек­ратится при достижении уровня АВС, т. е. в воздухопроводе уста­новится одинаковое давление, равное давлению покоящегося воз­духа.

Выпускаются два типа вентиляторов, различающихся покон­структивному исполнению и принципу дейсгвия,—центробеж­ные и осевые. Они используются для вентиляции шахты в це­лом или значительных ее частей (вентиляторы главного провет­ривания) и отдельных выработок и рабочих мест (вентиляторы местного проветривания).

Центробежные вентиляторы. Центробежный вентилятор состоит из рабочего колеса ./ (рис. 9.2) с лопатками 2, вращающегося вокруг оси 3 в спиральном кожухе 4. Воздух поступает в вен­тилятор через всасывающее боковое отверстие 5, в котором рас­полагается направляющий аппарат. Последний изменяет направ­ление движения воздуха на радиальное. В рабочем колесе воздух проходит между лопатками, закручиваясь в направлении их дви­жения, и выбрасывается в пространство между верхней кромкой лопаток и кожухом, продолжая в пределах последнего двигаться по спирали и расширяясь по мере расширения кожуха. Из венти­лятора воздух выходит через нагнетательное отверстие 6. Дви­жение воздуха от нижней кромки лопаток к верхней вызывается действием центробежной силы, возникающей при вращении воз­духа. Так как центробежная сила пропорциональна квадрату ок­ружной скорости, а окружная скорость пропорциональна радиусу вращения, то по мере перемещения воздуха от нижней кромки лопаток к верхней действующая на него центробежная сила уве­личивается, вызывая сжатие воздуха. Центробежная сила вызы­вает также увеличение скорости движения воздуха между лопат­ками, т. е. увеличение его кинетической энергии. При дальнейшем расширении воздушного потока в кожухе скорость движения воз­духа уменьшается, а его кинетическая энергия согласно уравне­нию Бернулли переходит в потенциальную, вызывая дальнейшее повышение давления.