Обоснование параметров и разработка энергетических регуляторов шахтных центробежных вентиляторов

• Автор: Макаров, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. Анализ состояния и пути повышения адаптивности шахтных центробежных вентиляторов
1.1. Особенности вентиляционных режимов шахтных центробежных вентиляторов главного проветривания и газоотсасывающих вентиляторов

1.2. Методы оценки эффективности шахтных

вентиляторов

1.3. Оценка эффективности энергопотребления шахтными вентиляторами

1.4. Общая характеристика состояния проблемы повышения

адаптивности шахтных центробежных вентиляторов

Выводы
2. Системный подход к эффективному регулированию установок шахтных центробежных вентиляторов
2.1. Анализ известных способов и средств регулирования шахтных центробежных вентиляторов
2.2. Механизм и особенности образования потерь давления в известных устройствах регулирования шахтных центробежных
вентиляторов
2.3. Методы оценки эффективности регулирующих устройств шахтных центробежных вентиляторов
2.4. Анализ энергетических методов управления течением в турбомашинах
2.5. Обоснование эффективности энергетического способа управления режимами работы центробежных вентиляторов для повышения их
адаптивности
Выводы
3. Исследование закономерностей энергетического способа управления режимами работы шахтных центробежных вентиляторов
3.1. Классификация энергетических регуляторов шахтных центробежных вентиляторов
3.2. Общая характеристика состояния проблемы аэродинамического расчета ЭР
3.3. Аэродинамика лопаточного ЭР с аналитическими профилями произвольной формы и малоканального ЭР

3.4. Разработка методов аэродинамического расчета лопаточных ЭР с профилями в форме логарифмических спиралей
3.5. Метод аэродинамического расчета лопаток ЭР с закрылками
3.6. Аэродинамика безлопаточного ЭР
3.7. Идеальная аэродинамическая характеристика рабочего колеса с ЭР
3.8. Инженерный метод расчета параметров ЭР
3.9. Разработка методов аэродинамического расчета показателей эффективности ЭР
3.10. Анализ результатов расчета параметров ЭР шахтного
центробежного вентилятора
Выводы
4. Моделирование. Экспериментальные исследования ЭР шахтного центробежного вентилятора
4.1. Критерии подобия системы ПОТОК - вентилятор С ЭР
4.2. Экспериментальное оборудование и методика исследований
4.3. Показатели достоверности испытаний и погрешности
измерений
4.4. Результаты исследований радиального ЭР шахтного
центробежного вен гилятора
4.5. Исследования эффективности шахтных центробежных
вентиляторов с ЭР
4.6. Экспериментальные исследования КЭР шахтных центробежных
вентиляторов
Выводы
5. Концепция развития шахтных центробежных вентиляторов с ЭР на 2008 - 2012 годы
5.1. Динамика вентиляционных режимов угольных шахт
5.2. Обоснование, создание и внедрение типоразмерного
параметрического ряда ЭР шахтных центробежных вентиляторов
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Непрерывный рост цен на энергоносители в условиях формирования рыночной экономики и сложности горногеологических условий отработки шахтных полей поднимают проблему обеспечения технической и экономической конкурентоспособности шахт на внутреннем и зарубежном рынках на уровень наиболее актуальной задачи для угольной промышленности России. Для решения этой проблемы ускоренными темпами ведется реструктуризация действующих и проектирование новых шахт с учетом передовых достижений горной науки, создание и внедрение современной техники.
Вентиляция как основной элемент обеспечения безопасных санитарно-гигиенических условий в шахтах, будучи вспомогательным технологическим процессом, потребляет, однако, значительную часть электроэнергии от общей энергоемкости горного предприятия.
На каждую тонну добытого угля в шахту подается до 30 тонн воздуха в зависимости от горнотехнических условий и способа вентиляции. Это приводит к тому, что в себестоимости угля доля затрат на вентиляцию может превышать 25 %. Именно поэтому задачи создания высокоадаптивных шахтных вентиляторов и научно-технического обоснования рациональных вентиляционных режимов постоянно были в центре внимания ученых и специалистов в области горной механики, научно-исследовательских, проектных институтов и заводов горного машиностроения.
Известные в настоящее время средства регулирования, по принципу действия относящиеся к механическим регуляторам, не обеспечивают требуемой адаптивности шахтных центробежных вентиляторов либо отличаются сложностью конструктивного исполнения, недостаточной надежностью в условиях эксплуатации на горных предприятиях.
В результате работа высокоэкономичных шахтных центробежных вентиляторов приводит к функциональной и экономической неэффективности системы вентиляции. Для повышения адаптивности и эффективности энергопотребления шахтными центробежными вентиляторами в условиях их работы на сложную многосвязную вентиляционную систему необходимы принципиально новые, в частности, энергетические средства регулирования, подходы к обоснованию их аэродинамических параметров и конструкции. Указанные факторы лежат в основе актуальности проблемы, решаемой в диссертационной работе.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с план-заказом головной темы 0701 компании «Росуголь» в рамках целевой комплексной программы Ц070110, а также тематических планов научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «УГГУ» (Г. 5, Г. 24), проводимых по заданию Федерального агентства по образованию РФ.
Цель работы состоит в разработке метода расчета регуляторов с энергетическим управлением обтеканием для решения научной задачи повышения адаптивности высокоэкономичных шахтных центробежных

рациональным в широком диапазоне кинематических параметров управляющего потока.
Из анализа сказанного вытекает два принципиально различных пути повышения диапазона изменения аэродинамической нагруженности, улучшения адаптивности и эффективности энергопотребления шахтных вентиляторов:
разработка совершенных регулирующих устройств,
обеспечивающих требуемый диапазон режимов работы вентиляторов при максимально возможном сохранении оптимальных значений кинетических параметров потока на входе в вентилятор;
- разработка средств, устраняющих или локализующих процесс отрывного вихреобразования в проточной части рабочего колеса вентилятора увеличивающих угол выхода потока при значительных изменениях его параметров на входе в регулятор.
Наиболее перспективным направлением повышение
аэродинамической нагруженности, адаптивности и экономичности турбомашин на современном уровне развития данной научно-технической проблемы является применение энергетических методов управления течением в проточной части вентилятора.
Эти методы при всем их многообразии, обеспечивают выравнивание поля скоростей, локализацию и устранение зон отрывного вихреобразования в проточной части ЭР вентилятора, тем самым, способствуя повышению к.п.д., а также позволяют изменять параметры потока, то есть увеличивать регулируемость вентилятора.
2.3. Критерии оценки эффективности регулирующих устройств шахтных вентиляторов
С учетом поставки задачи в п. 1.2. диссертационной работы, комплексный критерий оценки эффективности регулирующего устройства шахтных центробежных вентиляторов можно представить в виде удельной экономии затрат ДЕ на эксплуатацию вентилятора в год в сравнении с вентилятором без регулирующего устройства.
При равномерной загрузке вентилятора в области его рабочих режимов
Таким образом, этот показатель учитывает трудоемкость изготовления регулирующего устройства, его техническую (конструкторскую сложность), эксплуатационную надежность, определяющие прямые затраты на изготовление и обслуживание в процессе эксплуатации и экономию электроэнергии на создание требуемой гидравлической мощности, обусловленную эффективностью регулирующих свойств, то