МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА ЛОПАТОК ШАХТНОГО ОСЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА НА ОСНОВЕ ТЕРМОГИДРОПРИВОДА

Кузнецов Сергей Викторович

аспирант, УрГУПС, г. Екатеринбург

E-mail: q555@yandex.ru

TURNING MECHANISM BLADES MINE AXIAL FAN BASED THERMOHYDRIDRIVE

Kuznetsov Sergey

postgraduate, USURT, Yekaterinburg

АННОТАЦИЯ

Для повышения надежности работы в качестве исполнительного механизма поворота лопаток шахтного осевого вентилятора использовать термогидпропривод. Повышение надежности достигается путем упрощения гидросистемы.

В основу работы термогидропривода положено свойство жидкости расширятся при нагревании.

ABSTRACT

To improve the reliability of the actuator as a turning vane axial fan of mine used termohydrodrive. Increased reliability is achieved by simplifying the hydraulic system.

The basis of the property is necessary termohydrodrive liquids expand when heated.

Ключевые слова: вентиляция; осевой вентилятор; термогидропривод; расширение жидкости.

Keywords: ventilation; axial fan; termohydrodrive; the expansion of the liquid.

В результате интенсификации подземных разработок полезных ископаемых на угольных и рудных шахтах, которая предполагает переход на более глубокий уровень залегания полезных ископаемых и усложнения работы, повышается неравномерность поступления в рабочую атмосферу вредных составляющих (метана, угольной пыли, продуктов сгорания взрывчатых веществ и т. п.)

Современные условия развития горной промышленности предъявляют повышенные требования к надежности и эффективности функционирования шахтных вентиляционных систем, в том числе к главным вентиляторным установкам (ГВУ).

Основная часть ГВУ состоит из осевых вентиляторов, которые постоянно совершенствуются.

Следует отметить, что высоких показателей эффективности ГВУ пока достигнуть не удалось. Установки часто эксплуатируются с низким уровнем экономичности, их общий КПД с учетом потерь энергии в каналах, электроприводе и вентиляторе находится в пределах 0,27—0,35, т. е. около 70 % потребляемой на вентиляцию электроэнергии теряется. Необходимо также отметить низкую надежность установок.

Нужно учесть, что безопасность работы шахтеров напрямую зависит от эффективности и надежности работы ГВУ. Основной причиной гибели горняков является неспособность главной вентиляторной установки к быстрому регулированию подачи воздуха в шахту.

Отслеживание всех параметров в шахте и принятие решения о регулировании подачи воздуха — это задача системы управления ГВУ. Неспособность системы управления обеспечить подачу воздуха в шахту в требуемом объеме может быть вызвана ненадежностью исполнительных механизмов системы.

Создание надежных, компактных, малогабаритных, реализующих удобный в эксплуатационном отношении способ преобразования энергии двигателей является актуальной проблемой с точки зрения повышения функциональной и параметрической надежности горных машин.

При регулировании производительности ГВУ с осевыми вентиляторами объектом регулирования является система вентилятор — сеть, регулируемая величина которой представляет собой расход воздуха (производительность ГВУ). Регулирующим воздействием в такой системе принимается угол поворота лопаток рабочего колеса (РК), а роль регулирующего органа выполняют лопатки РК вместе с рабочим колесом вентилятора. Возмущающими воздействиями в объекте являются колебания аэродинамического сопротивления шахты и изменение акустических параметров вследствие изменения геометрических размеров выработки. Поворот лопаток РК в такой системе осуществляется с помощью специального исполнительного механизма (ИМ).

В настоящее время в Уральском государственном университете на кафедре «Мехатроника» нами разработан новый ИМ на основе термогидропривода (ТГП) [2].

В ТГП ротор снабжен емкостями, заполненными рабочей жидкостью, причем в каждой емкости находится электронагреватель. Емкость сообщается каналом с соответствующим цилиндром [1, с. 15].

Устройство ТГП вращательного движения рассмотрим на примере конструкции демонстрационной модели (рисунок 1). ТГП содержит ротор 6, емкости 1 и 8, в которых находится рабочая жидкость, нагреватели 4 и 7, токосъемник 11, через который идет включение в коммутирующую систему. Емкости 1 и 8 соединены каналами с полостями цилиндров 13 и 12 соответственно. Плунжеры 5 и 2 контактируют с поверхностью расточки статора 10. Коммутирующая система представляет собой управляющий контроллер 14, силовой преобразователь 15, датчик угла поворота 16 и термодатчики 17, 18.

Рисунок 1. Устройство ТГП вращательного движения

На рисунке 2 показаны действующие силы при взаимодействии плунжера и статора.

Рисунок 2. Силы действующие на плунжер

Геометрия профилированной поверхности статора такова, что одной из составляющих реакции R со стороны статора на поршень является осевая сила R_а. В результате силового взаимодействия плунжера и статора появляется окружная сила F_о на поршне, создающая вращающий момент Т на роторе, содержащем блок цилиндров. Контакт плунжера со статором (рисунок 3) осуществляется с помощью подшипника качения, поэтому для простоты примем, что трение в паре плунжер — статор отсутствует.

 Блок цилиндров (а вместе с ним и весь ротор гидродвигателя) поворачивается и занимает положение, в котором плунжер 2 выдвинут на максимальную величину.

По сигналу датчика 16 управляющий контроллер отдает команду силовому преобразователю на отключение нагревателя 4 и включение нагревателя 7. Жидкость в емкости 1 начинает охлаждаться, а в емкости 8 — нагреваться, плунжер 2 начинает углубляться, в то время как начинает выдвигаться плунжер 5 до соприкосновения со статором 10. Теперь сила F_o действует на плунжер 5, вращение ротора 6 продолжается. По достижении плунжером 5 определенного положения с датчика 16 поступает сигнал на управляющий контроллер 14 и цикл повторяется.

В начальный момент нагреватели 4 и 7 обесточены, температура в емкостях 1 и 8 равна температуре окружающей среды.

Включение гидродвигателя осуществляется подачей напряжения от силового преобразователя 15 по сигналу управляющего контроллера 14 на нагреватель 4. Жидкость в емкости 1 нагревается, ее объем увеличивается, и часть жидкости поступает через канал в полость цилиндра 13. Плунжер 2 начинает выдвигаться и воздействовать на внутреннею профилированную поверхность статора 10.

Рисунок 3. Расположение плунжеров в статоре

Предложенный ТГП упрощает конструкцию привода путем исключения гидросистемы, а так же самостоятельно обеспечивает регулируемое непрямое преобразование электрической энергии в механическую. ИМ на основе ТГП соответствует всем требованиям, которые предъявляются к исполнительным механизмам горных машин [3, с. 30].

Список литературы:

1.Кузнецов С.В. Теоретические основы работы термогидропривода // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2011. № 7. С. 14—17.

2.Роторно–поршневой гидродвигатель. Пат. 2424445 Рос. Федерация.

3.Таугер В.М. Сравнительная оценка надежности механизмов регулирования шахтных осевых вентиляторов // Известия вузов. Горный журнал. 2011. № 3. С. 30—38.