Анализ крутильных колебаний роторов шахтных осевых вентиляторов с двумя рабочими колесами

Рассмотрены вопросы проектирования роторов вентиляторов главного проветривания, имеющих два рабочих колеса, выполняющих попеременно функции как рабочего колеса, так и направляющего аппарата. Это техническое решение позволяет получить в реверсивном режиме 90–95% от производительности прямого режима. Наличие двух рабочих колес, работающих попеременно, определяет частотные свойства роторной группы, зависящие от режима работы вентилятора – прямого или реверсивного. Исследование таких частотных свойств позволяет выполнить оценку собственных частот колебаний ротора для обеспечения отстройки от частот вынуждающих сил, а также выявить зоны повышенных напряжений при нестационарных режимах работы вентилятора при его пуске. Приведены результаты анализа частотных свойств ротора, полученные решением системы дифференциальных уравнений его вращения. Определены зависимости углов закручивания коренных валов и возникающих при этом касательных напряжений в них от времени при пуске вентилятора. Показано, что напряжения в момент пуска могут на порядок превышать напряжения при установившемся режиме работы, что требует повышенного внимания при проектировании такого рода вентиляторов, так как такое превышение напряжений влияет на ресурс работы вала и надежность функционирования всей вентиляторной установки. Показано, что снижение амплитуд напряжений при пуске достигается использованием частотного регулируемого привода путем увеличения времени пуска.

Красюк А. М., Русский Е. Ю., Колотов С. А., Иргибаев Т. И., Унаспеков Б. А. Анализ крутильных колебаний роторов шахтных осевых вентиляторов с двумя рабочими колесами // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 62–77. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_62.

Работа выполнена в рамках проекта ФНИ (номер гос. Регистрации № 121052500147-6) и проекта (АР19677949) Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан.

Красюк Александр Михайлович¹ — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: krasuk@cn.ru,
Русский Евгений Юрьевич¹ — д-р техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: geomining@mail.ru,
Колотов Сергей Александрович¹ — аспирант, e-mail: sk5055@yandex.ru,
Иргибаев Тулеухан Иргибаевич² — канд. техн. наук, профессор, e-mail: tuleukhan@mail.ru,
Унаспеков Берикбай Акибаевич² — д-р техн. наук, профессор, e-mail: unaspekov@yandex.kz,
¹ Институт горного дела им. Н.А. Чинакала,
² Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, Алматы, Казахстан.

Русский Е.Ю., e-mail: geomining@mail.ru.

1. Косых П. В. К определению аэродинамической характеристики шахтного осевого вентилятора при работе в реверсивном режиме // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2021. — Т. 2. — № 3. — С. 257—265.

2. Попов Н. А. Осевые регулируемые вентиляторы главного проветривания шахт. — Новосибирск: СО РАН, 2021. — 205 с.

3. Симонов А. М., Мавроди А. В., Ивахненко А. В. Проветривание горных выработок при аварийных отключениях систем дегазации // Научный вестник НИИГД «Респиратор». — 2024. — № 1. — С. 56—64.

4. Семин М. А., Исаевич А. Г., Трушкова Н. А., Бублик С. А., Казаков Б. П. К вопросу о расчете распространения вредных примесей в системах горных выработок // ФТПРПИ. — 2022. — № 2. — С. 82—93.

5. Семин М. А., Гришин Е. Л., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 623—632.

6. Брусиловский И. В. Аэродинамика осевых вентиляторов. — М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.

7. Левин Л. Ю., Зайцев А. В., Кормщиков Д. С. Проектирование систем вентиляции горнодобывающих предприятий с применением современных программно-вычислительных комплексов // Вестник государственной экспертизы. — 2019. — № 4. — С. 34—41.

8. Брусиловский И. В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. — М.: Машиностроение, 1986. — 283 с.

9. Холодников Ю. В. Совершенствование конструкций осевых вентиляторов главного проветривания шахт // Композитный мир. — 2022. — № 4. — С. 48—52.

10. Козырев С. А., Осинцева А. В., Амосов П. В. Управление вентиляционными потоками в горных выработках подземных рудников на основе математического моделирования аэродинамических процессов. — Апатиты: КНЦ РАН, 2019. — 114 с.

11. Ордин А. А., Тимошенко А. М., Ботвенко Д. В., Никольский А. М. Обоснование оптимальной длины и производительности очистного забоя при отработке мощного угольного пласта шахты «Талдинская-Западная-1» // Уголь. — 2019. — № 3. — С. 50—54.

12. Красюк А. М., Лугин И. В., Косых П. В. Патент РФ № 2726239, 10.07.2020. Способ реверсирования осевого вентилятора с двумя рабочими колесами. 2020. Бюл. № 19.

13. Красюк А. М., Косых П. В. Разработка шахтных осевых вентиляторов с повышенной производительностью в реверсивном режиме // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2021. — Т. 8. — № 1. — С. 230—237.

14. Krasyuk A. M., Lugin I. V., Kosykh P. V., Russky E. Y. Substantiation of life extension method for two-stage axial flow fans for main ventilation // Journal of Mining Science. 2019, vol. 55, no. 3, pp. 478—493. DOI: 10.1134/S1062739119035818.

15. Haiqing Hao, Shuguang Jiang, Zhengyan Wu, Kai Wang, Xian Xi Experimental study on precise control air quantity on demand by the cooperation of multiple main fans in mine // Journal of Cleaner Production. 2023, vol. 414, article 137431. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.137626.

16. Russky E. Yu. Analysis of dynamic parameters of mine fans // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018, vol. 134, no. 1, pp. 100—104. DOI: 10.1088/1755-1315/134/1/012051

17. Шуриев Т. Х., Подболотов С. В., Кольга А. Д., Столповских И. Н. Совершенствование конструкции осевых вентиляторов главного и местного проветривания // Горный журнал Казахстана. — 2020. — № 5. — С. 32—37.

18. Смирнов А. Ю., Александрова Е. Н., Уснунц-Кригер Т. Н. Построение механических характеристик асинхронных двигателей по паспортным данным // Интеллектуальная электротехника. — 2020. — № 3. — С. 53—63.

19. Yanyan Ding, Jun Wang, Boyan Jiang, Qianhao Xiao, Xiaopei Yang, Lanyong Wu, and Bochao Xie Numerical investigation of the effect of blade distortion laws on the corner flow separation of the axial-flow fan // Aerospace Science and Technology. 2023, vol. 138, article 108296. DOI: 10.1016/j. ast.2023.108296.

20. Каледина Н. О., Малашкина В. А. Индикаторная оценка надежности функционирования шахтных вентиляционно-дегазационных систем // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 553—561.

21. Булатов В. В., Владимиров И. Ю. Аналитические методы в теории волновой динамики неоднородных сред. — М.: Изд-во ОнтоПринт, 2022. — 500 с.

22. Ступишин Л. Ю. Критические уровни внутренней потенциальной энергии деформации твердых деформируемых тел. — Курск: Изд-во «Университетская книга», 2022. — 387 с.

23. Борисова А. Д., Максименко А. А., Перфильева Н. В. Контактная податливость в расчете заклепочных и конусных соединений // Вестник инженерной школы Дальневосточного федерального университета. — 2022. — № 3. — С. 12—18.

24. Тимошенко Д. В., Пассар А. В. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод вентиляторов маслоохладителей // Ученые заметки ТОГУ. — 2021. — № 2. — С. 17—25.

25. Русский Е. Ю., Панова Н. В. К вопросу проектирования роторов шахтных осевых вентиляторов на высоких скоростях вращения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2021. — Т. 8. — № 2. — С. 223—226.

26. Eroshenko V. O., Malkova M. Yu., Zadiranov A. N., Meshcheryakov A. V., Ghorbani S. Optimization of the structure of turbine blades produced by methods of additive technologies // RUDN Journal of Engineering Research. 2022, vol. 23, no. 4, pp. 302—310. DOI: 10.22363/2312-8143-2022-23-4-302-310.