RU2621921C1

RU2621921C1 - Fan system

Info

Publication number: RU2621921C1
Application number: RU2016130848A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Волков; Владимир Владимирович Волков; Николай Иванович Сысоев; Владимир Геннадьевич Черных
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2017-06-08

Abstract

FIELD: ventilation.

SUBSTANCE: fan system comprises first and second stage rotors that are linked to the driving gear from the independent asynchronous power motors. The first stage rotor shaft is linked to the rotor of the phase-wound rotor asynchronous motor, and the second stage rotor shaft is linked to the rotor of the squirrel-cage asynchronous motor, and the primary winding of the squirrel-cage asynchronous motor is plugged into the secondary winding of the phase-wound rotor asynchronous motor via impedance corrector.

EFFECT: efficiency upgrading when direct and reverse working.

1 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторным установкам с двухступенчатыми осевыми вентиляторами и может найти применение, в частности, на главных и вспомогательных вентиляторных установках шахт, рудников и других объектах вентиляции.The invention relates to a fan installation with two-stage axial fans and can find application, in particular, on the main and auxiliary fan installations of mines, mines and other ventilation objects.

В частности, для проветривания используются двухступенчатые реверсивные вентиляторы со встречным вращением рабочих колес. Принцип работы этого вентилятора заключается в том, что при противоположном вращении рабочих колес воздушный поток, получив энергию в первом рабочем колесе, выходит закрученным в сторону вращения и поступает на второе рабочее колесо, где раскручивается и получает дополнительную энергию. При определенном сочетании углов установки лопаток на рабочих колесах на выходе из второй ступени закручивание потока равно нулю. Необходимость в промежуточном направляющем и спрямляющем аппаратах отпадает. Благодаря этому уменьшаются размеры и масса вентилятора, упрощается регулирование режима и реверсирование потока. Однако исследования работы вентиляторов со встречным вращением рабочих колес показали, что они строились на принципе постоянства окружных скоростей рабочих колес независимо от режима работы. Такие вентиляторы хорошо работали при расчетном режиме, а при отклонении от расчетного режима значительно снижали свой КПД и не могли эффективно работать при реверсировании, (см., например, статью - Водяник Г.М. Динамика вентиляторов встречного вращения типа НПИ // Изв. Вузов. Электромеханика, 1960, №9, с. 95-111). В этом же источнике отмечается, что для повышения средневзвешенного КПД осевого вентилятора встречного вращения при прямой работе, эффективного реверсирования и максимального упрощения его схемы необходимо строить их на принципе равенства статических моментов рабочих колес: путем установки между двигателем и ступенями вентилятора дифференциального редуктора либо путем соединения ступеней вентилятора с ротором и статором двигателя двойного вращения.In particular, for ventilation, two-stage reversible fans with counter-rotation of the impellers are used. The principle of operation of this fan is that when the impellers rotate in the opposite direction, the air flow, receiving energy in the first impeller, goes spun in the direction of rotation and enters the second impeller, where it unwinds and receives additional energy. With a certain combination of angles of installation of the blades on the impellers at the outlet of the second stage, the swirling of the flow is zero. There is no need for an intermediate guide and straightener. This reduces the size and weight of the fan, simplifies the regulation of the regime and reversal of the flow. However, studies of the operation of fans with counter-rotation of the impellers showed that they were based on the principle of constancy of the peripheral speeds of the impellers, regardless of the operating mode. Such fans worked well in the design mode, and when deviating from the design mode, they significantly reduced their efficiency and could not work effectively when reversing, (see, for example, the article - G.M. Vodyanik. Dynamics of counter-rotation fans of the type NPI // Izv. Vuzov Electromechanics, 1960, No. 9, pp. 95-111). The same source notes that in order to increase the weighted average efficiency of the axial counter-rotation fan during direct operation, to efficiently reverse and maximize its circuit simplification, it is necessary to build them on the principle of equality of the static moments of the impellers: by installing a differential gear between the engine and the fan stages or by connecting the stages a fan with a rotor and a stator of a double rotation motor.

Опыт строительства и эксплуатации осевых вентиляторов встречного вращения показал, что создание удачных конструкций вентиляторов такого типа возможно до максимальной мощности в 40 кВт. При более высоких мощностях создание простых работоспособных конструкций вентиляторов встречного вращения с биротативными (двойного вращения) двигателями весьма проблематично.Experience in the construction and operation of counter-rotating axial fans has shown that the creation of successful designs of fans of this type is possible up to a maximum power of 40 kW. At higher powers, the creation of simple workable designs of counter-rotation fans with bi-rotational (double rotation) engines is very problematic.

В случае необходимости использования для привода асинхронных электродвигателей большой мощности на практике применяется раздельный привод ступеней от двух индивидуальных двигателей.If it is necessary to use high power asynchronous electric motors to drive, in practice, a separate stage drive from two individual motors is used.

За прототип выбрана вентиляторная установка, состоящая из рабочего колеса первой ступени, получающего вращение от одного асинхронного электродвигателя, и рабочего колеса второй ступени, получающего вращение от другого асинхронного электродвигателя и вращающего колесо в противоположную сторону (см., например, книгу Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика: Учебник для техникумов. - 6-е изд., перераб и доп. - М.: Недра, 1982, с. 45, Рис. 28).A fan installation consisting of a first-stage impeller that receives rotation from one asynchronous electric motor and a second-stage impeller that receives rotation from another asynchronous electric motor and rotates the wheel in the opposite direction (see, for example, R. Khadzhikov’s book) was selected as the prototype. , Butakov SA Mining mechanics: Textbook for technical schools. - 6th ed., Revised and ext. - M: Nedra, 1982, p. 45, Fig. 28).

Однако такие вентиляторы хорошо работают при расчетном режиме, а при отклонении от расчетного режима значительно снижают свой КПД и не эффективно работают при реверсировании.However, such fans work well in the design mode, and when deviating from the design mode, they significantly reduce their efficiency and do not work effectively when reversing.

Задачей изобретения является снижение затрат энергии на работу вентиляторной установки - повышение КПД при прямой и реверсивной работе.The objective of the invention is to reduce energy costs for the operation of the fan unit - increasing efficiency in direct and reverse operation.

Технический результат достигается за счет того, что вентиляторная установка содержит рабочие колеса первой и второй ступеней, соединенные с приводом от индивидуальных приводных асинхронных электродвигателей, причем вал рабочего колеса первой ступени соединен с ротором асинхронного электродвигателя с фазным ротором, а вал рабочего колеса второй ступени соединен с валом асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, а статорная обмотка асинхронного короткозамкнутого электродвигателя подключена к обмоткам ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором через согласующий трансформатор.The technical result is achieved due to the fact that the fan installation contains the impellers of the first and second stages connected to the drive from individual drive asynchronous electric motors, and the shaft of the impeller of the first stage is connected to the rotor of the asynchronous electric motor with a phase rotor, and the shaft of the impeller of the second stage is connected to the shaft of the asynchronous squirrel-cage motor, and the stator winding of the asynchronous squirrel-cage motor is connected to the windings of the rotor of the asynchronous electric a phase-rotor motor through a matching transformer.

На чертеже представлена общая схема вентиляторной установки.The drawing shows a General diagram of a fan installation.

Вентиляторная установка содержит рабочие колеса первой 1 и второй 2 ступеней, соединенные с приводом от индивидуальных приводных асинхронных электродвигателей, вал рабочего колеса первой ступени 1 соединен с ротором асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3, а вал рабочего колеса второй ступени 2 соединен с валом асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4, статорная обмотка асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4 подключена к обмоткам ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3 через согласующий трансформатор 5.The fan installation contains the impellers of the first 1 and second 2 stages connected to the drive from individual drive asynchronous electric motors, the shaft of the impeller of the first stage 1 is connected to the rotor of the asynchronous electric motor with the phase rotor 3, and the shaft of the impeller of the second stage 2 is connected to the shaft of the asynchronous squirrel-cage electric motor 4, the stator winding of the asynchronous squirrel-cage motor 4 is connected to the windings of the rotor of the asynchronous electric motor with a phase rotor 3 through a matching tr descriptor 5.

Вентиляторная установка работает следующим образом: при подаче напряжения питающей сети на статорные обмотки асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3 в его роторных обмотках наводится напряжение, которое, увеличенное согласующим трансформатором 5 до номинального напряжения асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4, подается на статорные обмотки асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 4. При этом происходит запуск электродвигателей 3 и 4 в соответствии с законами электротехники. После запуска электродвигатели 3 и 4 соответственно приводят во вращение рабочие колеса первой 1 и второй 2 ступеней и развивают вращающие моменты в соответствии с моментами сопротивления на валах колес 1 и 2. При этом воздушный поток закручивается лопатками (не показаны) рабочего колеса первой ступени 1, создавая давление H₁, и подает его на лопатки (не показаны) рабочего колеса второй ступени 2, которые полностью раскручивают воздушный поток и увеличивают при этом общее давление до величины H₂. Частоты вращения валов рабочих колес 1 и 2 зависят от частот вращения валов электродвигателей 3 и 4 и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения Н₂ и H₁ так, что при увеличении H₁ частота вращения вала электродвигателя 3 и вала рабочего колеса первой ступени 1 уменьшается, а частота вращения вала электродвигателя 4 и вала рабочего колеса второй ступени 2 увеличивается. Это происходит потому, что вращающий момент и скольжение электродвигателя 3 увеличится, а частота вращения уменьшится. Одновременно с этим рост скольжения приведет к тому, что частота тока в роторе электродвигателя 3 увеличится и увеличится частота питающего напряжения, подаваемого на статор электродвигателя 4, что приведет к увеличению частоты вращения вала электродвигателя 4 и т.д.A fan installation operates as follows: when a supply voltage is applied to the stator windings of an asynchronous electric motor with a phase rotor 3, a voltage is induced in its rotor windings, which is increased by the matching transformer 5 to the rated voltage of the asynchronous short-circuited electric motor 4 and supplied to the stator windings of the asynchronous short-circuited electric motor 4. In this case, the motors 3 and 4 are started in accordance with the laws of electrical engineering. After starting, the electric motors 3 and 4, respectively, rotate the impellers of the first 1 and second 2 stages and develop torques in accordance with the moments of resistance on the shafts of wheels 1 and 2. In this case, the air flow is twisted by the blades (not shown) of the impeller of the first stage 1, creating pressure H ₁ , and feeds it to the blades (not shown) of the impeller of the second stage 2, which completely unwind the air flow and increase the total pressure to a value of H ₂ . The rotational speeds of the shafts of the impellers 1 and 2 depend on the rotational speeds of the shafts of the electric motors 3 and 4 and are redistributed among themselves depending on the ratio of H ₂ and H ₁ so that when H ₁ increases, the rotational speed of the shaft of the electric motor 3 and the impeller shaft of the first stage 1 decreases and the frequency of rotation of the shaft of the electric motor 4 and the shaft of the impeller of the second stage 2 increases. This is because the torque and slip of the electric motor 3 will increase, and the speed will decrease. Simultaneously, the increase in slip will lead to the fact that the frequency of the current in the rotor of the electric motor 3 will increase and the frequency of the supply voltage supplied to the stator of the electric motor 4 will increase, which will lead to an increase in the frequency of rotation of the shaft of the electric motor 4, etc.

Таким образом, предлагаемое соединение обмоток асинхронных электродвигателей позволяет выравнивать вращающие моменты на валах приводных электродвигателей. Одновременно с этим происходит автоматическое выравнивание циркуляции на лопатках обоих рабочих колес, что увеличивает КПД вентиляторной установки.Thus, the proposed connection of the windings of induction motors allows you to align the torques on the shafts of the drive motors. At the same time, the circulation is automatically aligned on the blades of both impellers, which increases the efficiency of the fan installation.

Claims

A fan installation comprising impellers of the first and second stages connected to the drive from individual drive asynchronous electric motors, characterized in that the shaft of the impeller of the first stage is connected to the rotor of the asynchronous electric motor with a phase rotor, and the shaft of the impeller of the second stage is connected to the shaft of the asynchronous short-circuited motor moreover, the stator winding of the asynchronous squirrel-cage motor is connected to the rotor windings of the asynchronous electric motor with a phase rotor m through a matching transformer.