Mi az a bányaszellőztető ventilátor? Típusok és kiválasztási alapok

Mi az a bányaszellőztető ventilátor?

Bányaszellőztető ventilátor (más néven bányaüzemi szellőztető ventilátor) olyan nagy teljesítményű ipari ventilátor, amely friss levegőt juttat a föld alá, eltávolítja a káros gázokat és a port, valamint elvezeti a hőt és a nedvességet. A modern szénbányákban, fém- és nemfém bányákban, illetve alagútépítéseknél a bányaszellőztető rendszer egyik legfontosabb légmozgató gépegysége és alapvető üzemi berendezése.

Megfelelően kialakított és üzemeltetett bányaszellőztető rendszer nélkül a föld alatt rövid időn belül felhalmozódhat a metán, a szén-monoxid, a szén-dioxid, a NO_x, a robbantási füstgázok és a dízelüzemű gépek kipufogógázai, miközben a por és a hő sem távozik hatékonyan. Ez nemcsak súlyos biztonsági kockázatot jelent (gázrobbanás, fulladás, mérgezés), hanem érdemben rontja a munkakörnyezetet és növeli a foglalkozási megbetegedések kockázatát is.

1. Miért létfontosságú a bányaszellőztető ventilátor a bányabiztonság szempontjából?

A bányaszellőztető rendszer lényegében a szellőztetési mód, a szellőztető hálózat és a légmozgató berendezések egysége: ide tartoznak a frisslevegős és visszatérő vágatok, aknák, légajtók, légablakok, légcsövek és egyéb szellőztető építmények, valamint a főszellőztető ventilátorok és a helyi ventilátorok. Ezek együtt végzik a friss levegő bejuttatásának, az elszívásnak és a légmennyiség elosztásának feladatát.

Ábra: egyszerűsített bányaszellőztető rendszer. A felszíni főszellőztető ventilátor az akna közelében helyezkedik el; a föld alatti rásegítő és helyi ventilátorok a fejtésekhez juttatják a levegőt, a visszatérő légáram pedig a visszatérő vágatokon és aknán keresztül távozik.

A bányaszellőztető ventilátor tipikus feladatai:

• elegendő friss levegő biztosítása a dolgozók légzéséhez és a berendezések hűtéséhez;

• a metán, CO, robbantási füstgázok és dízel kipufogógázok hígítása úgy, hogy koncentrációjuk az előírt (megengedett) határértékek alatt maradjon;

• megfelelő légsebességgel a por, füstgázok és hő elvezetése, a holtterek és pangó légterek kialakulásának megelőzése;

• szabályozható légáramlási feltételek biztosítása az automatikus felügyeleti és riasztórendszerek számára (metán- és CO-felügyelet stb.), így megvalósítható az igény szerinti szellőztetés és az energiatakarékos üzem.

A vonatkozó bányabiztonsági előírások és helyi szabványok alapján a bányavállalatoknak teljes, megbízható szellőztetési rendszert kell kialakítaniuk, ésszerűen elhelyezve a fő- és helyi ventilátorokat, valamint a szellőztető építményeket, és biztosítaniuk kell, hogy a rendszer minden üzemi állapotban folyamatosan és biztonságosan működjön.

2. Bányaszellőztető ventilátortípusok feladat és beépítési hely szerint

A gyakorlatban a bányaszellőztető ventilátorokat inkább feladat és beépítési hely szerint szokás csoportosítani, nem pedig márka vagy típusszám alapján.

2.1 Főszellőztető ventilátor (főventilátor)

Ábra: felszíni főszellőztető ventilátorállomás. A teljes bányaszellőztető rendszer központi gépegysége, amely biztosítja a szükséges térfogatáramot és nyomást.

Főszellőztető ventilátor (főventilátor) általában a felszínen, az aknafej közelében vagy a lejtakna kijárata mellett kap helyet, és az egész bánya szellőztetésének fő légmozgató berendezése. A bánya szellőztetéséhez szükséges össznyomás és térfogatáram döntő részét ez biztosítja; a rendszer üzemmenetére, biztonságára és energiafelhasználására közvetlen hatással van.

A főszellőztető ventilátor jellemzői:

• a felszínen, ventilátorházban vagy vasbeton alapra telepítve; a be- és kilépő oldalon gyakori a szívótölcsér, a diffúzor és a hangtompító;

• gyakori az 1 üzemi + 1 tartalék (vagy 2 üzemi + 1 tartalék) kialakítás a megbízhatóság növelésére;

• nagyfeszültségű, nagy teljesítményű motorral üzemel; egyre elterjedtebb a frekvenciaváltós fordulatszám-szabályozás az igény szerinti szellőztetéshez és energiamegtakarításhoz;

• igény szerint reverzálható (fordítható) kialakítású lehet, például tűz esetén füstelszívásra vagy a légáram irányának megfordítására.

2.2 Rásegítő ventilátor (nyomásfokozó)

Ábra: föld alatti rásegítő ventilátor. Acél légcsővel növeli a helyi nyomást, és a légáramot távoli munkahelyek felé továbbítja; mélyművelésű vagy nagy ellenállású bányarészeknél alkalmazzák.

A rásegítő ventilátor (nyomásfokozó) általában a föld alatti szellőztető hálózatban helyezkedik el, és a főventilátorral soros kapcsolásban működik. Fő feladata, hogy mélyebb vagy nagy ellenállású bányarészeknél kiegészítse a főventilátor képességeit, és a távoli körzetek felé stabilabb légellátást biztosítson.

Mivel a rásegítő ventilátor megváltoztatja a hálózat nyomáseloszlását, nem megfelelő tervezés vagy üzemvitel esetén légmennyiség-zavarokat, szélsőséges esetben akár visszaáramlást is okozhat. Ezért az előírások általában szigorú követelményeket rögzítenek az alkalmazási feltételekre, a szabályozásra és a biztonsági felügyeletre.

2.3 Helyi szellőztető ventilátor (helyi ventilátor)

Ábra: helyi ventilátor rugalmas légcsővel. A friss levegőt közvetlenül a hajtási/fejtési pontra vezeti, hígítja a fúrási port, a robbantási füstgázokat és a dízel kipufogógázokat; ez a frontszellőztetés tipikus megoldása.

Helyi szellőztető ventilátor a munkahelyek közelében telepített kis- vagy közepes teljesítményű bányaszellőztető ventilátor, amely vakvágatok, hajtások, fejtések vagy helyiségek (kamrák) szellőztetésére szolgál. Jellemzően acél vagy rugalmas légcsővel együtt alkalmazzák, hogy a friss levegőt közvetlenül a munkahelyre juttassák.

A helyi ventilátor különösen gyakori az alábbi helyzetekben:

• vágathajtások, fejtések és helyi munkahelyek frontszellőztetése;

• kamrák, szivattyúház, alállomás, kapcsolóhelyiségek frisslevegő-utánpótlása vagy elszívása;

• por- és hőterhelés szempontjából kritikus berendezésterek (törő, átrakópontok stb.) célzott szellőztetése.

3. Axiális és radiális (centrifugális) bányaszellőztető ventilátorok

A légáramlás iránya és a járókerék felépítése alapján a bányaszellőztető ventilátorok két fő csoportba sorolhatók: axiális és radiális (centrifugális) kivitel.

3.1 Axiális bányaszellőztető ventilátor

• a légáram a ventilátor tengelyével párhuzamosan lép be és távozik;

• alacsony–közepes nyomáson, nagy térfogatáramnál jellemzően jó hatásfokkal üzemel;

• kompakt felépítés; gyakori a lapátszög-állítás vagy a fordulatszám-szabályozás a változó üzemállapotokhoz;

• széles körben használják főventilátorként, helyi ventilátorként és alagútszellőztetésre is.

Tipikus alkalmazások:

• közepes ellenállású, hosszabb légutakkal rendelkező rendszerek, ahol nagy légmennyiség és jó hatásfok a cél;

• igény szerinti szellőztetés frekvenciaváltóval vagy lapátszög-állítással, energiatakarékos üzem;

• olyan fő- vagy alagútszellőztető ventilátorok, ahol előny a normál és fordított légáram (reverzálható üzem) lehetősége.

3.2 Radiális (centrifugális) bányaszellőztető ventilátor

• a légáram tengelyirányban lép be a járókerékbe, majd a járókerékben 90°-ot fordulva sugárirányban távozik;

• közepes–magas nyomáson, kisebb térfogatáramnál általában előnyösebb;

• nagy szilárdságú járókerék és robusztus ház; jól tűri a poros légáramot és a nagy ellenállású rendszereket;

• mélyművelésű bányákban, nagy ellenállású hálózatokban vagy nagy össznyomásigény esetén különösen alkalmas.

A megfelelő kivitel kiválasztásakor együtt kell értékelni a szükséges térfogatáramot, a teljes rendszerellenállást, a beépítési lehetőségeket, a zajkorlátokat és az energiahatékonysági célokat, és a ventilátor jelleggörbéit a szellőztető hálózat ellenállásgörbéjével összevetve kell meghatározni az üzemi munkapontot.

4. A bányaszellőztető ventilátor fő műszaki paraméterei

A szellőztetési tervezés és a ventilátorkiválasztás során jellemzően az alábbi paraméterek a legfontosabbak:

• Térfogatáram Q: a ventilátor által névleges üzemben szállított levegőmennyiség; tipikus mértékegység m³/s (gyakran m³/h értékre is átszámítva).

• Össznyomás (teljes nyomás) / statikus nyomás: a szellőztető rendszer ellenállásának leküzdéséhez szükséges nyomáskülönbség; egysége Pa vagy kPa.

• Hatásfok η: a levegőteljesítmény és a tengelyteljesítmény aránya; minél nagyobb, annál alacsonyabb a hosszú távú energiafelhasználás.

Ábra: axiális bányaszellőztető ventilátor jelleggörbéje. A vízszintes tengely a térfogatáram, a függőleges a statikus nyomás; a hatásfok-szintvonalak és a különböző lapátszögek/fordulatszámok görbéi segítenek a hálózati ellenállásgörbével való illesztésben és az üzemi munkapont meghatározásában.

• Ventilátor jelleggörbék: a nyomás és a hatásfok változása a térfogatáram függvényében; a hálózati ellenállásgörbével metszve adja az üzemi munkapontot.

• Teljesítmény és fordulatszám: a motor névleges teljesítményét és a ventilátor fordulatszámát a kívánt légmennyiséghez és nyomáshoz, valamint az indítási módhoz (közvetlen indítás, lágyindító, frekvenciaváltó) kell illeszteni.

• Zaj és rezgés: hangtompítóval, rezgéscsillapított alapozással, rugalmas betétekkel csökkenthető a zaj és a rezgés, védve a berendezést és a dolgozók egészségét.

5. Biztonság, robbanásvédelem és előírások

A bányaszellőztető ventilátor közvetlenül befolyásolja a föld alatti levegő minőségét és a biztonságot, ezért a vonatkozó bányabiztonsági előírások és helyi szabványok szigorúan szabályozzák.

Néhány kulcsterület:

• Robbanás- és tűzvédelem: gázveszélyes bányákban és robbanásveszélyes környezetben a fő- és helyi ventilátoroknál gyakran robbanásbiztos kivitelű motor és villamos berendezések szükségesek, kiegészítve tűz- és visszaégés elleni megoldásokkal.

• Megbízhatóság és redundancia: a főventilátornál jellemző az üzemi és tartalék kialakítás; kritikus egységeknél állapotfelügyelet és előrejelző karbantartás alkalmazható.

• Felügyelet és intelligens szabályozás: egyre gyakoribb a térfogatáram, nyomás, metán, CO és a ventilátorállapot online mérése, frekvenciaváltós szabályozással és optimalizálással kombinálva az igény szerinti, energiatakarékos üzemhez.

• Leállítás és reverzálás kezelése: a főventilátor leállításakor vagy reverzálásakor szigorú üzemviteli eljárásrend szükséges a légáramlás felborulásának és a veszélyes gázok felhalmozódásának megelőzésére.

6. Tipikus alkalmazási területek

A bányaszellőztető ventilátor szinte minden olyan helyen megjelenik, ahol föld alatti szellőztetésre van szükség:

• Szénbányák: a főventilátor az egész bánya szellőztetését biztosítja, a helyi ventilátorok a hajtásokhoz és fejtésekhez kapcsolódnak;

• Fém- és nemfém bányák: nagy teljesítményű axiális főventilátorok látják el levegővel a lejtaknákat és aknarendszereket; a helyi ventilátorok a fejtéseket, szinteket és kamrákat szolgálják ki;

• Alagutak és föld alatti létesítmények: közúti, vasúti, vízépítési alagutak építési szellőztetése, gyakran ventilátor–légcső rendszerrel;

• Por- és hőterhelés kezelése: porleválasztással, permetezéssel és hűtéssel együtt alkalmazzák a por koncentrációjának csökkentésére és a hőterhelés mérséklésére.

7. Hogyan választja ki a mérnök a megfelelő bányaszellőztető ventilátort?

Mérnöki gyakorlatban a szakszerű kiválasztási folyamat általában az alábbi lépésekből áll:

1. Szellőztetési igény meghatározása: a körzet mérete, a létszám, a géppark és az előírások alapján számítják a teljes bánya és az egyes körzetek szükséges légmennyiségét.

2. Szellőztető hálózati modell felépítése: a vágatok hossza, keresztmetszete, biztosítása és a szellőztető építmények ellenállása alapján meghatározzák az ágellenállásokat és a rendszer ellenállásgörbéjét.

3. Ventilátortípus és telepítési koncepció választása: axiális vagy radiális főventilátor, szükséges-e rásegítő ventilátor, a helyi ventilátorok elhelyezése, valamint a redundancia (tartalék) kialakítása.

4. Üzemi munkapont ellenőrzése: a ventilátor jelleggörbéit a hálózati ellenállásgörbével együtt vizsgálják; a munkapontot lehetőleg a nagy hatásfokú tartományba kell helyezni, megfelelő nyomás- és légmennyiség-tartalékkal.

5. Előírások és biztonság teljesítése: robbanásvédelmi követelmények, zajhatár, felügyeleti rendszer, valamint leállítás és reverzálás üzemviteli feltételeinek ellenőrzése.

6. Energiahatékonyság és automatizálás: nagy hatásfokú motorok, frekvenciaváltós szabályozás és intelligens szellőztetési megoldások előnyben részesítése a teljes életciklus-költségek csökkentésére.

8. Összegzés

Lényegét tekintve a bányaszellőztető ventilátor nem „csak egy nagy ventilátor”, hanem a teljes bányaszellőztető rendszer egyik központi légmozgató gépegysége: éltető levegőt juttat a föld alá, hígítja a káros gázokat és a port, szabályozza a hő- és nedvességviszonyokat, és nélkülözhetetlen a biztonságos termeléshez és a hatékony üzemvitelhez.

Legyen szó felszíni főszellőztető ventilátorról, föld alatti rásegítő ventilátorról vagy a munkahelyeket kiszolgáló helyi ventilátorról: ha a rendszert szabványosan megtervezik, a ventilátort szakszerűen kiválasztják, és a karbantartást következetesen elvégzik, akkor a berendezések a bánya teljes élettartama alatt stabilan üzemelnek, és megbízható alapot adnak a biztonságos, korszerű és energiahatékony bányászathoz.