Российские ученые улучшили вентилятор, который повысит безопасность шахтеров
От надёжной и безотказной работы системы проветривания полностью зависит безопасность, а зачастую и жизнь людей, работающих в шахте. При этом на привод вентиляторов, обслуживающих шахту, уходит до 8-10% электроэнергии, расходуемой всей шахтой, поэтому создание высокоэкономичных и эффективных вентиляторов имеет большое значение.
Руководитель команды-разработчиков, инженер лаборатории 4 НИО-101 Московского авиационного института Андрей Лучков оптимизировал рабочее колесо шахтного вентилятора, который по характеристикам на 15-30% эффективнее общемировых образцов.
Речь про вентилятор местного проветривания ВМЭ-6, который используется для шахт, рудников, тоннелей – загазованных, запылённых мест с тяжёлыми условиями работы. В том числе аэродинамические лопатки должны функционировать в условиях частичной погружённости в воду. Работа ведётся в интересах одного из ведущих отечественных заводов вентиляционно-отопительного оборудования. В 2022 году разработчики планируют завершить все испытания и запустить массовое производство оптимизированных аэродинамических лопаток и рабочих колёс.
Изначально у Андрея возникла идея разработать методику, позволяющую автоматизировать процесс улучшения аэродинамических характеристик промышленных вентиляторов. Работой заинтересовался отечественный производитель, после чего на базе методики ученые начали разрабатывать реальный продукт.
«Основная проблема, с которой мы столкнулись в процессе работы – это то, что большинство рабочих колес, которые устанавливаются на шахтные вентиляторы местного проветривания, не соответствуют заявленным производителями характеристикам. Мы одновременно разработали и методику, и новое решение, у которого есть все шансы занять лидирующие позиции на рынке. При разработке наших лопаток мы старались учитывать всевозможные факторы безопасности работы», – отметил Андрей Лучков.
Методика, доступная промышленности
Методика для вентиляционной промышленности уникальна. Разработка базируется на автоматической оптимизации, которая позволяет осуществлять автоматический подбор геометрии под заданные условия эксплуатации. Для её использования требуются знания аэродинамики и знания в области математического анализа.
Предварительная методика была создана в течение двух месяцев, параллельно была изготовлена электронная модель. Дальше начался долгосрочный этап подготовки технологии производства предсерийных образцов и прохождение сертификационных испытаний.
Знания из авиации
На этапе испытаний и подготовки к серийному производству в команде Андрея трудится коллектив студентов и выпускников. У каждого свои функции: первая группа работает над формированием опытного производства и привлечением ресурсов, вторая группа готовит электронные макеты и документацию, третья занимается технологическим процессом и проведением промежуточных испытаний и так далее.
«Мы разработали несколько вариантов лопаток и выбрали тот, который технологически более осуществим. У нас были варианты на 75% лучше существующих, правда на данном этапе их сложно поставить на серийное производство, так как необходимо внедрение специфических технологических процессов», – рассказал молодой ученый.
В работе принимали участие и авиационные специалисты: одно из основных требований эксплуатации шахтных вентиляторов местного проветривания –взрывобезопасность, связанная с влиянием статического электричества. Для его нейтрализации большинство производителей покрывают лопатки специальной краской. Однако использование такой краски несёт определенные издержки.
Специалисты МАИ пошли путём проверенных технических авиационных решений – интегрировали в композиционную конструкцию металлическую сетку с особой укладкой для вентиляционной промышленности. Это даёт возможность существенной экономии. Эффективность налицо: электростатические испытания были пройдены с первого раза.
Выход на серийное производство
«Мы проводим заводские испытания опытных образцов и готовимся к сертификационным аэродинамическим испытаниям, которые проходят в Испытательном центре "Сантехоборудование" ОАО "Научно-исследовательский институт санитарной техники". Как только будет получен сертификат, мы запустим полномасштабное производство. Планируем, что это произойдет уже в марте-апреле этого года», – объяснил Андрей.
После выхода на серийное производство ученые планируют заняться расширением линейки лопаток серии «ВМЭ», «ВО», «ВР» и других, в том числе крупномасштабных вентиляторов главного проветривания с более сложной системой управления.