Система охолодження редуктора

1 Система охолодження редуктора важконавантажених гірничошахтних та інших машин, який має корпус із рознімом на дві частини і припускає під час роботи установлення в перегорнутому положенні (залежно від умов експлуатації, наприклад, у правому або лівому вибої), яка містить трубопровід для руху усередині нього холодоносія та з'єднувальну арматуру, яка відрізняється тим, що трубопровід виконаний з двох автономних і, як правило, симетрично розта Винахід стосується до гірничорудної промисловості, а також до інших галузей техніки, де застосовуються системи охолодження, ВІДОМІ теплообмінні пристрої, зокрема системи охолодження типу ЗМІЙОВИКІВ, які встановлюються в різних судинах, місткостях і апаратах, а також у редукторах, картерах двигунів та інших виробах У випадках, коли ці вироби мають експлуатуватися не тільки в звичайному, але також і в перегорнутому положенні, згадані теплообмінні пристрої потребують перемонтажу На це витрачаються зусилля, матеріальні й фінансові ресурси та час Так, наприклад, приводні блоки (електродвигун, гідромуфта, редуктор) вітчизняних та зарубіжних конвеєрів для транспортування вугілля, паль шованих половин, одна з яких розміщена у порожнині верхньої частини корпусу редуктора, а друга у порожнині нижньої частини, причому частина системи, яка з'єднує між собою обидві половини трубопроводу, розташована зовні корпусу редуктора 2 Система за п 1 , яка відрізняється тим, що її частина, розміщена зовні, виконана з прозорого матеріалу 3 Система за п 1 , яка відрізняється тим, що її частина, розміщена зовні, обладнана пристроями для приєднання контрольно-вимірювальних приладів і містить ці прилади 4 Система за п 1 , яка відрізняється тим, що її частина, розміщена зовні, обладнана додатковим теплообмінним пристроєм, який виконаний у вигляді резервуара - гофрованого або з охолоджуючими ребрами, або типу радіатора 5 Система за п 1, яка відрізняється тим, що додатковий теплообмінний пристрій охолоджується від незалежного газового (повітряного) джерела охолодження шляхом примусового нагнітання повітря з використанням, наприклад, вентилятора або від рідинного джерела охолодження, яке становить, наприклад, ємність з шахтною водою, в яку заглиблюється згаданий додатковий пристрій О 00 ного сланцю, калійної руди залежно від установлення конвеєра для роботи в так званому «правому» чи «лівому» вибої, тобто ВІДПОВІДНО зліва або справа від осі конвеєра, вимагають установления у двох різних положеннях ([1] - с 3, мал 1, с, 4 - мал 2, с 5 - мал 4, с, 6 - мал, 1 та ш , [2] с 26 27, мал 1,7, с 28, 29- мал, 1,8 та ш,, [3, 4]), Ці положення симетричні відносно осі конвеєра і є дзеркальним відображенням одне одного Це вимагає установлення і експлуатації одного з двох приводних блоків у перегорнутому положенні відносно Іншого При цьому нижня половина редуктора опиняється верхньою і навпаки, верхня половина редуктора опиняється нижньою У випадку застосування редукторів з традиційною системою охолодження охолоджуючі трубо 1 ю 57118 проводи розміщуються в масляній ванні, тобто в тій половині редуктора, яка при даному його положенні є нижньою Як приклад можуть бути наведені редуктори з водяним охолодженням [5 - 8] всі бони мають саме описану конструкцію (див, нижче) Під час перемонтажу приводного блока (і редуктора) з одного положення в інше виявляється за необхідний також повний перемонтаж системи охолодження, тому що нижньою половиною і, ВІДПОВІДНО, масляною ванною стає та половина корпусу редуктора, котра раніше була верхньою та в якій не було охолоджуючого трубопроводу Перемонтаж системи охолодження є вельми трудомісткою операцією необхідно відокремити редуктор від приводного блока, повністю розібрати редуктор, бо систему охолодження неможна дістати з корпусу, не зробивши демонтаж валів і зубчастих передач (система охолодження розміщується під валами та зубчастими колесами), при цьому, зрозуміло, порушується регулювання зубчастих зачіплень, потім необхідно зняти систему охолодження, перевстановити її та всі складальні одиниці й деталі редуктора в іншу половину корпусу, знову зробити регулювання зубчастих передач, перевірку герметичності стиків системи охолодження з корпусом редуктора, а також перевірку герметичності з'єднання обох половин корпусу та знову приєднати редуктор до приводного блока Не доводиться й казати, що ці операції неможна виконувати за умов шахти, під землею такі роботи вимагають видачі редуктора на поверхню, до шахтних майстерень чи доставки його на завод - виготівник (при відсутності на шахті необхідного технологічного обладнання та контрольновимірювальних засобів, що буває часто) Це обумовлює можливість тривалого простою вибою (лави, ДІЛЬНИЦІ), тобто значну втрачену вигоду Заміна редуктора, що вийшов з ладу, на запасний (достатньо частий практичний випадок, зважаючи на важкі умови експлуатації гірничошахтного устаткування) також виявляється непростою, бо потребує попереднього контролю правильності розташування системи охолодження (в и традиційному вигляді), щоб ця система не виявилась помилково розташованою поза масляною ванною (над нею) У випадку встановлення на приводі конвеєра двох приводних блоків (до складу блока входять електродвигун, гідромуфта і редуктор) водночас з обох боків від осі конвеєра - використовуються однакові редуктори, але при цьому один з редукторів виявляється в перегорнутому положенні відносно ІНШОГО Заздалегідь визначити, в якій половині корпусу повинна бути змонтована система охолодження, неможливо (бо невідомо, як буде встановлений редуктор на конвеєрі - у звичайному положенні чи в перегорнутому, а контроль правильності розташування системи охолодження після складання приводного блока з рамою привода конвеєра є надто утрудненим і трудомісткім, адже обидва редуктори не відрізняються один від одного і виявити по зовнішньому вигляду, без розкривання оглядових вікон чи заливальних отворів для мас ла, чи правильно розташовані трубопроводи системи охолодження, надто важко, при цьому неминучі помилки До теперішнього часу все це не було проблемою, бо не було потреби примусово охолоджувати редуктори потужністю 45 110кВт - їх охолодження вибувалося природним шляхом - теплопередачею крізь стінки, корпусу Із збільшенням потужності понад 110кВт (з огляду на зростання довжини лав і необхідної продуктивності конвеєрів) стало потрібним примусове охолодження, і недоліки традиційних систем охолодження стали помітно гальмувати виготовлення і порушувати нормальну експлуатацію перших дослідних зразків нових потужних, довгих, вожконавантажених конвеєрів ([9] - стовпчик 7 таблиці), Необхідність експлуатації редукторів у перегорнутому положенні, прагнення позбутися трудомісткого перемонтажу системи охолодження, зростання потужності привода і, ВІДПОВІДНО, ще більш високі вимоги до ефективності охолодження примусили проаналізувати переваги й недоліки відомих конструкцій с точки зору задоволення сучасних вимог Розгляд аналогів дозволив зробити висновок про те, що ВІДОМІ конструкції не відповідають умовам експлуатації шахтних скребковіх конвеєрів сучасного технічного рівня і не можуть бути застосовані в цих конвеєрах з потрібним технікоекономічним ефектом Так, редуктори - циліндричний та черв'ячний ([5]- с 281, 282) - являють собою пристрої традиційної конструкції, в яких установлені (в нижній частині корпусу - в масляній ванні) змійовики водяного охолодження Експлуатація таких редукторів у перегорнутому положенні без перемонтажу системи охолодження в іншу частину корпусу неможлива Охолодженню підлягає тільки масло у масляній ванні, повітряно-масляна суміш (туман), яка утворюється при розбризкуванні масла (під час роботи редуктора) над масляною ванною, безпосередньому примусовому охолодженню не підлягає Це знижує ефективність охолодження редуктора в цілому Аналогічну конструкцію і самі ж таїш недоліки мають системи водяного охолодження, які описані в [6] - с 129-131, [7] - с 47, [8]- с 342, мал 10 82, у зв'язку з чим докладний розгляд цих систем не є потрібним У деяких випадках застосовують повітряне охолодження редукторів та інших пристроїв Так, ВІДОМІ системи повітряного охолодження редукторів, засновані на обдуванні корпусу редуктора повітрям від вентилятора на швидкохідному валі ([5] - с 282, [7] - с 47, [8] - с, 343) Проте повітряне охолодження менш ефективне, ніж водяне, бо при обдуванні корпусу зовні охолодження внутрішнього середовища редуктора відбувається не безпосередньо (як при водяному охолодженні, коли охолоджуючі трубопроводи знаходяться усередині редуктора), а крізь стінки корпусу В умовах сучасної шахти, при все зростаючому тепловому навантаженні на редуктори підземних гірничих машин (про що докладніше див, нижче) повітряне охолодження й зовсім виявилося 57118 непридатним У зв'язку с цим виявилися неприйнятними і спроби удосконалити систему повітряного охолодження шляхом виконання швидкохідного вала порожнистим [10], із створенням у порожнині розрідження за допомогою відцентрового вентилятора на цьому валі, який (вентилятор) здійснює додаткове всмоктування повітря крізь порожнину вала і завдяки цьому посилене обдування повітрям корпусу редуктора Неефективність такої конструкції пояснюється (крім принципових недоліків, властивих повітряному охолодженню і розглянутих вище) ще й тим, що за підземних умов корпус редуктора часто буває засипаний вугіллям та гірничою масою, що різко знижує ДІЙОВІСТЬ обдування У ролі аналогів розглянуті й ІНШІ системи охолодження редукторів Так, у черв'ячному редукторі [11] передбачене лише природне охолодження масла й повітря, що знаходяться усередині редуктора, крізь вентиляційні канали в кришці оглядового люка на верхній поверхні редуктора, без застосування яких-небудь примусових охолоджуючих пристроїв Відсутність примусового охолодження робить подібні системи безперспективними для сучасної гірничої техніки У хвильовому редукторі [12] передбачені охолоджуючі елементи у вигляді теплопровідної стрічки, частина якої знаходиться усередині корпусу редуктора, а частина - зовні, однак, ця конструкція не передбачає руху холодоносія усереднені неї, не править для з'єднання між собою внутрішніх частин системи охолодження і відрізняється від звичайного охолодження внутрішньої порожнини редуктора (тобто шляхом теплопередачі крізь стінки корпусу та ІНШІ деталі, що доторкаються як внутрішнього, так і зовнішнього середовища) тільки збільшеною теплопроводністю охолоджуючих елементів У деяких конструкціях збільшення ефективності охолодження досягається введенням в рідке масло у ванні редуктора речовин, які легко випарюються, типу хладону [13] Ці речовини, випаровуючись з ванни редуктора під час його роботи, конденсуються на стінках корпусу (зсередини) і віддають їм частину тепла Головним недоліком такої системи охолодження є необхідність повної та ретельної герметизації внутрішніх порожнин редуктора для уникнення втрат легковипарюваних речовин з масляної ванни Для цього необхідно застосувати складні герметизуючі ущільнення, які дорого коштують Така система охолодження, можливо, є ефективною в приладобудуванні і точному машинобудуванні, але зовсім неприйнятна для важконавантажених гірничих машин Поряд із системами та пристроями власне охолодження редукторів v ролі аналогів розглянуті також конструкції іншого призначення, які сприяють більш ефективному охолодженню побічним чином, наприклад, пристрої для посилення розбризкування масла усередині редуктора Так, пристрій для розбризкування масла [14], виконаний у вигляді п'єзоелементів, які встанов лені під шаром масла, і повязаного з ними генератора збудження частоти, сприяє кращому охолодженню редуктора та зменшенню його габаритів (точніше, площі поверхні), однак, зовсім неприйнятний для підземних машин, у вугільній промисловості, де електроустаткування має виготовлятися та застосовуватисьі у спеціальному - рудничному вибухобезпечному виконанні з- огляду на підвищену вибухопожежну небезпеку шахтного середовища Очевидно, що складність і дорожнеча, та, можливо, й недостатня надійність пристрою [14] у вибухобезпечному виконанні повністю виключають його застосування у гірничих машинах У ролі прототипу пропонованої системи охолодження розглянута конструкція [15], яка застосована в редукторах потужністю 160 та 200кВт шахтних скребкових конвеєрів, що їх виготовляє машинобудівний завод «Рифсіма» (м Катовіце, Польща), Конструкція редуктора передбачає установлення (в обґрунтованих випадках) системи водяного охолодження, виконаної у вигляді окремого агрегату, що є змінним пристроєм, додатковим обладнанням редуктора Ця система не є органічною складовою частиною редуктора, а монтується на корпусі редуктора у разі необхідності замість кришки оглядового люку ([15]-с 9, 34) Конструкція системи охолодження передбачає и перемонтаж при установленні редуктора з іншого боку від осі конвеєра (тобто и перегорнутому положенні) Такий перемонтаж має виконуватись тільки на поверхні, поза вибою ([15] - с 6), а це означає необхідність видачі редуктора на поверхню і ВІДПОВІДНИЙ простій устаткування вибою Система [15] не передбачає і не забезпечує безпосереднього охолодження масла у ванні редуктора передбачається лише охолодження повітряно-масляної суміші (туману) над ванною, охолоджуючись і опускаючись в масляну ванну, ця суміш має знижувати температуру масла у ванні Безпосередній контакт охолоджуючих елементів з масляною ванною у системі [15,] відсутній, і це знижує ефективність охолодження Система [15] є системою зовнішнього охолодження на відміну від систем внутрішнього охолодження, принципово більш ефективних Установлення «холодильника» заводу «Рифама» на корпусі редактора передбачається з використанням ущільнювальної прокладки ([15] - с 34) що при великій ущільнюваній площі знижує надійність герметизації порожнини редуктора Видима простота монтажу системи [15] на корпусі редуктора неминуче провокує експлуатаційників робити монтаж та перемонтаж системи безпосередньо у вибою, що неможливо без розкривання порожнини редуктора і проникнення туди зайвих часток - пилу, бруду тощо Розглянуті особливості, точніше, недоліки системи охолодження заводу «Рифама», мабуть, і пояснюють, чому технічна документація редуктора наказує встановлення системи охолодження не завжди, не постійно, а тільки «в обґрунтованих випадках» ([15] - с 9) В основу винаходу поставлена задача підвищення зручності експлуатації та ремонту гірничих 57118 машин, а також підвищення ефективності системи охолодження редуктора шляхом виконання системи з двох автономних і, як правило, симетрично розташованих половин, одна з котрих розміщена в порожнині верхньої частини корпусу редуктора, а друга - в порожнині нижньої частини, причому частина системи, яка з'єднує між собою обидві и половини, розташована зовні корпусу редуктора, з метою забезпечити виключення перемонтажу системи охолодження при установленні редуктора в будь-якому положенні (звичайному або перегорнутому), при переустановлены редуктора з правого на лівий вибій (чи навпаки), а також у випадку заміни редуктора на запасний, підвищення ефективності системи охолодження, тобто підсилення охолодження порівняно з традиційними системами природного чи примусового охолодження, забезпечення можливості інструментального та (або) органолептичного контролю за процесом охолодження, температурою холодоносія і станом системи охолодження посередині довжини траси трубопроводів, одержання ВІДПОВІДНОГО економічного ефекту, який визначається скороченням матеріальних і грошових витрат, витрат робочої сили, а також витрат часу на роботи, пов'язані з вищевказаними монгажно-демонтажними та контрольними операціями, а також ефекту, який визначається збільшенням ресурсу редукторів та їх складових частин, у тому числі гумових ущільнень внаслідок експлуатації в більш сприятливому температурному режимі Перелік креслень і фігур Суть винаходу пояснюється одним кресленням, на якому є три фігури фіг 1 - редуктор (вигляд спереду) зі змонтованою в ньому системою охолодження, фіг 2 - той же редуктор у розрізі по площині роз'єму корпусу (вигляд зверху вали й зубчасті передачі умовно не показані), фіг 3 - зовнішня частина системи охолодження Пропонована система охолодження реалізована в конструкторській документації робочого проекту приводного блока БПК160 і, ВІДПОВІДНО, у дослідних зразках нових шахтних скребкових конвеєрів, виготовлених заводом «Світло шахтаря» Дослідна експлуатація цих конвеєрів підтвердила працездатність і ефективність пропонованої системи охолодження, її ВІДПОВІДНІСТЬ сучасному технічному рівню та вимогам до перспективних зразків гірничої техніки Варто, зокрема, ВІДМІТИТИ, ЩО встановлення пропонованої системи охолодження в серійний редуктор 2БП110 потужністю 110кВт дозволила тільки внаслідок введення в цю конструкцію більш ефективної, ніж раніше, системи охолодження збільшити потужність, що її передає редуктор, до 160кВт (в дослідних зразках), що дало значний економічний ефект Рішення поставленої задачі досягнуто виконанням системи охолодження з двох частин, як правило, однакової (симетричної) форми, причому ці дві частини є дзеркальним відображенням одна 8 одної і розташовані одна частина в одній половині корпусу редуктора, друга частина - в ІНШІЙ ПОЛОВИНІ корпусу, а з'єднуються вони між собою третьою частиною, розміщеною зовні редуктора Перші дві частини служать безпосередньо для охолодження, а третя служить для об'єднання перших двох в єдину систему, тобто, власне, ця третя частина і робить можливим існування такої симетричної системи, розташованої в двох половинах корпусу редуктора, бо завдяки цій третій частиш система в цілому стає розбірною, що забезпечує можливість та зручність складання й регулювання редуктора Крім того, ця частина забезпечує можливість контролю за температурою холодоносія і станом системи охолодження не на и вході чи виході, а посередині, що при порівнянні з параметрами системи охолодження на її вході й виході дозволяє більш об'єктивно і точно оцінювати стан і ефективність функціонування системи З креслення можна бачити, що в нижній половині 1 корпусу редуктора встановлений трубопровід 2 першої частини системи охолодження, у верхній половині 3 корпусу редуктора встановлений трубопровід 4 другої, частини системи охолодження, Перша та друга частини системи з'єднуються трубопроводом 5, розташованим зовні корпусу редуктора Холодоносій (вода) поступає з шахтного водопроводу (або нагнітається насосом з окремого резервуару) на вхід 6 системи у трубопровід 2, проходить цим трубопроводом і крізь трубопровід 5 поступає у трубопровід 4, а потім на вихід 7 системи охолодження У випадку встановлення редуктора у перегорнутому положенні вхід і вихід системи міняються місцями, ІНШІ операції монтажу - демонтажу не потрібні Пропонована конструкція виключає перемонтаж системи охолодження при переході з правого вибою на лівий та навпаки, що зберігає час, грошові кошти й витрати робочої сили Пропонована система забезпечує більш ефективне охолодження через те, що охолодженню підлягає не тільки рідке середовище у масляній ванні, але й повітряно - масляна суміш (туман) над масляною ванною, що утворюється внаслідок розбризкування масла зубцями шестірень під час роботи редуктора, Охолодженню зсередини підлягає і безпосередньо верхня поверхня корпусу редуктора, бо до неї кріпиться трубопровід 4 Пропонована конструкція забезпечує можливість ефективного інструментального та (або) органолептичного контролю за станом системи охолодження, тому що частина системи розташована зовні редуктора і легко доступна для обслуговуючого персоналу, до неї можна приєднати (без демонтажу всієї системи охолодження) контрольновимірювальні прилади, ця частина може бути виконана прозорою, наприклад, з органічного або силікатного термостійкого скла тощо Новизна пропонованої системи охолодження та ДОЦІЛЬНІСТЬ її промислового застосування визначається розглянутим вище виключенням перемонтажу системи під час монтажу приводних блоків, під час пере установлення редуктора з правого на лівий вибій (чи навпаки) або у випадку заміни 57118 редуктора, що вийшов з ладу, на запасний ДОЦІЛЬНІСТЬ промислового застосування пропонованої системи охолодження визначається також необхідністю протистояти високому і все зростаючому тепловому навантаженню на редуктори гірничих машин Високі значення теплового навантаження на редуктори обумовлені низкою факторів обмеженими габаритами редукторів (і, ВІДПОВІДНО, невеликою поверхнею охолодження) внаслідок вельми стісненого простору у вибоях вугільних шахт та інших підземних виробок Достатньо вказати, що габарити шахтних редукторів у 1,5 1,8 рази менші, ніж габарити стандартних редукторів загального призначення, які передають таку ж саму потужність, зростанням температури шахтного середовища в міру поглиблення підземних робіт На кожні 33м глибини температура гірничих пород збільшується приблизно на 1°С, Таким чином, на глибині 1000 1200м, звичайній для діючих та перспективних шахт України, температура в очисному вибої складає ЗО 35°С, що суттєво погіршує умови охолодження машин, збільшенням, потужності, яку передає редуктор, з 45 55кВт(1980-90рр) до 160 315кВт (після 1998р, і на перспективу) з огляду на збільшення довжини лав і продуктивності конвеєрів - при неприпустимості збільшення габаритів редуктора пропорційно збільшенню передаваної потужності з причин, що викладеш вище, При коефіцієнті корисної дії редуктора, що дорівнює 0,9 (а практично часто нижче), в-тепло перетворюється не менше ніж 10% потужності, яку передає редуктор, що при потужності привода 160,250 або 315кВт складає ВІДПОВІДНО 16, 25 або 31,5кВт Очевидно, що ВІДВІД такої значної КІЛЬКОСТІ тепла з обмеженої поверхні редуктора, до того ж часто засипаного вугіллям і гірничою масою, вимагає вельми ефективного примусового охолоджен 7 З Ц ЛЛ 10 ня Викладене визначає новизну та корисність пропонованої системи охолодження Література 1 Конвейеры шахтные передвижные скребковые типа СПЦ Каталог харківського машзаводу «Світло шахтаря», Харків, друкарня видавництва «Харьков» 2 Леусенко А В , Высоцкий Г В , Эйдерман Б А Скребковые конвейеры, Справочное пособие М, «Недра», 1993 3 Расположение приводов, Проспект фірми «Eickhoif», Бохум, ФРН 4 Armoured Conveyors and Anculanes Проспект фірми « Crawley», Велика Британія 5 Анфимов М И Редукторы, Конструкции и расчет 2-е різд, М «Машиностроение» 1965 6 Давыдов Б А , Скородумов Б А , Бубырь Ю В , Редукторы Конструкции, расчет и испытания М-Киев Машгиз, 1963 7 Михайлов И Е , Ильченко А И Редукторы шахтных машин, М-Киев Машгиз,-1959 8 Проектирование механических передач, Учебное пособие для машиностроит вузов, 4-е изд , переработ, М, «Машиностроение», 1976 9 ГОСТ 28598-90, Конвейеры шахтные скребковые передвижные Основные параметры и размеры, 10 Авт спід СРСР № 166211, кл 47hr Зг 1965, 11 Авт свід СРСР № 185651, кл, 47h, 3, 1966 12 Авт свід СРСР № 168969, кл 47h, 6, 1965, 13 Авт свід СРСР N79 1430650, кл F16R 57/04, 1988, 14 Авт сбід СРСР № 868215, кл F16H/04, 1981 15 Техніко-експлуатаційна документація редуктора 160/200кВт, Комплект Документації шахтних скребкових конвеєрів типу «Rvbmk» Рубницького машзаводу «Ryiama Kopex» Катовиці, Польща 5 ФІГ. г 11 Комп'ютерна верстка С Волобусва 57118 12 Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна