安全工程通风安全学ch4

第四章通风动力《通风安全学》第四章通风动力河南工程学院安全工程系上一章内容回顾1.主要内容风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿井通风阻力的措施。2.解决的实际问题(1)判断井巷风流状态；(2)摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算；(3)矿井通风阻力计算问题；(4)降低矿井通风阻力的技术措施。本章重点难点重点：自然风压的产生、计算、利用与控制轴流式和离心式主要通风机特性主要通风机的联合运转主要通风机的合理工作范围难点：自然风压的计算、利用与控制主要通风机的联合运转主要通风机的合理工作范围思考题烟囱为什么能够排烟？矿井主要通风机为什么要有反风装置？通风机为啥有个体特性曲线、类型曲线和通用特性曲线？矿井主要通风机工况点是静态的，还是动态的，为什么？轴流式通风机为什么会出现喘振现象？两台风机并联运行时矿井风量一定增大吗？第一节自然风压第二节扇风机的类型和构造第三节主要通风机附属装置第四节通风机实际特性曲线第五节通风机的工况点及其经济运行第六节通风机的联合运转第七节矿井通风设备选型第八节主要通风机性能测试第九节噪声控制概述本章主要内容一、自然风压及其形成和计算1.自然通风由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。冬季：空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。夏季：相反。自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力差012345dzρ1dzρ2z第一节自然风压一、自然风压及其形成和计算2.自然风压的计算根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压HN可用下式计算：一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替上式的ρ1和ρ2，则上式可写为：注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。3）一般选取最低点作为基准面。251203NHgdZgdZ)(21mmNZgH第一节自然风压二、自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素HN=f(ρZ）=f[ρ(T,P,R,φ)，Z]1、矿井某一回路中两侧空气柱温差是影响HN的主要因素。2、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。3、井深。HN与矿井或回路最高与最低点间高差Z成正比。4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向有一定影响。10121234567891112月份HN第一节自然风压三、自然风压的控制和利用1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。第一节自然风压三、自然风压的控制和利用4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。第一节自然风压三、自然风压的控制和利用如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。ABB’CEFA系统的自然风压为：DBB’CED系统的自然风压为：ABCDABCDEFB’RDRCZB‘2200300HNAHND'()NAFACBHZgE'()NDBCBHZg第一节自然风压三、自然风压的控制和利用设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程：AB段风流停滞条件式:当上式变为:则AB段风流反向。22QRHHQRHHCNASDNDNACDNASNDNARRHHHHCDNASNDNARRHHHH第一节自然风压三、自然风压的控制和利用由此可知防止AB风路风流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A点安装风机向巷道压风。第一节自然风压四、自然风压测定1、平均密度测算法密度变化大的地方—井口、井底、倾斜巷道上、下，风温变化较大，变坡布置测点。较短时间测定：P，td，tw，ρi若高差相等：若高差不等：152346789101125-300-230niimn11niiimZZ110.3780.003484(1)273tsatPPP第一节自然风压四、自然风压测定1、平均密度测算法250.11151niiimZZ测点1234567891011标高25-60-150-220-300-300-250-200-130-13025密度1.2151.2291.2431.2751.2991.2871.2461.2311.2011.1991.177213.111116niiimZZPagZHmmN8.117)213.1250.1(3258.9)(11651第一节自然风压四、自然风压测定2、直接测定1)有闸门2)井下密闭墙3、停主要通风机测定测定总回风量Q，HN=RQ2HN152346789101125-300-230HN第一节自然风压四、自然风压测定4、简略计算法新井或延深，估算1)以该区域最冷或最热月份平均气温作为最冷或最热进风温度；2)井底温度比原岩温度低3~4℃，3)回风井按每上升100m降低1℃估算平均值，11mmRTP22mmRTP)11(21mmNTTRPgZH第一节自然风压矿用通风机按其服务范围可分为三种：1、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）；2、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。按构造和工作原理可分为：离心式通风机和轴流式通风机。第二节通风机类型及构造一、离心式通风机的构造和工作原理1、风机构造离心式通风机一般由：进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。吸风口有：单吸和双吸两种。第二节通风机类型及构造一、离心式通风机的构造和工作原理1、风机构造叶片出口构造角：风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角，以β2表示。w2c2u2c2uβ2w2c2u2β2u2c2w2β2第二节通风机类型及构造一、离心式通风机的构造和工作原理1、风机构造离心式风机可分为：前倾式（β290º)、径向式（β2=90º)和后倾式（β290º)三种。因为后倾叶片的通风机当风量变化时风压变化较小，且效率较高，所以矿用离心式通风机多为后倾式。第二节通风机类型及构造一、离心式通风机的构造和工作原理2、工作原理（轴向进入，径向流出）当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。第二节通风机类型及构造一、离心式通风机的构造和工作原理2、工作原理1-动轮；2-蜗壳体；3-扩散器；4-主轴；5-止推轴承；6-径向轴承；7-前导器；8-机架；9-联轴节；10-制动器；11-机座；12-吸风口；13-通风机房；14-电动机；15-风硐第二节通风机类型及构造一、离心式通风机的构造和工作原理3、常用型号煤矿使用的离心式风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。型号参数的含义举例说明如下：G4—73—11№25D表示通风机在最高效率点时全压系数10倍化整代表通风机的用途，K表示矿用通风机，G代表鼓风机表示传动方式表示通风机比转速(ns)化整叶轮直径（25dm)设计序号(1表示第一次设计）进风口数,1为单吸,0为双吸第二节通风机类型及构造二、轴流式风机的构造和工作原理1、风机构造主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部件等部分组成。叶轮有一级和二级两种。第二节通风机类型及构造二、轴流式风机的构造和工作原理2、工作原理（轴向进入，轴向流出）（1）特点：在轴流式风机中，风流流动的特点是，当动轮转动时，气流沿等半径的圆柱面旋绕流出。动轮由固定在轮上的轮毂和等间距安装的叶片2组成。第二节通风机类型及构造二、轴流式风机的构造和工作原理（2）叶片安装角在叶片迎风侧作一外切线称为弦线。弦线与动轮旋转方向（u)的夹角称为叶片安装角，以θ表示。叶片安装角可以根据需要来调整，国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调为15°、25°、30°、35°、40°和45°七种，使用时可以每隔2.5°调一次。第二节通风机类型及构造二、轴流式风机的构造和工作原理（3）工作原理当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u移动。处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。叶片按等间距t安装在动轮上，当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此一压一吸便造成空气流动。第二节通风机类型及构造二、轴流式风机的构造和工作原理3、常用型号目前我国煤矿在用的轴流式风机有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（对旋式）等系列轴流式风机。轴流式风机型号的一般含义是：1K—58—4№25表示表示叶轮级数,1表示通风机叶轮直径（25dm)单级，2表示双级表示设计序号表示用途，K表示矿用，T表示通用表示通风机轮毂比,0.58化整BDK658№24防爆型叶轮直径（24dm)对旋结构电机为8极（740r/min）表示用途，K为矿用轮毂比0.65的100倍化整第二节通风机类型及构造一、风硐风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风。二、扩散器(扩散塔)作用：是降低出口速压以提高风机静压。扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。总的原则是，扩散器的阻力小，出口动压小并无回流。第三节主要通风机附属装置三、防爆门(防爆井盖)在斜井井口安设防爆门，在立井井口安设防爆井盖。作用：当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆炸时，受高压气浪的冲击作用，自动打开，以保护主通风机免受毁坏。在正常情况下它是气密的，以防止风流短路。第三节主要通风机附属装置四、反风装置和功能1、作用：使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。第三节主要通风机附属装置四、反风装置和功能2、反风方法因风机的类型和结构不同而异。反风方法主要有：1）设专用反风道反风；2）利用备用风机作反风道反风；3）轴流式风机反转反风；4）调节动叶安装角反风。第三节主要通风机附属装置1）设专用反风道反风离心式第三节主要通风机附属装置2）利用备用风机作反风道反风第三节主要通风机附属装置四、反风装置和功能要求：1)定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；2)动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向；3)结构要严密，漏风少；4)反风量不应小于正常风量的40%；5)每年至少进行一次反风演习。第三节主要通风机附属装置一、通风机的工作参数主要是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率和转速n等。（一）风机(实际)流量Q风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为m3/h,m3/min或m3/s。第四节通风机实际特性曲线一、通风机的工作参数（二）风机(实际)全压Hf与静压Hs全压Ht：是通风机对空气作功，消耗于每1m3空气的能量（N·m/