【采矿课件】第六章矿井扇风机

第六章矿井扇风机本章重点与难点1、轴流式和离心式主要通风机特性2、主要通风机的联合运转3、主要通风机的合理工作范围第一节扇风机的类型、构造及工作原理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。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。第六章矿井扇风机叶片出口构造角：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。离心式风机可分为：前倾式（β290º)、径向式（β2=90º)和后倾式（β290º)三种。β2不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。w2c2u2c2uβ2w2c2u2β2u2c2w2β22、工作原理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。3、常用型号目前我国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代表通风机的用途，K表示表示传动方式矿用通风机，G代表鼓风机通风机叶轮直径（25dm)表示通风机在最高效率点时设计序号(1表示第一次设计）全压系数10倍化整表示通风机比转速(ns)化整表示进风口数,1为单吸,0为双吸二、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2、工作原理（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。（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。可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角θ必需保持一致。（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。uθ3、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4、对旋风机的特点一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方向也相反，两级叶片安装角一般相差3º；电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管与大气相通，以达到散热目的。第二节通风机附属装置一、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。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。四、反风装置和功能作用：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。反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：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。要求：定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的40%；每年至少进行一次反风演习。第二节扇风机的特性曲线一、扇风机的工作参数表示扇风机性能的主要参数是风压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。（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/m3或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。忽略自然风压时，Ht用以克服通风管网阻力hk和风机出口动能损失hv，即:Ht=hR+hV,Pa静压:克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS（Pa）。HS=hR=RQ2因此Ht=HS+hV(三）扇风机的功率全压功率：通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt。计算式：Nt=HtQ×10-3KW静压功率：用风机静压计算输出功率，称为静压功率NS。计算式：NS=HSQ×10—3KW风机的轴功率，即通风机的输入功率N（kW）。计算式：或式中t、S分别为风机的全压和静压效率。电动机的输入功率（Nm）：设电动机的效率为m,传动效率为tr时,则tttNN1000QHtsssNN1000QHS,1000trmtttrmmQHNN二、通风系统主要参数关系－－风机房水柱计示值含义1、抽出式通风矿井（1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系水柱计示值:即为4断面相对静压h4故h4（负压）=P4-P04沿风流方向，对1、4两断面列伯努力方程:hR14=(P1+hv1+ρm12gZ12)-(P4+hv4+ρm34gZ34)由风流入口边界条件：Pt1＝P01，即P1+hv1=Pt1=P01，又因1与4断面同标高，所以P01＝P04且：ρm12gZ12’—ρm34gZ34=HNz12356h44456故上式可写为:hR14=P04-P4-hv4+HNhR14=|h4|-hv4+HN即|h4|=hR14+hv4-HN即：风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。（2）风机房水柱计示值与风机风压之间关系类似地对4、5断面(扩散器出口）列伯努力方程，忽略两断面之间的位能差。扩散器的阻力hRd＝(P5+hv5)-(P6+hv6)风流出口边界条件：P6＝P06＝P05＝P04故hRd＝(P5+hv5)-(P04+hv6)＝Pt5-P04–hv6即Pt5＝hRd＋P04＋hv6因为风机全压Ht＝Pt5-Pt4=(hRd＋P04＋hv6)-(P4+hv4)Ht=|h4|—hv4+hRd+hv6若忽略hRd不计，则Ht≌|h4|—hv4+hv6风机静压Hs＝|h4|—hv4（3）Ht、HN、hR之间的关系综合上述两式：Ht＝|h4|-hv4+hRd+hv6＝（hR14+hv4-HN）-hv4+hRd+hv6＝hR14+hRd+hv6-HN即Ht＋HN＝hR14+hRd+hv6表明：扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力，以及扩器出口动能损失。2、压入式通风的系统对1、2两断面列伯努力方程得：hR12=(P1+hv1+ρm1gZ1)-(P2+hv2+ρm2gZ2)∵边界条件及1、2同标高：∴P2=P02＝P01故有：P1-P2=P1-P01=h1ρm1gZ1-ρm2gZ2=HN故上式可写为hR12=h1+hV1-hv2+HN即h1=hR12+hv2-hV1-HN又Ht=Pt1-Pt1’=Pt1-P01=P1+hv1-P01=h1+hv1同理可得：Ht+HN=hR12+hv21z22h1ρm1ρm21’1三、通风机的个体特性曲线1、工况点：当风机以某一转速、在风阻Ｒ的管网上工作时、可测算出一组工作参数（风压Ｈ、风量Ｑ、功率Ｎ、和效率η），这就是该风机在管网风阻为Ｒ时的工况点。2、个体特性曲线：不断改变R，得到许多的Q、H、N、η。以Q为横坐标，分别以H、N、η为纵坐标，将同名的点用光滑的曲线相连，即得到个体特性曲线。3、通风机装置：把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。4、通风机装置的全压Ｈtd：扩散器出口与风机入口风流的全压之差，与风机的全压Ｈt之关系为：式中hd━━扩散器阻力。5、通风机装置的静压Ｈsd：dttdhHH)(vddtvdtdsdhhHhHH6、Hs和Hsd的关系∵Hs＝Ht－hvd而∴只有当hd+hVdhV时，才有ＨsdＨs，即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。7、Ht、Htd、Hs和Hsd之间的关系图)(vddtvdtdsdhhHhHHQHHt-QHtd-QHS-QHsd-Q8、离心式通风机个体特性曲线特点：（1）离心式风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度增大逐渐减小，其风压曲线工作段较轴流式风机平缓；（2）当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式风机要大。（3）离心式风机的轴功率Ｎ随Ｑ增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。说明：（1）离心式风机大多是全压特性曲线。（2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。H/daPaQ/m3/sN/kW/%HtHSNtS9、轴流式通风机个体特性曲线特点：（1）轴流式风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。（2）驼峰点Ｄ以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；（3）点Ｄ以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象；（4）轴流式风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率随Ｑ增加而减小。风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动负荷。说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。HtHsts/%Q/m3/sH/daPaN/kWQ/m3/sGFDBRM三、无因次系数与类型特性曲线（一）无因次系数⒈通风机的相似条件比例系数：两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充分条件。2、无因次系数（1）压力系数同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数，可用下式表示：式中：u为圆周速度，为压力系数。（2）流量系数H常数HuH2HQ常数QuDQ24（3）功率系数风机轴功率计算公式中的H和Q分别上式代入得：同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。、、三个参数都不含有因次，因此叫无因次系数。（二）类型特性曲线根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数Q、H、N和η。利用上三式计算出该系列风机的、、和η。然后以为横坐标，以、和η为纵坐标，绘出--和η-曲线，此曲线即为该系列风机的类型特性曲线，见书P67图4-4-6和图4-4-71000HQN常数NHQuDN3241000NNQHHQNQHNHQQQN四、比例定律与通用特性曲线1、比例定律同类型风机它们的压力H、流量Q和功率N与其转速n、尺寸D和空气密度ρ成一定比例关系，这种比例关系叫比例定律。将转速u=