煤矿行业--矿井通风与安全（PPT 106页）(1)

矿井通风与安全中国矿业大学第六章通风网络风量分配与调节6.1风网的基本术语6.2风网的形式与绘制6.3风量分配基本规律6.4风网参数计算6.5局部风量调节方法6.6总风量调节6.7多台通风机联合运转的相互调节6.1风网的基本术语1.节点三条或三条以上风道的交点；断面或支护方式不同的两条风道，其分界点有时也可称为节点。2.分支两节点间的连线，也叫风道。在风网图上，用单线表示分支。其方向即为风流的方向，箭头由始节点指向末节点。3．路由若干方向相同的分支首尾相接而成的线路，即某一分支的末节点是下一分支的始节点。4．回路和网孔由若干方向并不都相同的分支所构成的闭合线路，其中有分支者叫回路，无分支者叫网孔。5．假分支风阻为零的虚拟分支。一般是指通风机出口到进风井口虚拟的一段分支。6．生成树风网中全部节点而不构成回路或网孔的一部分分支构成的图形。每一种风网都可选出若干生成树。7.弦在任一风网的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立回路或网孔，这种分支叫做弦(余树弦)。6.2风网的形式与绘制通风网络联结形式很复杂，基本联结形式分为：串联通风网络并联通风网络角联通风网络复杂联结通风网络6.2.1串联通风网络由两条或两条以上的分支彼此首尾相联，中间没有分叉的线路叫做串联风路。二条或二条以上的分支自风流能量相同的节点分开到能量相同的节点汇合，形成一个或几个网孔的总回路叫做并联风网。如右图所示。6.2.2并联通风网络在简单并联风网的始节点和末节点之间有一条或几条风路贯通的风网叫做角联风网。贯通的分支习惯叫做对角分支。单角联风网只有一条对角分支，多角联风网则有两条或两条以上的对角分支。6.2.3角联通风网络由串联、并联、角联和更复杂的联结方式所组成的通风网路，统称为复杂通风网路。6.2.4复杂联结通风网络复杂风网6.3风量分配基本规律风流在通风网络内流动时，除服从能量守恒方程（伯努利方程）外，还遵守以下规律：风量平衡定律风压平衡定律阻力定律6.3.1风量平衡定律单位时间内流入一个节点的空气质量＝单位时间内流出该节点的空气质量。由于矿井空气不压缩，故可用空气的体积流量(即风量)来代替空气的质量流量。在通风网络中，流进节点或闭合回路的风量＝流出节点或闭合回路的风量，即任一节点或闭合回路的风量代数和为零。对于流进节点的情况：14243445460QQQQQ对于流进闭合回路的情况：12345678QQQQ把上面的式子写成一般的数学式：上式表明；流入节点、回路或网孔的风量与流出节点、回路或网孔的风量的代数和等于零。一般取流入的风量为正，流出的风量为负。10niiQ在任一闭合回路中，无扇风机工作时，各巷道风压降的代数和为零。即顺时针的风压降等于反时针的风压降。有扇风机工作时，各巷道风压降的代数和等于扇风机风压与自然风压之和。6.3.2风压平衡定律24455727hhhh244557270hhhh10niih该式表明：回路或网孔中，不同方向的风流风压或阻力的代数和等于零。一般取顺时针方向的风压为正，逆时针方向的风压为负。由右图得：一般形式为：如图所示矿井，平峒口l和进风井口2的标高差Zm；风道2-3和1-3构成敞开并联风网。在2-3风道上的辅助通风机，风压hf作用方向和顺时针方向一致；l和2两点的地表大气压力分别为P0和P0’，1和2两点高差间的地表空气密度平均值为ρ，进风井内的空气密度平均值为ρ’，则：'00PPZg据风流能量方程，得平峒1-3段的风压为：式中，P3、hv3——分别是3点的绝对静压和速压。风路2-3段的风压是风道2-2’和3’-3段的风压之和，即：'13033033()()vvhPPhPZgPh'''''''2303322332233[()][()()]vvvhhhPPhZgPhPh式中：P2’和P3’——分别是辅助通风机进风口2’和出风口3’的绝对静压；hv2’和hv3’——分别是辅助通风机进风口和出风口的速压。因：则：即：3'3'2'2'()fvvhPhPh'23033033()''()(')fvvfhPhPhZgPZgPhhZg2-31-3-('-)fhhhZrrg因敞开并联风网内的自然风压是：因：或一般形式为：(')nhZ2313fnhhhh23130fnhhhh10nifnihhh上式即风压平衡定律，其意义为对于任一个网孔或者回路而言，其风压的代数和与作用在其上的机械风压和自然风压之差值为零。上式的适用条件是：取顺时针风流方向风压为正；网孔或回路中的机械风压和自然风压的作用方向都是顺时针方向。6.3.3阻力定律风流在通风网络中流动，绝大多数属于完全紊流状态，遵守阻力定律，即：hi=RiQi2式中：hi——巷道的风压降；Ri——巷道的风阻；Qi——通风巷道的风量。6.4风网参数计算串联通风网路并联通风网路简单角联通风网路复杂风网6.4.1串联网路1、风量关系式：Q0=Q1=Q2=Q3=·······=Qn上式表明：串联风路的总风量等于各条分支的风量。2、风压关系式：h0=h1+h2+h3+·······+hn上式表明：串联风路的总风压等于其中各条分支的风压之和。3、风阻关系式：R0=R1+R2+R3+·······+Rn上式表明：串联风路的总风阻等于其中各条分支的风阻之和。6.4.2并联网路1、风量关系式：Q0=Q1+Q2+Q3+·······+Qn上式表明：并联风路的总风量等于各分支的风量之和。2、风压关系式：h0=h1=h2=h3=·······=hn上式表明：并联风路的总风压等于各分支的风压。3、风阻关系式因为：代入并联风路的风量关系式，根据风压关系得式中，m——为1到n条风路中的某一条风路。上式表明，并联风路的总风阻和各条分支的风阻成复杂的繁分数关系。对于简单并联风网(n＝2)，有：iiihQR221111()()mnnmiiiiRRRRR12221221(1)(1)RRRRRRR4、自然分配风量的计算因h＝hm，即RQ2=RmQm2在简单并联风网中，第一和第二条分支的自然分配风量的计算式分别为：1121QQRR2211QQRR1mnmiiQQRR6.4.3简单角联网路如图所示：在单角联风网中，对角分支5的风流方向，随着其它四条分支的风阻值R1、R2、R3、R4的变化，而有以下三种变化：当风量Q5向上流时，由风压平衡定律hlh2，h3h4；由风量平衡定律Q1Q3，Q2Q4。则：R1Q12R2Q22→R1Q12R2Q42R3Q32R4Q42→R3Q12R4Q42将上面两式相除，得：或这就是Q5向上流的判别式。1234RRRR14231RRKRR同理，Q5向下流的判别式为：Q5等于零的判别式为：判别式中不包括对角风路本身的风阻R5，说明R5的变化不影响该风路的风流方向，这是因为该风路的风流方向只取决于该风路起末两点风流的能量之差，而这项能量差与R5无关。14231RRKRR14231RRKRR判别式的作用：1)预先判别不稳定风流的方向。例如在分支5尚未掘通之前，把四条非对角分支的风阻值代入判别式，如算得判据K1，便可判定Q5向上流，如得K1，则Q5必须向下流，如得K=1，Q5必等于零。2)制定风流不稳定的预防措施。例如，若1、5、4都是工作面，为保持Q5稳定地向上流，不允许Q5向下流或Q5＝0，须始终满足K1，而且K值越大，Q5向上流就越稳定。故可根据实际情况，采取加大R1或R4，减少R2或R3的技术措施，并不断进行调整，使K始终保持最大的合理值，以保证Q5的方向和数量始终稳定。6.4.4复杂风网新风在被送到各用风地点之前，以及各用风地点用过的回风，都要经过许多风路，这些风路有时形成复杂风网。在风速不超限的条件下，这些复杂风网中各条分支通过的风量任其自然分配，需通过计算确定。计算复杂风网中自然分配风量的目的，主要是为了掌握复杂风网的通风总阻力和总风阻，其次是为了验算各风道的风速是否符合《规程》的规定。6.5局部风量调节方法增阻调节法降阻调节法增压调节法6.5.1增阻调节法增阻调节法：以并联网路中阻力大的风路的阻力值为基础，在各阻力较小的风路中增加局部阻力（安装调节风门、窗），使各条风路的阻力达到平衡，以保证各风路的风量按需供给。1．增阻调节的计算有一并联风网，其中R1＝0.8N·s2/m8，R2＝1.2N·s2/m8。若总风量Q＝30m3/s，则该并联风网中自然分配的风量分别为：则Q2＝Q－Q1=30－16.5=13.5m3/s31123016.5,/0.8111.2QQmsRR如按生产要求，1分支的风量应为Q’1＝5m3/s，2分支的风量应为Q’2＝25m3/s，显然自然分配的风量不符合要求，按上述风量要求，两分支的阻力分别为：为保证按需供风，必须使两分支的风压平衡。为此，需在1分支的回风段设置一调节风门，使它产生一局部阻力hev=h2－h1＝＝730Pa。2211122222'0.8520'1.225750hRQPahRQPa调节风门的形式如右图所示，在风门或风墙的上部开一个面积可调的矩形窗口，通过改变调节风门的开口面积来改变调节风门对风流所产生的阻力hw，使hw＝hev＝730Pa。用下式计算调节风门的面积：或式中，Rw—调节风门的风阻，Rw＝hw/Q2，N·s2/m8。上式的由来是：hw主要是由于风流通过调节风门时，风流收缩到最小断面S2以后，又突然扩大到巷道断面S所造成的冲击损失。0.759wwQSSQSh28,/10.759wwSSNsmSR根据水力学理论，这项损失可用下式表示：式中v2—风流通过调节风门后在最小收缩断面处的平均风速m/s；v—巷道内的平均风速，m/s；ρ—空气的密度，kg/m3。根据实验，风流通过调节风门时的速度变化具有以下比例关系：式中v1－风流在调节风门处的平均风速，m/s。22(),2wvvhPa211.6~1.81.7vvvv设通过调节风门和巷道的风量为Q，巷道断面积为S，则上式变为：取ρ＝1.2kg/m3，得：211.7()1.7()wQQvvvvSS2[1.7()]1.22wwQQSSh化简上式得：在上例中，若1分支设置调节风门处的巷道断面S1＝4m2，则算出调节风门的面积为：即在1分支设置一个面积为0.23m2的调节风门就能保证1和2分支都得到所需要的风量5和25m3/s。28,/0.759wwQSSNsmQSh2540.2350.7594730wSm2．增阻调节的分析1)增阻调节使风网总风阻增加，在一定条件下可能达不到风量调节的预期效果。如右图所示，已知主要通风机风压曲线I和两分支的风阻曲线R1、R2，并联风网的总风阻曲线R。R与I交点a即为主要通风机的工作点，自a作垂线和横坐标相交，得出矿井总风量Q。从a作水平线和R1、R2交于b、c两点，由这两点作垂线分别得两风路的风量Q1和Q2。如在1风路中安设一风阻为Rw的调节风门，则该风路的总风阻为R1’＝R1＋Rw。在图上绘出R1’曲线，并绘出R1’和R2并联的风阻曲线R’。由R’与I的交点a’得出调节后的矿井总风量Q’。由a’作水平线交R1’和R2于b’和c’，自这两点得出风量分别为Q1’和Q2’。当风机性能不变时，由于矿井总风阻增加，使总风量减少，其减少值为△Q＝Q－Q'，安装调节风门的分支中风量也减少，其减少值为△Q1＝Q1－Q1'；另一分支风量增加，其增加值为△Q2＝Q2'－Q2。显然减少的多，增加的少，其差值就等于总风量的减少值，即△Q=△Q1－△Q2。2)总风量的减少值与主要通风机性能曲线的陡缓有关。如右图所示，I为轴流式通风机的风压曲线，Ⅱ为离心式通风机的风压曲