第四章矿井通风动力

VentilationandSafetyofMines国家级精品课程矿井通风与安全VentilationandSafetyofMines1第四章矿井通风动力2013.4VentilationandSafetyofMines2温故而知新VentilationandSafetyofMines3本章主要内容VentilationandSafetyofMines44.1自然风压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。012345dzρ1dzρ2z151203dddHngzgzgz21()NmmHZgVentilationandSafetyofMines54.1自然风压10121234567891112月份HN深井浅井012345dzρ1dzρ2zVentilationandSafetyofMines64.1自然风压VentilationandSafetyofMines74.1自然风压ABB’CEFA系统的自然风压为：DBB’CED系统的自然风压为：夏季自然风压与主要通风机作用方向相反，当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台抽风机（向外），到一定程度，就会造成反风。FACB'()NHZg'()NDBECBHZgBDB’CAABCDEFB’RDRCZVentilationandSafetyofMines84.1自然风压建密闭墙测自然风压利用关闭闸门测自然风压0312ZHnHn闸门VentilationandSafetyofMines94.1自然风压012345ρ12ρ45znmiiHgzPaρ01ρ343、改变通风机运行工况测算法4、热力学测算法VentilationandSafetyofMines104.2矿用通风机的类型及构造QL1L2局部通风机辅助通风机主要通风机VentilationandSafetyofMines114.2矿用通风机的类型及构造1—进风口（集风器）；2—动轮（叶轮）；3—螺形机壳321VentilationandSafetyofMines124.2矿用通风机的类型及构造w2c2u2c2uβ2w2c2u2β2u2c2w2β2VentilationandSafetyofMines134.2矿用通风机的类型及构造①②①叶片宽度b轴面流线扩散段相对流线叶片隔舌绝对流线EMM'E'S2S1IVentilationandSafetyofMines144.2矿用通风机的类型及构造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。离心式通风机的传动方式有六种：A-无轴承电机直联传动；B-悬臂支承皮带轮在中间；C-悬臂支承皮带轮在轴承外侧；D-悬臂支承联轴器传动；E-双支承皮带轮在外侧；F-双支承联轴器传动VentilationandSafetyofMines154.2矿用通风机的类型及构造1）普通轴流式风机—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。VentilationandSafetyofMines164.2矿用通风机的类型及构造uθVentilationandSafetyofMines174.2矿用通风机的类型及构造1—进风口（集风器）；2—第一级通风机；3—第二级通风机；4—机壳对旋风机机构示意图2）对旋轴流式风机—对旋式通风机由集流器、第一级动轮、第二级动轮、机壳等组成。一级动轮和二级动轮直接对接，旋转方向相反，机冀形叶片的扭曲方向也相反，电机为防爆型。3421θθVentilationandSafetyofMines184.2矿用通风机的类型及构造VentilationandSafetyofMines194.2矿用通风机的类型及构造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VentilationandSafetyofMines204.2矿用通风机的类型及构造VentilationandSafetyofMines214.2矿用通风机的类型及构造VentilationandSafetyofMines224.2矿用通风机的类型及构造VentilationandSafetyofMines234.3通风机附属装置风硐是连接风机和井筒的一段巷道，用于引导矿井风流：对于压入式矿井通风，风峒是将主要通风机排出的风流引入进风井筒；对于抽出式通风矿井，风峒是将回风井筒中的风流导入主要通风机。其特点是通过风量大、内外压差较大，因此应尽量降低其风阻，并减少漏风。风峒的服务年限长，一般多用混凝土、砖石等材料建筑。通风机的附属装置主要包括风硐、防爆门、扩散器、反风装置和消声器等。VentilationandSafetyofMines244.3通风机附属装置作用：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。VentilationandSafetyofMines254.3通风机附属装置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。VentilationandSafetyofMines264.3通风机附属装置矿井反风：矿井反风是指当井下发生火灾时，利用预设的反风设施改变火灾烟流方向、限制灾区范围，安全撤退受烟流威胁人员的一种安全技术措施。作用：当矿井在进风井口附近、井筒、井底车场及其附近的进风巷道或峒室发生火灾、瓦斯或煤尘爆炸时，为了限制灾区范围扩大，防止烟流流入人员集中的生产场所，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向，即进行矿井反风。VentilationandSafetyofMines274.3通风机附属装置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：要求：VentilationandSafetyofMines284.3通风机附属装置扩散器离心式风机反风窗风井反风道反风控制风门反风进风门设专用反风道反风VentilationandSafetyofMines294.4通风机实际特性曲线VentilationandSafetyofMines304.4通风机实际特性曲线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。表示通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。VentilationandSafetyofMines314.4通风机实际特性曲线全压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。Ht=Pto-Pti忽略自然风压时，Ht用以克服通风管网阻力hR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+hVVentilationandSafetyofMines324.4通风机实际特性曲线Ne入=Ne出/ηe=HfQ×10-3/ηfsηchηe风机输出功率：Nft出=HftQ×10-3Nfs出=HfsQ×10-3风机输入功率：Nft入=Nft出/ηftNfs入=Nfs出/ηfs电动机输出功率：Ne出=Nf入/ηch电动机输入功率：VentilationandSafetyofMines334.4通风机实际特性曲线z123h4456（1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力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=HN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。VentilationandSafetyofMinesz123h4456344.4通风机实际特性曲线（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|-hv4VentilationandSafetyofMines354.4通风机实际特性曲线（3）Ht、HN、Hs、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|h4|=hR14+hv4–HNHs+HN＝hR14VentilationandSafetyofMines364.4通风机实际特性曲线例题：已知风硐内2点断面积为8.6m2，风流相对静压的绝对值为2200Pa，风流的速度为12m/s，风流的密度为1.18kg/m3。此外，已知，Z0=150m，Z1=300m，矿井外的大气密度为1.24kg/m3，进风井风流的平均密度为1.26kg/m3，回风流的平均密度为1.20kg/m3。求：1、矿井的自然风压及矿井通风阻力。2、矿井的总风阻和等积孔。3、若扩散器的出口动压为50Pa，求通风机的全压和静压(不计扩散器的阻力)。4、矿井通风所消耗的功率。VentilationandSafetyofMines370011201()(1.241501.263001.18450)9.8235.2NhgzgzgzzPa22222111.181284.9622vhvPa22220084.96235.22350.24vNhhhhPar矿211.192.53AmR矿矿解：4.4通风机实际特性曲线VentilationandSafetyofMines3822220084.962115.04fsvHhhPa322115.04502165.04ftttfsvHPPHhPa2350103.2242.5rNhQKW(3)(4)4.4通风机实际特性曲线VentilationandSafetyofMines394.4通风机实际特性曲线对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