第六章通风系统案例

第六章矿井通风系统一、概述1、矿山通风设备的作用：向井下输送新鲜空气，稀释和排除有毒、有害气体，调节井下所需风量、温度和湿度，改善劳动条件，保证安全生产。风机的作用：依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体，它是一种从动的流体机械。2、矿井通风方法：自然通风、机械通风自然通风：利用井下井上空气温度不同及井口压差形成的。特点：1）压差小，不稳定；2）受季节、气候、环境影响大煤矿安全规定：矿井必须采用机械通风机械通风：利用风机产生风压形成的。矿井通风方式：抽出式、压入式抽出式通风：将通风机安设在出风井井口附近，并利用风硐与出风井连接。在风机开动后，风硐中的空气被抽出产生负压，空气从进风井流入井下，经出风井排出，又称负压通风。压入式通风：将通风机安设在进风井井口附近，并利用风硐与进风井连接，通风机运转后，地面空气被压入井下，经出风井排出，又称正压通风。两种通风方式的比较：抽出式比较安全一般采用抽出式通风方式1、风机的分类：1）按气流的流动方向分：离心式、轴流式、混流式2）按作用和安装形式分：主通风机、局部通风机3）按容积的变化方式分：往复式、回转式4）按风机的出口压力分：通风机：出口压强（表压）不大于15kPa，压缩比为1～1.15；低压风机：全压小于1000Pa中压风机：全压1000~3000Pa高压风机：全压3000~15000Pa5）按进风口数目分：单侧吸入、双侧吸入6）按叶片结构形式分：机翼型叶片、直接型叶片、弧形叶片第二节矿井通风机的工作原理2、通风机的工作原理（一）离心式通风机的工作原理1）组成：叶轮、机轴、进风口、前导器、螺线形机壳、锥形扩散器等。2）工作原理离心通风机工作时，动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。（二）轴流式通风机的工作原理1）组成：叶轮、机轴、集流器、流线体、圆筒形外壳、整流器、环形扩散器等。2）工作原理轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。（三）离心式通风机与轴流式通风机的区别离心式通风机中的空气沿轮的轴向进径向出，轴流式通风机中的空气沿轮的轴向进轴向出。（四）离心式通风和轴流式通风的比较1）结构方面①轴流式风机比旧式离心风机结构尺寸小，重量轻；与新型离心式风机相比则差不多；②轴流式风机结构复杂，维修较困难；③轴流式风机噪声大，需安装消声措施；2）效率方面离心式风机最高效率比轴流式高，但平均效率低于轴流式；3）通风机调节方面轴流式风机调节方法多，经济性好；离心式较差。4）特性方面轴流式通风机特性曲线陡斜，适用于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井；离心式则相反；5）启动方式轴流式风机启动时可关闭闸门也可不关，启动负荷变化不大；离心式风机必须关闭闸门启动，以减小启动负荷。三、通风机的主要性能参数（指标准状态下的性能）1、风量（流量）（Q）——单位时间通风机输送的空气的体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h2、风压（P）通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为Pa（N/㎡）（1）静压（Pst）——指单位体积的气体流过通风机后所获得的压力能（即压力势能）。也指通风机的有效压力，占全压的80%~90%。Pst=Pst2–Pst1（2）动压（Pd）——指单位体积的气体流过通风机后所获得的动能。Pd=Pd2–Pd1（3）全压（H）——指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。P=PSt+Pd3、转速（n）指风机叶轮每分钟的转数。单位为r/min。4、比转速（ns）是反映通风机Q、P和n等之间关系的综合特性参数。相似通风机的比转数相同。第四节通风机在网络中的工作通风机是与一定的网络相连接而进行工作的，因此通风机本身与相应的网络构成一个完整的系统。通风机的工作状况不仅取决于通风机本身，同时也取决于网络的状况。一、通风机在网路中的工作分析22112222222222222222ststpvPpvPPvPPPRQPbQbRFPPQF因气体密度很小，当风机吸入口与风管出口高程差不是很大时，气柱重量形成的压强可忽略，其静扬程可认为等于零。所以，风机管路特性曲线的函数关系式为：2pSQS1S2S3网络等积孔的定义：例题：一台通风机其进口静压为-367.9Pa，进口动压63.77Pa，出口静压186.4Pa，出口动压122.6Pa，求风机的全压和静压各为多少？当通风机网络阻力为600Pa时，该风机能否满足要求。第五节主要通风机的附属装置一、风硐1、位置：通风机与风井间的一段巷道2、特点：风量大，风压大3、要求：断面大，长度短，弯曲段光滑，直线段有坡度，壁面光滑，风门防漏风，随时测压。4、保护栅栏安装位置：①风硐与立井、风硐与斜井（倾角大于30º）连接口1~2m处②距主要通风机吸风口1~2m处二、扩散器1、位置：通风机出口处2、形状：断面逐渐扩大3、作用：降低动压，提高静压4、结构要求：见教材三、防爆设施1、设施：斜井防爆门、立井防爆井盖2、位置：出风井口3、作用：在井下发生爆炸时被高压气浪冲击打开，以保护通风机。4、要求：见教材四、矿用通风机的反风（一）反风的意义根据实际需要人为地临时改变通风系统中的风流方向，叫做反风。用于反风的各种机电设备叫做反风设备。例如矿井发生火灾时，为防止火灾蔓延到重要地区，必须立即采取改变风流方向的反风措施。反风装置是引导正常风流反向流动的装置，由反风门、反风道、慢速绞车等组成，是矿井通风机必须装置的安全设备，也是灾变急救的重要设施。（二）对反风的要求《煤矿安全规程》规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于正常风量的60%。当风机反风量达不到正常风量的60%时，需加装反风道。反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次，每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时，也应进行1次反风演习。（三）离心式通风机的反风——利用反风道（四）轴流式通风机的反风1、反转反风法2、反风道反风法3、改变轮叶定位角法五、通风机的噪声及控制方法1、通风机噪声产生的原因1）空气动力性噪声（1）冲击噪声：叶轮周期性运动，空气受周期性力作用，引起空气压力脉动，冲击波以声速传播产生噪声。（2）涡流噪声：叶轮叶片数与导叶叶片数相等可能引起干扰，叶片与筒体间间隙变化产生涡流等2）机械振动性噪声：转子不平衡3）电磁性噪声：电动机产生的噪声2、通风机噪声控制的一般原理1）通风机声源的噪声控制（1）降低声源的激发力：减少空气的冲击和涡流，提高转子的平衡精度，减少摩擦，声源隔振等；（2）降低系统中噪声辐射部件的响应：改变固有频率、加阻尼材料等（3）正确安装、合理使用通风机2）传输路径的噪声控制（1）合理使用隔声罩，密闭声源；（2）利用吸声原理，采用吸声材料；（3）利用反射原理，声波反射回声源。3）接受器的防护：耳塞、耳罩、隔声室等。3、通风机的噪声控制方法1）吸声——将吸声材料固定在通风机进风口和出风口的内壁上。2）消声器——将消声器安装在通风机的出口扩散器通道中。确定将增加通风阻力。3）隔声——用隔声间或用隔声罩将通风机封闭起来。4）减振——在基础上加装减振构件。5）合理选择风机及风机转速2、等积孔——在假想薄壁上设一面积为S的理想孔口，通过此孔的风量等于网路风量，孔口两侧的压差等于网路阻力。左式中：µ=0.65——流量系数H——孔口两侧的压差ρ——空气密度取1.2kg/m3取µ=0.65，ρ=1.2kg/m3hSQ2hQSSRQRSQhjj19.142.142.12222三、通风机工况点和工业利用区（一）工况点1、定义（全压工况、静压工况）2、工况参数注意：网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系。（二）工业利用区1、划定原则：稳定性和经济性2、划定方法（1）稳定工作条件（有且只有一个工作点）喘振现象（2）经济工作条件（3）工业利用区max9.0jMHH6.08.0maxMjM三、通风机的工况调节及运行调节原因：在矿井开采过程中，通风网络的参数是变化的，为了适应这种变化，通风机的工况应具有可调节性。调节途径：一是改变网络特性曲线调节法；二是改变通风机特性曲线调节法。（一）改变网络特性曲线调节法——出口节流闸门调节（1）调节原理及方法注意：闸门调节不节能。（2）适用范围及特点设备简单，调整容易而均匀。但有附加能量损失。只能作为一种暂时的应急方法使用。（二）改变通风机特性曲线调节法1、改变叶轮转速调节法（1）调节原理比例定律：（2）调节方法1）阶段调节：更换皮带轮或电机2）无级调节：调速型液力偶合器或串激调速电机注意：转速不能超过叶轮圆周速度允许值。32)(;)(;nnNNnnHHnnQQ（3）特点调节范围较宽，在网络特性不变的情况调节时，效率不变。阶段性调速的调节机构简单，但必须在停机时操作；无级调速机构复杂投资大，但调节性能好，节电效果明显，其投资很快可以得到补偿，且能在不停机情况下完成调节工作。2、改变叶片安装角调节法（只适用于轴流式风机）（1）调节原理增大增大增大pcu2（2）调节方法1）停机调节：方法：人工和机构2）运行调节（3）特点及适用范围停机调节叶片安装角的机构简单，理论上可以实现无级调节，但由于必须停机操作，实际上只能做到阶段调节，调节范围较宽，调节中效率有所变化。运行调节的调节机构比较复杂，可在不停机情况下完成操作并实现无级调节。调节范围广，而且可以得到覆盖全调节范围的特性，调节时效率有所变化。采用这种机构便于实现自动化。广泛应用于轴流式通风机的调节中。（2）调节方法1）离心式通风机的前导器2）轴流式通风机的前导器（3）特点及适用范围前导器调节法调节的机构比较简单，调整均匀，比较经济，可以在不停机的情况下完成操作，由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调节的补充较为适宜。改变改变pcu13、前导器调节法（1）调节原理4、改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法（1）调节原理（2）调节方法注意：改变叶片数目后，叶轮的平衡问题。（3）特点及适用范围不需要另外附加机构，需要在停机情况下操作。只能实现阶段调节，可调范围窄，效率也有所变化，可以作为辅助的调节措施。五、通风机的联合工作当一台通风机不能满足矿井通风要求时，可以将多台通风机同时在网络上工作，增加系统的风量或提高风压，满足矿井通风要求。这种多台通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合工作。联合工作的基本方式为串联和并联。（一）通风机的串联工作1、串联工作的任务：增加风压2、串联工作的特点两台风机的风量相等，风压为两台风机在该流量下的风压之和。3、串联工况点（1）构造等效风机按照“相同流量下，风压相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）串联效果)(2121pppppm和注意：两台风机串联后并不都是增加风压。一般是对于网络阻力较大的系统，串联效果较好。（二）通风机的并联工作1、并联工作的任务：增加风量2、并联工作特点两台风机产生的风压相等，都等于克服网络阻力所需的风压，通过网络的风量等于两风机风量之和。3、并联工况点（1）构造等效风机按照“等风压下，流量相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）并联效果)(2121QQQQQ和并注意：两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对于网络阻力较小的系统，并联效果较好；两台风机并联后运转的稳定性。第十章通风机的使用第一节通风机的启动、运转、停机及日常维护一、通风机的启动离心式和轴流式通风机启动有何不同？二、试运转何时要试运转？三、停机先停哪？四、日常维护通风机须能在