煤礦對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的研究

王 濤

（新疆昌平礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊830091）

1 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特性

1.1 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成比較簡(jiǎn)單， 主要由進(jìn)風(fēng)口集流器、一級(jí)主機(jī)、二級(jí)主機(jī)、擴(kuò)散器、圓變方風(fēng)筒等部件組成。 風(fēng)機(jī)內(nèi)置兩臺(tái)電機(jī)，二級(jí)工作葉輪，葉輪懸掛在電機(jī)軸端，采用轂鍵直聯(lián)方式固定。 通風(fēng)機(jī)工作時(shí)二級(jí)葉輪反向旋轉(zhuǎn)，形成對(duì)旋。 風(fēng)機(jī)內(nèi)電機(jī)為專用防爆電動(dòng)機(jī)，置于隔流腔內(nèi)，并使通風(fēng)道與外部大氣相通，便于內(nèi)置電機(jī)散熱。在通風(fēng)機(jī)葉輪回轉(zhuǎn)部分設(shè)置銅環(huán)裝置，避免摩擦產(chǎn)生火花，增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全性。

1.2 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的布置方式

對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)布置與其它風(fēng)機(jī)不同，按其結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)是由集流器、一、二級(jí)主機(jī)、擴(kuò)散器、擴(kuò)散塔等鋼制部件組合而成，風(fēng)機(jī)之間，部件之間都用螺栓連接形成整體風(fēng)機(jī)裝置，成套性較好。 安裝時(shí)更為簡(jiǎn)單，由于每節(jié)部件底部裝設(shè)滾輪，將連接成整體的風(fēng)機(jī)裝置安放在預(yù)先設(shè)好的軌道上即可使用。對(duì)旋風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)布置方式，見(jiàn)圖所示。風(fēng)機(jī)整體裝置設(shè)在室外，在風(fēng)機(jī)的側(cè)面建設(shè)置值班室和配電室，在風(fēng)機(jī)入口前端設(shè)混凝土，基本風(fēng)道與風(fēng)機(jī)進(jìn)口集流器對(duì)接，后接整體風(fēng)機(jī)裝置。把風(fēng)道設(shè)在地面上，這樣風(fēng)道直，無(wú)彎曲，阻力變小，基本風(fēng)道長(zhǎng)度約21m。 在風(fēng)道最前端設(shè)置垂直閘門，閘門四周密閉，可以減少漏風(fēng)，而垂直閘門作用是阻斷風(fēng)流，倒換風(fēng)機(jī)。在風(fēng)道上設(shè)置水平門、閘門提升架和風(fēng)門絞車， 在絞車處設(shè)置小型彩板房可以防止雨雪銹蝕保護(hù)設(shè)備。

綜合以上對(duì)旋風(fēng)機(jī)從布置方式上的分析可以得出有以下結(jié)論：

1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功能全，測(cè)試方便。

2）風(fēng)機(jī)露天布置，土建工程量少。

3）無(wú)反風(fēng)道、反風(fēng)門，反風(fēng)程序簡(jiǎn)單。

2 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與操作

2.1 通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前的注意事項(xiàng)

1）通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)都處于斷開(kāi)位置。

2）通風(fēng)機(jī)的緊固件及聯(lián)軸器防護(hù)外罩齊全，緊固，傳動(dòng)膠帶松緊適度和沒(méi)有裂痕。

3）電動(dòng)機(jī)碳刷完好，接觸性良好，碳刷滑環(huán)清潔無(wú)毀壞。

4）繼電器整定合格，各保險(xiǎn)裝置實(shí)用可靠。

5）電氣設(shè)備接地良好。

6）風(fēng)門完好，風(fēng)道內(nèi)無(wú)雜物。

7）各指示儀表完好，保護(hù)裝置齊全可靠。

8）使用電源的電壓符合電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)要求。

2.2 通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行步驟

2.2.1 通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)操作

1）開(kāi)啟和關(guān)閉風(fēng)門，通風(fēng)機(jī)應(yīng)開(kāi)風(fēng)門啟動(dòng)，此時(shí)應(yīng)將通往井下的進(jìn)風(fēng)門關(guān)閉，同時(shí)將地面進(jìn)風(fēng)門打開(kāi)，牢固支撐，以防止吸地面風(fēng)時(shí)風(fēng)門自動(dòng)吸合關(guān)閉。

2）采用磁力站自動(dòng)，半自動(dòng)啟動(dòng)裝置時(shí)，可以按照說(shuō)明書(shū)來(lái)進(jìn)行操作。

3）繞線式異步電動(dòng)機(jī)采用變阻器手動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)滑環(huán)手把應(yīng)在啟動(dòng)位置，將電阻全部接入，而啟動(dòng)器手把則在“停止”位置。當(dāng)啟動(dòng)電流開(kāi)始回落時(shí)，逐步扳動(dòng)手把，緩緩切除電阻，直至全部切除，將轉(zhuǎn)子短路，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.2.2 通風(fēng)機(jī)的停機(jī)操作

1）斷電停機(jī)

2）根據(jù)停機(jī)命令決定是否開(kāi)動(dòng)備用通風(fēng)機(jī)，如需開(kāi)動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，則按上述正常操作要求進(jìn)行。

3）不開(kāi)備用風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)打開(kāi)井口防爆門和有關(guān)風(fēng)門，以充分利用自然通風(fēng)。

2.2.3 通風(fēng)機(jī)的反風(fēng)操作

1）用反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反風(fēng)時(shí)

2）用兩風(fēng)機(jī)反風(fēng)時(shí)

3 通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能原理

由于礦井供風(fēng)量的變化沒(méi)有確定的規(guī)律，要根據(jù)實(shí)際情況不定期地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量， 目前BDK-8-No25 型對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的主要途徑是： 工作人員根據(jù)風(fēng)井出口負(fù)壓調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，來(lái)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。但這種節(jié)流調(diào)節(jié)的方式功率損失大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率也低。

煤礦瓦斯排風(fēng)機(jī)是煤礦安全的重要環(huán)節(jié)， 要求其不間斷的運(yùn)行，因此對(duì)風(fēng)機(jī)的要求非常的嚴(yán)格。 而通風(fēng)機(jī)又是煤礦的主要耗電設(shè)備，其能源利用率和功率因數(shù)本來(lái)都比較低，而由風(fēng)門來(lái)控制風(fēng)量更加加重了能源浪費(fèi)，因此提高風(fēng)機(jī)設(shè)備的能源利用率變得越來(lái)越重要。

變頻調(diào)速的節(jié)能原理與傳統(tǒng)的采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方式調(diào)節(jié)風(fēng)量相比,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)控制風(fēng)量的方法有著明顯的節(jié)能效果，其原理可由下圖來(lái)說(shuō)明：

圖1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)的特性曲線Fig.1 The Characteristics Curve of the operation air-blower

曲線3 為風(fēng)機(jī)在恒速N1 下的風(fēng)壓-風(fēng)量(H-Q)特性曲線;曲線5為恒速N2 下的功率-風(fēng)量(Ps-Q)特性曲線;曲線2 為管網(wǎng)的風(fēng)阻特性。

假設(shè)風(fēng)機(jī)在A 點(diǎn)時(shí)的工作效率最高， 此時(shí)輸出風(fēng)量Q 為100%，軸功率為 Ps1， 與Q1 和 H1 的乘積成正比， 即Ps1 與 A-H1-0-Q1-A所包圍的面積成正比。

當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)， 例如所需風(fēng)量從100%減小到額定風(fēng)量的50%，即從Q1 減少到Q2 時(shí)，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，則管網(wǎng)的風(fēng)阻曲線由曲線2 變?yōu)榍€1，即減少風(fēng)門開(kāi)度增加了管網(wǎng)阻力，此時(shí)工作點(diǎn)由原來(lái)的A 點(diǎn)移至B 點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)量降低了，但風(fēng)壓增加了，軸功率Ps2 與B-H2-0-Q2-B 成正比，它與Ps1 相比減少了。

在滿足同樣風(fēng)量Q2 的情況下，風(fēng)壓將降低到H3，軸功率Ps2 也降低， 而且節(jié)約的功率與面積A-H1-0-Q1-A 和C-H3-0-Q2-C 之差成正比， 可見(jiàn)用調(diào)速的方法來(lái)減少風(fēng)量的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。

當(dāng)需要的風(fēng)量減少時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低了，其軸功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降，假如當(dāng)所需的風(fēng)量為額定風(fēng)量的80%，則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)速的80%，那么風(fēng)機(jī)的軸功率將下降為額定功率的51.2%。 當(dāng)所需要風(fēng)量為額定風(fēng)量的50%時(shí)， 風(fēng)機(jī)的軸功率將下降為其額定功率的12.5%，所以轉(zhuǎn)速降低了，效率也會(huì)有所降低。

通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)速原理和變頻調(diào)速技術(shù)的分析， 再針對(duì)BDK-8-No25 型對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況， 來(lái)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后，系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)量的需求情況，按照公式的變化規(guī)律，來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣既提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，又提高能源利用率。

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