氣動馬達驅(qū)動的局部通風機研制

王文英

（華北重型裝備制造有限公司，河北邯鄲 056200）

0 引言

我國煤礦每年都因瓦斯煤塵爆炸、火災、透水、頂板冒落、煤與瓦斯突出、沖擊地壓、中毒、窒息等多種災害事故造成巨大經(jīng)濟損失。調(diào)查表明其中約70%煤礦特別重大事故是由瓦斯爆炸引起的，因此保持礦井通風對防止瓦斯超限、減少瓦斯事故、改善煤礦生產(chǎn)安全狀況具有重要意義。

1 礦井用局部通風機

為了確保煤礦井下安全高效生產(chǎn)，局部通風機是保證礦井通風的關鍵設備，安置通風設備的根本目的就是為了提高生產(chǎn)的安全性能?，F(xiàn)有的局部通風機主要使用電機驅(qū)動，一旦電力中斷勢必影響到生產(chǎn)安全及人員安全，這就要求供電系統(tǒng)除了要向負載提供高質(zhì)量的電源外，還要保證供電的連續(xù)性。

目前大多數(shù)應急電源還不能實現(xiàn)超大功率的供電要求，傳統(tǒng)方案通常用鉛酸低壓蓄電池組的應急電源（EPS），而鉛酸蓄電池在充電過程中會產(chǎn)生氫，當氫濃度達到4%就可能引起爆炸，因而大容量鉛酸蓄電池難以做成隔爆型，不能滿足煤礦井下供電要求，并且成本高。

作為掘進工作面局部通風機停電時的應急供風系統(tǒng)，氣動馬達驅(qū)動的局部通風機的研制，以礦井現(xiàn)有的壓縮空氣為動力源，使用電動局部通風機改造而成。在整機外形尺寸不變、功效相當?shù)幕A上，增加了PLC自動控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動監(jiān)測、自動開停的功能，能保證在有瓦斯氣體、油氣等易燃易爆的環(huán)境下使用，是現(xiàn)有局部通風系統(tǒng)可靠的補充措施。

2 總體方案設計及工作原理

作為井下通風的應急風機，氣動馬達驅(qū)動的局部通風機由集風器、葉輪、機殼、氣動馬達、自動控制系統(tǒng)等部件組成。氣動馬達為齒輪馬達，壓氣由管道供給，用膠管和氣動馬達進氣口聯(lián)接，氣動馬達驅(qū)動的局部通風機具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、操作簡單、維修方便、安全性能好等特點，能保證在有瓦斯氣體、油氣等易燃易爆的環(huán)境下使用。風機采用對旋結(jié)構(gòu)，基于PLC自動控制，能夠在主、備風機掉電的情況下，自動切換至氣動馬達風機供風，內(nèi)置不間斷電源（UPS），穩(wěn)定供風2 h以上。安裝有7寸工業(yè)控制顯示屏，可直觀觀察風機啟停狀態(tài)。

2.1 通風機改造

使用現(xiàn)有電動局部通風機改造，將電機拆下，更換為氣動馬達驅(qū)動，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改造通風機結(jié)構(gòu)

2.2 控制系統(tǒng)工作原理

2.2.1 氣動控制原理設計

動力源使用礦井原有壓縮空氣管道供氣：①壓縮空氣通過截流閥控制風量大小及通斷，從而控制氣動風機的轉(zhuǎn)速與風壓；②經(jīng)三通分為兩路進入氣動三聯(lián)閥，實現(xiàn)空氣干燥和油水分離；③通過高壓膠管將氣體送至PLC箱內(nèi)電磁氣動閥（下文簡稱電磁閥），由隔爆控制箱中的PLC控制模塊依據(jù)主管路風壓情況控制氣動電磁閥驅(qū)動氣動馬達開停，局部通風機實現(xiàn)送風作業(yè)。管路連接示意如圖2所示。

圖2 管路連接

2.2.2 PLC控制模塊的設計

使用2個風量開關監(jiān)測礦井主風道內(nèi)有無來風。當主風道無風時，任一風量開關啟動，就發(fā)送12 V開關量信號給PLC控制模塊?？刂颇K得到信號后，經(jīng)延時（延時時間可設置）輸出信號給氣動電磁閥，電磁閥得電使氣閥打開，氣動馬達獲得氣源開始工作，局部通風機實現(xiàn)供風。

當?shù)V井主風機恢復工作后，主風道有風。當兩個風量開關同時檢測到風道有風時，PLC控制模塊得到有風信號，控制電磁閥斷電，氣道關閉，局部通風機停止工作?？刂葡到y(tǒng)增加了啟動/停止按鈕，用以實現(xiàn)手動控制局部通風機啟停，方便臨時作業(yè)，如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)

2.3 關鍵部件設計及選型

2.3.1 氣動馬達的選型。

以2×15 kW對旋式局部通風機為例。根據(jù)電動局部通風機主要技術參數(shù)、功效、重量、連接方式等，經(jīng)設計計算選用2臺AMC16齒輪式氣動馬達，外形結(jié)構(gòu)如圖4所示。該馬達可通過控制風量來控制轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)局部通風機風壓控制，主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 風機主要技術參數(shù)

圖4 齒輪式氣動馬達

該馬達的優(yōu)點有：①可以無級調(diào)速，通過調(diào)節(jié)壓力或進氣量，可以實轉(zhuǎn)速和功率調(diào)節(jié)；②能夠正轉(zhuǎn)使用也能反轉(zhuǎn)使用，可以實現(xiàn)瞬時換向且換向時沖擊很??；③不受振動、高溫、電磁等影響，可在易爆、潮濕、粉塵等條件下正常工作；④有過載保護作用，不會因過載而發(fā)生故障；⑤具有較高的啟動力矩，可以直接帶負載啟動，啟動、停止均迅速；⑥功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬；⑦操縱方便，維護檢修較容易。

2.3.2 氣動元件的設計

氣動三聯(lián)閥（過濾器、減壓閥、油霧器）安裝在專用防護箱內(nèi)。兩路氣動三聯(lián)閥的設計，便于實現(xiàn)兩臺風機各自單獨運轉(zhuǎn)或一起運轉(zhuǎn)。設計隔爆防護箱安裝氣動電磁閥、壓力變送器及PLC控制系統(tǒng)，箱體上布置可視化窗口隨時監(jiān)測供氣壓力數(shù)值。氣體管路中增加不銹鋼波紋管，解決各控制閥間連接端口相互位移問題，還能起到減振、消音等作用，具有柔性好、質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗疲勞、耐高低溫等優(yōu)點。

3 結(jié)語

與電動局部通風機比較，氣動馬達驅(qū)動局部通風機具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，可實現(xiàn)PLC自動控制等優(yōu)點。還可使用舊風機改造，降低了采購成本。氣動馬達驅(qū)動局部通風機的研制，優(yōu)化了井下工人的作業(yè)環(huán)境，滿足了礦井巷道斷電時備用應急通風要求，為巷道持續(xù)可靠送風提供了有力的支持，極大提高了礦井應急防災能力。