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《转矿井通风动力》word版

转矿井通风动力

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矿井通风动力

第四章矿井通风动力

本章重点与难点

1,自然风压的产生,计算,利用与控制

2,轴流式和离心式主要通风机特性

3,主要通风机的联合运转

4,主要通风机的合理工作范围

第四章矿井通风动力

第一节自然风压

一,自然风压及其形成和计算

1,自然通风

由自然因素作用而形成的通风叫自然通风.冬季：

空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低,平均空气密度较大,导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等.

它使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

012345

dzρ1dzρ2z

2,自然风压的计算

根据自然风压定义,上图所示系统的自然风压HN可用下式计算：

为了简化计算,一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2,用其分别代替上式的ρ1和ρ2,则上式可写为：

注意：

1）自然风压的计算必须取一闭合系统.

2）进风系统和回风系统必须取相同的标高.

3）一般选取最低点作为基准面.

二,自然风压的影响因素及变化规律

自然风压影响因素

HN=f（ρZ）=f[ρ（T,P,R,φ）,Z]

1,矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素.

2,空气成分和湿度影响空气的密度,因而对自然风压也有一定影响,但影响较小.

3,井深.HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比.

4,主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响.

三,自然风压的控制和利用

1,新设计矿井在选择开拓方案,拟定通风系统时,应充分考虑利用地形和当地气候特点.

2,根据自然风压的变化规律,应适时调整主通风机的工况点,使其既能满足矿井通风需要,又可节约电能.

3,在建井时期,要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风,如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后,有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路.

4,利用自然风压做好非常时期通风.一旦主要通风机因故遭受破坏时,便可利用自然风压进行通风.

10121234567891112月份HN5,在多井口通风的山区,尤其在高瓦斯矿井,要掌握自然风压的变化规律,防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故.如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图.

ABB'CEFA系统的自然风压为：

DBB'CED系统的自然风压为：

自然风压与主要通风机作用方向相反.相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台抽风机（向外）.

abcdabcdefb'RDRCZ设AB风流停滞,对回路ABDEFA和ABB'CEFA可分别列出压力平衡方程：

式中：

HS-风机静压,Pa；

Q-DBB'C风路风量,m3/S；

RD,RC-分别为DB和BB'C分支风阻,N·S2/m8.

两式相除：

此即AB段风流停滞条件式.

当上式变为

则AB段风流反向.

由此可知防止AB风路风流反向的措施有：

（1）加大RD；

（2）增大HS；（3）在A点安装风机向巷道压风.

第二节矿用通风机的类型及构造

矿用通风机按其服务范围可分为三种：

1,主要通风机,服务于全矿或矿井的某一翼（部分）；

2,辅助通风机,服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面）,帮助主通风机通风,以保证该分支风量；

3,局部通风机,服务于独头掘进井巷道等局部地区.

按构造和工作原理可分为：

离心式通风机和轴流式通风机.

一,离心式通风机的构造和工作原理

1,风机构造.

离心式通风机一般由：

进风口,工作轮（叶轮）,螺形机壳和扩散器等部分组成.有的型号通风机在入风口中还有前导器.

吸风口有：

单吸和双吸两种.

叶片出口构造角：

风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角,以β2表示.

离心式风机可分为：

前倾式（β290）,径向式（β2=90）和后倾式（β290）三种.β2不同,通风机的性能也不同.矿用离心式风机多为后倾式.

w2c2u2c2uβ2w2c2u2β2u2c2w2β22,工作原理

当电机通过传动装置带动叶轮旋转时,叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转,获得离心力.经叶端被抛出叶轮,进入机壳.在机壳内速度逐渐减小,压力升高,然后经扩散器排出.与此同时,在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力）,于是,吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道,自叶根流入,在叶端流出,如此源源不断,形成连续的流动.

3,常用型号

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.

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

二,轴流式风机的构造和工作原理

1,风机构造

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

2,工作原理

（1）特点：

在轴流式风机中,风流流动的特点是,当动轮转动时,气流沿等半径的圆柱面旋绕流出.

（2）叶片安装角

在叶片迎风侧作一外切线称为弦线.弦线与动轮旋转方向（u）的夹角称为叶片安装角,以θ表示.

可根据需要在规定范围内调整.但每个动轮上的叶片安装角θ必需保持一致.

（3）工作原理

当动轮旋转时,翼栅即以圆周速度u移动.处于叶片迎面的气流受挤压,静压增加；与此同时,叶片背的气体静压降低,翼栅受压差作用,但受轴承限制,不能向前运动,于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出,翼背的低压区"吸引"叶道入口侧的气体流入,形成穿过翼栅的连续气流.

u

θ

3,常用型号

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

4,对旋风机的特点

一级叶轮和二级叶轮直接对接,旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方向也相反,两级叶片安装角一般相差3；电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内,与通风机流道中的含瓦斯气流隔离,密闭罩中有扁管与大气相通,以达到散热目的.

第三节通风机附属装置

一,风硐

风硐是连接风机和井筒的一段巷道.通过风量大,内外压差较大,应尽量降低其风阻,并减少漏风.

二,扩散器（扩散塔）

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.

三,防爆门（防爆井盖）

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.

四,反风装置和功能

作用：

使井下风流反向的一种设施,以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风.

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：

1）设专用反风道反风；

2）利用备用风机作反风道反风；

3）轴流式风机反转反风

4）调节动叶安装角反风.

要求：

定期进行检修,确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠,能在10min内改变巷道中风流方向；结构要严密,漏风少；反风量不应小于正常风量的40%；每年至少进行一次反风演习.

作业

4-1,4-3,4-4

本次课的重点和难点

1,主要通风机的实际工作参数及工作特性；

2,主要通风机水柱计读数；

3,类型风机曲线与比例定律

4,风机的工况点和合理工作范围；

5,风机的联合运转

第四节通风机实际特性曲线

一,通风机的工作参数

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.

（一）风机（实际）流量Q

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.

（二）风机（实际）全压Hf与静压Hs

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.

忽略自然风压时,Ht用以克服通风管网阻力hk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+hV

（三）通风机的功率

全压功率：

通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt.计算式：

Nt=HtQ×10-3KW

静压功率：

用风机静压计算输出功率,称为静压功率NS.计算式：

NS=HSQ×10-3KW

风机的轴功率,即通风机的输入功率N（kW）.计算式：

或

式中t,S分别为风机的全压和静压效率.

电动机的输入功率（Nm）：

设电动机的效率为m,传动效率为tr时,则

二,通风系统主要参数关系--风机房水柱计示值含义

1,抽出式通风矿井

（1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系

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=HNz12356h44456

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.

（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|-hv4

（3）Ht,HN,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

表明：

扇风机风压和自然风压联合作用,克服矿井和扩散器的阻力,以及扩器出口动能损失.

2,压入式通风的系统

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：

P1-P2=P1-P01=h1

ρm1gZ1-ρm2gZ2=HN

故上式可写为

hR12=h1+hV1-hv2+HN

即h1=hR12+hv2