風量風壓可控式局部通風機的設計構思

汪波

摘要:煤炭采掘生產常因工作面溫度過高而影響作業質量,高溫增加了設備運行的不穩定因素,也不利于操作人員的身心健康。為應對氣溫過熱對礦井造成的不利影響,對于熱害嚴重的礦井必須采取制冷降溫措施,而研究顯示,風機供風量的變化對井下制冷設備的制冷能力有很大的影響。本文分析了送風量與井下制冷設備制冷量的關系,并以此為依據,提出了通過風量、風壓可變化的智能型局部通風機系統控制井下制冷設備的設計構思。

關鍵詞:局部通風機風量井下制冷設備

中圖分類號:TD52 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0010-01

1 礦井制冷降溫措施概述

煤炭采掘生產常因工作面溫度過高而影響作業質量,高溫增加了設備運行的不穩定因素,也不利于操作人員的身心健康。為改善井下作業的延伸熱害問題,為采掘生產提供良好的作業環境,我國《煤炭安全規程》中明確規定了采掘工作面中空氣溫度不得超過26℃,而機電設備酮室的氣溫不得超過30℃;若氣溫超出規定則需采取降溫措施降低熱害威脅;一旦工作面氣溫高于30℃,必須停止工作。為應對氣溫過熱對礦井造成的不利影響,目前井下采取的降溫措施一般分為制冷降溫及非制冷降溫等兩大類,對于熱害嚴重的礦井(深大、出露熱水、巖溫過熱等)則必須采取制冷降溫措施。

作為礦井生產的重要設施,局部通風機的可靠性直接關系到井下瓦斯的排放效果和作業的質量與安全,而研究顯示,風機供風量的變化對井下制冷設備的制冷能力也有很大的影響。目前大量智能型局部通風系統已取代了傳統的恒速風機,以獲得高效率、低能耗的可控轉速及風量,并通過風量和風壓的變化實現對井下制冷設備的控制。

2 風機送風量與制冷量之間的關系

井下制冷降溫設備的工作原理在于將被壓縮為高溫高壓液體的制冷劑,經冷凝和節流降壓后注入蒸發器,在蒸發吸熱后使流經蒸發器的水冷卻,并以低溫冷水的形式,輸出到空氣冷卻器,在空氣冷卻器中,冷凝水與通過采煤工作面的風流進行熱交換,而使采煤工作面風流冷卻降溫。雖然制冷系統存在各種不同的設備和形式,但都是通過冷卻器,將采掘工作面中的空氣氣流作為載體進行熱交換的,工作面內風量、風速的大小,決定著余熱是否能夠高效、穩定地排出礦井。因此,必須在設計時明確制冷量與風速的定性、定量關系,最終通過實際情況,實現其的最優配合方式。

工作面制冷設備的制冷量與通過設備的質量風量及流經其入口和出口的焓值有關,其中通過設備的風量與工作面風量成正比例關系,而流經設備入口和出口的焓值則可通過入、出口的空氣溫度及混合溫度設置工作面風流焓值方程。最后得出工作面需冷量QW:

QW=GK(h0-ha)-hkΔd

其中GK為通過制冷設備的風量,h0和ha分別為設備入口、出口的風流的焓值,hk為凝結水的焓值,而Δd則為凝結水量。

也可通過該式得出溫度t與風量間的變化規律,即在確保制冷后工作面溫度的基礎上,風量越大,進入制冷設備入口的氣溫越高,但在風量值達到一定的程度后,該氣溫值變化不再明顯。這說明風量在降低工作面氣溫方面的效果,在其增大到一定值之前比較明顯,此后變化不再顯著,再提高風量只能造成能源的浪費。因此,應根據不同工作面的具體情況,通過上述算法或直接應用計算機程序予以計算,得出最適供風量以獲得最佳的制冷效果。

3 局部通風機設計中應注意的幾點問題

應使局部通風機的設計達到功效高、結構緊湊、風壓可調、運行穩定、適用范圍廣等要求,并設置智能控制開關,避免誤操作給供風系統及整個井下作業帶來的威脅。開關內部應通過元件安裝和走線實現PLC模塊控制、信號采集以及主回路電路強、弱電的最優布置,以實現下列功能:降低強、弱電電路之間的干擾,使系統運行更加穩定、可靠;充分利用開關內部的空間節省原材料;開關外部設置機械電氣聯鎖機構避免使用中的操作失誤。變頻器應采用隔爆式殼體,殼體外徑須與局扇電機外徑一致,在不影響風機使用性能的前提下,滿足變頻器散熱的需求;變頻器總成設計成局扇主機組型式,外筒按局扇系列化尺寸設計,并可獨立裝拆,從而實現與局扇的組合;為降低電磁干擾,使實測參數符合國家標準,變頻器控制操縱盒應與變頻器設計成一體,并設置與智能控制開關聯結的端口,以滿足用戶的個性化需求。

通風系統應可根據工作面的瓦斯濃度與實際空氣溫度實現局扇轉速的自動調節,在保證井下瓦斯、氣溫安全的基礎上,實現節能、穩定的運行。在必要的情況下,可通過局部通風系統的變頻器操作盒控制按鈕或智能控制開關操作按鈕,通過人為干預進行局扇的運行轉速設定,轉速一經設定就應不受瓦斯傳感器的影響,局部通風機運中設定的轉速始終應保持不變。啟動時,可便捷地通過智能局部通風系統的變頻器操作盒控制按鈕的“啟動、啟動、增大、減小和停止”五個按鈕進行正、反轉的切換,而無需改變局扇接線即可改變其轉向。在通風機自動調速裝置斷電后仍可記憶運行狀態,下次重新復電,仍保存為原來值,無須重新設定。同時,可以連續記錄變頻器一個月的運行參數方便操作人員和檢修人員的查詢。風機還應實現軟啟動功能,以避免全壓啟動情況下初始高強度電流對設備的沖擊,并有意識地降低其運行時的噪音。此外,智能局部通風系統運行時應與煤礦安全監控系統聯網,使智能局部通風系統在礦井安全系統監控狀態下進行工作,以完善其自我診斷、自我保護的功能。

在局部通風機的選型上,應注意:井下風流速度應控制在0.5m/s～4.0m/s,以符合《煤礦安全規程》中的相關規定,局部通風機應按掘進巷道長度最困難時期來選型;局部通風機進風口處巷道風流量應大于局部通風機最大進風量;智能局部通風系統選型時風機型號應比普通局部通風機型號(電機功率)大一個數量級。

4 結語

綜上所述,局部通風機的控制不但與井下瓦斯的排除有關,也關系到對礦井熱害的防治。作業中應全面參考工作面的地質條件,對其瓦斯、巖溫等情況進行詳細的勘察和科學的計算,從而得出通風系統的最適供風量,并通過對通風系統設備的智能改進提高其運行效率及可靠性。

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