煤礦對旋軸流式通風機的研究

王 濤

（新疆昌平礦業有限責任公司，新疆 烏魯木齊830091）

1 對旋軸流式通風機的結構與特性

1.1 對旋軸流式通風機的結構特點

對旋軸流式通風機結構組成比較簡單， 主要由進風口集流器、一級主機、二級主機、擴散器、圓變方風筒等部件組成。 風機內置兩臺電機，二級工作葉輪，葉輪懸掛在電機軸端，采用轂鍵直聯方式固定。 通風機工作時二級葉輪反向旋轉，形成對旋。 風機內電機為專用防爆電動機，置于隔流腔內，并使通風道與外部大氣相通，便于內置電機散熱。在通風機葉輪回轉部分設置銅環裝置，避免摩擦產生火花，增加風機運行安全性。

1.2 對旋軸流式通風機的布置方式

對旋軸流式通風機布置與其它風機不同，按其結構風機是由集流器、一、二級主機、擴散器、擴散塔等鋼制部件組合而成，風機之間，部件之間都用螺栓連接形成整體風機裝置，成套性較好。 安裝時更為簡單，由于每節部件底部裝設滾輪，將連接成整體的風機裝置安放在預先設好的軌道上即可使用。對旋風機設計布置方式，見圖所示。風機整體裝置設在室外，在風機的側面建設置值班室和配電室，在風機入口前端設混凝土，基本風道與風機進口集流器對接，后接整體風機裝置。把風道設在地面上，這樣風道直，無彎曲，阻力變小，基本風道長度約21m。 在風道最前端設置垂直閘門，閘門四周密閉，可以減少漏風，而垂直閘門作用是阻斷風流，倒換風機。在風道上設置水平門、閘門提升架和風門絞車， 在絞車處設置小型彩板房可以防止雨雪銹蝕保護設備。

綜合以上對旋風機從布置方式上的分析可以得出有以下結論：

1）設計簡單，功能全，測試方便。

2）風機露天布置，土建工程量少。

3）無反風道、反風門，反風程序簡單。

2 對旋軸流式通風機的運行與操作

2.1 通風機啟動前的注意事項

1）通風機的啟動開關都處于斷開位置。

2）通風機的緊固件及聯軸器防護外罩齊全，緊固，傳動膠帶松緊適度和沒有裂痕。

3）電動機碳刷完好，接觸性良好，碳刷滑環清潔無毀壞。

4）繼電器整定合格，各保險裝置實用可靠。

5）電氣設備接地良好。

6）風門完好，風道內無雜物。

7）各指示儀表完好，保護裝置齊全可靠。

8）使用電源的電壓符合電動機啟動要求。

2.2 通風機的運行步驟

2.2.1 通風機的啟動操作

1）開啟和關閉風門，通風機應開風門啟動，此時應將通往井下的進風門關閉，同時將地面進風門打開，牢固支撐，以防止吸地面風時風門自動吸合關閉。

2）采用磁力站自動，半自動啟動裝置時，可以按照說明書來進行操作。

3）繞線式異步電動機采用變阻器手動啟動時，電動機滑環手把應在啟動位置，將電阻全部接入，而啟動器手把則在“停止”位置。當啟動電流開始回落時，逐步扳動手把，緩緩切除電阻，直至全部切除，將轉子短路，電動機進入正常運轉狀態。

2.2.2 通風機的停機操作

1）斷電停機

2）根據停機命令決定是否開動備用通風機，如需開動備用風機，則按上述正常操作要求進行。

3）不開備用風機時，應打開井口防爆門和有關風門，以充分利用自然通風。

2.2.3 通風機的反風操作

1）用反轉電動機反風時

2）用兩風機反風時

3 通風機變頻調速的節能原理

由于礦井供風量的變化沒有確定的規律，要根據實際情況不定期地調節風機的風量， 目前BDK-8-No25 型對旋式軸流風機控制系統調節風量的主要途徑是： 工作人員根據風井出口負壓調節閥門的開度，來調節通風機的風量。但這種節流調節的方式功率損失大，風機運行效率也低。

煤礦瓦斯排風機是煤礦安全的重要環節， 要求其不間斷的運行，因此對風機的要求非常的嚴格。 而通風機又是煤礦的主要耗電設備，其能源利用率和功率因數本來都比較低，而由風門來控制風量更加加重了能源浪費，因此提高風機設備的能源利用率變得越來越重要。

變頻調速的節能原理與傳統的采用調節風門的方式調節風量相比,調節轉速來控制風量的方法有著明顯的節能效果，其原理可由下圖來說明：

圖1 風機運行工況點的特性曲線Fig.1 The Characteristics Curve of the operation air-blower

曲線3 為風機在恒速N1 下的風壓-風量(H-Q)特性曲線;曲線5為恒速N2 下的功率-風量(Ps-Q)特性曲線;曲線2 為管網的風阻特性。

假設風機在A 點時的工作效率最高， 此時輸出風量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。

當需要調節風量時， 例如所需風量從100%減小到額定風量的50%，即從Q1 減少到Q2 時，如采用調節風門的方法來調節風量，則管網的風阻曲線由曲線2 變為曲線1，即減少風門開度增加了管網阻力，此時工作點由原來的A 點移至B 點，此時風量降低了，但風壓增加了，軸功率Ps2 與B-H2-0-Q2-B 成正比，它與Ps1 相比減少了。

在滿足同樣風量Q2 的情況下，風壓將降低到H3，軸功率Ps2 也降低， 而且節約的功率與面積A-H1-0-Q1-A 和C-H3-0-Q2-C 之差成正比， 可見用調速的方法來減少風量的經濟效益是十分顯著的。

當需要的風量減少時，風機轉速降低了，其軸功率按轉速的三次方下降，假如當所需的風量為額定風量的80%，則轉速也下降為額定轉速的80%，那么風機的軸功率將下降為額定功率的51.2%。 當所需要風量為額定風量的50%時， 風機的軸功率將下降為其額定功率的12.5%，所以轉速降低了，效率也會有所降低。

通過對風機調速原理和變頻調速技術的分析， 再針對BDK-8-No25 型對旋式軸流風機當前的運行狀況， 來設計風機變頻調速控制系統。通過對風機變頻調速后，系統可以根據風量的需求情況，按照公式的變化規律，來改變電機的轉速，這樣既提高風機的運行效率，又提高能源利用率。

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