礦井通風機系統的構成及主要參數的監(jiān)測系統設計

叢高影

摘 要：礦井主通風機主要擔負著整個礦井或礦井某一區(qū)域的通風任務，由于主通風機需要保持長期持續(xù)的運轉狀態(tài)，如果出現問題直接影響煤礦的安全，所以，必須通過對風機、溫度、振動參數等各種參數采集與監(jiān)測以達到控制風機正常運轉的目的，主要包括根據實際情況對風機的選型、溫度傳感器的選擇、風量的監(jiān)測方法和風機振動情況的監(jiān)測等。

關鍵詞：風機 參數 監(jiān)測

中圖分類號：TD635 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0089-02

1 礦井通風系統的基本構成

該系統的主通風機有兩臺，它們之間沒有主次之分，兩臺通風機輪流使用，這樣就能夠保證一旦主通風機出現故障時，這個通風機系統不至于癱瘓，既能使設備得到及時的保養(yǎng)，又能使系統可靠運行，這種結構就是雙冗余結構。風壓、溫度、瓦斯?jié)舛鹊葦祿窃撓到y控制的重要依據。

該系統主要由兩部分構成，即上位機系統和下位機系統。西門子公司WinCC組態(tài)軟件是上位機系統的控制軟件。西門子s7-300作為下位機的處理核心，負責完成各種任務，如數據采集、數據輸出和控制算法等，適用于大量的信息處理和高實時性的煤礦通風機監(jiān)控系統。其中有4個變頻器，主要作用是接受指令，調節(jié)風機旋轉頻率，達到控制目的；6個EM277擴展模塊，主要作用是將數字量轉化為模擬量的模擬量輸入模塊；兩個風壓傳感器，主要作用是測量礦井下風量的大小；兩個溫度傳感器，主要作用是測量電機的軸承溫度和整個運行環(huán)境的溫度；兩個瓦斯傳感器，監(jiān)測巷道內的瓦斯?jié)舛取?/p>

2 礦井主通風機的選擇

2.1 按氣體流動方向的不同，通風機的分類

（1）離心式風機：空氣流入風機葉輪，離心力使其被軸向壓縮，然后徑向流動。

（2）軸流式風機：氣體沿著主承軸進入到葉片通道，在旋轉的過程中，形成圓柱形的氣流，氣體在其上面流動。

（3）混流式風機：氣體在進入葉道時，不與主軸平行，而是有一定角度，這樣在旋轉式就形成錐形氣流。

（4）橫流式風機：氣體以垂直于主軸的方向進入葉道，旋轉時氣體受到葉片作用產生壓力。

對于我國的大中型礦井來說，采用較多的還是軸流式通風機，主要是原因是該系列風機具有結構簡單，穩(wěn)固可靠、噪聲小和功能選擇范圍廣等特點。

2.2 對旋式軸流風機具有的優(yōu)缺點為：

（1）傳動的效率十分高。

（2）對旋軸流式風機最高壓力點值較高。

（3）靜壓力的效率高。

（4）對旋式軸流風機能夠逆向送風。

2.3 礦井主通風機的有關參數的計算和處理

2.3.1 風量

通風機風量就是在單位時間內，氣體流入通風機的體積。

2.3.2 風壓

在通風機系統中，風壓就是單位體積內，空氣所具有的勢能。風壓可分為全壓、動壓和靜壓。

2.4 風機的特性曲線

隨著通風機內氣體流量的變化，通風的效率、風壓和軸功率也發(fā)生變化，它們之間存在一定的關聯。由此得到的曲線就是通風機的特性曲線（圖1）。

3 礦井主通風機主要傳感器的選擇

能夠確保煤礦生產一直處于一個安全穩(wěn)定的條件下，即風機運行過程中的，必須實時監(jiān)測，主要包括風機的后軸承溫度、負壓的大小、風速的大小等。

3.1 溫度傳感器

在整個煤礦通風機監(jiān)測系統中，對溫度的監(jiān)測是其中一項參數指標。鉑熱電阻是熱電阻中應用比較廣泛的，它在復雜環(huán)境下和高溫狀態(tài)下工作穩(wěn)定，鉑熱電阻制成標準溫度的基準儀，其溫度測量區(qū)間在-200 ℃～+600 ℃。Ptl00是該系統選用的溫度傳感器。

通風機電機運行時的軸承溫度，它的實時數據也是必須采集的一種參數。整個溫度數據采集的過程，先由溫度傳感器測量溫度，將采集來的數據轉化成可傳輸的信號，經過信號整定，再將模擬量轉化為數據量，最后傳給PLC。

3.2 風機振動參數的測量

在風機運行過程中產生振動，如果振動輕微，不會對系統產生影響。但振動的幅度太大或者振動不規(guī)律，就可能造成風機停機或損壞。在測量振動時，要選取合理的測量量，如振動位移、振動加速度和振動速度等。

根據系統的要求，選取風機主軸承的振動速度作為反映測量振動參數好壞的依據。振動速度快則噪音大，振動速度慢則噪音小。在通風機監(jiān)控系統中，對風機主軸承振動的測量，分為水平和垂直振動兩種。

通過歷史使用經驗法可以知道，如果用振動位移作為測量參量，就應該使用電渦流式傳感器；如果用振動速度作為測量參量，就應該使用速度式傳感器；如果用振動加速度值作為測量參量，就應該使用加速度式傳感器。

3.3 風機風量的測量

風量是監(jiān)測通風機運行狀況好壞的一個重要指標。要測量風量主要有兩個途徑，一個是通過風速來測量風量，另一個是通過測壓管來測量風量。

3.3.1 風速監(jiān)測風量

通過測量風速的大小來確定風量的大小，所以要得到風量的測量值，只要測量出風速的大小就可以了，這樣就需要使用風速傳感器。

在礦井中需要測量風速的地方主要有：通風機的井口、每一個巷道和各種風口等處。這些地方的風速大小都是通過GFWl5風速傳感器測量出來的，最后通過這些測量數據來計算風量的大小，調整礦井通風機的運行狀態(tài)，保證礦井的安全。

3.3.2 測壓管監(jiān)測風量

應用測壓管監(jiān)測風量，其原理是只要能夠測出管內一點的動壓值，根據下面的計算公式就能夠算出這一點的風速。這是一種十分簡便可行的方法。

計算公式如下：

4 結語

該文主要介紹了礦井主通風機的主要結構特點，通過對通風機性能特性的比較，選擇了對旋式軸流通風機作為該系統的礦井主通風機。該文還詳細了介紹了實時監(jiān)測方法的特點和功能，分析了礦井主通風機的各種實時運行參數的監(jiān)測方法，選取合理的傳感器構成整個風機系統。

參考文獻

[1] 安賽，林柏泉.主要通風機遠程監(jiān)測系統的設計[J].工礦自動化，2012（1）：4-7.

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