煤礦井下通風用高壓電機設計

趙鵬

摘 要：煤炭是我國主要的能源之一，在煤炭井下開采過程中需要注意做好煤礦井下通風以避免煤礦井下瓦斯等有害氣體的濃度超標，從而危害煤礦的作業安全。煤礦井下通風用高壓電機對于安全性、可靠性的要求較高。針對以往所采用的礦井井下通風機用高壓電機在應用中頻繁出現問題的現狀提出了新的煤礦井下通風用高壓電機的技術指標，并通過開發新型高壓隔爆型三相異步電動機以滿足使用要求，保障煤礦的正常生產。

關鍵詞：煤礦井下通風用高壓電機；能效；設計

中圖分類號：TD441 文獻標識碼：A

煤礦井下通風機是煤礦井下重要的通風設備，通過煤礦井下通風機的作用能夠有效地降低井下瓦斯等有害氣體的濃度，并向井下輸送大量的新鮮空氣以保障煤礦的安全開采。在現今的煤礦井下通風用高壓電機中軸流風機由于其造價低廉、安裝簡便的特點在整個煤礦井下通風用高壓電機市場中占比高達66%左右，且局部煤礦井下通風機主要采用的是對旋轉結構。煤礦井下通風機由于需要長時間進行工作從而加劇了煤礦井下通風用高壓電機的工作負荷導致煤礦井下通風用高壓電機在長時間的使用后出現故障的機率急劇升高，嚴重影響了煤礦井下通風機的正常使用。為解決這一難題，通過研制新型煤礦井下通風用高壓隔爆型三相異步電動機以滿足煤礦井下通風用高壓電機的需求，保障井下的正常通風。

1. 煤礦井下通風用高壓電機所面臨的惡劣工況及新型電機的設計要求

某煤礦井下通風機在井下安裝后由于隔流腔和主風道之間存在正負壓的問題導致其所采用的二級風機無法完全將瓦斯進行隔離，從而導致二級風機的Ⅱ級電動機隔流腔內瓦斯含量超標，從而影響煤礦井下正常作業。此外，煤礦井下通風機為了提高工作效率采用的是完全封閉的空腔結構，進而導致煤礦井下通風用高壓電機在工作時散熱效果大打折扣，導致煤礦井下通風用高壓電機在工作時燒毀的機率提高了30%。同時煤礦井下粉塵濃度較高，通風機在工作中粉塵容易降落并堆積在風扇葉片表面，從而導致煤礦井下通風機的動平衡受到破壞，煤礦井下通風用高壓電機在工作時產生較大的震動，這一現象的長期存在將會嚴重壞煤礦井下通風用高壓電機的軸承，進而導致煤礦井下通風用高壓電機的損毀。此外，隨著我國煤礦井下作業面軸走向越來越長，所要求的井下送風量也越來越大，因此對于煤礦井下通風用高壓電機提出了更高也更嚴苛的要求。在煤礦井下通風用高壓電機的設計時需要滿足井下風葉的轉動慣量負載的啟動要求，用以避免煤礦井下通風用高壓電機啟動電流過大而造成煤礦井下通風用高壓電機的燒毀。煤礦井下通風機采用的是煤礦井下通風用高壓電機與風葉直連的傳動方式，從而導致煤礦井下通風用高壓電機的軸承將承受除電機轉子之外的額外附加載荷，從而導致煤礦井下通風用高壓電機軸承的使用壽命受到極大的影響，從而影響煤礦井下通風用高壓電機的正常使用。對旋式軸流通風機在煤礦井下通風機用量占比較高的主要原因是由于其第一級葉輪可以用作煤礦井下通風機風量的保證，而對旋的二級葉輪將能夠有效地提高煤礦井下通風的風壓，從而實現高風壓、大風量的向煤礦井下通風，但是對旋式軸流通風機在運行的過程中會導致Ⅱ級電機的負載很快超過煤礦井下通風用高壓電機的額定功率，從而導致煤礦井下通風用高壓電機燒毀，影響煤礦井下的通風作業。煤礦井下通風機需要長時間運轉從而導致其能耗較高，據相關統計研究表明，煤礦井下通風機長時間大功率運轉所消耗的電量將占到煤礦開采用電量的約24%±6%。此外，在煤礦開采的過程中煤礦開采所需要的風壓和風量是有所變化的，通過在煤礦井下通風用高壓電機的控制中采用變頻控制技術能夠有效地根據煤礦井下的用風需求來調節煤礦井下通風機的轉速。在新型煤礦井下通風用高壓電機的設計中還需要注意的是煤礦井下通風機對于礦井反風的要求。礦井反風是用于礦井發生火災時的非常重要而有效的風流調度的救災措施，尤其是當礦井的入風筒、入風大巷等位置發生火災時，采用反風措施有助于使得高溫煙流和有害氣體所擴展的區域得到進一步的限制，從而避免火災時所產生的濃煙能對井下作業人員造成影響，從而提高井下作業人員的逃生機率。

2. 煤礦井下通風用高壓電設計方案的確定

針對上述所討論的煤礦井下通風用高壓電機應用時所面臨的惡劣工況及使用要求，在煤礦井下通風用高壓電機的設計時為了更好地提高煤礦井下通風用高壓電機的使用壽命可以采用以下幾種措施：

（1）為增強煤礦井下通風用高壓電機的散熱能力，在煤礦井下通風用高壓電機的散熱結構上可以選用經過優化的管夾片式IC411型冷卻結構，從而使得煤礦井下通風用高壓電機的功率密度得到有效地增強，同時采用此種冷卻結構還能夠有效的縮小煤礦井下通風用高壓電機的體積。通過這種設計方式在滿足電機安裝要求的同時可以在保證原有風機筒徑的基礎上提高煤礦井下通風機的過風量，是現今煤礦井下通風用高壓電機重要的發展方向。

（2）在煤礦井下通風用高壓電機的設計時為縮短煤礦井下通風用高壓電機的啟動時間，減少煤礦井下通風用高壓電機啟動時的發熱量，可以通過采用提高煤礦井下通風用高壓電機啟動轉矩倍數并縮小煤礦井下通風用高壓電機啟動電流的倍數的方式。

（3）在煤礦井下通風用高壓電機的設計中，電機軸承是其中極為重要的一環。由于煤礦井下通風用高壓電機所處的工況條件較為復雜，致使煤礦井下通風用高壓電機的軸承受力相較于普通電機的受力有著極大的不同，通過研究計算由于煤礦井下通風機所使用的大葉輪使得煤礦井下通風用高壓電機軸承端所承受的徑向力和軸向力要遠高于普通軸承。在煤礦井下通風用高壓電機軸承選型時要結合煤礦井下通風機的實際使用工況進行合理選型，并在煤礦井下通風用高壓電機的使用過程中注意做好電機軸承的維護保養，以提高煤礦井下通風用高壓電機的使用壽命。

（4）適當的提高煤礦井下通風用高壓電機的使用系數。在煤礦井下通風用高壓電機的設計過程中通過適當的提高煤礦井下通風用高壓電機的使用系數，既可以對煤礦井下通風用高壓電機二級配套電動機過載進行優化，從而降低電機燒毀的機率。此外，通過對電機使用系數進行優化還能夠有效的改善煤礦井下通風用高壓電機的散熱能力。

（5）在煤礦井下通風用高壓電機的設計中還需要注意做好變頻技術的應用。在煤礦井下通風用高壓電機設計時要求電機能夠滿足常規電源和變頻電源的使用需求。在煤礦井下通風用高壓電機設計時采用變頻電磁線用以滿足變頻器脈沖電源的使用要求。煤礦井下通風用高壓電機多采用的是多極數電機，因此在電機設計時需要選擇合適的槽配合、控制氣隙磁密等的設計方案來降低煤礦井下通風用高壓電機的電磁噪聲。此外，在煤礦井下通風用高壓電機的設計中為滿足礦井反風的要求，在電機結構設計時對于電機的內外側風扇都需要采用雙向風路結構，此外，為了進一步提高煤礦井下通風用高壓電機的散熱能力，保障其使用壽命，在煤礦井下通風用高壓電機結構設計時需要適當增大內外風扇的外徑，以提高煤礦井下通風用高壓電機的冷卻能力。

結語

煤礦井下通風用高壓電機是井下風機的重要設備，其安全性與可靠性對于煤礦的生產有著極為重要的影響，在煤礦井下通風用高壓電機的設計過程中需要采用IC411結構以推動煤礦井下通風用高壓電機的結構優化，從而使得煤礦井下通風用高壓電機的啟動時間和啟動轉矩都得到了極大的提升。

參考文獻

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