礦用動葉可調(diào)風(fēng)機運行情況分析

王慧杰

（山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西呂梁033300）

1 NMAF系列礦用動葉可調(diào)風(fēng)機設(shè)計研發(fā)公司概況

諾文科風(fēng)機（北京）有限公司是一家集各行業(yè)大型工業(yè)風(fēng)機的設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)銷售與技術(shù)服務(wù)于一體的現(xiàn)代化高新技術(shù)企業(yè)，是國際著名的大型工業(yè)風(fēng)機制造商，同時也是各行業(yè)大型工業(yè)風(fēng)機系統(tǒng)的集成商，更是各行業(yè)大型工業(yè)風(fēng)機用戶的服務(wù)商，在大型工業(yè)風(fēng)機領(lǐng)域擁有全球最先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗。

2 項目背景

雙柳煤礦郭家山主扇風(fēng)機房安裝兩臺FBCDZNO34-2×630 kW主通風(fēng)機，投運時間為2006年，在運行期間由于采掘銜接及井下配風(fēng)量要求，于2010年3月改造為兩臺FBCDZNO38-2×1 120 kW型主通風(fēng)機，改造完成后運行方式為一臺運行，一臺備用，并實行每月倒機切換運行，現(xiàn)運行風(fēng)機風(fēng)葉角度為0°～+3°，其中負(fù)壓為2 010 Pa，風(fēng)量為18 915 m3/min。經(jīng)現(xiàn)場裝電流表實測，目前工況下每天的耗電在32 000 kWh左右，每年耗電約840.96萬元。在長期運行中發(fā)現(xiàn)，郭家山對旋風(fēng)機存在以下問題：

1）噪聲大。

2）軸伸端軸承使用壽命短。雙柳煤礦郭家山對旋風(fēng)機的葉輪直接掛在電機的軸上，由于葉輪的離心力、葉片受到風(fēng)的反作用力、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的剩余不平衡力、電磁拉力、風(fēng)量風(fēng)壓變化產(chǎn)生的推力等等，造成風(fēng)機運轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的徑向力、軸向力形成當(dāng)量動負(fù)荷，都是導(dǎo)致軸承損壞的致命因素。

3）效率低下。雙柳煤礦郭家山對旋風(fēng)級的運行效率僅40%左右，而國內(nèi)國際上先進(jìn)技術(shù)的風(fēng)機效率普遍均可以達(dá)到80%以上，所以對該風(fēng)機進(jìn)行節(jié)能改造是十分必要的，且節(jié)能空間十分巨大。

4）葉片角度調(diào)整困難。由于雙柳煤礦對旋風(fēng)機葉片角度的調(diào)節(jié)方式為停機后單片調(diào)節(jié)，第一是這種葉片角度調(diào)節(jié)方式很難保持葉片角度的一致性；第二是風(fēng)機葉片角度調(diào)整難度大，需要一片一片的進(jìn)行調(diào)整；第三是調(diào)整工藝落后，易造成葉片損壞。

3 諾文科NMAF系列礦用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機介紹

諾文科新型礦用軸流風(fēng)機根據(jù)葉片角度調(diào)節(jié)方式可分為液壓動葉可調(diào)和停機機械一次可調(diào)，并且采用最新的調(diào)節(jié)機構(gòu)技術(shù)，分別由剎車裝置、傳動裝置、集風(fēng)器、前導(dǎo)風(fēng)筒組、軸承組、主體風(fēng)筒、葉輪、后導(dǎo)風(fēng)筒組、擴散器等組成。

風(fēng)機靜止件采用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼制造，輪轂采用低合金鋼制造，葉片采用與航空發(fā)動機葉片材質(zhì)和工藝相同的鍛造鋁合金制造，主軸采用35CrMo制造，風(fēng)機軸承箱選用德國FAG或瑞典SKF優(yōu)質(zhì)軸承，選用稀油強制供油潤滑，能在環(huán)境溫度-32～+37℃之間安全可靠運行。風(fēng)機有防止喘振的報警裝置，一旦風(fēng)機進(jìn)入喘振狀態(tài)就可以報警，報警60 s未能解除將可以實現(xiàn)自動停機并切換備用風(fēng)機[1]。

3.1 葉片材質(zhì)和構(gòu)造

諾文科風(fēng)機的葉片采用與航空發(fā)動機葉片材質(zhì)和工藝相同的鍛造鋁合金制造，主軸采用35CrMo制造；葉片結(jié)構(gòu)采用扭曲機翼型，安裝角度在0°～50°范圍內(nèi)無級可調(diào)。該產(chǎn)品的中、后導(dǎo)葉采用板式扭曲固定結(jié)構(gòu)，具有改變?nèi)~輪出口流場和入口流場氣流預(yù)旋的作用，同時起到支撐轉(zhuǎn)子的作用，葉片的平衡臂用于完全平衡葉片的離心力矩，保證葉片在開啟和關(guān)閉的過程中調(diào)節(jié)力是相等的[2]。

3.2 輪轂材質(zhì)和構(gòu)造

輪轂采用低合金鋼制造，其內(nèi)部的調(diào)節(jié)機構(gòu)是由葉片、葉片軸、平衡錘、推力軸承、徑向軸承、調(diào)節(jié)盤和調(diào)節(jié)臂組成。

且輪轂結(jié)構(gòu)與對旋風(fēng)機的輪轂有著天壤之別，如下頁圖1，圖2所示。

圖1 諾文科輪轂總成

圖2 原對旋風(fēng)機輪轂

3.3 主軸承組

主軸承組包括主軸和軸承箱，主軸材料為合金鋼，經(jīng)熱處理及超聲波探傷后，加工制成；軸承箱為碳鋼型材整體焊接結(jié)構(gòu)，具有足夠的剛性，便于安裝找正，主軸承采用進(jìn)口SKF滾動軸承支撐，潤滑方式根據(jù)軸承載荷分別選擇油脂潤滑、油浴潤滑和潤滑油站強制潤滑，軸承設(shè)計計算壽命均大于100 000 h。

3.4 定子部件

定子部件均采用型材和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。進(jìn)氣箱設(shè)有8片整流導(dǎo)葉，使進(jìn)入葉輪的氣流均允穩(wěn)定。單級風(fēng)機型進(jìn)氣箱內(nèi)筒設(shè)有安裝軸承組的支座。此外，進(jìn)氣箱還設(shè)有測量風(fēng)機流量的測孔。主機殼為整體焊接結(jié)構(gòu)，具有很好的剛性。

4 現(xiàn)場運行情況

2017年8月18日，在集團(tuán)公司機電李總的帶領(lǐng)下，集團(tuán)公司機電處、雙柳煤礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)到柳林興無煤礦進(jìn)行了參觀學(xué)習(xí)，通過與興無煤礦主扇風(fēng)機管理人員交流后得知，煤礦使用諾文科主扇風(fēng)機存在以下優(yōu)點：

1）風(fēng)機葉片角度調(diào)節(jié)靈活。在不停機狀態(tài)下，通過后臺參數(shù)設(shè)置，點擊鼠標(biāo)即可快速實現(xiàn)風(fēng)機葉片角度調(diào)節(jié)，且定位非常精準(zhǔn)。

2）風(fēng)機運行效率在90%以上。興無煤礦屬于高瓦斯礦井，原使用DBK-618-N028（2×450 kW）對旋風(fēng)機，在2011年因無法滿足礦井正常生產(chǎn)的通風(fēng)需求，于2011年4月從諾文科公司采購兩臺NMAF-2800/1600-1F型礦用軸流式主通風(fēng)機，并于2012年7月正式投運，在投運后對風(fēng)機進(jìn)行了性能測試，測試結(jié)果表明風(fēng)機運行效率達(dá)80%以上，而且從風(fēng)機在線監(jiān)測后臺性能曲線圖中可以實時監(jiān)測到運行效率在高效區(qū)內(nèi)。

3）風(fēng)門啟閉快速，自動化程度較高。興無煤礦風(fēng)門采用百葉窗結(jié)構(gòu)，能在30 s內(nèi)完成風(fēng)門的啟閉工作，為主扇風(fēng)機的切換運行節(jié)省了大量的時間，同時在風(fēng)機切換運行時可跟隨風(fēng)機自動啟動，無需單獨操作。

4）風(fēng)機軸承箱潤滑系統(tǒng)良好。興無煤礦諾文科風(fēng)機軸承箱選用SKF優(yōu)質(zhì)軸承，該軸承箱選用稀油強制供油潤滑，能在環(huán)境溫度-32～+37℃之間安全可靠運行。且該軸承箱大修周期長，在大修周期內(nèi)幾乎是免維護(hù)。油箱有油位顯示、油位低報警、油溫異常報警裝置，適合在煤礦長期運轉(zhuǎn)。

5）該風(fēng)機在節(jié)能方面效果明顯。興無煤礦原使用對旋風(fēng)機為兩臺電機，在更換為諾文科風(fēng)機后使用一臺電機即可使風(fēng)機運行效率達(dá)90%，并且對改造前后兩種風(fēng)機在相同工況下的耗電情況進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示，在相同工況下，原對旋風(fēng)機的電流為63 A，而諾文科該種風(fēng)機的電流為31 A，且該測試是在原對旋風(fēng)機滿負(fù)荷和該風(fēng)機低負(fù)荷的情況下測試的，由此可知，興無煤礦諾文科風(fēng)機每年至少節(jié)省一半的電費；且該風(fēng)機在連續(xù)運行5年內(nèi)基本上是沒有維護(hù)過，為煤礦節(jié)省了大量的維修費用。

5 應(yīng)用效果

1）徹底解決了葉片角度調(diào)節(jié)難等問題。動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)通過葉柄軸、調(diào)節(jié)臂、滑靴和調(diào)節(jié)盤等組件實現(xiàn)所有葉片角度的同步調(diào)節(jié)，且定位準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)靈活。

2）解決了軸伸端軸承使用壽命短的問題。雙柳煤礦對旋風(fēng)機的葉輪直接掛在電機軸上，由于葉輪的離心力、葉片受到風(fēng)的反作用力等各種力的影響，都是造成軸伸端軸承使用壽命短的問題，而諾文科風(fēng)機的葉輪安裝在獨立的軸承箱上，風(fēng)機軸承箱選用德國FAG或瑞典SKF優(yōu)質(zhì)軸承，并采用稀油強制供油潤滑，能在環(huán)境溫度-32～+37℃之間安全可靠運行，且軸承設(shè)計計算壽命均大于100 000 h。

3）提高了風(fēng)機的運行效率至少30%以上。若更換諾文科動調(diào)軸流風(fēng)機，在運轉(zhuǎn)過程中隨時可以通過調(diào)節(jié)葉片角度，保證風(fēng)機始終工作在高效區(qū)內(nèi)，且運行效率可達(dá)到80%以上，僅此一項每年可以為煤礦帶來巨大的經(jīng)濟效益。

4）提高了礦井對主通風(fēng)機控制的自動化程度。該種動葉可調(diào)風(fēng)機，在運轉(zhuǎn)過程中通過點擊計算機鼠標(biāo)隨時可以對風(fēng)機整套葉片角度進(jìn)行同步調(diào)節(jié)（目前全球最先進(jìn)的技術(shù)），整個調(diào)節(jié)過程10～20 s即可完成，不僅徹底解決原對旋風(fēng)機葉片角度調(diào)整所存在的所有難題，同時極大地提高了礦井主通風(fēng)機的先進(jìn)性和礦井對主通風(fēng)機控制的自動化程度，

5）改造對礦井通風(fēng)安全及管理上的意義。如按諾文科方案改造后，不僅每年至少可節(jié)省電費300多萬元，同時還可省去原對旋風(fēng)機每年巨大的檢修和運營維護(hù)成本，最關(guān)鍵的是確保了礦井的通風(fēng)安全，特別是在國家提倡節(jié)能減排、供給側(cè)改革的歷史大背景下，該改造具有劃時代的歷史意義。

[1]陳倩萍.風(fēng)機葉片材料磨損試驗的研究[J].流體機械，2014（8）：65.

[2]孔慶杰,吳倩.變工況對離心風(fēng)機葉輪磨損的影響[J].煤炭工程，2013（9）：53.