變頻調(diào)速技術(shù)及其在礦用對旋軸流式通風機上的應(yīng)用

梁文鋒

（大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司梨園河煤礦， 山西 忻州 034114）

1 對旋軸流式通風機的簡介

1.1 技術(shù)發(fā)展歷程

20世紀30年代初出現(xiàn)了該類通風機理論,當時他安裝在法國莫丹的大型風洞，使用兩臺沖擊式水輪機當做是其動力的來源，并進行了一次風洞實驗，獲得了100～240 r/min轉(zhuǎn)速的綜合特性曲線。與此同時，還得出了葉輪在不同轉(zhuǎn)速的情況下，所產(chǎn)生的相對功率消耗曲線及特性曲線。20世紀末期，國內(nèi)對這種類型通風機的研究已經(jīng)逐漸普及開來，關(guān)于其研究的重點，主要是經(jīng)過風流流場運算分析,解決葉片葉型在這種類型通風機上的使用,進而提高通風機的效率，減輕其所產(chǎn)生的噪音。隨著通風機設(shè)計技術(shù)的不斷深入，對該種類型的通風機結(jié)構(gòu)又作出了適當?shù)恼{(diào)整，使其整體性能又發(fā)生了極大的改觀[1]。

1.2 特性介紹

該種類型的透明風機，通過結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化，他的特性也發(fā)生了相應(yīng)的變化，使其各方面的耗損情況得到了有效緩解。第一，在通風機的結(jié)構(gòu)上，將靜葉取消也就不會出現(xiàn)靜葉損失的問題，所以這類通風機的工作效率有了極大提升，且遠遠高于普通的通風機；第二，他的反向送風能力較強；第三，依據(jù)差異化的風量、風壓需求，這種類型的通風機能夠使用三種不同的運行方式，包括Ⅰ級、Ⅱ級葉輪一并運行、Ⅰ級葉輪靜止,Ⅱ級葉輪運行、Ⅰ級葉輪運行,Ⅱ級葉輪靜止。這三種運行方式極大地拓寬了其應(yīng)用范圍；第四，兩級葉輪分別由2臺電機帶動的方式,便于依據(jù)礦井的風壓、風量變化，進而對通風機的特性，進行隨時隨地的變換。因為該類型的通風機具備上述特點，當使用這項技術(shù)對該類型通風機的Ⅰ、Ⅱ級葉輪進行差動運行時，能夠極大地改善該類型通風機風壓-風量的綜合氣動特性等，進而達到高效合理、經(jīng)濟適用的運行狀況，使其各方面性能趨于完善[2]。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理

對通風機所產(chǎn)生的風速進行合理的調(diào)節(jié)與控制，是通過減少空氣動力，進而完成節(jié)能目的的一種方式，他與通過調(diào)節(jié)風門對風量進行控制的方式相比較節(jié)約能源效果顯著。依據(jù)電機學的相關(guān)原理，異步電動機的轉(zhuǎn)動速度公式為：

上述公式表明，電機的轉(zhuǎn)動速度n和的電源頻率f呈現(xiàn)出一種線性關(guān)系，如果電機定子磁極的對數(shù)p、轉(zhuǎn)速差率s保持不變，只要改變電源頻率f，電機的轉(zhuǎn)動速度n就能夠，發(fā)生相應(yīng)的變化[3]。

如圖1所示，當通風機的運行狀況在A點時，代表風量的Q1、負壓的H1，這時軸功率的N1是Q1H1相乘的面積，也就是AH1OQ1；當風量變化從Q1→Q2時、負壓從H1→H2時，若應(yīng)用常規(guī)的風門調(diào)節(jié)法，那么通風機的特性曲線就會發(fā)生相應(yīng)的變化，由（3）→（4），通風機則由A點→B點工作運行，軸功率也會變成N2是BH2OQ2形成的面積。從上圖可以發(fā)現(xiàn)，H2H3CB形成的面積，就是風門所得損耗的多余功率，這種損耗對通風機的運行來說，是一種嚴重的浪費。

圖1 通風機節(jié)能調(diào)節(jié)原理示意圖

所以根據(jù)通風機的比例定律，其在速度調(diào)節(jié)之后，特性曲線會發(fā)生相應(yīng)的變化。當通風機的轉(zhuǎn)動速度是n時，代表風量的Q會同比例的下降，負壓H代表平方關(guān)系的下降等。當應(yīng)用變頻裝置時，其各方面變化如表1所示。

表1 頻率與轉(zhuǎn)動速度、風壓及軸功率之間的關(guān)系

由表1可知，當?shù)V井的實際風量需求發(fā)生變化時，對通風機的轉(zhuǎn)動速度進行調(diào)節(jié)，其他的數(shù)據(jù)參數(shù)也會發(fā)生相應(yīng)的變化，這時軸功率就會降低或是上升，而輸出功率的降低，也就意味著節(jié)約能源的目標可以實現(xiàn)。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在旋軸流式通風機中的應(yīng)用

某礦井為了可以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，選用了型號為FBCDZ-6-№18的對旋軸流式通風機，該通風機配備了2×110 kW、380 V的電動機，在實際的應(yīng)用中獲得了不錯的效果，詳見表2。

由表2可知，在正常的工作狀態(tài)下，Ⅰ級、Ⅱ級動葉變速調(diào)頻同步運行時，所產(chǎn)生的能源節(jié)約效果非常明顯；按照礦井的實際需求，以及通風機的特性，經(jīng)過變頻技術(shù)的使用，可以產(chǎn)生很好的能源節(jié)約效果，節(jié)能的幅度在12%～51%左右；在實際作業(yè)中，受到礦井管道分布的影響，會使該類型通風機的使用出現(xiàn)一定的誤差，為了防止這種誤差的出現(xiàn)，可以使用調(diào)節(jié)葉輪特性的方式，實現(xiàn)通風機的完美運行，通過對比表中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，Ⅰ級、Ⅱ級葉輪的變化有著明顯的差異性。

表2 通風機變頻數(shù)據(jù)（實際測量）

4 結(jié)語

變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)，為礦產(chǎn)開采事業(yè)的發(fā)展提供了極大的助力，特別是礦用對旋軸流式通風機上的節(jié)能應(yīng)用，極大地改善了礦井內(nèi)部的環(huán)境，使礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益獲得了極大的提高，為整個行業(yè)的發(fā)展提供了一定的技術(shù)支持。

[1] 王濤.煤礦對旋軸流式通風機的研究[J].科技視界，2014（9）：276；313.

[2] 陳一兵.煤礦對旋軸流式主通風機高壓變頻拖動方案的設(shè)計及應(yīng)用[J].煤礦機電，2013（6）：24-27；31.

[3] 袁國忠.變頻調(diào)速技術(shù)在礦用對旋軸流式通風機上的節(jié)能應(yīng)用與分析[J].煤礦開采，2009，14（4）：67-69.