煤礦風機選型研究

劉謙

摘 要：隨著我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展的深入，特別是近年來能源行業(yè)面臨新的機遇與挑戰(zhàn)也促使相關(guān)行業(yè)對礦山設(shè)備提出新的要求。面對這一情景，本文從礦用風機的選型為對象，在介紹風機特性和風機聯(lián)網(wǎng)工作情況下的影響因素的基礎(chǔ)上，分別介紹了傳統(tǒng)的選型和電算選型的方法。

關(guān)鍵詞：礦用風機;特性參數(shù);選型方法

0 引言

煤礦礦井主風機的需求有特殊需求，如何準確地選擇所需的礦井通風機風機產(chǎn)品，和參數(shù)與性能特性曲線，實現(xiàn)最優(yōu)選擇，是我們迫切需要解決的問題[1]。

1 風機選型的意義

隨著計算機的飛速發(fā)展，礦井通風信息系統(tǒng)的開發(fā)越來越方便、快捷、高效，風機模塊選型的研究開發(fā)工作不斷深入[2]。那因為它的重要性我們經(jīng)常把通風機與礦井的“肝”相比。其工作特點和選擇已經(jīng)成為重要的研究對象，優(yōu)化選型方法是礦井通風的一個重要的研究內(nèi)容，良好的選型有益于系統(tǒng)功能的穩(wěn)定、壽命保持和礦山生產(chǎn)的高效。

2 風機特性與影響因素

根據(jù)風機特性，可以用流量等參數(shù)來表示風機的工作狀態(tài)，其流量、風壓、軸功率和效率參數(shù)都是可變的，并具有一定的規(guī)律。在工程應(yīng)用中，常用特征曲線來表示風機（或靜態(tài)）的總壓力、軸功率和效率與風機流量之間的關(guān)系變化的關(guān)系[3]。因此，礦井通風機數(shù)學模型的曲線方程相當于建立風機H - Q、N - Q、ETA - Q特征曲線，建立系統(tǒng)模型，采用拉格朗日插值法對通風機方程擬合。礦井通風與風量、風壓與風量、功率與效率的非線性多項式關(guān)系。假設(shè)礦井通風機的實際性能曲線方程可以用函數(shù)y = f （x）來表示，可以建立一個n階多項式。

隨著煤礦開采模式的不斷擴展，礦井在多軸、多進氣道的應(yīng)用越來越多。風機網(wǎng)絡(luò)有多種風機作業(yè)，具有不同的通風能力[4]。同時網(wǎng)絡(luò)對每臺風機的要求有不通風特性。通風網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性和不穩(wěn)定的氣流，由于有效合理的規(guī)劃，可能會導(dǎo)致各風機運行失效，導(dǎo)致不穩(wěn)定甚至喘振、反轉(zhuǎn)[5]。由于后果嚴重，需要研究如何避免因為煤礦通風機安全生產(chǎn)、氣流和礦井通風系統(tǒng)聯(lián)合運行方向的改變等造成的危害。風機聯(lián)合作業(yè)對礦井通風系統(tǒng)以保證安全生產(chǎn)。因此，可以用來描述通風系統(tǒng)中氣流的穩(wěn)定性，來描述安全的工作條件。

此外，通風機的更換、輔助風機功率的增加以及礦井主風機數(shù)量的增加，不僅會引起通風網(wǎng)絡(luò)的流量變化，還會引起其他支路的流量變化，如通風機網(wǎng)絡(luò)工作點工作的影響[6]。

在單個風機系統(tǒng)中，當主風機性能發(fā)生變化時，凈容積比的變化趨勢和變化量會隨著主風機風量的變化而變化[7]。多風機系統(tǒng)，當主風機性能發(fā)生變化時，整個網(wǎng)絡(luò)流量比例發(fā)生變化。當主風機容量增大時，風機與子網(wǎng)或支路的體積呈串聯(lián)增大，并聯(lián)風機與子網(wǎng)的體積減小。多風機系統(tǒng)，即使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和滑動阻力不變，當主風機性能發(fā)生變化時，總風量和風機配置發(fā)生變化，主風機阻力和凈總阻力發(fā)生變化。在通風網(wǎng)絡(luò)中，安裝輔助通風機，不僅自身巷道風量發(fā)生變化，其他風量也發(fā)生變化。風量范圍最大的，就是支路風機本身，風機位置變化越遠，風量變化越小。

阻力支路對其它支路風量和風壓的影響，當一個支路阻力增大時，包括支路的其他支路在所有路徑上的風壓也隨著風量上平行支路和支路的增大而減小，相比阻力減小時，風壓也增大。如果外部分支阻力調(diào)節(jié)導(dǎo)致其進出氣風量的變化，則相同風量的內(nèi)部分支變化趨勢。在風機網(wǎng)絡(luò)中，一個支路阻力變化，隨著支路風量和壓力的變化。

在網(wǎng)絡(luò)中，主要巷道阻力的變化幅度和影響范圍由巷道引起的空氣阻力變化和影響較小。風機網(wǎng)絡(luò)中一個支路的阻力增大，阻力和氣流的減小值大于增加的支路阻力減小量，增加的支路阻力減小量大于增加的支路阻力減小量。這種差別是因為當一個支路阻力增加或減少時，總阻力系統(tǒng)會隨著變化，導(dǎo)致總風網(wǎng)也隨之變化而引起。氣密和滲透對氣流的影響相當于支路抗風能力向無窮大的增加，因此支路風量降為零對其他支路的影響與支路抗風能力的增加是相同的。巷道通過時，當空氣阻力增大，對巷道其他支路的影響相同，方向取決于巷道的兩個端點之間。通過以上分析可以看出，影響氣流穩(wěn)定性的因素可以分為兩種：一種是通風功率，包括機械功率，自然功率是另一種通風系統(tǒng)布置，包括通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、巷道布置。

3 風機選型的方法與步驟

傳統(tǒng)的方法，根據(jù)經(jīng)驗，根據(jù)煤礦生產(chǎn)需要，確定礦井總風量，最大風力航路（通風困難時期）總壓強，或計算最大的阻力。然后根據(jù)所需的總風量和風壓，在風機性能表中查找或在對數(shù)曲線上確定風機的對應(yīng)坐標垂直線，最終確定風機數(shù)量、轉(zhuǎn)速和功率。具體如下：

根據(jù)礦井總風量、總阻力和漏風系數(shù)計算礦井主風機工作風量和風壓，建立風機參數(shù)庫，同時輸入各種流量、壓力和效率。

風機選型操作依據(jù)礦井總風量、總阻力及外部漏風系數(shù)，轉(zhuǎn)換礦井主風機工作流量及工作壓力-功能判斷-功率選擇-選擇輸出的相關(guān)參數(shù)。

但傳統(tǒng)的方法精度低，需要設(shè)計師好的經(jīng)驗。

電算法是利用計算機優(yōu)化礦井主風機選型的一種最常用的風機優(yōu)化方法。

風機選型方法如下：根據(jù)風機所需的總風量和總阻力，計算風機的工作容積和工作壓力，選擇最經(jīng)濟的風機;在此基礎(chǔ)上，提出了一系列可選通風機和通風網(wǎng)絡(luò)匹配方案，并分別通過掛網(wǎng)獲得最佳方案;此外，建立一個虛擬，并參與通風網(wǎng)絡(luò)的計算，得到風機的工作點，然后計算通風網(wǎng)絡(luò)的阻力，最后從選定的中選擇工作位風（下轉(zhuǎn)第254頁）（上接第252頁）機的功率要求;之后，數(shù)學規(guī)劃-當各支路的總風阻和風阻已知時，就知道了礦井的通風網(wǎng)絡(luò)。

該方案采用非線性規(guī)劃方法，計算支路阻力和總壓，滿足礦井總風量和總壓的要求，以及風機的最小功耗。

4 結(jié)論

本文以礦用風機為對象展開優(yōu)化選型方法研究，在從流量、風壓、功率、效率、轉(zhuǎn)速等角度分析風機性能參數(shù)的基礎(chǔ)上，著重分析了風機并網(wǎng)后，干網(wǎng)和支網(wǎng)內(nèi)風阻對風流產(chǎn)生的影響，以確定對風機動力的要求。最后通過對比傳統(tǒng)選型和電算法選型的優(yōu)劣以此來為風機優(yōu)化選型方法提供參考。

參考文獻：

[1]趙坤.煤礦用主通風機的改造及選型設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（08）.

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[3]張柬，張希巍，王洪波，王景樂.基于Ventsim軟件礦山通風系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化[J].有色礦冶，2013（06）.

[4]吳富剛，宮銳，石長巖.可控循環(huán)通風技術(shù)在紅透山礦井中的應(yīng)用[J].有色金屬（礦山部分），2011（03）.

[5]朱園紅.引風機選型的分析比較[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學院學報，2007（02）.

[6]鄧紅衛(wèi)，張瑞，雷濤，易東福.基于Ventsim的云錫新山礦段通風系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].采礦技術(shù)，2010（04）.

[7]劉玉蘭.礦井通風設(shè)備的選型[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008（21）.