礦山在用通風機風量測試方法分析

姜群山

（遼寧省安全科學研究院，遼寧 沈陽 110004）

通風機是礦山生產的重要安全設備，風機配置的正確與否關系到礦山的安全生產，風量的大小決定井下工作面、需風點是否能獲得所需的新鮮風流，以及滿足井下降溫的需要，滿足礦工職業健康的要求。評價通風系統的重要指標包括有效風量率、風機效率、風量供需比，這些鑒定指標都涉及實測通風機風量，《煤礦安全規程》和《金屬非金屬礦山安全規程》都對通風機測試提出了要求，通風機在實際安裝條件下，其進出口巷道截面的風速分布很不均勻，這為風量的精確測試帶來很大困難，因此，盡量準確地測試巷道界面的風速是通風機技術測試的關鍵問題。

1 通風機風量測試方法

通風機風量測試方法通常有風速傳感器（風速計）測試法、靜壓差測試法、動壓測試法。

1.1 風速傳感器（風速計）測試法[1]

風速傳感器（風速計）測試法是利用等積環原理，在測試斷面上按GB/T 10178-2006布置測點，用風速傳感器測量每個測點的風速。測試原理見圖1、圖2。

圖1 圓形截面等積環原理測點分布圖

圖2 三心拱截面等積環原理測點分布圖

對于圓形截面，計算各測點的平均風速，再根據圓形截面面積計算風量：

式中：q—通過通風機的風量，m3/s；vi—第i個測點測得的風速，m/s；n—測點數；S—測風斷面面積，m2。

對于三心拱截面，風量計算如下：

計算見式（2）。

式中：q—通過通風機的風量，m3/s；vi—第i條線上各測點的平均風速，m/s；Nr—測試線的數；li—測試線長度，m。

測試斷面選在通風機入風口前進風巷道或通風機出口后的風硐的直線段選取測風截面，對于該測試方法，測試斷面不規則，存在紊流，或測點不按GB/T10178-2006布置，都將導致結果測試不準確。

1.2 靜壓差測試法

靜壓差測試法是在通風機入風口前兩個相距較近的截面積有變化的截面上，通過測量每個截面上的相對靜壓差，計算風量。要求兩個截面積有變化的截面相距較近，是考慮在計算過程中忽略沿程阻力。

具體測試：

利用兩個皮托管或靜壓差傳感同時測量兩個斷面的相對靜壓差p1、p2，使用求積儀或長度量具測量兩個斷面的面積A1、A2。抽出式風機測試原理見圖3。

圖3 抽出式風機靜壓差測試法原理圖

計算如下：

式中：p1、p2—1-1、2-2斷面相對靜壓差，Pa；v1、v2—1-1、2-2斷面的平均風速，m/s；ρ—1-1、2-2斷面平均空氣密度，kg/m3；hr—1-1至2-2斷面的阻力損失，Pa；在此忽略不計，取0；

由（3）、（4）式得 ：

式中：p0—大氣壓力，Pa；Φ—空氣的相對濕度，%；psat—溫度為t℃時空氣的絕對蒸汽飽和壓力，Pa；t—空氣的溫度，℃ ；S1、S2—1-1、2-2斷面截面積，m2。

該測試方法需要現場具有兩個截面積不同且相距較近的斷面。每個斷面的相對靜壓差比較容易且準確測得，由于在每個斷面上相對靜壓差不變，因此，每個斷面上相對靜壓差的測點選擇沒有要求。但在測點皮托管安裝方向上應確保風流與皮托管靜壓差孔垂直，否則測得的靜壓差會偏離實際靜壓差值。

1.3 動壓測試法[1]

在流速均勻的斷面，如集流器，將皮托管全壓口正對風流方向，皮托管全壓口和靜壓差口接壓差計，對于環形集流器，用皮托管測量集流器環部的不同位置的動壓，并獲得動壓平均值，pd，按（7）、（8）式計算風機風量。測試原理見圖4。

圖4 動壓測試法原理圖

式中：v—測量斷面平均風速，m/s；pd—測量斷面平均動壓，Pa。

這種方法操作簡單，但平直段風流穩定性對動壓測試會產生影響，為獲得整個集流器斷面的平均動壓，在實際檢測時需要在風機的集流器的四個方向上開孔，在每個開孔處測量環部不同位置的動壓，皮托管安裝方向和測點的選取以及對平均平均動壓（風速）測試的準確性帶來誤差，因此，皮托管要與風流平行，全壓口迎著風流，另外測點布置要充分。

皮托管與風流方向偏差越大，實測動壓越小，當偏差5°時，動壓誤差為（1-cos5°+sin5°）%，即9%。

2 測試方法分析

為了獲得風量測試結果，3種方法都需要測量測試斷面的面積。

風速傳感器（風速計）測試法是最直接的風量測試方法，為了獲得測試斷面的平均風速，要求測試斷面形狀規則，不存在紊流，并嚴格按等積環原理在測試斷面上布置測速點。對于大中型金屬非金屬礦山，在進風巷道或出口風硐能選取到較為符合要求的測試截面，但對小型金屬非金屬礦山，普遍存在進風巷道斷面不規則，沒有出口風硐，難以選擇符合要求的測風斷面，也很難按等積環原理布置測點，使得準確測量風量大打折扣。因此，當實際測試斷面形狀規則，現場適于風速傳感器按等積環原理布置時，可優選擇該方法。

相較風速傳感器測試法，靜壓差測試法只涉及兩個斷面的相對靜壓差值測試和斷面面積，由于每個相對靜壓差值不會因為斷面上測點位置變化而變化，使測試較為方便，只要保證皮托管安裝平行風流即可[2]。但靜壓差測試法忽略了兩個斷面之間的沿程摩擦阻力，在斷面距離較近的情況下，該誤差相對較小，當無法采用風速傳感器測試時，現場具備兩個相距較近且斷面不同的情況下，可采用靜壓差測試法。

動壓測試法，操作簡單，但受皮托管安裝方向和動壓測量選點的影響，獲得平均風速的誤差也比較大。采用該方法時，應盡可能確保皮托管安裝平行風流，且測點布置充分。當現場不具備風速傳感器測試法和靜壓差測試法測試條件時，可采用動壓測試法。

3 結語

在礦山實際使用環境下，準確測試通風機風量比較困難，應根據實際情況采用適宜的方法進行測試，以獲得較為滿意的結果。