煤炭科技煤矿通风机发展“十二五”规划

1、煤炭科技煤矿通风机节能技术发展“十二五”规划一、煤炭科技煤矿通风机节能技术现状与需求(一)现状及存在的问题1. 煤矿主通风机现状分析煤矿地面主通风机担负着向全矿井提供新鲜空气、排出有毒、有害气体的重任，被誉为整个矿井的“肺脏”，其安全、可靠运行事关整个矿井的安全。随着 世界范围内能源短缺和经济增长对能源需求的增加，迫切要求人们节约能源和保护环境。而矿井主通风机每天都必须运行， 选择节电、低噪型通风机就显得非常 重要。20世纪80年代后，由于采用了新技术、新工艺，通风机的效率提高了 5 10%，扩大了调节范围，提高了变负荷条件下通风机的运行效率。随着我国经济的迅猛发展，煤炭在国民经济中的作用日益

2、增强。2005年我国煤炭产量达到21.6亿吨，占我国一次能源消费总量的约 70%。矿用通风机是 保证煤炭安全生产的最主要设施， 据统计我国目前在役的矿用主通风机约 16000 台，矿用局部通风机约25万台，矿用通风机总装机容量约为4000万千瓦，耗能 巨大。目前国内在运行的煤矿主要通风机规格、型号如下：电动机外置式单级轴流通风机(GAF单级，K40, K54, K55, K58, K61, K65)。(2) 电动机外置式双级轴流通风机(70B, 2K56, 2K58, 2K60, GAIK级)。(3) 对旋通风机(BD40, 54, 56, 58, 60, 65, 66)。离心通风机(电动机外

3、置)(K4 72, K4-2X 73)。表1若干矿用主通风机性能参数表(钢板机翼形)通风机型号电机功率KW电机效率静 率压效I13风量m/min静压Pa噪声dB(A)BK54-4-血 10158676.1699844107BD-8-血 242X 1859375.661802523一BD-8-血 25.82X 25094.480.26010252492.3BD-8-血 242X 2509084.46652298365.5BD-8-血 262X 2509378.68056295097.7BD-8-血 282X 4009383.78310429190表2国内矿用主通风机的无量纲性能参数如下表主通风机

4、型号压力系数屮a流量系数0比转速ns静压效率/ n s备注BK400.060.2231780样本BK540.090.1720680样本GAF单级0.18760.248414384样本2K560.190.1711685样本2K600.400.248082样本BD400.170.2314880样本BD450.190.2213479资料BD500.210.2011779.4厂内测试BD540.250.2311181.5厂内测试BD580.250.2712278厂内测试BD620.360.218179.1厂内测试BD65A0.330.228880厂内测试BD660.420.227377厂内测试K4-7

5、20.430.227289资料K4-2 X 730.430.410386资料般说来，BK40 54等单级通风机适用于压力较低， 需风量较大的低风阻矿井；2K56 2K6C和BD系列适用于中、高压矿井；而离心通风机适合用高压、需风 量较小的矿井。与之相对应，从表4可看出：无量纲压力系数较低的通风机适合 于低风阻矿井，反之适合于高风阻矿井；比转数较低的通风机适合于风量要求较 小的矿井，反之适合于风量要求较大的矿井。对旋通风机结构特点：（1）对旋通风机与二级轴流通风机相比，它无导叶， 两个旋转方向相反的叶轮互为导叶；（2）两个叶轮分别直联在各自的电动机上， 因此要求配备两台电动机；（3）两台电动机置

6、于通风机内部，与叶轮直联，不需 要长轴结构，因此对旋通风机结构紧凑，安装调试方便。特别适合于安装场地受 到限制的矿井。另外，由于电动机内置，省去了电动机房的土建，与长轴结构的 轴流通风机相比，可节省大量的土建成本；（4）对旋通风机的消声器与扩压器直 联，结构紧凑，一般来说，不必另外建造消声塔，节省土建成本；（5）对旋通风机由于电动机内置，维修不便。电动机散热条件差，对电动机有特殊要求。性能 特点：（1）效率与二级轴流通风机相当；（2）良好的反转反风性能；（3）可单级运 行，但必须配备后导叶，否则效率很低。单级运行时风压只有双级运行的一半左 右。电动机外置式双级轴流通风机结构特点：（1）有两个动

7、叶轮，分别配有导叶， 两级动叶和导叶的形状可完全一样，省去叶片模具成本；（2）配备一台外置电动机。由于电动机外置，散热条件较好，对电动机维修方便；（3）由于用长轴连接动叶轮和电动机，安装要求严格，结构不太紧凑，前置长轴穿过气流通道，需置 S型弯道；（4）需建电动机一通风机房，土建成本较大；（5）安装场地要求较大。 性能特点：（1）与对旋通风机相当；由于存在导叶，反转反风性能不如对旋； （3）此类通风机在国外广泛应用，历史悠久。离心风机结构特点：（1）安装较为方便，但双面进气用双支承轴较长。有蜗 壳，径向尺寸很大； 电动机外置，散热条件好，易维修；（3）安装调节门 （前导器）后，启动时关小调节门

8、，启动功率小，易启动，且能调节风量、风压。 性能特点：风量较小，风压较高，效率也较高。表3各类矿用主通风机的评价名称长轴双级轴流对旋离心效率电动机维修安装简便结构紧凑综合成本风量安全性总体来讲，通过近几年的规范整顿，所有的矿井都基本上采用了符合要求的 主通风机，并制定了以风定产的安全措施，由于主要通风机出现故障而造成的事 故大为减少。衡量风机技术水平主要从产品标准化、通用化、系列化的程度和容量、转速、 效率及噪声等几个方面考察。产品的标准化、通用化、系列化能够降低产品成本、 缩短生产周期，扩大产品使用范围，以较少的零件品种达到较大应用范围的需要， 产品质量与工艺要求都容易得到保证， 同时可采用

9、专用设备与流水线操作， 提高 了生产效率又降低了产品维护成本。风机采用大容量后可使一台机组替代几台机 组，这样可降低设备和建造费用，节省材料，节约能源，便于管理和采用自动化 技术。提高了风机转速后，可节省材料，减少体积，减轻重量，同时为运输和使 用带来方便。风机是一种使用量大面广的通用机械， 它的高效和节能对于国民经810%因济建设具有重要意义。据统计，风机的电能消耗约占全国发电量的 此，提高风机的效率和运行效率是十分必要的。2. 煤矿主通风机存在的问题（1 ）风机低效率运行据中煤集团和煤科总院 2004 年的调查表明，我国在役的矿用主通风机运行 效率低于 40%的占 20%，运行效率高于 7

10、0%的不足 10%。对于在役的局部通风机， 平均运行效率低于 60%，其中地方煤矿平均运行效率仅为 48%。这同西方发达国 家约 85%的平均运行效率相差甚远，节能潜力巨大。煤矿选用的主通风机大多数采用异步电动机驱动， 特别是近十年来普遍选用 防爆对旋轴流式， 电机的调速控制几乎是一片空白。 主要原因是交流异步电机调 速困难。 机械调速方式体积庞大， 维护困难。 电力调速在变频调速系统出现前系 统复杂、损耗大。因此不得不放弃这种有效的性能调节方式。（2）高噪声 噪声对人们的听觉、视觉、神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统 都有严重危害。风机是一个较强的噪声源。如锅炉送风机的噪声可达124

11、dB对噪声的控制也是我国风机行业广大技术人员一直在努力的一个重要方向。利用气动声学原理来设计低噪声风机是从噪声源处着手， 没有为降噪而增加 质量、空间和成本，具有较大的吸引力，但难度较大；采用消声、隔声或吸声等 无源噪声控制措施可以取得了不错的效果， 但也存在低频噪声难以消除， 质量和 成本增加等问题；有源噪声控制技术通过引入二次声源建立一个相消干涉模式， 从而实现指定区域内声能降低或消除的目的， 具有良好的解决低频噪声问题的潜 力，但也存在一些缺点： 其一是有源控制只对风机低频窄带比较成功， 其二是实 际应用中需要复杂的控制系统， 这在硬软件方面都存在极大的困难， 其三是有源 控制系统中采用

12、的电子设备过于昂贵。（3）加工手段落后，质量难以保证世界上较著名的通风机企业主要有德国 TLT公司、英国豪登公司、丹麦诺文 科公司、德国 公司及日本荏原制作所等等， 这些公司技术先进， 科研实力 雄厚，都能设计三元叶轮并进行计算机仿真和优化设计， 他们加工三元叶轮的工 艺方法也非常先进， 如意大利新比隆公司采用开槽焊接技术， 德国德马格公司采用钎焊接技术， 而国内还未将这些技术应用于生产； 在五座标铣制叶轮方面， 国 外先进厂家加工效率比国内高 23倍；在叶轮焊接方面，国外采用数控自动焊， 而国内还在沿用手工电弧焊的落后工艺方法。 国外的小型通风机产品的外观质量 相当于工艺品，涂装质量既牢固又

13、漂亮；国内近几年虽有所提高, 但仍有很大差距。我国装备制造业总体水平不高， 生产矿用通风设备的制造企业加工制造工艺 更显落后， 无法完成精细化、 规模化生产， 这就导致在主通风机在关键部件及关 键工艺上难以得到可靠的质量保证，为煤矿安全通风带来隐患。（4）叶片等关键部件检验手段缺乏，存在故障隐患 目前国内煤矿多采用轴流式通风机， 其气动性能已被广大用户认可接受。 但是由于风机从设计、 制造到使用维护过程中， 都有一些造成风机运行可靠性不足 的问题，运行故障率较高，如叶片断裂、电机温度过高、主通风机运行工况不稳 定、气动风机齿轮马达易损坏、 轴承润滑结构不完善等， 这些给煤矿生产带来一 定的安全

14、隐患， 并大大增加了风机生产厂家和用户的维护费用。 如何提高主通风 机产品运行可靠性，降低故障率，是现阶段亟待解决的重要课题。（5）设计方法落后 目前国内矿用通风机的研究和设计还基本停留在二维无粘假设的基础上， 矿井通风系统的设计与计算甚至还停留在一维损失模型的水平上， 矿用风机准三维 和全三维数值研究与应用工作，还基本上是空白。国外通风机企业为了进入中国市场， 他们采取了与我国通风机企业合资、 合 作等方式， 而英国豪登公司已在国内建立了独资企业， 早已参与了国内的通风机 市场竞争。3. 煤矿局部通风机现状局部通风机， 向矿井下局部地点供风的通风机， 主要用于掘进通风。 按布置 方式可分为压

15、入式、 抽出式和混合式三种。 压入式局部通风机是将新鲜空气通过 风管压到工作地点，电动机不需隔流。 抽出式局部通风机是将污风从工作面抽走， 电动机需隔流。 局部通风机有 JBT 系列通风机、子午加速行系列通风机及对旋轴 流式系列通风机 3 类。目前，我国煤矿用局部通风机生产企业 90家，主要分布在重庆、山东、山 西、河南、江苏、湖南、江西等19个省(区、市)。技术力量、设备条件、管理 水平、执行标准状况和经营思路各不相同，产品质量、技术性能差异较大。产品 质量、性能指标和技术水平不容乐观。(1) JBT、YBT系列单级轴流式局部通风机是我国 20世纪50、60年代引进 前苏联的产品，体积小、价

16、格低，但噪音大，全压效率低，风压偏低。其全压效 率约60%- 73%左右，噪声103111dB(A),有的甚至达到l27dB(A)。风机效率低， 造成了能源的严重浪费。噪声主要集中在中、高频率范围，刺耳的尖叫声严重影 响了工人的正常作业和身心健康，并且掩盖了一定距离内行车声、机械运转声和 信号电铃声，易引起伤亡事故。近两年，个别企业与高校或科研院所合作， 对YBT产品进行了技术改造，在 小型号上改善了风机叶型和加装了消音器，取得了较好的效果。但大部分产品不 符合现代生产环境的要求，属于应该被淘汰的产品。(2) 斜流式(也称：昆流式)局部通风机是20世纪90年代初期发展起来的 新型风机，具有空气

17、轴向流动、高效运行区域宽、噪音小等优点。但风压偏低，在效率指标上形同虚设，生产工艺、技术还不成熟，目前国内生产企业约有4家，规格型号和使用量较少，未形成批量和系列化生产。(3) 对旋式局部通风机是20世纪80年代末、90年代初研制并迅速发展、 推广的一种局部通风机。目前机号有血 4.0至血10.0等；装机功率有l.lkW X2 至75kWX 2等；工作方式有压入式、抽出式和压抽式等；叶片材料有钢叶、铜叶片、铝合金铸造叶片和塑料叶片等。表4国外对旋局部通风机主要性能国家型号风筒直径Mm全压Pa风量m3/min电机功率kw额定转速r/min日本MFA40P2- SC44001300-2800180

18、-1205.5 X 23000日本MFA50P2- SC45001900 - 4200400 - 22015X 23000日本MFA60P- SC66001900 - 3900500 - 31015X 23000日本MFA60P- SC36002800 - 6000600 - 40030 X 23000日本MFA90P- SC39002200 - 4200900 - 55030 X 21500日本MFA100P2- SC610002100-45001200 - 82037 X 21500日本MFA100P2- SC310002400 - 55001300 - 85055 X 21500德国GA

19、L5-45/45500190-3100187-1204.5 X 23000德国GAL5-60/60500200-3680204-1236 X 23000德国GAL5-75/75500280-4400243-1237.5 X 23000德国GAL6-110/110600380-4700336-18611 X 23000德国GAL6-150/150600400-5400358-24015X 23000德国GAL7-220/220700400-5900564-34822 X 23000德国GAL7-300/300700560-6500685-43230 X 23000波兰WLE-503A500700

20、=3500252-1387.5 X 23000波兰WLE-603A6001100=5500402-22815X 23000波兰WLE-603B600900=5300400-22018.5 X 23000波兰WLE-803A800800=5700558-34822 X 23000波兰WLE-1003B10001100=5900775-59037 X 23000注：日本的全压效率0.700.78,噪声6885dB(A);德国的全压效率0.630. 7;噪声7890 dB(A);波兰的全压效率0. 600. 75,噪声8492 dB(A)。制造商：日本三井三池制作所；德国 YORTE波兰ROWENA

21、家们认为：中 国的通风机在气动设计和气动性能方面已处于国际水平，但通风机的加工工艺、 设备落后，外观质量较差。对旋式局部通风机一般由容量相同的隔爆电动机驱动，两个风叶轮采用不同的叶片数，一级叶轮的叶片安装角大于二级叶轮的叶片安装角。二级叶片还兼备普通轴流式风机中的静叶功能。测试证明：对旋式局部通风机的通风效率比前置 静叶型两级普通轴流式通风机高约 8%10%，比后置静叶型高约4%5%具备良 好的逆风性能，逆向风量可达 60%70%目前，对旋式局部通风机均采用了外包复式消声器结构， 有效地降低了噪声。 实验证明：噪声频率越高，吸声系数越高。在 125Hz500Hz时，吸声系数只有 0.30.5左

22、右，在1000Hz以上吸声系数可达 0.8以上，4000Hz时可达0.95。近年来，部分高校和科研院所对矿用通风机技术进行了深入的研究，先进的理论、计算方法和结构优化等得到较好地应用，促进了矿用通风机产品行业技术水平的提高表5我国部分矿用对旋局部通风机性能参数通风机电机功率KW全压效风量m3/min全压Pa噪声dB(A)备注型号率血5.02 X 5.580.0177260690单弧板叶型血6.32 X 18.580.8365506289.2机翼型叶片血6.02 X 1178.2278335089机翼型叶片血7.12 X 3780.2584587696.2单弧板叶型血6.02 X 1581.22

23、944333一单弧板叶型血6.72 X 3077.14005913一单弧板叶型表6局部通风机的评价名称YBT JBTBKJ、2BKJ对旋斜流效率性能曲线送风距离噪声结构紧凑成本4. 煤矿局部通风机存在的问题目前局部通风机主要存在的是加工质量问题。 部分生产企业因局部通风机价 格低，利润小，不太重视，投入小。主要问题有 8个方面。（1）叶型尺寸叶片是通风机的核心，是保证通风机达到性能的关键部件， 应保证叶片的叶 型符合样板坐标，一方面严格检验模具的准确性，对钢板压制工艺，应考虑反弹 因素，最好要求设计者在样板坐标上给出叶型在轴向的投影长度L和在周向的投影长度L1,可以方便地检查叶片安装角；另外，

24、应用样板检查叶型是否符合给定 的坐标，样板与叶型之间的缝隙不应大于0. 5%b（b为叶片弦长）。在叶片加工中 要注意叶型前、后缘的加工质量，特别是叶型后缘的小圆，应符合样板坐标规定 的尺寸，尤其是铆焊工艺，一般加工都比较粗糙。（2）叶片表面粗糙度应保证叶片表面粗糙度， 特别注意叶片表面绝对不能有凹凸不平或明显的划 痕。（3）安装角叶片安装角严重影响通风机性能，相差1°就有可能使效率相差1%2%, 使通风机的风量、风压相差2%5%,若安装角度偏大，可能会导致电动机超功 率，电动机烧毁现象。因此应严格检查叶片沿叶高各截面叶型的安装角。通风 机制造企业应加工叶片焊接模具， 具备检测叶片的专

25、用工具， 检测叶片叶型坐标 和安装角的误差。（4）通风机流道加工质量由于通风机流道为铆焊件， 焊接质量成为关键， 最常见的问题是焊接质量差， 焊缝不连续，不光滑，气流流过时会产生很大阻力，使通风机效率降低。对流道 的加工应特别注意：支撑、导叶与机壳的焊接质量；法兰、垫片的连接应保 证流道的光滑；各部件的轴向间隙应符合图纸要求。（5）径向间隙径向间隙严重影响通风机效率，应严格按 MT222007的规定控制。（6）消声器加工质量 消声器是降低通风机噪声最有效的措施。但加工不当，严重影响消声效果，最常见的问题有两个：消声棉（矿渣棉，超细玻璃棉等）没有压实，应严格按照 规定的密度操作，例如对矿渣棉，应

26、保证240kg/m3,对超细玻璃棉应保证25kg/m3; 消声器多孔钢板涂刷防锈漆应放在第一道工序， 如放在末道工序， 防锈漆将纤 维布的孔隙堵死，使消声棉不能吸声，大大影响消声效果。（7）安装改进叶轮安装方式， 避免大力敲打； 电动机的定位安装水平也影响电动机同 心度和叶片间隙。（8）流道设计应对通风机流道进行优化设计， 符合气动力学规律， 避免出现尺寸的急剧变 化，如进口导流帽、轮毂与电动机外形尺寸、后消声器的导流锥收敛角度，电动 机穿线管结构等均对通风机性能产生较大的影响。（二）趋势及需求分析1. 煤矿主通风机技术趋势及需求矿用通风机内部流动是全三维、 粘性、非定常流动， 存在着十分复杂的旋涡 分离流动、湍流流动、不稳定流动等。而由主扇、风硐、风井、巷道、采掘工作 面、采空区、硐室及数十台甚至近百台局部通风机及管道网络等组成矿井通风系 统内部流动将更加复杂，是全三维、粘性、多组分、多相、非定常的流动