第三章矿井通风机的选型设计

1、第三章 矿井通风设备选型设计第一节 矿井通风设备选型设计概要一、矿井通风设备选型设计基本原则 矿井通风机选型设计的主要任务是合理选择通风机的型式、型号(叶轮直径)，确定电动机的容量、型号及传动方式，确定通风机的运转工况点。矿井通风设备能否连续正常运转，关系着煤矿的安全生产，运转效率的高低影响着矿井的电力消耗及生产成本。因此，矿井通风机选型设计中的基本原则，就是保证通风机运转的可靠性及经济技术合理性。根据这个原则，在矿井通风机选型设计中，应充分考虑以下问题： 1 保证安全运转 矿井通风机的安设地点、配置方式、备用台数，必须符合煤矿安全规程规定，优先考虑选择运行可靠，便于维护检修的产品做为矿井通风

2、机，以保证其能不间断地向井下供给足够数量的新鲜空气，满足安全、生产的需要 2 设备性能符合矿井的需要 通常情况，矿井投产初期产量较低，巷道较短，因之需要的风量较小，通风的阻力较小，随着矿井生产的发展，其需要的风量及通风的阻力也将逐渐增加。为了保证通风机的经济运转，在选型设计时，既要考虑到初期的需要，也要考虑到矿井的发展，使其整个服务期间内风量、负(正)压均能满足矿井通风的需要，在比较高效的工作区运转。 3 经济合理 选择通风机时，不但要考虑其设备、安装及土建工程费用，而且要考虑其运转、维护费用，要把初期的建设投资和投入使用后的运转、维护费用结合一起进行对比选择，以保证通风机在整个服务期间内的经

3、济合理性。 4 噪声符合规定 选择通风机时，应使其噪声符合环境保护的规定。若达不到规定要求时，应考虑消声措施。 二、矿井通风设备选型设计的基本要求 1 应满足第一水平各个时期的负压变化，并适当照顾下一水平的通风要求，当负压变化较大时，可考虑分期选择电动机，但初装电动机的使用年限不宜少于10年； 2 应留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计负压和风量时，轮叶安装角度一般至少比允许范围小50 ；离心式通风机的设计转速，一般不大于允许最大转速的90， 3 通风设备(包括风道，风门)的漏风损失，当风井不作提升用时，按风量的1015计算，当为箕斗井时，按1520计算，罐笼井时，按2530计算，但罐笼井一

4、般不应作为出风井。 4 通风设备的安装布置，应考虑下列要求：(1)在同一通风井后期需要更换通风机时，应预留风道接口和通风机房的位置。 (2)反风风门的起重质量大于1000kg时，应采用电动，手摇两用的风门绞车，并集中操作，手动风门绞车应集中布置。 （5）确定通风设备的反风装置时，如风机可以逆转反风，反风量满足煤矿安全规程的要求，应尽量采用通风机逆转反风，不设反风道以减少反风道漏风损失。如通风机不能逆转时，可采用反风道反风。逆转反风应设刹车装置。 （6)装有主要通风机的出风井口，应安装防爆门。防爆门不得小于出风井口的断面积，并正对出风井的风流方向。三、选型设计的任务和步骤1 选型设计必备资料选择

5、设计时必须具备的原始资料有：（1）矿井通风方式及通风系统图；（2）各时期的通风量及负压的变化；（3）矿井瓦斯等级；（4）矿井供电电压；（5）矿井年产量及服务年限；（6）当地气候条件；（7）预计装风机的井口地面情况；（8），其它相关资料。2 选型设计的具体任务选择设计的任务包括：（1） 选择风机类型和型号；（2）选配辅助装置；（3）确定设备组合方案；（4）提出经济核算结果。3 选型设计步骤选择设计时，可以参考如下步骤，进行各方案计算：（1）计算通风机必须产生的风量和风压；（2）选择通风机类型、型号和台数；（3）确定风机工况点；（4）计算电动机的必须容量及耗电量；（5）确定设备组合方案；（6）经济

6、核算；（7） 筛选并确定方案；（8） 绘制设备组合总图。第二节 轴流式通风机设备选型设计一、轴流式通风机设备选型设计方法 （一）计算风机必须产生的风量和静压 原始资料仅提供矿井通风的风量和负压，并不包括通风设备中风机以外的风道及装置漏风和阻力损失。因此，要求风机必须产生的风量： Q=KLQK m3/s （1-3-1）式中 QK原始资料提供的通风量(m3/s)， KL设备漏风系数。 依规范第2-133条，当风井不作提升用途时，KL=1.11.15；兼作箕斗井时，KL =1.151.20；罐笼时，KL =1.251.30。 目前，风机制造厂在提供轴流风机的同时，随机提供扩散器，通常提供轴流风机装置

7、的静压特性；故按静压特性选型计算。在已知风机静压特性的情况下；要求其产生的静压： 在通风容易时期：Hsmax=hmaxh±hz Pa (1-3-2) 在通风困难时期：Hsmin=hminh±hz Pa (1-3-3)式中 hmin和hmax 通风容易时期和通风困难时期矿井负压(Pa);h通风设备中，除风机以外的风道和辅助装置中的风压损失。其值随风道和辅助装置的类型、流型，尺寸及工况而变。作为估计，可取100200Pa，当工况流量接近风机工业利用区最大风量时取较大值，反之取较小值。若设备中有消音器；另加5080Pa。 hz矿井自然风压（Pa）（二）选择通风机型号和台数 1.选

8、择通风机型号选择风机有两种方法。一是利用风机个别特性选择，二是利用风机类型特性选择。一般多利用个别特性选择。 作为选择对象的类型风机中的型号较少时，利用个别特性直接选择，比用类型特性选择简便些。此时，只要将通风容易和通风困难时期要求风机必须产生的风量和风压参数，与风机特性上最优工况参数直接对号即可。在特性图上标志两参数的点愈接近，则该风机型号愈适当。 无论用什么方法选择，都应注意下列事项： 1)在一个井筒中应尽量采用单一风机工作制。确有困难时，采用两台并联，最好是同类型同型号； 2)选择的风机，应满足第一水平各个时期的负压变化，并适当照顾下一水平的通风要求。负压变化较大时，可考虑分期选配电机，

9、初装电动机的使用年限不宜少于10年； 3)选用轴流风机时，在最大负压和风量时，用的叶片安装角应比最大安装角小5度，选用离心风机时，用的转速应比最大转速小10，以留有余量； 4)选择的风机，应有足够的调节范围，以满足使用年限内，工况不超出工业利用区的要求。 2. 确定风机台数 根据煤矿安全规程第121条规定，矿井必须安装2套同等能力的主要通风机装置，一套工作，一套备用。在建井期间可安装1套通风机和1部备用电动机。生产矿井现有的2套不同能力的主要通风机，在满足生产要求时，可以继续使用。根据这条规定，结合具体情况可以确定风机台数。（三）确定通风机工况点 分别求出通风容易时期和通风困难时期的工况，以检

10、查是否满足通风要求。根据计算得到的风机必须产生的风量和静压，可以求得相应等效网路风阻和等效网路特性方程式如下：容易时期等效网路风阻 R1=Hsmin/Qf2 N.s2/m8 （1-3-4）容易时期等效网路特性方程式 h=R1.Q Pa （1-3-5） 困难时期等效网路风阻 R2=Hsmax/Qf2 N.s2/m8 （1-3-6） 困难时期等效网路特性方程式 h=R2.Q Pa （1-3-7）将以上求得各时期的等效网路特性，分别绘在风机特性曲线图上，它与相应的风压特性曲线的交点，即为各时期的工况点。可用表格列出通风容易和通风困难时期的工况参数（Q1.h1.N1.1）和（Q2.h2.N2.2）。通

11、风机选择合理，工况点位于工业利用区内，并有较高的效率。 （四）、选择电动机计算耗电量 1.选择电动机根据通风容易和通风困难两个时期通风机的输入功率N1和N2，计算出电动机功率Nd。 如果选用异步电动机，且当N1和N2相差不大时，即N106N2时，则在两个时期都用一种较大功率的电动机，该电动机功率按下式计算：Nd=(1.101.15)N2/L KW (1-3-8)式中 1.101.15电动机的容量系数。轴流式通风机取1.10，离心式通风机取1.15。 L电动机与通风机之间的传动效率，直接传动时取1.0，间接传动时取0.95当N10.6N2时，则通风容易时期用功率较小的电动机，在适当的时候再换用功

12、率较大的电动机。通风容易时期电动机的输出功率习惯用比例中项式计算(几何平均值)，即 容易时期 Nd1=(N1.N2)1/2 kW (1-3-9) 困难时期 Nd2=(1.101.15)N2/L KW (1-3-10) 对于功率在400500kW以上的主扇，宜选用同步电动机。选择这种电动机的功率用(9-30)式计算。用同步电动机的优点是，在通风容易时期低负载运转时，可以利用它来改善矿井电网的功率因数，使矿井经济用电。缺点是这种电动机的购置和安装费较大。 根据以上所得出的Nd1或Nd2，以及通风机所要求的转数，在有关电动机技术特征手册上选用合适的电动机。 2.平均年电耗 由于通风网路阻力系数随着开

13、采工作的推移而变化，工况点和电耗也随之而变。因此，难以非常精确地计算能耗。一般用下式近似计算：E=4380(N1+N2)/(d.b.L.t) KW.h/y (1-3-11)式中 N1通风容易时期通风机输入功率，KW； N2通风困难时期通风机输入功率，KW； d电动机的效率，可在电动机技术特征表中查得，一般取0.90.95； b变压器的效率，一般取0.8； L电网效率，一般取0.95； t传动效率，直接传动时取1.0；间接传动时取0.95。 （五）选择组合方式 由通风机、辅助装置和风道组成的整体称为设备组合。在进行组合设计时，可以从已有组合方式中选择一种适合的方式，也可以在某种组合方式的基础上加

14、以改进，或者另行设计。无论是选择、改进，还是另行设计，都应遵守下列一些原则： 1组合方式必须适合风机类型和功能； 2必须满足矿井通风对设备的各项要求； 3适合安装设备的地形条件； 4尽可能减少占地面积； 5在获得最佳经济效益的前提下，处理好良好空气动力性能和减少基本投资之间的矛盾； 6便于施工和操作。 若满足上述原则的组合方式有几种，则应经过经济和技术比较后决定采取哪一种方式最适合。 （六） 吨煤的通风机设备耗费开采一吨煤，需要用于通风机设备方面的费用包括设备折旧费、建筑折旧费、年电费、工人年工资、年维修费及其它费用。1年电耗费 等于平均年电耗量与当地工业用电单价的乘积，即 S1=ECd式中

15、Cd当地工业用电单价。 2设备折旧费 若将安装设备的费用也包括在内，则设备折旧费可按下式计算： S2=(设备及安装总费)×折旧率 3建筑折旧费 建筑项目包括风机房、风道、风门以及扩散弯头等专门用于通风机设备的建筑。建筑折旧费为： S3=建筑费×折旧率 4工人工资 可用下式计算： S4=在册人数×工资单价在册人数等于每日应出勤的人员数与在册系数之乘积。在册系数大于1。 5维修费指设备大、中、小修和日常维修的工人工资及材料消耗费。可按设备费的某百分比值计算。以“S5”表示。 6其它费用 指上述五项以外的费用。以“S6”表示。 根据上述六项金额总数和矿井年产量，可算出开

16、采一吨煤，在通风机设备方面的耗费 S=(Sl+S2+S3+S4+S5+S6)/A式中 A矿井年产量。二、轴流式通风机选型举例某矿采用中央时通风系统，低瓦斯矿井，矿井需风量Q=2639m3/s，通风容易时期负压hmin=606.4 Pa，通风困难时期负压hmax=1171 Pa，矿井自然风压hz=±50Pa。试选择轴流式通风机。1.计算风机必须产生的风量和静压(1)通风机必须产生风量：Qf=KLQ=1.1×2639=2903 m3/min=48.4 m3/s (2)通风机必须产生静压：取风硐等附加阻力损失为150Pa，则通风机的静风压应满足以下两个数值： 在通风容易时期：Hs

17、min=hminhhz =727.7+150-50=827.7 Pa 在通风困难时期：Hsmax=hmaxhhz =1346.7+150+50=1546.7 Pa 2选择通风机型号和台数根据计算的通风机必须产生的风量，通风容易时期和通风困难时期的风压在通风机产品样本中选择合适的通风机。可选用沈阳鼓风机厂生产的2K56 No24轴流式风机2台，一台工作，一台备用。风机转速600r/min。 3确定通风机工况点 （1）计算等效网络风阻和等效网络特性方程式 通风容易时期等效网络风阻：R1=Hsmin/Qf2=827.7/48.42=0.3533 N.s2/m8 通风容易时期等效网络特性方程式：h=0

18、.3533Q2 Pa 通风困难时期等效网络风阻：R2=Hsmax/Qf2=1546.7/48.42=0.6603 N.s2/m8 通风困难时期等效网络特性方程式：h=0.6603Q2 Pa(2)作工况图将h=R1.Q和h=R2.Q曲线绘于2K56 No24风机特性曲线图上（如图1-3-1），M1和M2分别为通风机容易时期和困难时期的工况点。其工况参数如表1-3-1所示。图1-3-1图1-3-1 通风机工况图（2K56 No24 n=600r/min）表1-3-1 通风机工况参数表时期叶片安装角Q/m3.s-1hs/PaN/kws/%通风容易时期26°508835281通风困难时期30

19、°49158596814.选择电动机因为N10.6N2，所以通风容易时期用功率较小的电动机，在适当的时候再换用较大的电动机。容易时期 Nd1=(N1.N2)1/2=（52×96）1/2 =70.65 kW 困难时期 Nd2=KdN2/L=1.15×96/1.0=110.4 KW 根据以上所得出的Nd1或Nd2，以及通风机所要求的转数，在有关电动机技术特征手册上选用合适的电动机(略)。5.概算通风费用（略）第三节 离心式通风机选型设计 一、离心式通风机设备选型设计方法（一）计算风机必须产生的风量和全压 原始资料提供的矿井通风的风量和通风阻力，并不包括通风设备中风机以

20、外的风道及装置漏风和阻力损失。因此，要求风机必须产生的风量： Qf=KLQ m3s (1-3-12) 式中 Q矿井总风量(m3s)， KL设备漏风系数。当风井不作提升用途时取k=1.10；兼作箕斗井时取k=1.15；罐笼时取k=1.20。 目前，离心式风机出厂时不带扩散器，风机性能特性提供的是风机全压特性。故风机所需全压：在通风容易时期：Htmin=hminhhzha Pa (1-3-13)在通风困难时期：Htmax=hmaxhhzha Pa (1-3-14)式中 hmin 通风容易时期的矿井负压（矿井通风阻力），Pa；hmax 通风困难时期的矿井负压，Pa；h通风设备中，除风机以外的风道和辅

21、助装置中的风压损失。其值随风道和辅助装置的类型、流型，尺寸及工况而变。作为估计，可取100200Pa，当工况流量接近风机工业利用区最大风量时取较大值，反之取较小值。若设备中有消音器；另加5080Pa。 hz矿井自然风压，Pa； ha风机出口动压损失，ha=Q2/2F2 Pa。近似计算取100150PaF风机设备出口截面积，m2； 空气密度，kg/m3。（二）选择通风机型号和台数 1.选择通风机型号 作为选择对象的类型风机中的型号较少时，利用个别特性直接选择，比用类型特性选择简便些。此时，只要将通风容易和通风困难时期要求风机必须产生的风量和全压参数，与风机特性上最优工况参数直接对号即可。在特性图

22、上标志两参数的点愈接近，则该风机型号愈适当。 2. 确定风机台数 根据煤矿安全规程第121条规定，矿井必须安装2套同等能力的主要通风机装置，一套工作，一套备用。在建井期间可安装1套通风机和1部备用电动机。生产矿井现有的2套不同能力的主要通风机，在满足生产要求时，可以继续使用。根据这条规定，结合具体情况可以确定风机台数。（三）确定通风机工况点 分别求出通风容易时期和通风困难时期的工况，以检查是否满足通风要求。根据计算得到的风机必须产生的风量和全压，可以求得相应等效网路风阻和等效网路特性方程式如下：容易时期等效网路风阻 R1=Htmin/Qf2 N.s2/m8 （1-3-15）容易时期等效网路特性

23、方程式 h=R1.Q2 Pa （1-3-16） 困难时期等效网路风阻 R2=Htmax/Qf2 N.s2/m8 （1-3-17） 困难时期等效网路特性方程式 h=R2.Q2 Pa （1-3-18）将以上求得各时期的等效网路特性，分别绘在风机特性曲线图上，它与相应的风压特性曲线的交点，即为各时期的工况点。可用表格列出通风容易和通风困难时期的工况参数（Q1.H1.N1.1）和（Q2.H2.N2.2）。通风机选择合理，工况点位于工业利用区内，并有较高的效率。其它内容与轴流式通风机选型相同。二、离心式通风机选型举例矿井年产量45万吨，采用中央式通风系统，两进口地面标高相同，服务年限40年，矿井需要风量Q=2442m3/min，通风困难时期负压hmax=1760Pa，通风容易时期负压hmin=1410Pa。试进行通风机选型。1.计算风机必须产生的风量和全压(1)通风机必须产生风量：Qf=KLQ=1.1×2442/60=44.8 m3/s (2)通风机必须产生全压：取风