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文档简介

1、1安全工程学院安全工程学院 仲晓星仲晓星 Mine Ventilation and Safety中国矿业大学多媒体教学课件中国矿业大学多媒体教学课件23本章将就对通风动力(来自于自然风压和机械风压)本章将就对通风动力(来自于自然风压和机械风压)对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究,对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究,以便合理地使用通风动力,从而使矿井通风达到技术以便合理地使用通风动力,从而使矿井通风达到技术先进、经济合理,安全可靠。先进、经济合理,安全可靠。 44.1 4.1 自然风压自然风压4.2 4.2 矿用通风机类型及构造矿用通风机类型及构造4.3 4.3 通风机工作参

2、数及个体特性曲线通风机工作参数及个体特性曲线4.4 4.4 比例定律与通风机类型特性曲线比例定律与通风机类型特性曲线4.5 4.5 矿井主要通风机附属装置矿井主要通风机附属装置4.6 4.6 矿井主要通风机联合运转矿井主要通风机联合运转4.7 4.7 矿井主要通风机性能测定矿井主要通风机性能测定主主 要要 内内 容容5问问 题题自然风压是怎样产生的?进、排风井井口标高相同的自然风压是怎样产生的?进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压?井巷系统内是否会产生自然风压?描述主要通风机特性的主要参数有哪些?其物理意义描述主要通风机特性的主要参数有哪些?其物理意义是什么?是什么?轴流式和离

3、心式通风机的风压和功率特性曲线各有什轴流式和离心式通风机的风压和功率特性曲线各有什么特点?在启动时应注意什么问题?么特点?在启动时应注意什么问题?何谓通风机的工况点?如何用图解法求单一工作或联何谓通风机的工况点?如何用图解法求单一工作或联合运转通风机的工况点?合运转通风机的工况点?6基基 本本 概概 念念 空气在矿井中源源不断地流动,须克服空气沿井巷流动时所空气在矿井中源源不断地流动,须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。这种克服通风阻力的能量或压力叫受到的阻力。这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力通风动力。 机械风压和自然风压机械风压和自然风压均是矿井通风的动力,用以克服矿井的均是矿井通风的

4、动力,用以克服矿井的通风阻力,促使空气流动。通风阻力,促使空气流动。 机械风压机械风压空气能在井巷中流动,是由于风流的起末点间存空气能在井巷中流动,是由于风流的起末点间存在着能量差,由通风机造成的能量差在着能量差,由通风机造成的能量差 自然风压自然风压由矿井自然条件产生的能量差由矿井自然条件产生的能量差74.1 自然风压自然风压4.1.1自然风压及其形成和计算自然风压及其形成和计算4.1.2自然风压的变化规律及其影响因素自然风压的变化规律及其影响因素4.1.3自然风压的控制和利用自然风压的控制和利用4.1.4自然风压测定自然风压测定8 一种现象一种现象:在非机械通风的矿井常观测到:风流从气温较

5、低的井筒经工:在非机械通风的矿井常观测到:风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。作面流到气温较高的井筒。1、自然通风 由自然因素作用而形成的通风叫由自然因素作用而形成的通风叫自然通风自然通风。 冬季:冬季:空气柱空气柱0-1-20-1-2比比5-4-35-4-3的的 平均温度较低,平均平均温度较低,平均 空气密空气密 度较大,导致两空气柱作用度较大,导致两空气柱作用 在在2-32-3水平面上的重力不等。水平面上的重力不等。 它使它使 空气源源不断地从井空气源源不断地从井 口口1 1流入,从井口流入,从井口5 5流出。流出。 夏季:夏季:相反。相反。自然风压:自然风压:作用在最低水平两

6、侧空气柱重力差。作用在最低水平两侧空气柱重力差。进、出风井空气柱由于进、出风井空气柱由于密度不同引起的能量之差值,称为自然通风的压差或自然压差。密度不同引起的能量之差值,称为自然通风的压差或自然压差。012345dz1dz2z9 如图所示的井如图所示的井巷系统,巷系统,1-41-4为为水平线,水平线,2-32-3为为水平巷道。水平巷道。( (平平硐及竖井开拓硐及竖井开拓) )p为井口的大气压,为井口的大气压,Pa;Z为井深,为井深,m;为空气密度,为空气密度,kg/m3,则自然风压为:,则自然风压为:)432-1210gZ(pph10gdZgdZHzN532012 2、自然风压的计算、自然风压

7、的计算 根据自然风压定义,右图所示系统的自然风压HN可用下式计算: 为了简化计算,一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2,用其分别代替上式的1和2,则上式可写为: 012345dz1dz2z注意:注意:1)自然风压的计算必须取一闭合系统。)自然风压的计算必须取一闭合系统。2)进风系统和回风系统必须取相同的标高。)进风系统和回风系统必须取相同的标高。3)一般选取最低点作为基准面。)一般选取最低点作为基准面。)(21mmNZgH114.1.2自然风压的变化规律及其影响因素自然风压的变化规律及其影响因素1 1、自然风压的变化规律、自然风压的变化规律 自然风压的大小和方向

8、,主要受地面空气温度变自然风压的大小和方向,主要受地面空气温度变化的影响。化的影响。如右图,冬季地面气温低,空气柱如右图,冬季地面气温低,空气柱0-1-2比比5-4-3重,风流由重,风流由1流向流向2,经出井口,经出井口5排出;排出;冬季地面气温高于井筒内的平均气温,风流冬季地面气温高于井筒内的平均气温,风流由由2-1排出;春秋,地面气温和井筒内空气排出;春秋,地面气温和井筒内空气柱的平均气温相差不大,自然风压很小,造柱的平均气温相差不大,自然风压很小,造成井下风流的停滞现象。成井下风流的停滞现象。012345dz1dz2z1432z在一些山区,地面气温在一昼夜之内也有较在一些山区,地面气温在

9、一昼夜之内也有较大变化,所以自然风压也会随之发生变化,大变化,所以自然风压也会随之发生变化,夜晚,夜晚,12段进风;午间,段进风;午间,21段出风。段出风。124.1.2自然风压的变化规律及其影响因素自然风压的变化规律及其影响因素1 1、自然风压的变化规律、自然风压的变化规律对于浅井,夏季自然风压出现负值;对于浅井,夏季自然风压出现负值;对于我国北部的深井,全年自然风压均为正值。对于我国北部的深井,全年自然风压均为正值。132 2、自然风压影响因素、自然风压影响因素 Hn=f(,Z)=f (T,P,R,), Z,即自然风压受温度、压力、,即自然风压受温度、压力、气体常数、相对湿度及位置的影响。

10、气体常数、相对湿度及位置的影响。 两侧空气柱的温度差两侧空气柱的温度差 矿井某一回路中两侧空气柱的矿井某一回路中两侧空气柱的温差温差是影响自然风压的主要因素是影响自然风压的主要因素(地面入风气温和风流与围岩的热交换地面入风气温和风流与围岩的热交换)。其影响程度随矿井)。其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。 矿井深度矿井深度 当两侧空气柱温差一定时,自然风压与矿井或回路最高与最低当两侧空气柱温差一定时,自然风压与矿井或回路最高与最低点间的高差点间的高差Z Z成正比。深成正比。深1000m1000m的矿井,的矿井,“自

11、然通风能自然通风能”占总占总通风能量的通风能量的30%30%。14主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。由于风流与围岩的热交换,冬季回风井气温高于响。由于风流与围岩的热交换,冬季回风井气温高于进风井,风机停转或通风系统改变,这两个井筒之间进风井,风机停转或通风系统改变,这两个井筒之间在一定时期内仍存在温差,从而仍有一定的自然风压在一定时期内仍存在温差,从而仍有一定的自然风压起作用,有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风起作用,有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风工作。工作。地面大气压、空气成分和湿度影响空气的密度,因而地面大气压、空气

12、成分和湿度影响空气的密度,因而对自然风压也有一定影响,但影响较小。对自然风压也有一定影响,但影响较小。154.1.3 自然风压的控制和利用自然风压的控制和利用自然风压作用的两面性自然风压作用的两面性积极积极和和消极消极措施:措施:新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时,应使新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时,应使在全年大部分时间内自然风压方向与机械通风风压的在全年大部分时间内自然风压方向与机械通风风压的方向一致,以便利用自然风压。例如,在山区要尽量方向一致,以便利用自然风压。例如,在山区要尽量增大进、回风井井口的高差;进风井井口布置在背阳增大进、回风井井口的高差;进风井井口布置在背阳处

13、等。处等。16 适时调整主要通风机的工况点,使其既能满足矿井通风需要,适时调整主要通风机的工况点,使其既能满足矿井通风需要,又可节约电能。例如在冬季自然风压帮助机械通风时,可采又可节约电能。例如在冬季自然风压帮助机械通风时,可采用减小叶片角度或转速方法降低机械风压。(用减小叶片角度或转速方法降低机械风压。(自然风压和通自然风压和通风机的联合作业风机的联合作业) 在建井时期,要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风,在建井时期,要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风,如在表土施工阶段可利用自然通风;在主副井与风井贯通之如在表土施工阶段可利用自然通风;在主副井与风井贯通之后,有时也可利用自然通风

14、;有条件时还可利用钻孔构成回后,有时也可利用自然通风;有条件时还可利用钻孔构成回路。路。 利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时,便可利用自然风压进行通风。破坏时,便可利用自然风压进行通风。17在多井口通风的山区,尤其在高瓦斯矿井,要防止因在多井口通风的山区,尤其在高瓦斯矿井,要防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。四川某四川某矿因自矿因自然风压然风压使风流使风流反向示反向示意图意图abcdabcdefbRDRCZabc ABBABBCEFACEFA系统的自然风压

15、为:系统的自然风压为: DBBDBBCEDCED系统的自然风压为:系统的自然风压为: 自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口A A和进风立井口和进风立井口D D各各安装一台抽风机(向外)。安装一台抽风机(向外)。 )( AFCBNAZgH)( BECBNDZgH18 设AB风流停滞,对回路ABDEFA和ABBCEFA可分别列出压力平衡方程: 式中: HS 风机静压,Pa; Q DBBC风路风量,m3/S; RD、RC分别为DB和BBC分支风阻,NS2/m8。 两式相除: 此即此即AB段风流停滞条件式。段风流停滞条件式。 当上式变为 则A

16、B段风流反向。 由此可知防止由此可知防止AB风路风流反向的措施有:风路风流反向的措施有:(1)加大RD;(2)增大HS;(3)在A点安装风机向巷道压风。22QRHHQRHHCNASDNDNACDNASNDNARRHHHHCDNASNDNARRHHHH1919v临时风墙隔断法临时风墙隔断法 主要通风机停止运转后,在总风流主要通风机停止运转后,在总风流通过的巷道中的任何适当地点建立临时通过的巷道中的任何适当地点建立临时风墙隔断风流后,立即用压差计测出风风墙隔断风流后,立即用压差计测出风墙两侧的风压差,即是自然风压。墙两侧的风压差,即是自然风压。v风硐闸门隔断法风硐闸门隔断法 首先停止通风机运转,立

17、即将风硐首先停止通风机运转,立即将风硐内的调节闸门全部关闭,隔断自然风流,内的调节闸门全部关闭,隔断自然风流,这时接入风硐闸门前的压差计的读数就这时接入风硐闸门前的压差计的读数就是全矿的自然风压。是全矿的自然风压。4.1.4 自然风压的测定自然风压的测定204.2.1离心式通风机离心式通风机4.2.2轴流式通风机轴流式通风机4.2.3对旋式通风机对旋式通风机4.2 矿用通风机类型及构造矿用通风机类型及构造21通风机类型通风机类型按服务范围分:主要通风机、辅助通风机与局部通风机。按服务范围分:主要通风机、辅助通风机与局部通风机。按构造矿用通风机可分为离心式和轴流式通风机。按构造矿用通风机可分为离

18、心式和轴流式通风机。22主要通风机主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机区域通风的通风机必须昼夜运转,它对矿井安全生产和井下工作人员的必须昼夜运转,它对矿井安全生产和井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。身体健康、生命安全关系极大。一般安装在地面上,也是矿井的重要耗电设备。所以一般安装在地面上,也是矿井的重要耗电设备。所以对主要通风机的选用,必须从安全、技术、经济等方对主要通风机的选用,必须从安全、技术、经济等方面进行综合考虑。面进行综合考虑。23辅助通风机辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个用来帮助矿井主要通风机对一翼或

19、一个较大区域克服通风阻力,增加风量的通风机。辅助通较大区域克服通风阻力,增加风量的通风机。辅助通风机大多安装在井下,目前已很少使用。风机大多安装在井下,目前已很少使用。局部通风机局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需要而使为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风,将用的通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风,将在后续章节中讨论。在后续章节中讨论。241、风机构造 离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图。离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主要由动轮(工作轮)、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电离心式通风

20、机主要由动轮(工作轮)、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等部件构成。动机等部件构成。4.2.1 离心式通风机离心式通风机25 根据通风机的叶片角度的不同,离心式通风机可分为径向式、根据通风机的叶片角度的不同,离心式通风机可分为径向式、后倾式和前倾式三种,后倾式和前倾式三种,2 2为叶片出口的构造角,即为风流沿为叶片出口的构造角,即为风流沿叶片移动的切线叶片移动的切线W W2 2与圆周速度与圆周速度u u2 2的夹角。对于的夹角。对于径向式径向式2 2为为9090,后倾式后倾式2 2大于大于9090,而,而前倾式前倾式的的2 2则小于则小于9090。 2 2不同,通风机的性能也不同。不同,通风机

21、的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式(效率高)。矿用离心式风机多为后倾式(效率高)。262 2、工作原理、工作原理 风机叶轮转动时,靠离心力作用(离心式通风机风机叶轮转动时,靠离心力作用(离心式通风机的命名由此而来),空气由吸风口进入,经前导的命名由此而来),空气由吸风口进入,经前导器进入叶轮的中心部分,然后折转器进入叶轮的中心部分,然后折转90沿径向离沿径向离开叶轮而流入机壳中,再经扩散器排出,空气经开叶轮而流入机壳中,再经扩散器排出,空气经过主要通风机后获得能量,使出风侧的压力高于过主要通风机后获得能量,使出风侧的压力高于入风侧,造成了压差以克服井巷的通风阻力促使入风侧,造成了压差以克服

22、井巷的通风阻力促使空气流动,达到了通风的目的。空气流动,达到了通风的目的。4.2.1 离心式通风机离心式通风机27 3 3 常用型号常用型号 目前我国矿山使用的离心式风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。 型号参数的含义举例说明如下: G 4 73 1 1 25 DG 4 73 1 1 25 D 代表通风机的用途 表示传动方式 K 表示矿用通风机 通风机叶轮直径(25dm) G 代表鼓风机 设计序号(1表示第一次设计) 表示通风机在最高效率点时 表示进风口数,1为单吸,0为双吸 全压系数10倍化整 表示通风机比转速(ns)化整4.2

23、.1 离心式通风机离心式通风机28由动轮由动轮l l,圆筒形机壳,圆筒形机壳3 3、集风器、集风器4 4、整流器、整流器5 5、流线体流线体6 6和环形扩散器和环形扩散器7 7所组成。集风器是外所组成。集风器是外壳呈曲线形且断面收壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是缩的风筒。流线体是一个遮盖动轮轮毂部一个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩,分的曲面圆锥形罩,它与集风器构成环形它与集风器构成环形入风口,以减少入口入风口,以减少入口对风流的阻力对风流的阻力。4.2.2 轴流式通风机轴流式通风机 动轮由固定在轮上的动轮由固定在轮上的轮毂和等间距安装轮毂和等间距安装的叶片的叶片2 2组成组成 1、 风机构

24、造风机构造29l一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组成一段。成一段。整流器整流器用来整理动轮流出的旋转气流,用来整理动轮流出的旋转气流,以减少涡流损失。为了提高通风机的风压,有些以减少涡流损失。为了提高通风机的风压,有些轴流式通风机安装两段动轮。轴流式通风机安装两段动轮。l环形扩散器环形扩散器是轴流式通风机特有的部件,其作是轴流式通风机特有的部件,其作用是使环状气流过渡到柱状气流时,速压逐渐减用是使环状气流过渡到柱状气流时,速压逐渐减少,以减少冲击损失,同时使静压逐渐增加。少,以减少冲击损失,同时使静压逐渐增加。4.2.2 轴流式通风机轴流式通风机3

25、0 2 、 工作原理工作原理(1)特点:)特点:当动轮转动时,气流沿等半径的圆柱面旋绕流出。(2)叶片安装角:)叶片安装角:在叶片迎风侧作一外切线称为弦线。弦线与动轮旋转方向(u)的夹角称为叶片安装角,以表示。可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角必需保持一致。 通风机的风压、风量的大小与通风机的风压、风量的大小与角有关,所以工作时可根据所需要的风量、角有关,所以工作时可根据所需要的风量、风压调节风压调节的角度。的角度。 国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调 为15、25、30、35、40和45七种, 使用时可以每隔2.5调一次。u(3 3)工作原理)工作原理 当动轮旋转时,翼栅

26、即以圆周速度u 移动。处于叶片迎面的气流受挤压,静压增加;与此同时,叶片背的气体静压降低,翼栅受压差作用,但受轴承限制,不能向前运动,于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出,翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入,形成穿过翼栅的连续气流。3131 目前我国矿山常用的轴流式风机有1K58、2K58、GAF和BD或BDK(对旋式)等系列。轴流式风机型号的一般含义是: 1 K 58 4 25 通风机叶轮直径(25dm) 表示叶轮级数,1表示 单级,2表示双级 表示设计序号 表示用途,K表示矿用, T表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整 B D K 65 8 24 防爆型 叶轮直径(24dm) 对

27、旋结构 电机为8极(740r/min) 表示用途,K为矿用 轮毂比0.65的100倍化整3 、常用型号、常用型号4.2.2 轴流式通风机轴流式通风机32在构造上属于轴流式。近年来,在构造上属于轴流式。近年来,BDBD(K K)系列对旋式)系列对旋式通风机发展迅速,特点是采用双级双电机驱动结构,通风机发展迅速,特点是采用双级双电机驱动结构,两级叶轮相对并反向旋转,其结构相当于两台同型号两级叶轮相对并反向旋转,其结构相当于两台同型号轴流风机对接在一起串联工作,因此被称之为对旋式轴流风机对接在一起串联工作,因此被称之为对旋式风机风机由于这种结构可省去中间及后置固定导叶,且由于这种结构可省去中间及后置

28、固定导叶,且涡流损涡流损失较小,具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、失较小,具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点效率也较高的特点4.2.3 对旋式通风机对旋式通风机33对旋压抽式轴流通风机结构示意图对旋压抽式轴流通风机结构示意图1-1-集流器集流器 2-2-前消声器前消声器 3-3-前机壳前机壳 4-4-进气翼进气翼 5-5-电机电机 6-6-级叶轮级叶轮 7-7-级叶轮级叶轮 8-8-出气翼出气翼 9-9-后机壳后机壳 10-10-后消声器后消声器34 对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新生代产品,对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新生代产品,国内已有多家风机厂投入生产,

29、结构性能也不断改进国内已有多家风机厂投入生产,结构性能也不断改进和提高,如湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能风和提高,如湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能风机有限公司等厂家和西北工业大学合作研制的弯掠组机有限公司等厂家和西北工业大学合作研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术,使风机的静压效率、噪合三维扭曲正交型叶片技术,使风机的静压效率、噪声等性能指标均得到较大提高。声等性能指标均得到较大提高。354.3.1 通风机工作的基本参数通风机工作的基本参数4.3.2通风机的个体特性曲线通风机的个体特性曲线4.3.3通风机工矿点及合理工作范围通风机工矿点及合理工作范围4.3通风机工作参数及个体特性曲线通

30、风机工作参数及个体特性曲线36通风机的特性参数有通风机的特性参数有流量,压力,功率和效率流量,压力,功率和效率。用这四个参数可以描述通风机的整个特性。用这四个参数可以描述通风机的整个特性。1、主要通风机的工作风量、主要通风机的工作风量 单位时间内通过通风机的空气体积,称为通单位时间内通过通风机的空气体积,称为通风机的流量,也称为风机的流量,也称为体积流量体积流量,Qf,其单位为,其单位为m3/s、 m3/min或或m3/h 。4.3.1 通风机工作的基本参数通风机工作的基本参数372、主要通风机的工作风压、主要通风机的工作风压 (1)主风机全压)主风机全压 Hftp通风机工作时,对每通风机工作

31、时,对每1 m3空气做的功,称为空气做的功,称为风机全压风机全压(Nm/m3 或或Pa) 。它用于克服管网阻力和消耗于出口处的动。它用于克服管网阻力和消耗于出口处的动能损失。其值等于通风机能损失。其值等于通风机出口出口断面上空气的绝对断面上空气的绝对全压全压 (Pt2)与通与通风机风机入口入口断面上空气的绝对断面上空气的绝对全压全压 (Pt1)之差之差:Hft Pt2 -Pt2p实际运转的通风机都装有扩散器,把外接扩散器看作通风机实际运转的通风机都装有扩散器,把外接扩散器看作通风机的组成部分,总称之为的组成部分,总称之为通风机装置通风机装置。用。用Hft表示表示通风机装置全通风机装置全压压,等

32、于通风机,等于通风机扩散器出口扩散器出口断面空气的绝对全压与通风机断面空气的绝对全压与通风机入口入口断面空气的绝对断面空气的绝对全压之差全压之差。pHft和和Hft在数值上相差不大,在通风机选型计算中,可直接在数值上相差不大,在通风机选型计算中,可直接应用厂家提供的性能曲线所给出的数值。应用厂家提供的性能曲线所给出的数值。38(2)主风机静压)主风机静压Hfs通风机全压中用来克服井巷通风阻力的部分,为通风机通风机全压中用来克服井巷通风阻力的部分,为通风机静压。静压。(3)主风机动压)主风机动压hfv通风机全压中的通风机全压中的出口断面动能损失部分出口断面动能损失部分为通风机动压,为通风机动压,

33、计算公式为:计算公式为: hfv= Qf2/2sf2式中,式中, 空气密度,空气密度,kg/m3; sf 风机出口断面积,风机出口断面积,m2; Qf风机风量,风机风量,m3/s。 故主风机全压还可表示成:故主风机全压还可表示成:Hft= Hfshfv394、主要通风机的功率和效率、主要通风机的功率和效率(1)功率)功率单位时间内通过通风机的流量和通风机给予每单位时间内通过通风机的流量和通风机给予每1m3空气的全部能量之乘积,称为通风机的空气的全部能量之乘积,称为通风机的输出功率输出功率由于通风机压力有通风机全压由于通风机压力有通风机全压Ht和通风机静压和通风机静压Hs之分,所以通风机的输出功

34、率也分为通风机之分,所以通风机的输出功率也分为通风机全压输全压输出功率出功率Nt和通风机和通风机静压输出功率静压输出功率Ns ,即:,即: Nt Ht.Qf/1000,kW Ns Hs.Qf/1000,kW 40(2 2)主要通风机的轴功率)主要通风机的轴功率( (或输入功率或输入功率) ) 电动机经传动部件输入给主要通风机的功率叫轴电动机经传动部件输入给主要通风机的功率叫轴功率,用功率,用N N表示,单位为表示,单位为kWkW,主要通风机的轴功率可,主要通风机的轴功率可用下式计算:用下式计算: U线电压,线电压,V; I线电流,线电流,A; cos功率因数;功率因数; d电动机效率,;电动机

35、效率,; c传动功率,。传动功率,。cdUIN1000cos341(3)通风机的效率)通风机的效率通风机在运转过程中,由于机械损失及空气流动损失等原因,通风机在运转过程中,由于机械损失及空气流动损失等原因,通风机轴上的功率不可能全部传递给空气,也就是说通风机通风机轴上的功率不可能全部传递给空气,也就是说通风机的轴功率必然要大于通风机的输出功率,通风机输出功率和的轴功率必然要大于通风机的输出功率,通风机输出功率和通风机轴功率之比叫做通风机的效率,即:通风机轴功率之比叫做通风机的效率,即: tNt/NHtQf/(1000 N) sNs/NsQf/(1000 N)上式中上式中t 和和s 分别表示通风

36、机的全压效率和静压效率。分别表示通风机的全压效率和静压效率。通风机的效率是衡量每台通风机工作性能的重要指标之一。通风机的效率是衡量每台通风机工作性能的重要指标之一。反映了通风机工作的优劣。反映了通风机工作的优劣。425、电动机功率、电动机功率Nd为带动风机运转而消耗的功率即为电动机功率。可实际为带动风机运转而消耗的功率即为电动机功率。可实际测量或按下式计算:测量或按下式计算:式中式中 d、c 、电动机效率和传动效率。电动机效率和传动效率。cdsfscdtftcddQHQHNN10001000434.3.2 通风机的个体特性曲线通风机的个体特性曲线通风机的个体特性曲线通风机的个体特性曲线将通风机

37、装在试验管道将通风机装在试验管道(或矿井或矿井)上运转,若不断改变管道的风阻值,则可以测得一系列与上运转,若不断改变管道的风阻值,则可以测得一系列与风阻值相对应的风阻值相对应的Q、h、N和和值。如以值。如以Q为横坐标,为横坐标,h为纵坐为纵坐标,将上述测得的各对应的标,将上述测得的各对应的Q、h值描在坐标纸上,并连结值描在坐标纸上,并连结各点,可以获得风量各点,可以获得风量风压曲线风压曲线(简称风压曲线简称风压曲线) ,用同样,用同样方法可以得到功率、效率曲线。上述诸曲线即称为通风机方法可以得到功率、效率曲线。上述诸曲线即称为通风机的个体特性曲线。的个体特性曲线。44轴流式通风机个体特性曲线轴

38、流式通风机个体特性曲线特点特点:(1 1)轴流式风机的风压特性)轴流式风机的风压特性 曲线一般都有马鞍形驼峰存在。曲线一般都有马鞍形驼峰存在。 (2 2)驼峰点以右的特性)驼峰点以右的特性 曲线为单调下降区段,是稳定曲线为单调下降区段,是稳定 工作段;工作段; (3 3)点以左是不稳定工作段,)点以左是不稳定工作段, 产生所谓喘振(或飞动)现象;产生所谓喘振(或飞动)现象; (4 4)轴流式风机的叶片装置角)轴流式风机的叶片装置角 不太大时,在稳定工作段内,不太大时,在稳定工作段内, 功率随增加而减小。功率随增加而减小。 风机开启方式:风机开启方式:轴流式风机应在风阻最小(轴流式风机应在风阻最

39、小(闸门全开闸门全开)时启动,以减少启)时启动,以减少启动负荷。动负荷。 说明说明:轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。:轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。HtHsts/%Q/m3/sH/PaN/kWQ/m3/sGFDBRM45离心式通风机个体特性曲线离心式通风机个体特性曲线 特点特点:(:(1 1)离心式风机风压曲线驼峰)离心式风机风压曲线驼峰 不明显,且随叶片后倾角度增大逐渐减不明显,且随叶片后倾角度增大逐渐减 小,其风压曲线工作段较轴流式风机平缓;小,其风压曲线工作段较轴流式风机平缓; (2 2)当管网风阻作相同量的变化时,其风)当管网风阻作相同量的变化时,其风 量变化比轴流式风机要大

40、。量变化比轴流式风机要大。 (3 3)离心式风机的轴功率随增加而增)离心式风机的轴功率随增加而增 大,只有在接近风流短路时功率才略有下降。大,只有在接近风流短路时功率才略有下降。 该类风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、该类风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高,且具有启动功率较小等特点。运行噪声较小、效率高,且具有启动功率较小等特点。风机开启方式:风机开启方式:为避免启动负荷大引起的电流过大烧毁电动机,为避免启动负荷大引起的电流过大烧毁电动机,离心式风机在启动时离心式风机在启动时应将风硐中的应将风硐中的闸门全闭闸门全闭,待风机达到正常转速后再将闸门逐渐打开。,待风机达到正常

41、转速后再将闸门逐渐打开。说明:说明:(1 1)离心式风机大多是全压特性曲线。()离心式风机大多是全压特性曲线。(2 2)当供风量超过需风量过大时,常)当供风量超过需风量过大时,常常利用闸门加阻来减少工作风量,以节省电能。常利用闸门加阻来减少工作风量,以节省电能。H/PaQ/m3/sN/kW/%HtHSNtS46个体特性曲线的应用个体特性曲线的应用1、对于抽出式通风矿井、对于抽出式通风矿井通风机装置的全压通风机装置的全压(Ht)是指通风是指通风机扩散器出风口断面上空气的绝机扩散器出风口断面上空气的绝对全压与通风机入口断面上空气对全压与通风机入口断面上空气的绝对全压之差:的绝对全压之差: HtPt

42、3Pt2(Ps3hv3) (Ps2hv2), PaPt2 ,Pt3分别为,断面上的绝对全压,分别为,断面上的绝对全压,Pa, Ps2 ,Ps3分别为、断面上的绝对静压,分别为、断面上的绝对静压,Pa hv2 ,hv3分别为、断面上的速压,分别为、断面上的速压,Pa47因为断面的绝对静压因为断面的绝对静压Ps3就是该断面同标高的地面大就是该断面同标高的地面大气压气压P,即,即Ps3P,故上式可写为:,故上式可写为:Ht(PPs2)+hv3hv2 , Pa Hts2hv3hv2, Pa 式中式中 s2为断面上的相对静压,为断面上的相对静压,Pa。 上式表明,通风机装置的上式表明,通风机装置的全压可

43、以通过测定风峒内全压可以通过测定风峒内某断面上的相对静压某断面上的相对静压s2、平均速压平均速压hv2和扩散器出口和扩散器出口断面上的平均速压断面上的平均速压hv3而获而获得得。48在矿山机械设备中,通常把通风机装置的全压分为静压在矿山机械设备中,通常把通风机装置的全压分为静压Hs和速压和速压hv两部分,并且把扩散器出口的平均速压两部分,并且把扩散器出口的平均速压hv3作作为通风机的速压为通风机的速压hv,即,即 : HtHshv,Pa式中式中 Hs通风机装置的静压。通风机装置的静压。 由于由于hv hv3则:则: HtHshv3,Pa与与 Hts2hv3hv2对比则:对比则: HsHs2hv

44、2,Pa主要通风机的静压等于通风主要通风机的静压等于通风机入口的相对静压与动压之机入口的相对静压与动压之差差49对图中对图中1,2两点应用能量方程可以得到:两点应用能量方程可以得到:hr1-2 Hs2hv2 Hn ,Pa hr1-2 HsHn静压和矿井自然风压共同静压和矿井自然风压共同作用,克服矿井井巷通风作用,克服矿井井巷通风阻力阻力hr1-2。因此,在抽出因此,在抽出式通风时主要应用通风机式通风时主要应用通风机静压。静压。 hv3只是将抽出的风只是将抽出的风流排入大气。流排入大气。上式表明:对抽出式通风的矿井,通风机装置的上式表明:对抽出式通风的矿井,通风机装置的502对于压入式通风矿井对

45、于压入式通风矿井通风机装置全压为通风机扩散器出风口断面与通风机通风机装置全压为通风机扩散器出风口断面与通风机入风口断面的全压之差。即:入风口断面的全压之差。即: H HtP Pt2P Pt1 因因 P Pt t1P P0,P Pt2P Ps2h hv2 此外因此外因h hv10故故 H HtP Ps2h hv2P P0H Hs2h hv2 上式表明,压入式通上式表明,压入式通风矿井通风机装置的风矿井通风机装置的全压,为通风机风峒全压,为通风机风峒内某断面上的相对静内某断面上的相对静压压Hs2与平均速压与平均速压hv2之和。之和。51同样对图中同样对图中23两点应用能量方程,可得:两点应用能量方

46、程,可得: hr2-3Hs2hv2Z( )hv3 Hs2 hv2 Hnhv3,Pa与与HtHs2hv2对比对比 ,得:,得:Ht Hn hr2-3 hv3,Pa 它表明,对压入式通风矿它表明,对压入式通风矿井,通风机装置全压井,通风机装置全压Ht t和和自然风压自然风压Hn n共同作用,克共同作用,克服了矿井的通风阻力以及服了矿井的通风阻力以及由出风井口排入大气的速由出风井口排入大气的速压损失。压损失。 52通风管道或矿井的通风阻力与风流的平方成正比。当通通风管道或矿井的通风阻力与风流的平方成正比。当通风机与通风管道或矿井相连时,通风机的个体风压曲线风机与通风管道或矿井相连时,通风机的个体风压

47、曲线与管道或矿井的风阻特性曲线就有一交点,这个交点就与管道或矿井的风阻特性曲线就有一交点,这个交点就叫做叫做通风机的工况点通风机的工况点。4.3.3 通风机的工况点及合理工作范围通风机的工况点及合理工作范围53一、工况点的确定方法一、工况点的确定方法工况点:工况点:风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数,如、风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数,如、和和等,等,一般是指和两参数一般是指和两参数。求风机工况点的方法:求风机工况点的方法:1 1、图解法、图解法 理论依据是:理论依据是:风机风压特性曲线的函数式为风机风压特性曲线的函数式为f(f() ),管网风阻特,管网风阻特性曲线函数

48、式是性曲线函数式是h=h=2 2,风机风压是用以克服阻力,风机风压是用以克服阻力h h,所以,所以h h,因此两曲线的交点,即两方程的联立解。可见因此两曲线的交点,即两方程的联立解。可见图解法的前提图解法的前提是风压是风压与其所克服的阻力相对应。与其所克服的阻力相对应。 方法:方法:在风机风压特性(在风机风压特性()曲线的坐标上,按相同比例作出工)曲线的坐标上,按相同比例作出工作管网的风阻曲线,与风压曲线的交点之坐标值,即为通风机的工作管网的风阻曲线,与风压曲线的交点之坐标值,即为通风机的工作风压和风量。通过交点作轴垂线,与作风压和风量。通过交点作轴垂线,与和和曲线相交,曲线相交,交点的纵坐标

49、即为风机的轴功率和效率交点的纵坐标即为风机的轴功率和效率。5455 2 2、解方程法、解方程法 随着电子计算机的应用,复杂的数学计算已成为可能。随着电子计算机的应用,复杂的数学计算已成为可能。 风机的风压曲线可用下面多项式拟合风机的风压曲线可用下面多项式拟合 式中式中 a a1 1、a a2 2、a a3 3曲线拟合系数。曲线拟合系数。 对于某一特定矿井,可列出通风阻力方程对于某一特定矿井,可列出通风阻力方程 式中式中 为通风机工作管网风阻。为通风机工作管网风阻。 联立上述两方程,即可得到风机工况点。联立上述两方程,即可得到风机工况点。332210QaQaQaaH2RQh 56p工况点所在位置

50、决定了工况点所在位置决定了通风机的风压和风量。通风机的风压和风量。p 在使用中,我们希望在使用中,我们希望通风机能够供给稳定的通风机能够供给稳定的风压和风量,不至于由风压和风量,不至于由某些因素的影响致使风某些因素的影响致使风压和风量产生较大的波压和风量产生较大的波动与变化。动与变化。p因此要求通风机的工况因此要求通风机的工况点处于通风机的合理工点处于通风机的合理工作范围。作范围。57二、通风机工况点的合理工作范围二、通风机工况点的合理工作范围1 1、从、从经济角度经济角度,通风机的运转,通风机的运转效率(即静压效率)不低于效率(即静压效率)不低于70 %70 %(工作点在(工作点在C C以上

51、)。以上)。2 2、从、从安全角度安全角度,工况点必须位,工况点必须位于驼峰点右侧,单调下降的于驼峰点右侧,单调下降的直线段。直线段。3 3、实际工作风压不得超过最高、实际工作风压不得超过最高风压的风压的9090(工作点在(工作点在B B以以下)。下)。4 4、风机的运轮转速不得超过额、风机的运轮转速不得超过额定转速。定转速。驼峰区驼峰区所以,轴流式风机在风压曲线上的合理工作范围为所以,轴流式风机在风压曲线上的合理工作范围为BCBC段。段。58ABCD上下右左0.70.750.8153045Q/m3/sH/Pa轴流式通风机的合理工作范围:轴流式通风机的合理工作范围:左限:左限:叶片安装角叶片安

52、装角的最小值,对一级叶的最小值,对一级叶轮为轮为1010,二级叶轮为,二级叶轮为1515。右限:右限:叶片安装角叶片安装角的最大值为的最大值为4545。上限:上限:应在应在“驼峰驼峰”右侧,实际应用的最右侧,实际应用的最大风压值的大风压值的0.90.9倍以下。倍以下。下限:下限:通风机的运转效率,不得低于通风机的运转效率,不得低于0.70.7。轴流式风机除了转速有限制外,还轴流式风机除了转速有限制外,还有动轮叶片的安装角有动轮叶片的安装角 的限制。的限制。59三、主要通风机工况点调节三、主要通风机工况点调节工况点调节方法主要有:工况点调节方法主要有:1 1、改变风阻特性曲线、改变风阻特性曲线当

53、风机特性曲线不变时,改变工作风阻,当风机特性曲线不变时,改变工作风阻,工况点沿风机特性曲线移动。工况点沿风机特性曲线移动。 )增风调节)增风调节。为了增加矿井的供风量,可以采取下列措施:。为了增加矿井的供风量,可以采取下列措施:()减少矿井总风阻。()减少矿井总风阻。()当地面外部漏风较大时,可以采取堵塞地面的外部漏风措施。()当地面外部漏风较大时,可以采取堵塞地面的外部漏风措施。)减风调节)减风调节。当矿井风量过大时,应进行减风调节。其方法有:。当矿井风量过大时,应进行减风调节。其方法有:()增阻调节。()增阻调节。()对于轴流式通风机,可以用增大外部漏风的方法,减小矿井风量。()对于轴流式

54、通风机,可以用增大外部漏风的方法,减小矿井风量。 R1R1R1”MMM”QQQ”HHH”60。2 2、改变风机特性曲线、改变风机特性曲线 这种调节方法的特点是矿井总风阻不变,改变风机特性,工况点沿风阻特这种调节方法的特点是矿井总风阻不变,改变风机特性,工况点沿风阻特性曲线移动。性曲线移动。nn1n2MM1M2QQ2Q1HH1H2QH61调节方法有:调节方法有:)轴流风机轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。)装有前导器的)装有前导器的离心式风机离心式风机,可以改变前导器叶片转角进行风量调节。,可以改变前导器叶片转角进行风量调节。)改变风机转

55、速。无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用。调节的理)改变风机转速。无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用。调节的理论依据是相似定律,即论依据是相似定律,即 ()改变电机转速。()改变电机转速。()利用传动装置调速。()利用传动装置调速。 调节方法的选择,取决于调节期长短、调节幅度、投资大小和实调节方法的选择,取决于调节期长短、调节幅度、投资大小和实施的难易程度。调节之前应拟定多种方案,经过技术和经济比较施的难易程度。调节之前应拟定多种方案,经过技术和经济比较后择优选用。选用时,还要考虑实施的可能性。有时,可以考虑后择优选用。选用时,还要考虑实施的可能性。有时,可以考虑采用综合措施。采用综合措

56、施。30000NNHHQQnn624.4通风机比例定律与类型特性曲线通风机比例定律与类型特性曲线4.4.1无因次系数无因次系数4.4.2比例定律比例定律4.4.3通风机类型特性曲线通风机类型特性曲线63影响通风机个体特性曲线的因素有:影响通风机个体特性曲线的因素有:动轮叶片安装角度动轮叶片安装角度(指轴流式通风机指轴流式通风机)前导器叶片角度前导器叶片角度通风机的新旧程度通风机的新旧程度动轮的转数动轮的转数动轮的直径动轮的直径空气的重率空气的重率前前3项只能通过试验观测确定。而后三项对个体特性曲项只能通过试验观测确定。而后三项对个体特性曲线的影响,则可根据比例定律求出。线的影响,则可根据比例定

57、律求出。 64 本节主要分析同一类型或结构相似的主要通风机的风本节主要分析同一类型或结构相似的主要通风机的风量、风压、功率及效率与尺寸(一般用动轮直径代表)量、风压、功率及效率与尺寸(一般用动轮直径代表)和转速之间的关系。和转速之间的关系。 同一类型、同一系列或结构相似的通风机,其风机内同一类型、同一系列或结构相似的通风机,其风机内部风流的运动符合流体相似模型的各项准则,具有部风流的运动符合流体相似模型的各项准则,具有运运动相似动相似和和动力相似动力相似。 同类型同类型(又名同系列又名同系列)的通风机是指符合的通风机是指符合几何相似几何相似、运运动相似动相似和和动力相似动力相似的一组通风机。的

58、一组通风机。654.4.1无因次系数无因次系数1 1、通风机的相似条件、通风机的相似条件u两个相似通风机内的气体流动过程相似,或者说它们两个相似通风机内的气体流动过程相似,或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数,这些之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数,这些常数叫常数叫相似常数相似常数或或比例系数比例系数。u同一系列风机在相应工况点的流动是彼此相似的,同一系列风机在相应工况点的流动是彼此相似的,几几何相似何相似是风机相似的是风机相似的必要条件必要条件,动力相似动力相似则是相似风则是相似风机的机的充要条件充要条件。662022-3-29(1 1) 几何相似几何相似扇风机各个部件的

59、对应边成比例。扇风机各个部件的对应边成比例。D2, b2, D1, B2分别风机动轮外径、出口宽度、入口直径分别风机动轮外径、出口宽度、入口直径和入口宽度。和入口宽度。常数11212222bbDDbbDD67(2 2) 运动相似运动相似 对应点的速度成比例。对应点的速度成比例。常数22222222nDnDuuCC68(3 3) 动力相似动力相似 对应点上各作用力成比例,比如惯性力成比例。对应点上各作用力成比例,比如惯性力成比例。常数2 2vssvFF692、无因次系数、无因次系数无因次系数主要有:无因次系数主要有:(1)压力系数)压力系数 同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常同系列风

60、机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数。可用下式表示:数。可用下式表示:或者:或者:ttHuH2sHuHs2常数 HuH270(2)流量系数)流量系数 由几何相似和运动相似可以推得由几何相似和运动相似可以推得 =常数常数式中式中 D、u分别表示两台相似风机的叶轮外缘直径分别表示两台相似风机的叶轮外缘直径、圆周速度,、圆周速度,同系列风机的流量系数相等同系列风机的流量系数相等。QuDQ2471(3)功率系数)功率系数 风机轴功率计算公式风机轴功率计算公式 中中H和和Q分别用式分别用式 和式和式 代入得代入得 常数常数 同系列风机在相似工况点的效率相等,功率系数为同系列风机在相似工况点的效率相等

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