矿井通风设备3

第三章矿井通风设备

矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器及反风装置等。§3—1概述一、矿井通风设备的作用向井下输送新鲜空气，稀释和排除有毒、有害气体，调节井下所需风量、温度和湿度，改善劳动条件，保证安全生产。二、矿井通风方法及方式1、通风方法自然通风：机械通风：（每个矿井必须采用（《规程》规定））2、主通风设备的工作方式抽出式：（我国常采用）压入式：三、矿井通风系统1、中央式通风系统2、对角式通风系统3、区域式通风系统4、混合式通风系统四、通风机的分类1、矿用通风机按其结构和工作原理，可分为离心式和轴流式两大类。2、按其用途、服务范围可分为以下三类：（1）主要通风机；（2）辅助通风机（3）局部通风机。3、按叶轮数目分：单级——通风机只有一个叶轮；双级——通风机有两个叶轮。五、通风机的工作原理通风机的分类通风机按服务范围分，可分为主要通风机（它负责全矿井或某一区域通风任务）和局部通风机（它负责掘进工作面或加强采煤工作面通风）；按气体在叶轮内部流动方向分，可分为离心式通风机和轴流式通风机（一）离心式通风机的工作原理P83（二）轴流式通风机的工作原理P84六、通风机的性能参数1、风量（流量）（Q）单位时间内通风机输送的空气体积。单位是：m3/s、m3/min、m3/h2、风压（P）单位体积的空气流经通风机所获得的能量。通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为Pa（N/㎡）（1）静压（Pj）指单位体积的气体流过通风机后所获得的压力能（即压力势能）（2）动压（Pd）指单位体积的气体流过通风机后所获得的动能。（3）全压（P）指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。3、功率（1）轴功率（P）单位KW。（2）有效功率（Pe）指单位时间内气体从通风机获得的能量。PX=QH/10005、转速（n）风机叶轮每分钟的转数，单位为r/min。4、效率（1）全效率（η）指通风机的有效功率与轴功率之比。（2）静效率（ηj）指在上式中如果用静压代替全压，则所得的效率称为静效率。§3—2通风机的特性曲线一、离心式通风机的特性曲线（1）风量—风压曲线（Q—H曲线）如图示。（2）风量—功率曲线（Q—N曲线）当风量为零时，功率为最小数值，随着风量的增加，功率逐渐变大，因此，离心式通风机须在关闭调节风门时启动。（3）风量效率曲线（Q—η曲线）形状近似抛物线，随风量的增加，效率也逐渐增大，当增到最大值后又随着风量的增加而减小。二、轴流式通风机的特性曲线（1）风量—风压曲线（Q—H曲线）呈现马鞍形，驼峰状，在马鞍的左端是不稳定阶段，在驼峰的右区域工作较稳定。（2）风量—功率曲线（Q—N曲线）当风量为零时，功率有较大数值，随着风量的增加，功率逐渐变为最小值，而后又达到最大值。因此，轴流式通风机在启动时，闸门不允许全闭起动的。（3）风量效率曲线即Q—η曲线形状近似抛物线，随风量的增加，当增到最大值后又随着风量的增加而减小。二、通风网络特性曲线通风机是与一定的网络相连接而进行工作的，因此通风机本身与相应的网络构成一个完整的系统。通风机的工作状况不仅取决于通风机本身，同时也取决于网络的状况。通风网络特性曲线三、通风机工况点和工业利用区（一）工况点1、定义：将通风机的特性曲线与网络特性曲线，按同一比例画在同一坐标图上所得的交点。2、工况参数：QM、HM、PM、ηM。注意：网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系。（二）工业利用区1、划定原则稳定性和经济性1、划定方法（1）稳定工作条件（有且只有一个工作点）（2）经济工作条件大于等于0.8倍，但不小于0.6倍通风机的工况点四、通风机的工况调节及运行调节原因：在矿井开采过程中，通风网络的参数是变化的，为了适应这种变化，通风机的工况应具有可调节性。调节途径：一是改变网络特性曲线调节法；二是改变通风机特性曲线调节法。（一）改变网络特性曲线调节法1、闸门调节（1）调节原理及方法注意：闸门调节不节能。（2）适用范围及特点设备简单，调整容易而均匀。但有附加能量损失。只能作为一种暂时的应急方法使用。2、串并联巷道

（二）改变通风机特性曲线调节法

1、改变叶轮转速调节法（1）调节原理比例定律：（2）调节方法1）阶段调节2）无级调节注意：转速不能超过叶轮圆周速度允许值。（3）应用范围及特点1）特点

调节范围较宽，在网络特性不变的情况调节时，效率不变。阶段性调速的调节机构简单，但必须在停机时操作；无级调速机构复杂投资大，但调节性能好，节电效果明显，其投资很快可以得到补偿，且能在不停机情况下完成调节工作。2）应用范围：离心式和轴流式都可使用。2、改变叶片安装角调节法（1）调节原理（2）调节方法1）停机调节方法：人工和机构2）动叶调节调节原理

平衡抵消闭合力矩。调节机构

油压式、机械式、电气式（3）特点及适用范围停机调节叶片安装角的机构简单，理论上可以实现无级调节，但由于必须停机操作，实际上只能做到阶段调节，调节范围较宽，调节中效率有所变化。动叶调节的调节机构比较复杂，可在不停机情况下完成操作并实现无级调节。调节范围广，而且可以得到覆盖全调节范围的特性，调节时效率有所变化。采用这种机构便于实现自动化。广泛应用于轴流式通风机的调节中。

（2）调节方法1）离心式通风机的前导器2）轴流式通风机的前导器（3）特点及适用范围前导器调节法调节的机构比较简单，可以在不停机的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目的，在网络特性不变的情况下调节时，效率有所变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调节的补充较为适宜。

3、前导器调节法（1）调节原理4、改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法（1）调节原理（2）调节方法注意：改变叶片数目后，叶轮的平衡问题。（3）特点及适用范围不需要另外附加机构，需要在停机情况下操作。只能实现阶段调节，可调范围窄，效率也有所变化，可以作为辅助的调节措施。五、通风机的联合工作当一台通风机不能满足矿井通风要求时，可以将多台通风机同时在网络上工作，增加系统的风量或提高风压，满足矿井通风要求。这种多台通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合工作。联合工作的基本方式为串联和并联。

（一）通风机的串联工作1、串联工作的任务增加风压2、串联工作的特点两台风机的风量相等，风压为两台风机在该流量下的风压之和。3、串联工况点（1）构造等效风机按照“相同流量下，风压相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）串联效果

注意：两台风机串联后并不都是增加风压。一般是对于网络阻力较大的系统，串联效果较好。

（二）通风机的并联工作1、并联工作的任务增加风量2、并联工作特点两台风机产生的风压相等，都等于克服网络阻力所需的风压，通过网络的风量等于两风机风量之和。3、并联工况点（1）构造等效风机按照“等风压下，流量相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）并联效果注意：两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对于网络阻力较小的系统，并联效果较好；两台风机并联后运转的稳定性。

§8—3通风机的构造及反风装置

一、离心式通风机的构造及性能（一）结构 离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器（进风口）和外壳。1、叶轮——由前盘面、后盘面和叶片组成。用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机过去，它的叶轮叶型多采用圆弧形；现在，多采用机翼形叶片，叶轮的叶片数目与安装角和叶轮外径对内径的比值有关，2、外壳（螺壳）风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，并输送到外壳的出口。形状外壳的截面呈螺旋状。其螺壳的型线与其中气流要求有关。假定气流在所有径向截面中的流速保持常数，其螺壳的型线应是阿基米德螺线；若假定叶轮出口绝对速度在圆周方向上的分量，即旋绕速度C2u的分布规律为C2uR=常数，则螺壳的型线为对数螺旋线。3、集流器（进风口）集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的，它的前半部分是圆锥形的收敛段，后部是近似双曲线的扩散段，前后两段之间的过度段，是收敛度较大的喉部。气流进入这种集流器后，首先是缓慢加速，在喉部形成高速气流，而后又均匀扩散，均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形状和喉部直径，对风机效率有较大影响。集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小，对容积损失和流动损失有重要影响。4—72和4—73模型机采用径向间隙，通过这种间隙的泄漏气流方向，与主气流方向一致，不会干扰主气流。此外，为了减少容积损失，在工艺允许的条件下，应尽可能采用较小的间隙尺寸。

（二）几种常用离心式通风机1、4—72—11型离心式通风机（1）结构特点（2）型号意义□4—72—11—No.20B右90°□——一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通风机；“K”表示矿用通风机；4——最高效率点的全压系数乘以10；72——比转数1——表示叶轮进风方式。“1”表示叶轮单侧进风；“0”

表示叶轮双侧进风No.20——机号；叶轮直径除以100B——传动方式（离心式通风机的传动方式有六种：A—无轴承箱；B—支撑皮带（悬臂支撑，皮带传动，带轮在支撑点中部）；C—悬臂皮带；D—悬臂联轴节；E—中间皮带；F—中间联轴节。一般4—72—11和G4—73—11采用前四种；大型的K4—73—01采用后两种。）右——叶轮旋向（站在电动机一侧正视叶轮，顺时针方向旋转的称为“右”旋，逆时针方向旋转的称为“左”旋。）90°——出风口位置（3）技术性能及特性曲线2、G4—73—11型离心式通风机3、K4—73—01型离心式通风机二、轴流式通风机的构造及性能（一）结构一般矿用轴流式通风机的主要气动部件有叶轮、导叶（前导叶、中导叶、后导叶）、外壳、进风口（集流器、疏流罩）以及出口处的扩散器。1、叶轮叶轮是风机的主要部件，决定着风机性能的主要因素是风机翼型、叶轮外径、外径对轮毂的比值（轮毂比）和叶轮转速。适用于矿用通风机的翼型、CLARK—Y翼型和RAF—6E翼型等。叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机全压。轮毂比与风机比转数有关。一般说来，轮毂比大时，轴向速度Ca增大，叶片数目z和叶片相对宽度b/l（b为弦长，l为叶展）也相应增大，风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，多数取0.6，风压系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风机全压。通常，可在10～45°范围内调整。2、导叶前导叶：

某些风机设有前导叶，用以控制进入叶轮的气流方向，达到调节特性的目的。此导叶可分为两段，头部固定不动，尾部可以摆动。这样，外界气流可以较小的冲击进入前导叶，而后改变方向进入叶轮。中导叶

在多级轴流式通风机中级间设置。它的作用是将前级叶轮的流出气流方向，转为轴向流入后级叶轮。后导叶

作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。剩余的旋绕速度使气流不仅沿轴向，而且是沿螺线方向在扩散器中流动，有利于改善扩散器的工作。注意：（1）导叶的形式

以前多采用圆弧形叶片。现在多采用机翼形叶片，中、后导叶还采用扭曲机翼形叶片。（2）导叶的数目（前导叶、中导叶、后导叶）应与叶轮叶片数互为质数，以避免气流通过时产生同期扰动。3、进风口（集流器和整流罩）作用是使气流顺利地进入风机的环行入口信道，并在叶轮入口处，形成均匀的速度场。目前，矿用通风机集流器型线为圆弧形，疏流罩的型面为球面或椭球面。4、扩散器作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风机的静效率。一般由锥形筒芯和筒壳组成，装在风机出口侧。5、外壳风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可能地减小。通常（s—径向间隙，l—叶片展长）在0.01～0.06之间。

二）几种常用轴流式通风机1、2K60型通风机（1）结构特点（2）技术性能和性能曲线（3）型号意义2、2K56型轴流式通风机三、矿用通风机的反风（一）反风的意义及要求1、意义2、要求《煤矿安全规程》规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于正常风量的40%。反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次，每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时，也应进行1次反风演习。