矿井通风阻力及风机静压、负压、全压及矿井主扇风机选型计算

矿井通风压力、通风阻力及风机静压、全压、负压一、矿井通风压力(mineventilationpressure)指矿井风流的压强，包括静压、动压和全压。静压空气分子之间或空气分子对风道壁施加的压力，不随方向而异。静止的空气和流动的空气均有静压。井巷或风筒中某点风流的静压与该点在深度上所处的位置和扇风机造成的压力有关。按度量静压所选择的计量基准不同，有绝对静压和相对静压之分。绝对静压是以真空状态的绝对零压为基准计量空气的静压，恒为正值。相对静压是以当地大气压力为基准计量的空气静压，当其高于大气压时为正值，称正压；反之为负值，称负压。动压空气流动而产生的压力，恒为正值。风流动压的计算式，式中Hu为动压，Pa；u为风速，m／s；p为空气密度，kg／m3。全压静压与动压之和，有绝对全压和相对全压之分。风流中任一点的绝对全压Pt等于该点绝对静压Ps与动压Hu相加，即Pt=Ps+Hu。风流中任一点的相对全压He等于该点相对静压Hs与动压Hu的代数和，即Ht=Hs+Hu。抽出式通风风流的相对静压Hs为负值。压力测定绝对静压用水银气压计或空盒气压计测量。相对全压、相对静压和动压用U形压差计、单管倾斜压差计或补偿式微压计与皮托管配合测量。恒温压差计可测两点间的相对静压。数字式精密气压计能测绝对静压和相对静压。二、矿井通风阻力矿井通风阻力是指风流从进风井进入井下、通过井下巷道后从风井出来、再从风机排出沿途所遇到的阻力（也即需要风机克服的阻力），其值由下式计算：式中：h阻j—矿井通风阻力，Pa；hs—风机入口静压（也称负压，若忽略静压管实际入口至风机入口处的沿程摩擦损失时，hs即为水柱计上的读数），Pa；hv—测静压断面的速压（也称动压），Pa；HN—矿井自然风压，Pa。三、风机的静压、全压及速压(动压)如下图所示：图中：2为风机，风机左侧1为风机吸风侧，风机右侧3为风机出风侧。风机吸风侧装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱计所测的参数为风机入口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。第二个水柱计所测的参数为风机入口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱也是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的负压有两个：负静压和负全压。人们习惯上所称的风机负压仅指风机的负静压。第三个水柱计所测的参数为风机入口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因入口静压（吸力）大于全压（吸力），故出现差值，该差值即为风机的入口速压（动压）。风机出风侧也装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱计所测的参数为风机出口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气压力的，故也称之为正压。第二个水柱计所测的参数为风机出口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气压力的，故也称之为正压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的正压也有两个：正静压和正全压。人们习惯上所称的风机正压仅指风机的正静压。第三个水柱计所测的参数为风机出口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因出口静压（吹力）小于出口全压（吹力），故出现差值，该差值即为风机的出口速压（动压）。值得注意的是：风机静压和风机入口静压不是一个概念，水柱计上读得的值为风机入口静压，风机静压是风机运转时产生的静压能量，其值由下式计算：H=hs-hv，式中：H—风机静压，Pa；hs—风机入口静压（也称负压，若忽略静压管实际入口至风机入口处的沿程摩擦损失时，hs即为水柱计上的读数），Pa；hv—测静压断面的速压（也称动压），Pa。四、风机的负压和正压在风机入口侧测得的静压为风机负压，在风机出口侧测得的静压为风机正压。五、风机的速压风机的速压（动压）等于风机的静压与全压之差，该值可利用水柱计直接测得（如上图），在风机入口侧测得的速压为风机入口速压，在风机出口侧测得的速压为风机出口速压。速压也可通过计算得到，公式如下：hV=(Pa)式中：hv—风机速压，Pa；ρ—测压断面处的空气密度，kg/m3；v—测压断面处的风速，m/s。测压断面的风速可通过测出测压断面通过的风量和测压断面的面积求得，公式如下：v=（m/s）式中：v—测压断面处的风速，m/s；Q—测压断面通过的风量，m3/s；S—测压断面的面积，m2。六、矿井自然风压下图为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。如果把地面大气视为断面无限大、风阻为零的假想风路，则通夏季夏季冬季210543风系统可视为一个闭合的回路。在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均气温低，平均空气密度大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。其重力之差就是该系统的自然风压。它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2平均温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。地面空气从井口5流入，从井口1流出。这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。矿井自然风压的计算公式如下：HN===∑(ΔhZ)式中：HN—矿井自然风压，Pa；ΔhZ—通风阻力测定时两测点A-B之间的位压差，Pa。测段A-B之间位压差的计算公式如下： ΔhZ式中：ΔhZ——两测点之间的位压差，Pa；——两测点的标高，m；——两测点的空气密度，kg/m3；g——重力加速度，取9.8m/s2。XX煤矿主通风系统选型设计说明书一、XX矿主要通风系统状况说明根据我矿通风部门提供的原始参数：目前矿井总进风量为2726m³/min，总排风量为2826m³/min，负压为1480Pa，等积孔1.46㎡。16采区现有两条下山，16运输下山担负采区运输、进风，16轨道下山担负运料、行人和回风。我矿现使用的BDKIII-№16号风机2×75Kw，风量范围为25-50m³/S，风压范围为700-2700Pa，已不能满足生产需要。随着矿井往深部开采及扩层扩界的开展，通风科提供数据要求：矿井最大风量:6743m³/min，最大负压:2509Pa。现在通风系统已不能满足生产要求，因此需对主通风系统进行技术改造。二、XX煤矿主通风系统改造方案根据通风科提供的最大风量6743m³/min，最大负压2509Pa，经选型计算，主通风机需选用FBCDZ-№25号风机2×220Kw。由于新选用风机能力增加，西井风机房低压配电盘、风机启动柜等也需同时改造。本方案中，根据主通风机选用的配套电机功率，选用高压驱动装置。即主通风系统配置主通风机2台，高压配电柜6块，高压变频控制装置2套，变压器1台。名称型号工作量计划资金备注主扇风机FBCDZ-6-№222台120高压配电柜KYN28-106台54高压电缆MYJV22－3×50㎜²－10KV500米14.5高压变频控制成套装置2×220Kw10000V2套60变压器S11-315/10/0.41台8安装调试10合计：266.5附图：主通风机装置性能曲线图附件：主通风机选型计算附件：主扇风机选型计算根据通风科提供数据，矿井需用风量为Q:6743，通风容易时期负压:1480Pa，通风困难时期负压:2509Pa,矿井自然风压:30Pa。计算风机必须产生的风量和静压（1）、通风机必须产生的风量为6743=112.4（2）根据通风科提供数据，在通风容易时期的静压为1480Pa，在通风困难时期的静压为2509Pa。选择通风机型号及台数根据计算得到的通风机必须产生的风量，以及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FBCDZ-8-№25轴流通风机2台，1台工作，1台备用。风机转速为740r/min。确定通风机工况点计算等效网路风阻和等效网路特性方程式通风容易时期等效网路风阻1480/112.4²=0.1171(N·S²)/m通风容易时期等效网路特性方程式h=0.1171Q²通风困难时期等效网路风阻2509/112.4²=0.1986(N·S²)/m通风困难时期等效网路特性方程式h=0.1986Q²作工况图。将和曲线绘于FBCDZ-6-№22风机特性曲线图上，和分别为通风容易时期和通风困难时期的工况点（见附图）。工况点曲线图绘制说明根据公式、分别取不同风量作为通风网路特性曲线、（见附图）。通风容易时期：=0.1171×65²=495Pa=0.1171×80²=749Pa=0.1171×95²=1057Pa=0.1171×110²=1417Pa=0.1171×112.4²=1479Pa=0.1171×125²=1830Pa通风困难时期：=0.1986×65²=839Pa=0.1986×80²=1271Pa=0.1986×95²=1792Pa=0.1986×110²=2403Pa=0.1986×112.4²=2509Pa=0.1986×125²=3103Pa其工况参数见表时期叶片安装角度/(º)通风容易时期-8.9112.4148019672通风困难时期-4.5112.4250929685选择电动机=196Kw=296Kw0.6=0.6×296=177.6≥0.6时，则在两个时期都用功率较大的电动机，该电动机功率按下式计算：---电动机的容量系数，=1.10-1.15，轴流式通风机取1.10，离心式通风机取1.15。---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。=1.10×296×1.0=326Kw按照煤矿设备选型相关要求规定，电动机储备系数取1.2，则电动机功率应为：×储备系数=326Kw×1.2=391.2Kw根据计算选用主通风机配套电机功率为：2×220Kw平均年电耗由于通风网路阻力系数随着开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平均年电耗，一般用下式近似计算：式中E---通风机平均年电耗，（Kw·h）/a；---通风容易时期通风机输入功率，Kw；---通风困难时期通风机输入功率，Kw;---电动机的效率，一般取0.9-0.95；---变压器的效率，一般取0.8；---电网效率，一般取0.85；---传动效率，直接传动取1.0，间接传动取0.95则=4380×（19