煤矿对旋轴流式通风机的研究

王 涛

（新疆昌平矿业有限责任公司，新疆 乌鲁木齐830091）

1 对旋轴流式通风机的结构与特性

1.1 对旋轴流式通风机的结构特点

对旋轴流式通风机结构组成比较简单， 主要由进风口集流器、一级主机、二级主机、扩散器、圆变方风筒等部件组成。 风机内置两台电机，二级工作叶轮，叶轮悬挂在电机轴端，采用毂键直联方式固定。 通风机工作时二级叶轮反向旋转，形成对旋。 风机内电机为专用防爆电动机，置于隔流腔内，并使通风道与外部大气相通，便于内置电机散热。在通风机叶轮回转部分设置铜环装置，避免摩擦产生火花，增加风机运行安全性。

1.2 对旋轴流式通风机的布置方式

对旋轴流式通风机布置与其它风机不同，按其结构风机是由集流器、一、二级主机、扩散器、扩散塔等钢制部件组合而成，风机之间，部件之间都用螺栓连接形成整体风机装置，成套性较好。 安装时更为简单，由于每节部件底部装设滚轮，将连接成整体的风机装置安放在预先设好的轨道上即可使用。对旋风机设计布置方式，见图所示。风机整体装置设在室外，在风机的侧面建设置值班室和配电室，在风机入口前端设混凝土，基本风道与风机进口集流器对接，后接整体风机装置。把风道设在地面上，这样风道直，无弯曲，阻力变小，基本风道长度约21m。 在风道最前端设置垂直闸门，闸门四周密闭，可以减少漏风，而垂直闸门作用是阻断风流，倒换风机。在风道上设置水平门、闸门提升架和风门绞车， 在绞车处设置小型彩板房可以防止雨雪锈蚀保护设备。

综合以上对旋风机从布置方式上的分析可以得出有以下结论：

1）设计简单，功能全，测试方便。

2）风机露天布置，土建工程量少。

3）无反风道、反风门，反风程序简单。

2 对旋轴流式通风机的运行与操作

2.1 通风机启动前的注意事项

1）通风机的启动开关都处于断开位置。

2）通风机的紧固件及联轴器防护外罩齐全，紧固，传动胶带松紧适度和没有裂痕。

3）电动机碳刷完好，接触性良好，碳刷滑环清洁无毁坏。

4）继电器整定合格，各保险装置实用可靠。

5）电气设备接地良好。

6）风门完好，风道内无杂物。

7）各指示仪表完好，保护装置齐全可靠。

8）使用电源的电压符合电动机启动要求。

2.2 通风机的运行步骤

2.2.1 通风机的启动操作

1）开启和关闭风门，通风机应开风门启动，此时应将通往井下的进风门关闭，同时将地面进风门打开，牢固支撑，以防止吸地面风时风门自动吸合关闭。

2）采用磁力站自动，半自动启动装置时，可以按照说明书来进行操作。

3）绕线式异步电动机采用变阻器手动启动时，电动机滑环手把应在启动位置，将电阻全部接入，而启动器手把则在“停止”位置。当启动电流开始回落时，逐步扳动手把，缓缓切除电阻，直至全部切除，将转子短路，电动机进入正常运转状态。

2.2.2 通风机的停机操作

1）断电停机

2）根据停机命令决定是否开动备用通风机，如需开动备用风机，则按上述正常操作要求进行。

3）不开备用风机时，应打开井口防爆门和有关风门，以充分利用自然通风。

2.2.3 通风机的反风操作

1）用反转电动机反风时

2）用两风机反风时

3 通风机变频调速的节能原理

由于矿井供风量的变化没有确定的规律，要根据实际情况不定期地调节风机的风量， 目前BDK-8-No25 型对旋式轴流风机控制系统调节风量的主要途径是： 工作人员根据风井出口负压调节阀门的开度，来调节通风机的风量。但这种节流调节的方式功率损失大，风机运行效率也低。

煤矿瓦斯排风机是煤矿安全的重要环节， 要求其不间断的运行，因此对风机的要求非常的严格。 而通风机又是煤矿的主要耗电设备，其能源利用率和功率因数本来都比较低，而由风门来控制风量更加加重了能源浪费，因此提高风机设备的能源利用率变得越来越重要。

变频调速的节能原理与传统的采用调节风门的方式调节风量相比,调节转速来控制风量的方法有着明显的节能效果，其原理可由下图来说明：

图1 风机运行工况点的特性曲线Fig.1 The Characteristics Curve of the operation air-blower

曲线3 为风机在恒速N1 下的风压-风量(H-Q)特性曲线;曲线5为恒速N2 下的功率-风量(Ps-Q)特性曲线;曲线2 为管网的风阻特性。

假设风机在A 点时的工作效率最高， 此时输出风量Q 为100%，轴功率为 Ps1， 与Q1 和 H1 的乘积成正比， 即Ps1 与 A-H1-0-Q1-A所包围的面积成正比。

当需要调节风量时， 例如所需风量从100%减小到额定风量的50%，即从Q1 减少到Q2 时，如采用调节风门的方法来调节风量，则管网的风阻曲线由曲线2 变为曲线1，即减少风门开度增加了管网阻力，此时工作点由原来的A 点移至B 点，此时风量降低了，但风压增加了，轴功率Ps2 与B-H2-0-Q2-B 成正比，它与Ps1 相比减少了。

在满足同样风量Q2 的情况下，风压将降低到H3，轴功率Ps2 也降低， 而且节约的功率与面积A-H1-0-Q1-A 和C-H3-0-Q2-C 之差成正比， 可见用调速的方法来减少风量的经济效益是十分显著的。

当需要的风量减少时，风机转速降低了，其轴功率按转速的三次方下降，假如当所需的风量为额定风量的80%，则转速也下降为额定转速的80%，那么风机的轴功率将下降为额定功率的51.2%。 当所需要风量为额定风量的50%时， 风机的轴功率将下降为其额定功率的12.5%，所以转速降低了，效率也会有所降低。

通过对风机调速原理和变频调速技术的分析， 再针对BDK-8-No25 型对旋式轴流风机当前的运行状况， 来设计风机变频调速控制系统。通过对风机变频调速后，系统可以根据风量的需求情况，按照公式的变化规律，来改变电机的转速，这样既提高风机的运行效率，又提高能源利用率。

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