浅谈主通风机节能调节方式及特性分析

陈铭

摘 要：矿井主要通风机存在耗能大、“大马拉小车”等能耗问题，在确保矿井正常通风需求的前提下，节能调节对矿井主要通风机降低能耗与提升矿井经济效益有重要意义。立足于节能调节，文章阐述了矿井主要通风机风叶调节与转速调节方式及其特性。

关键词：矿井主要通风机；节能调节；方式；特性

中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）29-0168-02

1 通风机风叶调节方式及特性

矿用軸流式通风机调节方法有很多种，如调节闸门、采用导流器、改变转速及调节通风机叶片等方式。相较于其他调节方法，叶片调节技术能够确保通风机的经济运行，在确保矿井通风需求基础上能够大幅度降低通风机能耗。叶片调节主要是通过调整叶片安装角度、叶片级数和数量等形式来达到改变通风机运行工况的目的。

1.1 改变叶片安装角度

在忽略通风机工作中各种损失的条件下，轴流式通风机流量、轴线流速、流通面积三者之间的关系可用下式表达：

Qt=V？琢SO（1）

其中：Qt为计算得到的理论流量，单位：m3/s；V？琢为轴向流速，单位：m/s；So为流通面积，单位：m2。

对于一台给定的矿用轴流式通风机而言，其流通面积值是一定得，因此，通风机的流量主要取决于轴向流速。叶片安装角度？夼与通风机轴线流速V？琢之间的关系，如图1所示。

分析上图可以得到，通风机轴向流速V？琢与圆周速度u的比值大小呈固定值，此值大小由通风机气流角β决定。当轴流式通风机圆周转速确定时，通风机轴向转速主要由气流角大小决定。而通风机气流角β与叶片的安装角度θ值大小非常接近，并且气流角随着轴流式通风机叶片安装角度的变化而变化，所以，改变通风机安装角度就可以调节通风机的轴线流速，继而实现对通风机风量的调节。矿井可依据正常开采所需风量推算出静压值，并根据矿井选用的通风机性能曲线找到对应的叶片安装角度。此种调节方式的优点为设备简单，不需要太多的维护工作量与资金投入，可通过调整叶片角度或电机反转就能实现反风操作。

1.2 改变叶片级数

矿用轴流式通风机工作通常有2种工作级别，即I级和II级。两种通风机工作级别提供的风量基本上相同，区别之处在于两种通风机工作状态所产生的通风机静压的差别。如矿井通风网络发生变化，矿井通风阻力必然产生影响，可能会出现大幅增加或减小的情况，此时如仍然按照原有的通风机工作状态运行，势必会造成通风机供风不足或能耗增加的现象；为确保通风机的经济运行，可是据情况调整通风机叶片级数。叶片级数变更时，通风机工作效率会有小幅度的降低。

1.3 调整叶片数量

轴流式通风机风压计算公式为：

pt=？棕wCyZ？籽/4？仔（2）

其中：pt为轴流式通风机风压，单位：Pa； w为通过轴流式通风式气流的相对速度，单位：m/s；？棕为通风机转动角速度，单位：rad/s；？籽为气流密度，单位：kg/m3；Cy为气流的上升系数；Z为轴流式通风机叶片数量；B为叶片弦长，单位：m。

由上式可知，通风机风压与叶片数量呈一定比例关系，调整通风机叶片数量可改变通风机风压，进而调整通风机功率与工况点。减少通风机叶片数量就可降低通风机风压，反之即可增加风压。然而，矿用轴流式通风机轮毂比与叶片弦长一般是固定的，通风机工作效率与叶片数量有一最佳取值区域。在叶片数量的最佳取值区域，通风机工作特性可通过改变通风机叶片数量来实现。

2 通风机变转速调节方式及特性

速度调节有电气调节与机械调节之分，通过调整通风机转速来改变通风工作效率。变转速调节的优点在于转速改变之后，通风机的工况效率改变幅度非常小，并不会对通风机的高效运行造成较大的影响；除此之外，变转速调节调节能力较强，能够在很大范围内调节通风机转速，并且转速改变后不会造成压力损失与风机叶轮的过度磨损，节能、经济性良好。矿用离心式通风机的变速调节装置有很多种，常见的有变频调节装置、液力耦合器调速装置、晶闸管串级调速、皮带轮、双速电机等，下面对几种常见的变速调节方式进行介绍：

2.1 变频调速

变频调速的方法主要是通过改变交流电动机的电源频率来达到调整通风机转速的目的，其工作原理为异步电动机的同步转速会随着频率而发生改变。变频调速具有精度高、调速范围广、运行可靠、节能效果明显等优点，现已经成为矿用交流电机的主要调速方式。

2.2 液力耦合器调速

液力耦合器调速是一种效率较低的调速方式，其适合与大型矿井通风机调速。此调速系统结构较为简单，不会造成谐波污染，具有较高的功率因数。但这种调速方式在使用中会出现滑差损失，造成较大的能量损耗，不利于通风机节能。

2.3 晶闸管串级调速

相较于液力耦合器调速方式，晶闸管串级调速并不会出现滑差能量损耗，产生的滑差能量会以电能的形式再次回到电网之中。但是此法的缺点功率因数低、并且会对电网造成谐波污染，系统中需要另设其他设备消除谐波。晶闸管串级调速是离心式通风机主要的调速方式，在一定调速范围内效率较高。

3 矿井主要通风机节能调节

3.1 离心风机节能措施

矿井离心式通风机的调节措施主要有两种，即调节风门与转速。而风门的改变虽能够改变通风系统的风量与风压，但此过程中会消耗大量的能量，不利于通风机节能。调节通风机风量时可通过调整风机转速的方式，具体转速的确定需通过详细的技术论证。

3.2 轴流风机节能措施

叶片调节技术是矿用轴流式通风机常用的节能调节措施。在煤矿开采阶段，在一定时期内通风网络阻力并不会出现大的变化，因此，矿井可依据正常开采所需风量推算出静压值，并根据矿井选用的通风机性能曲线找到对应的叶片调节参数。

4 结 语

随着煤矿开采活动的进行，矿井通风网络系统在不断变化，如工作面推进、巷道长度及断面积变化，矿井通风网络的改变会导致通风系统阻力、风量发生改变。矿井主要是通风机需要根据开采各个时期的通风需求变化进行相应地调节，以确保矿井正常的通风需求以及降低通风机能耗。矿井通风机调节方法有很多种，如进口导叶或挡板调节、调节闸门、采用导流器、改变转速及调节通风机叶片等方式，生产实际中可根据需求选择适当的调节方法。相较于其他调节方法，叶片调节与转速调节在节能方面有独特的优势，能确保通风机的经济运行。

参考文献：

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