煤矿井下通风用高压电机设计

赵鹏

摘 要：煤炭是我国主要的能源之一，在煤炭井下开采过程中需要注意做好煤矿井下通风以避免煤矿井下瓦斯等有害气体的浓度超标，从而危害煤矿的作业安全。煤矿井下通风用高压电机对于安全性、可靠性的要求较高。针对以往所采用的矿井井下通风机用高压电机在应用中频繁出现问题的现状提出了新的煤矿井下通风用高压电机的技术指标，并通过开发新型高压隔爆型三相异步电动机以满足使用要求，保障煤矿的正常生产。

关键词：煤矿井下通风用高压电机；能效；设计

中图分类号：TD441 文献标识码：A

煤矿井下通风机是煤矿井下重要的通风设备，通过煤矿井下通风机的作用能够有效地降低井下瓦斯等有害气体的浓度，并向井下输送大量的新鲜空气以保障煤矿的安全开采。在现今的煤矿井下通风用高压电机中轴流风机由于其造价低廉、安装简便的特点在整个煤矿井下通风用高压电机市场中占比高达66%左右，且局部煤矿井下通风机主要采用的是对旋转结构。煤矿井下通风机由于需要长时间进行工作从而加剧了煤矿井下通风用高压电机的工作负荷导致煤矿井下通风用高压电机在长时间的使用后出现故障的机率急剧升高，严重影响了煤矿井下通风机的正常使用。为解决这一难题，通过研制新型煤矿井下通风用高压隔爆型三相异步电动机以满足煤矿井下通风用高压电机的需求，保障井下的正常通风。

1. 煤矿井下通风用高压电机所面临的恶劣工况及新型电机的设计要求

某煤矿井下通风机在井下安装后由于隔流腔和主风道之间存在正负压的问题导致其所采用的二级风机无法完全将瓦斯进行隔离，从而导致二级风机的Ⅱ级电动机隔流腔内瓦斯含量超标，从而影响煤矿井下正常作业。此外，煤矿井下通风机为了提高工作效率采用的是完全封闭的空腔结构，进而导致煤矿井下通风用高压电机在工作时散热效果大打折扣，导致煤矿井下通风用高压电机在工作时烧毁的机率提高了30%。同时煤矿井下粉尘浓度较高，通风机在工作中粉尘容易降落并堆积在风扇叶片表面，从而导致煤矿井下通风机的动平衡受到破坏，煤矿井下通风用高压电机在工作时产生较大的震动，这一现象的长期存在将会严重坏煤矿井下通风用高压电机的轴承，进而导致煤矿井下通风用高压电机的损毁。此外，随着我国煤矿井下作业面轴走向越来越长，所要求的井下送风量也越来越大，因此对于煤矿井下通风用高压电机提出了更高也更严苛的要求。在煤矿井下通风用高压电机的设计时需要满足井下风叶的转动惯量负载的启动要求，用以避免煤矿井下通风用高压电机启动电流过大而造成煤矿井下通风用高压电机的烧毁。煤矿井下通风机采用的是煤矿井下通风用高压电机与风叶直连的传动方式，从而导致煤矿井下通风用高压电机的轴承将承受除电机转子之外的额外附加载荷，从而导致煤矿井下通风用高压电机轴承的使用寿命受到极大的影响，从而影响煤矿井下通风用高压电机的正常使用。对旋式轴流通风机在煤矿井下通风机用量占比较高的主要原因是由于其第一级叶轮可以用作煤矿井下通风机风量的保证，而对旋的二级叶轮将能够有效地提高煤矿井下通风的风压，从而实现高风压、大風量的向煤矿井下通风，但是对旋式轴流通风机在运行的过程中会导致Ⅱ级电机的负载很快超过煤矿井下通风用高压电机的额定功率，从而导致煤矿井下通风用高压电机烧毁，影响煤矿井下的通风作业。煤矿井下通风机需要长时间运转从而导致其能耗较高，据相关统计研究表明，煤矿井下通风机长时间大功率运转所消耗的电量将占到煤矿开采用电量的约24%±6%。此外，在煤矿开采的过程中煤矿开采所需要的风压和风量是有所变化的，通过在煤矿井下通风用高压电机的控制中采用变频控制技术能够有效地根据煤矿井下的用风需求来调节煤矿井下通风机的转速。在新型煤矿井下通风用高压电机的设计中还需要注意的是煤矿井下通风机对于矿井反风的要求。矿井反风是用于矿井发生火灾时的非常重要而有效的风流调度的救灾措施，尤其是当矿井的入风筒、入风大巷等位置发生火灾时，采用反风措施有助于使得高温烟流和有害气体所扩展的区域得到进一步的限制，从而避免火灾时所产生的浓烟能对井下作业人员造成影响，从而提高井下作业人员的逃生机率。

2. 煤矿井下通风用高压电设计方案的确定

针对上述所讨论的煤矿井下通风用高压电机应用时所面临的恶劣工况及使用要求，在煤矿井下通风用高压电机的设计时为了更好地提高煤矿井下通风用高压电机的使用寿命可以采用以下几种措施：

（1）为增强煤矿井下通风用高压电机的散热能力，在煤矿井下通风用高压电机的散热结构上可以选用经过优化的管夹片式IC411型冷却结构，从而使得煤矿井下通风用高压电机的功率密度得到有效地增强，同时采用此种冷却结构还能够有效的缩小煤矿井下通风用高压电机的体积。通过这种设计方式在满足电机安装要求的同时可以在保证原有风机筒径的基础上提高煤矿井下通风机的过风量，是现今煤矿井下通风用高压电机重要的发展方向。

（2）在煤矿井下通风用高压电机的设计时为缩短煤矿井下通风用高压电机的启动时间，减少煤矿井下通风用高压电机启动时的发热量，可以通过采用提高煤矿井下通风用高压电机启动转矩倍数并缩小煤矿井下通风用高压电机启动电流的倍数的方式。

（3）在煤矿井下通风用高压电机的设计中，电机轴承是其中极为重要的一环。由于煤矿井下通风用高压电机所处的工况条件较为复杂，致使煤矿井下通风用高压电机的轴承受力相较于普通电机的受力有着极大的不同，通过研究计算由于煤矿井下通风机所使用的大叶轮使得煤矿井下通风用高压电机轴承端所承受的径向力和轴向力要远高于普通轴承。在煤矿井下通风用高压电机轴承选型时要结合煤矿井下通风机的实际使用工况进行合理选型，并在煤矿井下通风用高压电机的使用过程中注意做好电机轴承的维护保养，以提高煤矿井下通风用高压电机的使用寿命。

（4）适当的提高煤矿井下通风用高压电机的使用系数。在煤矿井下通风用高压电机的设计过程中通过适当的提高煤矿井下通风用高压电机的使用系数，既可以对煤矿井下通风用高压电机二级配套电动机过载进行优化，从而降低电机烧毁的机率。此外，通过对电机使用系数进行优化还能够有效的改善煤矿井下通风用高压电机的散热能力。

（5）在煤矿井下通风用高压电机的设计中还需要注意做好变频技术的应用。在煤矿井下通风用高压电机设计时要求电机能够满足常规电源和变频电源的使用需求。在煤矿井下通风用高压电机设计时采用变频电磁线用以满足变频器脉冲电源的使用要求。煤矿井下通风用高压电机多采用的是多极数电机，因此在电机设计时需要选择合适的槽配合、控制气隙磁密等的设计方案来降低煤矿井下通风用高压电机的电磁噪声。此外，在煤矿井下通风用高压电机的设计中为满足矿井反风的要求，在电机结构设计时对于电机的内外侧风扇都需要采用双向风路结构，此外，为了进一步提高煤矿井下通风用高压电机的散热能力，保障其使用寿命，在煤矿井下通风用高压电机结构设计时需要适当增大内外风扇的外径，以提高煤矿井下通风用高压电机的冷却能力。

结语

煤矿井下通风用高压电机是井下风机的重要设备，其安全性与可靠性对于煤矿的生产有着极为重要的影响，在煤矿井下通风用高压电机的设计过程中需要采用IC411结构以推动煤矿井下通风用高压电机的结构优化，从而使得煤矿井下通风用高压电机的启动时间和启动转矩都得到了极大的提升。

参考文献

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