矿井主扇风机的技术改造与选型研究

康英杰

1 通风系统改扩建前的选型与优化

在确定风机的各项性能参数前，必须先进行通风系统的可行性论证，依据优化结果来科学、合理地确定风机各项性能参数。若布设的通风系统风压过高，会造成矿井漏风量增大，造成一些不必要的浪费，若矿井风压过低，会造成矿井有效通风量小，不易驱散矿井瓦斯，会增大矿井防灭火难度；另外若风量过小，风机易发生喘振，出现运行不稳定。若风量过大，易影响并联的风机，尤其是对四周的风机影响最大，易降低通风机运行效率，同时过大的抽力会使脱风危险大幅增加。

笔者所在矿之前装设的通风机，因其选择的参数不科学、不合理，稍微关小一定角度，实际产生的风量就会大幅下降，要想确保整个通风系统能正常工作，必须配合增阻才能实现。因此在确定通风机各项性能参数时，必须从现场条件出发，并充分考虑环境因素，使其所布设的通风机必须能满足矿井各时段的负压变化，确保整个矿井通风网络可实现正常运行[1]。

2 叶片的选用与进行整体设计优化

为进一步提高通风机的运行效率与质量，选用了铸铝合金来充当叶片材料，这种材料不仅强度高、韧性好，而且比原来选用的铸钢件具有更好的防腐性能，通风机关键零部件更牢固，叶尖的线速度远高于旧式风机叶尖线速度，运行性能得到了大幅提升[2]。

3 风道的选择

在实际生产中，因风道的选择会对传动方式与单双级选用等产生直接影响，因此在设计风机时也必须重视风道的选择。

3.1 传动方式的选择

随风道的不同，选用的传动方式也应有所不同。通常60°S弯道进气，90°蜗壳进气以及平直进气是常见的三种进气方式。当风道为60°S弯道进气与90°蜗壳进气时，应采用前传动的传动方式，可把60°S弯道状的风道阀门设计为翻板门状，把90°蜗壳状的风道阀门设计为百叶窗状，排气塔应较高；当风道采用的是平直进气时，应采用后传动方式传动，可选用平推拉门式的进口闸门，排气塔也应较高，同时应加长风机传动轴。

因进口流场的均匀度受风机传动方式的影响，而进口流场情况又会直接影响到风机整体性能。对于施工60°S弯道进口流场时，一般会采用混凝土灌制，这样时常很难保障其能达到理想的型面与坡度，加之还有一高速旋转的轴在里面，其运行时会产生一很不均匀的流场在S弯道出口处，装设一加速集风器会明显改善通风效果，但也无法跟平直方-圆进气条件相比。对于进口流场来说后传动所占优势较明显。而对于一些风量较大，尺寸较大的大型风机而言，若选用90°蜗壳进气方式通风，加工、运输这么巨大的壳体都较难，加之又有很大的进口损失，若没有遇到特殊情况最好不要尝试[3]。

对于离居民区相对较远，功率为中等功率的采区较适合采用60°S弯道式通风，此时电机的载荷通常不会增加太大负担给60°S弯道，且无需停产就可进行短路测试。除高塔长轴传动方案外，其他几项指标所占优势都相对较明显。

就通风系统改造而言，通常无需改动进出口流道，若需把风量与负压均增大，通过调整风机一般都能实现，但同时在调整作业过程中，还应重视相关风速要求。

3.2 风机单、双级的选定

当风压小于等于3 500 Pa时，最好选用单级风机，而当风压要求在4 000 Pa与5 000 Pa之间时，只能选用双级风机。双级风机具有三高一低的优势，其中三高主要指其产生的负压高、风量高、效率高，一低主要为转速低。在负荷相同的情况下，使用双级风机产生的负压会比使用单级风机产生的负压高一倍，而各级的具体负荷只为单级的1/2，转速会相应较低，这样双级风机可产生很多优势，如：强度储备高、产生的旋转噪声与涡流噪声小、轴承寿命高、流场好、且能适应更宽的矿阻变化。通过科学、合理地改造多台风机，引入双级风机后，提高了风机的静压效率、实际反风率、并有效降低了风机噪声[4]。

4 新结构风机的性能及特点

（1）叶片：选用高强度铸铝合金来做叶片，采用焊接式的叶轮。

（2）转子：可用两个装有动页的轮盘与轴承箱来组成风机转子部分，轴承箱采用整体式结构，易调整，且振动小。可把铸钢结构的轮毂换为锻铝合金板焊结构，这样风机转子质量会变小，重量轻后运动时产生的惯性会变小，同时也会更易启动，更易制动。

（3）采用蜗轮蜗杆与锥齿轮副机构来做叶片调节机构，这种调节机构在2 min内就可调整好整级叶片角度，具有精确省时省力，显著节能的优点，这样会大幅降低风机日常运行成本。

（4）可采用油浴方式来润滑轴承箱，这种润滑方式结构紧凑，且几乎无需日常维修。

（5）可采用具有刚扰性结构式的联轴器，这种联轴器传递的是刚性的扭矩，同时在角向、轴向以及径向都具有挠性特点。此外该联轴器具有易安装、易维护、使用寿命长等特点[5]。

5 电气控制系统的改造选型

高压电抗器启动是同煤集团很多旧式风机主要采用的启动方式，这种方式运行中的电机参数大多为固定，无法依据负载的实际变化进行实时调整，达到理想的启动效果较难，且这种启动方式升温较快，若维护不及时，还易烧坏电机。在这次改造过程中，也改造了电控系统，采用了有水电阻软起动与晶闸管高压软起动两种方式，经长期实践检验，人们发现这两种起动方式均能很好地匹配于主机。

应用水电阻软起动方式来起动可使电动机在全负荷情况下平稳启动，这样产生的启动冲击电流较小，且具有很好的可调性，在实际生产中，通常不会由于频繁的启动而把电机烧坏，可有效降低日常运行维护成本。

采用晶闸管高压软启动装置进行启动时，启动电流可从零平滑升至设定值，没有电流冲击，同时机械负载冲击转矩也会变小，这样可有效防止发生过压效应与水锤效应，且可靠性更好，安全性更高[6-7]。

6 结束语

总之，矿井主扇风机作为矿井的主要耗能设备，通过对矿井主扇风机进行科学、合理地改造，选用适合本矿井实际生产的风机，不仅可有效提高矿井主扇风机运行效率，而且还能显著降低矿井主扇风机能耗，使矿井主扇风机运行更高效、更可靠，有助于更好地保障矿井安全生产。

参考文献：

［1］孔军.电源控制电路在矿井主扇风机风门供电中的应用［J］.煤矿现代化，2016（08）：45-47.

［2］任中华，孙彦，王巍［J］.矿井主扇风机高压变频技术的研究［J］.煤矿机械，2013（03）：80-82.

［3］王玉涛.矿井主扇风机及电控系统升级换代技术改造［J］.山东煤炭科技，2006（04）：53-55.

［4］张步勤，王庆东，魏剑锋，等.煤矿主扇风机性能优化及技术改进［J］.煤矿机械，2010（06）：66-69.

［5］高树仓.主扇风机高效运行与稳健启动实现研究［J］.煤炭与化工，2014（08）：90-93.

［6］张旭.基于S7-300与WinCC的矿用通风机在线监测系统设计［J］.机电工程技术，2016，45（3）：69-71.

［7］毕玉成，张树磊，聂建新.煤矿风井改造及主扇风机节能分析［J］.黑龙江科技信息，2012（28）：62-65.