煤矿主风机流道机构能效提升的方案设计及研究

2018-08-26郭彦军

机械管理开发 2018年8期

郭彦军

（山西阳煤集团碾沟煤业有限公司，山西清徐 030400）

引言

主矿井风机系统的设计、运行效率和成本效益使用合适的工程程序，系统的能量负荷以及总体运营成本将会降低。本论文展示了对共性问题——主风机系统的调试，进行分析和纠正。通过适当的结构（改造），大幅降低现有的系统功耗，成本和温室气体排放。目前的研究已经指出，通风设计在效率和成本方面并不是最佳的。许多企业在其运营中实施了能源管理系统，旨在加强沟通，实现更快的紧急情况反应、节能和更好的通风控制。例如VODemand等计划已经在美国执行努力降低能源和最大限度地提高能源效率通风系统。

1 效能提升优势分析

约根森（1983）和麦克弗森（1993）提供了详细的工程设计方法论专门用于矿井通风系统和风扇组合。用于估算不同压力损失的等式和设计因子，介绍了气道几何形状。但是，关于主矿风机优化的具体科学工作组装装置（不一定是风机本身）是非常有限。

笔者依据长期的实践经验和数据，成功通过基于能源效率和成本效益，适当改造了一些矿井主风扇通风装置。系统改造后，预计减少系统阻力和效率提高已被验证，且通过实地调查是准确的。

通过设计风扇组合，使用精确的空气动力学和工业的工程概念，主风机系统将高效运行远高于90%，使得矿山总体大幅减少成本和基础电力和能源负载。

研究中提出来分析设计一个主风机排气系统，并配备两台风机平行于两个堆栈。一系列分析是表现突出与设计选择有关的损失整个风扇系统的每个部件：增压室、轴环、弯头气道分流管、过渡段、风扇锥和配件（后部风门挡板，接头，筛网）。

2 轴—交叉口充气部分设计

在分析风扇装置故障过程中，遇到过许多不精确的充气设计问题，分析轴-气室交叉点和气室布局的条件。

分析了几何结构和静力对速度压力结构的影响。冲击损失量，轴增压，可以从中计算速度水头，考虑六个设计条件，如图1所示。

图1轴-充气交叉口设计——六个设计条件

对于案例1A，水头损失估计为396 Pa，将空气从轴转移到空气的年度动力成本为69 001元/年。如果气室安装有斜面拐角（Case1B），然后将水头损失降低到198Pa将空气从轴转移到空气的年度动力成本减少到41 511元/年。如果气室安装在如情况1C所示，则头部损失进一步减小到99 Pa，年电力成本为27 766元/年。对于1A—1C的情况，水头损失与几何结构有关随着空气进入充气室而增加速度。

对于案例1D，冲击损失估计为194 Pa和年度将空气从轴传递到充气室的动力成本是26 941元/年。如果气室安装了斜角（Case1E），那么冲击损失减少到97 Pa和年度功率降低了将空气从轴传递到充气室的成本至每年13 470元。如果气室安装在一个角度（Case1F），那么水头损失降低到48 Pa和年度电力成本至6 735元/年。每个案例的成本相对于案例1A，如果适当的话设计，大量的能源和成本节约，接近90%可以实现。

对于案例1D—1F，充气室和竖井区域是速度压力相同。由于没有变化随着空气进入增压室的速度压力，风扇静压的增加不会产生相应的影响。一般来说，气室的尺寸应该使得气流中的速度压力气室类似于井道中的速度压力提高。这是为了尽量减少风扇所需的静压。

3 肘部节能方案设计

肘部布局考虑两种设计条件，如图2所示，案例3A代表方肘，案例3B代表正常弯曲。对于案例3A和3B，冲击损失被认为是将空气通过肘管传递给风扇的功率和成本。可以从速度头计算肘部冲击损失。震荡因子的值标准中列出了不同类型的弯头几何形状通风设计。

图2 肘部节能方案设计研究

对于方形弯头（案例3A），冲击损失为估计为44.6 Pa，并且每年转移空气的电力成本是9 195元/年。对于正常弯曲的情况（案例3B），那么水头损失减少到18.6 Pa，减少了通过弯头转移空气的年度动力成本至2 581元/年。营成本清楚地表明，当肘节是设计合理，可以实现节约能源和成本接近58%。拥挤或分段弯曲导致更大的震动损失。可以通过纳入功能如分流叶片进一步减少能耗和成本，叶片的使用也将为肘部提供结构支撑。

4 过渡管道节能设计

过渡管道将空气从分流器传送到风扇，从肘部处的矩形变为风扇处的圆形部分。过渡风管布局考虑了两种设计条件，如图3所示。情况5A代表直管，情况5B代表锥形管。

对于案例5A和5B，摩擦、震动损失和静电的影响以速度压力转换被认为是估计的通过过渡管输送空气的功率和成本。对于突然收缩的导管（情况5A）水头损失为474.3Pa，年度电力成本为通过风管输送空气每台风扇32 945元/年。为了具有较低锥角的导管（情况5B），头部损失减少到368.3Pa，每年的电力成本输送空气通过管道减少到25 578元/年。实践结果表明，合理设计过渡管道可以节约成本22.4%。