彭庄煤矿主通风机选型设计

张银学 李加强 刘占羽

(1.临沂矿业集团菏泽煤电有限公司彭庄煤矿，山东 菏泽 274700；2.临沂矿业集团菏泽煤电有限公司，山东 菏泽 274700）

1 概述

彭庄煤矿采用中央并列抽出通风方式，副井进风，主井回风，井下各采掘工作面、大型机电硐室具有独立的通风系统。地面通风机房安装BD-Ⅱ-8-№24/2×220kW 型防爆抽出式对旋轴流通风机两台，互为备用。随着矿井的开拓延伸，需求风量不断增加，现有主通风机不能满足矿井安全生产的需要，现对矿井主通风机进行选型设计，保证安全生产用风量需求的同时，给下一步的矿井开拓延伸留有余量。

2 设计选型

困难期需求风量：风量Q=170.89m³/s，负压H=2931Pa。根据以上参数，结合FBCDZ 系列（原BDK 系列）高效节能矿用防爆对旋式主通风机特点及实测性能曲线，选型为FBCDZ N0.28 高效节能矿用防爆对旋轴流式主通风机，额定转速：740r/min。

配用电动机功率计算公式：

N=K×Q×H/(1000×η)

式中：

η-风机效率，按0.75 计算；

K-功率储备系数，一般取1.1～1.25。

按困难期配电机，则

N=1.25×170.89×2931/(1000×0.75)=835kW

为了保证风机安全可靠运行， 选配YBF630M2-8 500kW×2 风机专用隔爆型三相异步电动机，电压为10kV， 额定频率50Hz。

反风时电机功率核算（按困难期反风时核算）：

N=1.25×170.89×0.7×2931×0.72/(1000×0.3)=716kW ＜1000kW

从以上可以看出，风机配套电机的功率满足给定参数条件下，风机正反风时所需功率要求，保证风机的安全运行。困难期，风机叶片安装角度0°，效率85%，且风机调节余量较大（＞5°），既能经济运行，又有一定的安全裕度，选型合理，符合设计规范。以上风量、负压参数范围为该风机所能达到的气动能力，而配套电机功率的选择是根据用户具体工况点参数确定，并按照国家有关设备选型规范留有合理的功率余量。

3 对旋风机配套电机设计

过去的对旋风机电机存在的缺点如：电机温升高，轴承易损坏，辊压抱轴，轴向防爆曲路抱轴等，充分发挥电机、风机一体化组合优势，特殊设计对旋风机配套电机，采取了如下优良改进措施：

（1）调整电磁参数，降低电磁负荷，有效地降低温升。

（2）选用优质进口材料，减少不必要的损耗。

（3）通过外吸风口，冷空气自然流入密封隔流腔内的导流伞形罩，使电机的冷却空气一部分流过轴承表面，避免了此处的通风死区，改善了电机轴承的自然散热条件。

（4）电机轴承结构选用三轴承配合结构，能承受转子自重和正、反转运行时风压产生的轴向力。对轴承装置进行优化设计，在准确计算电机受力的情况下，合理选择滚动轴承，不但价格降低，还使其使用寿命大于20 万小时。可从风机机外注油孔对轴承进行加油。

（5）电机优选双轴伸结构，且轴伸加粗，以配合叶轮的大径向力。配套电机轴伸采用锥形轴伸，电机与轮毂采用锥形配合，利于叶轮的安装、拆卸、维修。叶轮在电机轴上采用双螺母双止动垫圈固定。

（6）主机轴承选用SKF 进口轴承，严格入厂筛选，轴承的保持架装置具有良好的油封性、防尘性和防水性。

（7）改进风路元件，改善通风效果，降低电机温升。

4 提高风机气动性能和方便使用维护的设计措施

（1）通风机采用叶格栅实验资料进行空气流动设计，使风机具有气动性能优良、振动小、效率高、噪声较低、高效区域广的特点。该风机最高静压效率达85%以上，效率比同类产品提高5%～15%以上，具有明显的节能效果。

（2）对于风机涉及的异型件，集流器、整流器、鱼形管全部采用模具冷磙一次成型，确保风机流道均匀光滑，有效地降低流道阻力，提高风机流动性能。

（3）通风机采用防爆轴流卧式安装形式，可根据用户要求，设计为侧移式或轴移式。

（4）风机整体采用分段组合式结构，机壳为分半式，各部件下部设有滚轮。滚轮内设滑动轴承，确保运转轻快，使用维护方便。“对旋风机用可调式脚轮”获得国家实用新型专利技术证书。各部件之间用螺栓连接，螺栓采用4.8 级镀锌钝化，并保证接缝连接处不漏风。在通风机进、出风侧配置检修孔，并在风机外壳上设有排液孔。

（5）叶片调节固定装置。叶片在轮毂上固定，风机轮毂上刻有明显的叶片安装角刻度，可根据生产用风的需要在不用拉开主机情况下，在机外通过观察窗用专用调节扳手任意调节叶片安装角，也可拉开风机，在机内完成角度调节。如图1 所示。

图1 风机调节示意图

（6）电机设主电源接线盒、加热器接线盒及定子绕组测温和轴承测温接线盒，方便接线。接线盒符合防爆防潮标准要求。风机随机安装有测压环，用来测量风机负压和流量。在风机进、出气侧分别设有检修人孔，方便现场检修。风机出线、检修孔方向按一左一右布置。

（7）风机采取低噪音设计。扩压筒、天圆地方均带有不锈钢消音层，并配套消声器，从空气动力性噪声、电机电磁噪声、机械性噪声三方面采取有效措施降低风机运行噪声。在周边测量噪音在70分贝以下，符合职业病危害要求。风机获得“低噪声矿用防爆对旋式主通风机”国家实用新型专利技术证书。

（8）风机配带蝶阀及其配套的蝶阀控制箱，蝶阀能够实现电动与手动功能，可远距离操作；配套联接风筒，保证蝶阀顺利启闭；带加热措施，防止冬季冷凝结冰。

5 风机叶片设计

（1）计算叶片、叶柄危险断面强度，设计保留有13 倍以上的安全系数，对叶片进行时效处理，并试验振频测试和模态分析，使其避开一、二级叶轮的激振频率，避免出现共振。风机叶片采用高强度铸造铝合金材质，采用金属模压力铸造，可有效避免普通砂型铸造缺陷，使叶片强度、表面质量更高，可确保在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性，提高叶片的防腐和耐磨性能。

（2）针对各个时期工况，应用CFD 流场分析软件，可对风机运行工况进行流场仿真模拟，保证各个时期工况运行稳定。如图2 所示。

图2 风机整机流道压力及速度流线图

（3）叶轮采用优质钢板制作而成，对叶轮、轮毂分别进行动平衡测试合格后，再对包括电机转子和叶轮装在一起的整机转子做动平衡加载试验，使风机具有优良的静特性和动特性，确保可靠运行。试验现场配套专用于风机叶轮动静平衡的10t 平衡机，可对直径Φ4600mm 以下叶轮进行动静平衡试验，完全满足2800mm 风机试验要求。

6 风机长期运行的防腐措施

（1）风机每一部分焊接成形后进行喷砂处理，要求喷砂处理后表面粗糙度达到Sa2.5，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附加物，提高底漆和面漆的附着力。底漆喷涂两次，漆膜厚度为60 ～80μm。风机出厂时，再涂覆防腐聚氨酯面漆一次，漆膜厚度为20 ～30μm。

（2）对风机的主要旋转件叶轮，经过加工成形、喷砂后，再采取特殊防腐处理，避免因流道内腐蚀性气体和潮湿引起的氧化腐蚀和锈蚀。

（3）风机叶片采用铸造高强度铝合金材质，表面采用磷化处理，确保在氧化性环境中具有优良的耐气蚀、腐蚀性，提高叶片的防腐和耐磨性能。

（4）消声器穿孔板采用镀锌碳素钢板，吸声材料采用高效防水材料。

7 结 语

彭庄煤矿主通风机设计选型为具有国内领先水平的矿用风机产品。风机采用机、电、控一体化设计开发，特殊研制风机配套电机、风机配套电控和风机配套实时在线监测保护系统，确保风机高效、节能、安全可靠运行。