矿用抽出式通风机隔流腔及安装技术

樊小涛

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037)

0 引言

众所周知，瓦斯和粉尘的存在使得煤矿井下开采难度加大，如何消除或减弱瓦斯煤尘对煤矿开采的影响是一项重要研究课题，随之也产生了众多瓦斯抽出和粉尘治理设备，抽出式通风机就是一种。抽出式通风机主要作用是将具有爆炸性的瓦斯气体抽出，从而降低井下瓦斯浓度，或是用于除尘设备中，对开采过程中产生的粉尘进行治理。抽出式通风机使用中长期与瓦斯气体和煤尘接触的，其防爆安全性能直接影响到煤矿井下的安全，必须得到足够重视[1～5]。诸多制造商对于为何抽出式风机必须将配接的隔爆型电动机置于密闭的隔流腔内存有疑问，现对其从防爆安全的角度进行了分析研究。

1 煤矿用电气设备的保护级别

煤矿用电气设备(I 类电气设备)的保护级别分为“Ma”级和“Mb”级两种。其中“Ma”级是指具有“很高”的保护级别,具有足够的安全性，在其正常运行、出现预期故障或罕见故障,甚至在瓦斯突然出现设备带电的情况下均不可能成为点燃源的电气设备，这类电气设备在出现爆炸危险时依然运行，例如防爆型式为ExiaI的浓度检测仪和本安矿灯等设备。“Mb”级设备是指具有“高”的保护级别,在正常运行中或在瓦斯突然出现和设备断电之间的时间内出现预期故障条件下不可能成为点燃源的电气设备，这类电气设备当出现爆炸性环境时必须断电，例如隔爆型电动机或开关等设备[6、7]。

有些设备运行中必须长期处于瓦斯超标环境中，但其保护级别又达不到“Ma”级，矿用抽出式通风机用隔爆型电动机就是一种。抽出式通风机用隔爆型电动机保护级别为“Mb”级，按照防爆电气设备使用要求，瓦斯超标就要断电，但抽出式通风机使用功能决定其必须继续使用，这就存在一对矛盾。隔流腔的存在有效的解决了这个矛盾。

2 抽出式通风机的结构

抽出式通风机按用途可分为主通风机和局部通风机，其结构一般由集流器段、主机体段(对旋风机有II级主机体段)和扩散器段三部分组成(如图1所示)。

图1 抽出式通风机结构简图

在这些部分中集流器主要作用是降低气流的局部阻力损失，为主机体段创造良好的进气条件。主机体段由机壳、叶轮、隔流腔和电机等主要部件组成，隔流腔安装在壳体内，电机置于隔流腔内，该部分是通风机产生风流的核心部分，主要作用是保证叶轮和电机的正常运转，产生一定风量和风压。扩散器由扩散筒和导流罩构成，主要作用是降低气流的出口局部阻力，提高通风机有效做功能力，同时具有消声器的作用[8]。

3 隔流腔及其作用

3.1 隔流腔的结构

隔流腔通常由筒体、盖板、电动机安装支架(或安装板)、通气风道等部分组成，其整体通过焊接或螺栓连接安装在风机主筒体上。在盖板与筒体、电动机与安装板等与隔流腔外界相通的安装接合面上通常加设有橡胶垫或石棉垫，以达到密封的效果，防止运行中气流互串。隔流腔内部通过通风通道与外界大气相连通，保证电动机始终在新鲜风流中启动和运行。

3.2 隔流腔内、外气流及气压

通风机在运行中叶轮转动，带动气体流动，此时气体从集流器经叶轮加压、加速后流向出风口，在此过程中主风道内的气压有变化。图2所示为对旋抽出式通风机隔流腔内外气流方向和压力示意图，在主风道内气体经过叶轮后加压、加速后，在Ⅰ级叶轮后侧呈负压，顺着气流方向的前侧则呈正压，即Ⅰ级隔流腔处于负压空间中，Ⅱ级隔流腔则处于正压空间中。

隔流腔内部通过通气风道与外界大气相通，此时隔流腔内气流由于电动机自带散热风扇的存在，也形成了一定气流。通常电动机散热风扇安装在后端，风流从电动机后端网孔进入，经过风扇扇动后从电机机座散热筋两侧流出，促使隔流腔内部气体也是从靠近电动机后端的通风通道流入，从电动机前端的通风通道流出。

隔流腔内外的风流方向和主流道内的气压如图2所示，其中“+”代表正压，“-”代表负压。

图2 隔流腔内外风流记压力图

3.3 隔流腔的作用

3.3.1 将气体分隔，保证隔爆电动机安全使用

抽出式风机是将井下含有可燃的气体及粉尘的混合物抽出，所以主流道内的气体中含有可燃的污浊气体，且在通风机运行中长期存在，即主流道内是需用“Ma”保护级别设备运行的区域，作为“Mb”保护级别的隔爆型电动机不能在该区域内直接使用。利用隔流腔将电动机安装的小环境与主风道隔离，使电动机处于与外界相通的“Mb” 保护级别能够长期使用的新鲜风流环境中，这种方式解决了隔爆型电动机在抽出式通风机中的使用问题。

3.3.2 对电动机外壳进行了安全保护

通风机用电动机，外壳采用铸铁制造的零部件较多，根据GB3836.2—2010中附录F对隔爆外壳材质的要求，除采掘工作面用电动机机座必须用钢板或铸钢制成外，其余零件(例如电动机端盖、外盖等)可使用HT250铸铁制成[9]。在风机抽出的污浊气流中不可避免的有一些较硬的颗粒物，有些颗粒物体积重量较大，可能对电动机的外壳造成冲击，在长时间使用中，多次冲击可能造成电机外壳疲劳损坏，从而可能导致电机防爆性能损失。隔流腔的存在，是对电动机外壳的一种保护，避免外壳直接受到外力的冲击。

3.3.3 对电动机绝缘性能和隔爆面的保护

众所周知，煤矿井下湿度较大，有些区域湿度可达到95%以上，抽出式风机主流道内长期有污浊气体存在，湿度也较大，若电动机长期处于这种湿度较大的环境中，容易造成绝缘性能下降，存在绝缘击穿漏电等现象。另外长期处于湿度较大区域，电动机隔爆面容易受到锈蚀，锈蚀的存在降低产品的隔爆安全性能。隔流腔的存在，使得电动机处于相对湿度较低的区域，对保持电动机的安全运行有利。

4 隔流腔安装使用注意事项

4.1 隔流腔的密封问题

密封对隔流腔的隔流效果影响较大，若不密封或密封效果不佳，容易导致漏风现象，特别是对旋风机的Ⅱ级主机用隔流腔，其处于正压主风道内，若没有好的密封，可能导致气流直接进入隔流腔，使得隔爆电动机长期处于爆炸性气体环境中，留下安全隐患。

4.2 隔流腔气流问题

隔流腔内的气体也需要流动，否则电动机容易过热。隔流腔与外界通风通道的设置较为重要。有些制造商为了追求通风机整体效率的提高，尽量少设置阻碍主风道内气体流动的隔流腔通风通道，这使得隔流腔内部气体流动不通畅，导致电动机过热甚至烧毁。合理布置隔流腔通风通道需要进行相应的计算和测试后确定。

4.3 电机在隔流腔内的安装问题

电动机在隔流腔安装在任何情况下都不能影响其防爆安全性能。有些制造商为了电动机与风机主体连接更可靠，减少振动和噪声，将电动机焊接安装在隔流腔内。这种方式容易在焊接过程中造成电动机隔爆面受到焊接热影响而变形，使得隔爆面的平面度或圆柱度受到破坏，从而影响到隔爆面的接合间隙或有效隔爆接合宽度，使得原本隔爆的产品不再隔爆[10]。

另外风机用隔爆型电动机接线盒与机座之间若是通过隔爆螺纹接合面连接，安装过程中应注意保证隔爆螺纹的拧紧扣数不得低于产品使用说明书规定的扣数，否则也容易造成“失爆”。

5 结语

综上所述，矿用抽出式通风机隔流腔在设备使用中作用重大，是保证其配套使用的电动机安全、合理使用的必要部件，应在通风机设计、安装和维护使用中特别注意，从防爆角度考虑，不遗留丝毫安全隐患，杜绝安全事故的发生。