国内矿用通风机研究综述

李浩达 胡雪原

(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院 北京 100083)

一、矿用通风机介绍

通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。对于矿用通风机，从用途来分，它有两种：一种是主通风机(又称主扇)，用来向井下输送新鲜空气，其流量较大，采用轴流式较合适，也有用离心式的；另一种是局部通风机(又称局扇)，用于矿井工作面的通风，其流量、压力均小，多采用防爆轴流式通风机。

按进出口的相对位置分类，主要有轴流式和离心式两种，我国矿井使用的通风机主要采用轴流式，而且全国绝大多数矿井采用抽出式轴流通风机。20 世纪 90 年代以来不断涌现出低损耗、高效率的新型通风机，如BDK、GAF等。[1]

图1 对旋式通风机结构组成图

二、国内研究现状

(一)叶片参数

周峰[2]建立了通风机几何模型和仿真模型，开展了不同叶片安装角条件下对旋式通风机的仿真分析研究，得到了不同叶片前级安装角和后级安装角对通风机工作效率和压力的影响规律。

对于叶片数量对轴流通风机性能的影响，金永平[3]等人应用计算流体力学软件 Fluent仿真得出：存在一个前后两级叶轮叶片数的最佳组合，此时通风机的气动性能最佳(即：第一级叶轮叶片数为 13，第二级叶轮叶片数为 11)。在前后两级叶轮最佳叶片数组合下，两级叶轮轴向间隙的增大会增加通风机流道内气流的摩擦损失，从而降低通风机的全压和效率；减小两级叶轮的轴向间隙可提高通风机的全压和效率，但叶片的振动和通风机的噪声会有所增大。而唐军[4]等人以某矿用局部通风机为基础，针对某种叶型，研究不同叶片数对其出口全压的影响。得出局部通风机出口全压随叶片数增加先增大后减少，呈驼峰型，确定最佳叶片数为14。

基于叶片轮廓的研究，贺秋冬[5]等人研制了某FBD型矿用大型防爆对旋轴流局部通风机，并通过有限元分析采用局部加大叶片根部厚度的办法，解决了高速、大机号通风机圆弧板叶片易断裂的问题；谢远辉[6]通过优化叶片前部底部轮廓线，改善了风机性能。

其余类型的研究主要涉及叶片设计方法、弦长比以及轮毂比等。如：李立本[7]基于涡流叶素理论，创新性地用航空翼型数据进行风机叶片设计，在没有风机实验条件的情况下，可酌情考虑采用此方法。刘红蕊[8]通过改变第二级叶轮叶片弦长沿叶高的分布规律，初步优选的到了高压比、高效率対旋式轴流风机的设计方案为弦长比0.8、轮毂比0.60。

(二)集流器相关研究

从集流器形式来看，刘洋[9]等人证明了总压效率上圆弧形的集流器最高，圆锥形其次，圆筒形最差。王文才[10]应用Fluent软件进行数值模拟并通过数值拟合放大的出集流器主要结构参数rD与局部阻力系数ζ的相关关系，得出合理结构参数r/D范围在[0.24,0.32]内。刘俊[11]的研究结果显示：0.22D以内的四种不同半径的圆弧形集流器对进口流场及出口静压升并无明显改善；电机前置加长了风机进口长度，对进口流场起到明显的整流作用。

三、未来研究方向

随着研究的深入，我们国家的通风机技术也得到了长足的发展，新型的通风机也得到了普遍的认可和广泛的使用。即便如此，目前通风机仍然存在着提升空间，所以，还需要加强通风机在理论和技术方面的研究，制定出适合我国通风机的发展方向，而且应当在理论的基础上加强技术操作，追求安装便易、效率提升、安全运行、噪音降低，最终实现通风机的持续稳定发展。

同时，为了适应矿井通风的高效化，通风机要适时地推进智能化，即：研究通风机与通风网络的匹配关系，以及风机个性化定制。