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1、1 第四章 矿井通风动力 2 4 矿井通风动力 n欲使空气在矿井中源源不断地流动 就必须克 服空气沿井巷流动时所受到的阻力 这种克服 通风阻力的能量或压力叫通风动力 n若这种能量是由通风机提供的 则称为机械通 风 n若是由矿井自然条件产生的 则称为自然风压 n机械风压和自然风压均是矿井通风的动力 3 主要内容 n4 1 自然风压 n4 2 矿用通风机的类型及构造 n4 3 通风机的性能参数与特性曲线 n4 4 通风机的相似理论 n4 5 矿井主要通风机的附属装置 n4 6 矿井通风机的联合运转 4 要求 n本章部分内容在 工业通风通风与除尘 课程 中已讲解 对本章的要求是 n 1 掌握自然风压
2、的形成 n 2 了解矿井主要通风机的附属装置 n 3 复习矿用通风机的类型及构造 通风机 的性能参数与特性曲线 通风机的相似理论和 矿井通风机的联合运转 5 4 1 自然风压 n4 1 1 自然风压及其形成和计算 1 自然风压与自然通风 如图所示的井巷系统 1 4为水平线 2 3为水平巷道 平硐及竖井开拓 1 2 4 3 z 14 3 2 z 冬季 风流方向为1 2 3 4夏季 风流方向为4 3 2 1 这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风 6 2 自然风压的计算 n4 1 1 自然风压及其形成和计算 若设Pa为井口大气压 Z为井深 为空气密度 则自然风 压为 1 2 4 3 z 14 3
3、 2 z 若考虑标高向上为正 上 式写成积分形式 7 当井深小于100m时 当井深大于100m时 2 自然风压的计算 8 3 矿井自然风压的测定 直接测量法 测定全矿井自然风压 间接测定法 在有主通风机工作的矿井 首 先 当主通风机正常运转时 测出其总风量Q及主扇的有效静 压H 则可列出方程为 然后 停止主通风机运转 当仍有自然通风风流流过全矿 且稳定时 立即在风硐内或其它总风流中测出自然通风量Q 则可列出方程式为 9 4 1 2 自然风压的影响因素 影响自然风压风压 的决定性因素是两侧侧空气柱的密度差 而 空气密度又受温度T 大气压压力P气体常数R和相对对湿度 等因素影响 因此 影响自然风压
4、风压 的因素可用下式表示 1 矿井某一回路中两侧空气柱的温差 图4 2 自然风压变化示意图 10 n 2 空气成份和湿度影响空气密度 因而对 自然风压也有一定影响 但影响不大 n 3 井深 空气压力和密度均随井深增加而 增加 n 4 主要通风机工作对自然风压的大小和方 向也有一定影响 4 1 2 自然风压的影响因素 11 4 1 3 自然风压的控制和利用 自然风压既是通风动力 也可能是阻力 是事故的肇因 因此 研究自然风压的利用与控制很有现实意义 根据 矿山生产的经验和对自然通风规律的认识 可以考虑从以 下几个方面来利用和控制自然风压 1 设计和建立合理的通风系统 2 降低风阻 3 人工调整进
5、回风井内空气的温差 4 解决高温季节下行自然风流的问题 12 4 1 3 自然风压的控制和利用 一般来说 平硐开拓的矿井 上行自然通风比下行自然 通风的时间多 因此 拟定通风系统时 必须充分利用低 温季节的上行自然风流 而对高温季节的下行自然风流采 取适当的限制措施 在丘陵和平缓地带用井筒开拓的矿井 尽可能利用进风 与回风井口的高差 进风井的标高应低些 回风井的标高 应高些 井口平硐口尽可能朝着常年主导风向 另进风井 口可设在背阳处 1 设计和建立合理的通风系统 13 图4 3 自然风压使风流反向示意图 系统的自然风压为 系统的自然风压为 设AB风流停滞 AB段风流反向 加大 增大 在A点安装
6、风机向巷道压风 防止风流反向措施 4 1 3 自然风压的控制和利用 14 2 降低风阻 4 1 3 自然风压的控制和利用 在一定时期 一定范围内自然风压基本上是定 值 则降低风阻就能提高风量 主要措施有 并 联通风 消除杂物扩大过风断面等 15 4 1 3 自然风压的控制和利用 3 人工调整进回风井内空气的温差 如有的矿山在进风井巷设置水幕或者淋水 既 冷却空气 又净化风源 但排水是个问题 16 4 1 3 自然风压的控制和利用 4 解决高温季节下行自然风流的问题 1 堵 密闭采空区 隔绝风流下行 2 抵抗 用小风机压出 3 抽 选择合适的通道 用风扇把下行自然风 抽出 同时排走下部的污风 1
7、7 4 2 矿用通风机的类型及构造 n矿井通风的主要动力是通风机 通风机是矿井的 肺脏 其日夜不停地运转 加之其功率大 因此其能耗很大 所 以合理地选择和使用通风机 不仅关系到矿井的安全生产 和职工的身体健康 而且对矿井的主要技术经济指标也有 一定影响 n矿用通风机按其服务范围可分为三种 n 1 主要通风机 服务于全矿或矿井的某一翼 部分 n 2 辅助通风机 服务于矿井网络的某一分支 采区或工作面 帮助主要通风机通风 以保证该分支风量 n 3 局部通风机 服务于独头掘进井巷等局部地区 n按通风机的构造和工作原理可分为离心式通风机和轴流式 通风机两种 18 4 2 矿用通风机的类型及构造 n4
8、2 1 离心式通风机的构造和工作原理 n4 2 2 轴流式通风机的构造和工作原理 19 n离心式通风机的主要结构部件为叶轮 机壳 进气口 出 气口 如图7 1所示 l 叶轮安装在蜗壳4内 当叶 轮旋转时 气体经过进气口2 轴向吸入 然后气体约转 90 流经叶轮叶片构成的流 道间 而蜗壳将叶轮甩出的 气体集中 导流 从通风机 出口6或出口扩散器7排出 Centrifugal fan 1 Air into room 2 Air inlet 3 Impeller 4 Helicoid body 5 Main axial 6 Air outlet 7 Outlet diffuser 4 2 1 离心式
9、通风机的工作原理 20 n气体在离心通风机中的流动先为轴向 后转变为垂直于 通风机轴的径向运动 当气体通过旋转叶轮的叶道间 由于叶片的作用 气体获得能量 即气体压力提高和动 能增加 n当气体获得的能量足以克服其阻力时 则可将气体输送 到高处或远处 4 2 1 离心式通风机的工作原理 21 n离心式通风机按其叶片出口角 叶片出口速度方向与叶 轮圆周速度反方向之夹角 不同 分为前向式 2 90 径向式 2 90 后向式 2 90 三种 如图7 2所示 图4 5 叶轮叶型与出口安装角 w2c2 u2c2u 2 w2 c2 u2 2 u2 c2 w2 2 a Forward curved blade
10、b Backward curved blade c Radial blade 4 2 1 离心式通风机的工作原理 22 离心风机叶片出口角 23 几种不同叶片型式的叶轮性能比较 n 从气体获得压力看 前向式叶轮最大 径向式叶轮 稍次 后向式叶轮最小 n 从效率观点看 后向式叶轮效率最大 径向式叶轮 居中 前向式叶轮效率最低 n 从结构尺寸看 当风量和转速一定时 在达到相同 的风压前提下 前向式叶轮直径最小 径向式叶轮直径 次之 后向式叶轮直径最大 n 从风机噪声方面看 前向式叶轮噪声最大 径向式 叶轮适中 后向式叶轮的噪声较小 24 n在目前风机生产中 大型的离心式通风机 为了增加 效率和降低
11、噪声 几乎都采用后向式叶轮 n而一些中小型风机 特别对风压要求较高时 则采用 前向式叶轮 n从防磨损和减少积尘角度看 选用径向式叶轮较为有 利 w2c2 u2c2u 2 w2 c2 u2 2 u2 c2 w2 2 4 2 1 离心式通风机的工作原理 25 n矿用离心式风机在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图如下 4 2 1 离心式通风机的工作原理 1一工作轮 2一 蜗壳体 扩散器 4 主轴 5 止推轴承 6一径向轴承 7 前导器 8 机架 9 联轴节 10 制动器 11 机座 12 吸风口 13 通风机房 14 电动机 15 风硐 26 4 2 1 离心式通风机的工作原理 27 4 2 2轴
12、流式通风机的构造和工作原理 n空气沿轴向流动的通风机称为轴流式通风机 一般通风 机的结构如图4 7所示 主要由集风器 叶轮 导叶和扩 散器等组成 叶轮安装在圆筒形机壳中 电动机与叶轮 直接联接 图4 7 轴流通风机 集风器 叶轮 导叶 4 扩散筒 28 n由于风机叶轮的叶片具有一定的斜面形状 当叶轮在机 壳中高速转动时 使叶轮周围气体一面随叶轮旋转 一 面沿轴向推进 气体在通过叶轮时获得能量 压力升高 进入扩散管后一部分轴向气流的动能转变为静压能 最后以一定的压力从扩散管流出 4 2 2轴流式通风机的构造和工作原理 29 n轴流式通风机一般采用电动机直接传动的传动方式 n有些大型的轴流式通风机
13、也可将电动机安装在机壳的 外面 n采取皮带轮或联轴器传动的方式 且其叶轮的排风侧 有的设有固定导叶 可将一部分偏转气流转变为静压 能 有助于气流的扩散 n轴流式通风机的叶片有各种各样型式 有板型 机翼 型等等 n叶片从根部到叶稍常采用扭曲形的 n有些叶轮的叶片安装角是可以调整的 n通过调整叶片安装角可以改变风机的性能参数 Axial Flow Fans 30 对旋式轴流风机 屋顶风机 31 图4 8是矿用轴流式风机在矿井通风井口安装作抽出式通 风的示意图 4 2 2轴流式通风机的构造和工作原理 1 集风器 2 前流线体 3 前导器 4 第一级工作轮 5 中间整流器 6 第二级工作轮 7 后整流
14、器 8 环行或水泥扩散器 9 机架 10 电动机 11 通风机房 12 风硐 13 导流板 14 基础 15 径向轴承 16 止推轴承 17 制动器 18 齿轮联轴节 19 扩散器 32 4 2 2轴流式通风机的构造和工作原理 33 4 3 通风机的性能参数与特性曲线 n4 3 1 通风机的性能参数 n4 3 2 通风机的特性曲线 n4 3 3 通风机特性曲线的合理工况范围 34 4 3 1 通风机的性能参数 n风量Q 风压P 转速n 功率N及效率 是表示 通风机性能的主要参数 n 1 风量 Air Flow Volume of Airflow n通风机在单位时间内所输送的气体体积称为风量 又
15、称流量 通常指的是工作状态下的气体量 m3 h或 m3 s 而在风机铭牌上有时标出的是标准状态下的 风量 Nm3 h或Nm3 s 35 n 2 风压 Pressure of Air n通风机出口气体全压与进口气体全压之差 或进 出口全压绝对值之和 称为风机的风压 也就是气 体进入风机后所升高的压力 其单位为Pa n 3 功率 Power n通风机在单位时间内传递给气体的能量称为风机的 有效功率Ne 可用下式表示 有效功率 4 3 1 通风机的性能参数 36 实际上 由于通风机运转时轴承内部有摩擦损失以及气体在 风机内流动时产生的涡流撞击和流动损失 使通风机消耗在 风机轴上的功率 轴功率 N要大
16、于有效功率Ne 通风机效率 当选择通风机所配用电动机功率时 在轴功率的基础上 还应考虑通风机机械传动的能量损失以及电动机工作的安 全系数 配用电动机功率ND可按下式计算 j 通风机机械传动效率 m 电动机容量安全系数 4 3 1 通风机的性能参数 37 able 7 2 Fan Mechanical Conversion efficiency 传 动 方 式机械传动效率 j 电动机直接传动 联轴器直接传动 减速器传动 皮带传动 1 0 0 98 0 95 0 92 Table 7 3 Safety Coefficience of Motor Capacity 电动机功率 kW 电动机容量安全系数m 5 1 5 1 4 1 3 1 2 1 15 Fan Performance Parameter 38 4 效率 Efficiency n通风机的效率 就是风机的有效功率与消耗在风机轴 上的功率之比 即 5 5 转速 转速 Rotating Speed Rotating Speed 转速指通风机叶轮每分钟旋转的次数 其值通常由转速指通风机叶轮每分钟旋转的次数 其值通常由 转数表直接测得 转速
