矿井通风动力

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1、第四章 矿井通风动力第一节 自然风压一、 自然风压及其形成和计算1、自然通风由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力差。2、自然风压的计算根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压HN可用下式计算：012345dz1dz2z为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2，用其分别代替上式的1和2，则上式可写为：注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。3）一般选取最低点作为基准面。第四章 矿井通风动力二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素 HN=f (Z）=f (T,P,R

2、,)，Z 1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。2、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但 影响较小。3、井深。HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。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。第四章 矿井通风动力1012 1234 5678911 12月份HN三、自然风压的控制和利用1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用

3、自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。第四章 矿井通风动力第二节 矿用通风机的类型及构造按其服务范围可分为三种：1、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）； 2、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。按构造和工作原理可分为：离心式通风机

4、和轴流式通风机。第四章 矿井通风动力一、离心式通风机的构造和工作原理1、 风机构造。离心式通风机一般由：进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。吸风口有：单吸和双吸两种。叶片出口构造角：风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角，以2表示。离心式风机可分为：前倾式（290)、径向式（2=90)和后倾式（2s，即通风机装置 阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。7、 Ht、 Htd、 Hs 和 Hsd 之间的关系图QHHt-QHtd-QHS-Q

5、Hsd-Q第四章 矿井通风动力8、离心式通风机个体特性曲线特点：（1）离心式风机风压曲线驼峰不明显，且随叶片后倾角度增大逐渐减小，其风压曲线工作段较轴流式风机平缓；（2）当管网风阻作相同量的变化时，其风量变化比轴流式风机要大。（3）离心式风机的轴功率随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。H/daPaQ/m3/sN/kW/%HtHSNt S第四章 矿井通风动力风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。说明：（1）离心式风机大多是全压特性曲线。（2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。9、轴流式通风机个体

6、特性曲线特点：（1）轴流式风机的风压特性曲线一般都有马鞍形驼峰存在。（2）驼峰点以右的特性曲线为单调下降区段，是稳定工作段；第四章 矿井通风动力（3）点以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象；（4）轴流式风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动负荷。说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。Ht Hs t s/%Q/m3/sH/daPaN/kWQ/m3/sGFDB R M第四章 矿井通风动力三、无因次系数与类型特性曲线（一） 无因次系数1、通风机的相似条件几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似

7、风机的充分条件。2、无因次系数（1）压力系数同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数，可用下式表示：式中： u为圆周速度， 为压力系数。第四章 矿井通风动力第四章 矿井通风动力（2）流量系数（3）功率系数风机轴功率 ，计算公式中的 H 和 Q 分别上式代入得：同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。三个参数都不含有因次，因此叫无因次系数。（二）类型特性曲线根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数Q、H、N和。利用上三式计算出该系列风机的 、 、 和。然后以 为横坐标，以 、 和为纵坐标，绘出 - - 和- 曲线，此曲线即为该系列风机的类型特性曲线，见书P67图4

8、-4-6和图4-4-7四、比例定律与通用特性曲线1、比例定律 同类型风机它们的压力H、流量Q和功率N与其转速n、尺寸D和空气密度成一定比例关系，这种比例关系叫比例定律。第四章 矿井通风动力对于1、2两个相似风机而言，2、通用特性曲线根据比例定律，把一个系列产品的性能参数H、Q、n、D、N、和等相互关系同画在一个坐标图上，叫通用曲线。第四章 矿井通风动力例题 某矿使用主要通风机为4-72-1120B离心式风机，图上给出三种不同转速n的Ht-Q曲线。转速为n1=630r/min,风机工作风阻R=0.05479.81=0.53657Ns2/m8，工况点为M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，

9、后来，风阻变为R=0.7932 Ns2/m8，矿风量减小不能满足生产要求，拟采用调整转速方法保持风量Q=58 m3/s，求转速调至多少？第四章 矿井通风动力解：同型号风机，故其直径相等。由比例定律有：n2n1 Q2/Q163058/51.5710r/min即转速应调至n2=710r/min，可满足供风要求。M0QHn =630n =710n =560R=0.5367R=0.7932M15851.5M0QHn =630n =710n =560R=0.5367R=0.7932M15851.5第四章 矿井通风动力第五节 通风机工况点及其经济运行一、工况点的确定方法工况点：风机在某一特定转速和工作风阻

10、条件下的工作参数，如、和等，一般是指和两参数。求风机工况点的方法：1、图解法理论依据是：风机风压特性曲线的函数式为f()，管网风阻特性曲线函数式是h=2，风机风压是用以克服阻力h，所以h，因此两曲线的交点，即两方程的联立解。可见图解法的前提是风压与其所克服的阻力相对应。第四章 矿井通风动力方法：在风机风压特性（）曲线的坐标上，按相同比例作出工作管网的风阻曲线，与风压曲线的交点之坐标值，即为通风机的工作风压和风量。通过交点作轴垂线，与和曲线相交，交点的纵坐标即为风机的轴功率和效率。第四章 矿井通风动力2、解方程法 随着电子计算机的应用，复杂的数学计算已成为可能。风机的风压曲线可用下面多项式拟合式

11、中 a1、a2、a3曲线拟合系数。对于某一特定矿井，可列出通风阻力方程式中为通风机工作管网风阻。联立上述两方程，即可得到风机工况点。第四章 矿井通风动力二、通风机工点的合理工作范围1、从经济角度，通风机的运转效率不低于60 %。2、从安全角度，工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。3、实际工作风压不得超过最高风压的90。4、风机的运轮转速不得超过额定转速。ABCD上下右左0.60.650.7153045Q/m3/sH/PaR1 R1R1”M MM”QQQ”H HH”第四章 矿井通风动力15三、主要通风机工况点调节工点调节方法主要有：1、改变风阻特性曲线当风机特性曲线不变时，改变工作风阻，

12、工况点沿风机特性曲线移动。）增风调节。为了增加矿井的供风量，可以采取下列措施：（）减少矿井总风阻。（）当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。）减风调节。当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：（）增阻调节。（）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小矿井风量。第四章 矿井通风动力、改变风机特性曲线这种调节方法的特点是矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性曲线移动。nn1n2MM1M2QQ2Q1HH1H2QH第四章 矿井通风动力调节方法有：）轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。）装有前导器的离心式风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。）改变风

13、机转速。无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用。调节的理论依据是相似定律，即（）改变电机转速。（）利用传动装置调速。第四章 矿井通风动力第六节 通风机的联合运转两台或两台以上风机在同一管网上工作。叫风机联合工作。风机联合工作可分为串联和并联两大类。一、风机串联工作一个风机的吸风口直接或通过一段巷道（或管道）联结到另一个风机的出风口上同时运转，称为风机串联工作。特点：1、通过管网的总风量等于每台风机的风量，即Q=Q1=Q2 。 2、总风压等于两台风机的工作风压之和，即 HH1H2 。 F1F2第四章 矿井通风动力（一）、两台风压特性曲线不同风机串联工作分析1、串联风机的等效特性曲线。作图方法：按

14、风量相等，风压叠加的原则。2、风机的实际工况点。在风阻为R管网上风机串联工作，各风机的实际工况点按下述方法求得：在等效风机特性曲线+上作管网风阻特性曲线R1，两者交点为M0，过M0作横坐标垂线，分别与曲线和相交于M1和 M2，此两点即是两风机的实际工况点。效果分析：用等效风机产生的风量Q与能力较大风机的F2单独工作产生风量Q之差表示。第四章 矿井通风动力（1）R=R1R,工况点位于A点以上，Q=Q-Q0，则表示串联有效；（2）R=R工况点与A点重合， Q=Q-Q=0，则串联无增风；（3）R=R”0，并联有效；(B)工作风阻R=R时，工况点与A点重合Q=Q-Q10，并联增风无效；(C)工作风阻R

15、=R” R时，工况点位于A点左上侧，Q=Q-Q10，并联有害。QR MM1M2M1Q=Q1+Q2Q1Q1Q1RR”H +AQ=Q1QQ2MM”第四章 矿井通风动力2、风压特性曲线相同风机并联工作M1 为风机的实际工况点； M为并联合成工况点。由图可见，总有Q=Q-Q10，且R越小，Q越大。结论：1、风机并联工作适用于因风机能力小，风阻小而风量不足的管网；2、风压特性曲线相同的风机并联工作较好；3、并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。4、并联工作的任务是增加风量， 用于风机能力小，保证按需供风。QRMM1+ MQQ1=Q2Q1=Q2H A第四章 矿井通风动力（二）对角并联工况分析两台不同型号风机F1和F2的特性曲线分别为、，各自单独工作的管网分别为OA（风阻为R1）和OB（风阻为R2），共同工作于公共风路OC（风阻为R0）。分析方法：1、按等风量条件下把风机F1的风压与风路OA的的阻力相减的原则，求风机F1为风路OA服务后的剩余特性曲线。2、同理得到剩余特性曲线。3、按风压相等风量相加原理求得等效风机F1和F2集中并联的特性曲线。4、特性曲线，它与风路OC的风阻R0曲线交点M0