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1、1/70河南理工大学 安全学院通风动力目录第四章 矿井通风动力2/70河南理工大学 安全学院通风动力目录第一节 自然风压第二节 矿用通风机的类型及构造第三节 通风机附属装置第四节 通风机实际特性曲线第五节 通风机工况点及其经济运行第六节 通风机的联合运转3/70河南理工大学 安全学院通风动力目录1、上一章内容回顾1)、上一章所讲的主要内容风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩 擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算 方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿 井通风阻力的措施。2)、能解决的实际问题(1)判断井巷风流状态；(2)摩擦阻力系数
2、及摩擦风阻值的计算；(3)矿井通风阻力计算问题(4)降低矿井通风阻力的技术措施4/70河南理工大学 安全学院通风动力目录2、本章的重点：1)自然风压的产生、计算、利用与控制2)轴流式和离心式主要通风机特性3)主要通风机的联合运转4)主要通风机的合理工作范围 3、本章的难点：1)自然风压的计算、利用与控制2)主要通风机的联合运转3)主要通风机的合理工作范围 4、本章的思考题 1)烟囱为什么能够排烟？2)矿井主要通风机为什么要有反风装置？3)通风机为啥有个体特性曲线、类型曲线和通用特性曲线？4)矿井主要通风机工况点是静态的，还是动态的，为什么？5)轴流式通风机为什么会出现喘振现象？6)两台风机并联
3、运行时矿井风量一定增大吗？5/70河南理工大学 安全学院通风动力目录概 述通风动力两种：自然通风与机械通风。风流在矿井中流动，新鲜空气进入，浑浊气体（乏风）排出，这都需要通风动力，不论是自然风压还是机械通风机，这些都是通风动力。通风动力的发展情况总体上来说：纯自然风压风箱、牛皮囊、水车蒸汽机现在的通风机。古代采煤，井深一般在20丈之内（50米）。（唐.李善对魏都赋的注中讲明井深8丈（约27米），由于没有机械设备，通风动力人们就自发地利用自然风压。最初采用是一个独眼井(天工开物中有记载)。首先是依靠井壁温度与大气温度(或燃火)不同造成空气流动来进行通风，后来井下有了通风回路，靠进、出井口的高度来
4、通风，这时也利用火炉（在回风井筒内），靠热动力来通风，空气加热密度变轻上升，来产生空气流动。6/70河南理工大学 安全学院通风动力目录概 述随着开采深度的增加，通风阻力增大，这时人们就采用井下多设置火炉，就是提高温度，加快气流上升的动力。自然风压利用到了极限后，仍不能满足开采用风时，开始利用水车、风箱、风扇、牛皮囊等机械装置向矿井内压风。这标志着机械通风的开始。 随着科学技术的发展，瓦特发明了蒸汽机，真正意义上的机械通风开始了。虽然现在矿井要求必须进行机械通风，但自然风压是始终存在的，任何矿井中都不可避免自然风压，它在现代矿井通风中也起着很重要的作用。7/70河南理工大学 安全学院通风动力目录
5、第一节 自然风压一、 自然风压及其形成和计算1、自然风压与自然通风由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。冬季：空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。夏季：相反。自然风压：在通风系统中，由于重力差引起的通风压力，就叫该系统的自然风压。其大小等于作用在最低水平两侧空气柱重力差。012345dz1dz2z8/70河南理工大学 安全学院通风动力目录2、自然风压的计算根据自然风压定义，自然风压是“势函数”，是一种势能，因此要注意选取计算的参考 面，即0势位面，图所示系统的自然风压HN可用下式
6、计算 ：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：在实际测量计算中，常取： 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。012345dz1dz2z9/70河南理工大学 安全学院通风动力目录二、 自然风压的影响因素及变化规律影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而空气密度 又受温度T、大气压力P、气体常数R(气体常数，是一个只与气体的种 类有关，与气体所处的状态无关的一个物理量)和相对湿度等因素影 响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示：
7、HN=f(Z）=f(T,P,R,)，Z1、温差：矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素 。影响气温差的主要因素是地面入风流气温和风流与围岩的热交换。 其影响程度随矿井的开拓方式、开采深度、地形、地质原因不同而有 不同的影响，在山区浅井，受地面温度影响大，深井偏小。 1012 1234 5678911 12月份HN浅 井深 井深井自然风压受围岩 热交换影响显著，一 年四季变化小。10/70河南理工大学 安全学院通风动力目录影响井下风流温度的因素影响井下风流温度的因素 1）矿井进风温度； 2）井下风流的自压缩热； 3）机电设备放热； 4）氧化放热； 5）地下热水散热； 6）围岩散热；
8、7）运输中煤炭及矸石散热等。 11/70河南理工大学 安全学院通风动力目录二、 自然风压的影响因素及变化规律2、空气成分和湿度：它影响空气的密度，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：主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，加之风流与围岩的热交换，使回风井气温高于进风井，在进风井周围形成了冷却带以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风压起作用。12/70河南理工大学 安全学院通风动力目录三、自然风压的控制和利用
9、自然风压既可作为矿井通风的动力，也可能是事故的肇凶。因此， 研究自然风压的控制和利用具有重要意义。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。新井设计应尽量使自然风压全年的方向与机械通 风机方向一致。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。1
10、3/70河南理工大学 安全学院通风动力目录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。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。(两个系统的自然风压)ABBCEFA系统的自然风压为： DBBCED系统的自然风压为： (夏季)自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台抽风机（向外）。 RDRC ABC DBEZABCDFB 14/70河南理工大学 安全学院通风动力目录设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABBCEFA可分别列出压力平衡方程：式中： HS风机静压，Pa；QDBBC风路风量，m
11、3/S;RD、RC分别为DB和BBC分支风阻，NS2/m8。两式相除：此即AB段风流停滞条件式。当上式变为则AB段风流反向。由此可知防止AB风路风流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A点安装风机向巷道压风。EZABCDFB 15/70河南理工大学 安全学院通风动力目录第二节 矿用通风机的类型及构造矿井的通风动力主要是通风机，每个风井至少有2台主要通风机（一台使用、备用）一般功率都很大，其电耗一般为全矿的20%25%，有的矿井甚至高达50%，原因是功率大效率低，平均只有52.79%。矿用通风机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
12、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；安全隐患，一般不用；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：离心式通风机和轴流式通风机。16/70河南理工大学 安全学院通风动力目录一、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）、螺形机壳和前导器等部分组成。吸风口有：单吸和双吸两种。在相同的条件下双吸风 机叶(动)轮宽度是单吸风机的两倍。前导器(有些通风机无前导器)，使进入叶(动)轮的气 流发生预旋绕，以达到调节性能之目的。叶轮是唯一的旋转部件。17/70河南理工大学 安全学院通风动
13、力目录叶片出口构造角：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 之间的关系图由图可见，安装了设计合理地扩散器之后，虽然增加了扩散器阻力，使Htd-Q曲线低于Ht-Q曲线，但由于hd+hVdhV ，则说明扩散器设计不合理。QHHt-QHtd-QHS-QHsd-Q40/70河南理工大学 安全学院通风动力目录8、轴流式通风
14、机个体特性曲线特点：（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；（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。HtHs ts/%Q/m3/sH/daPaN/kWQ/m3/sGFDMR41/70河南理工大学 安全学院通风动力目录9、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
15、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。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。H/daPaQ/m3/sN/kW/%HtHSNt S42/70河南理工大学 安全学院通风动力目录四、无因次系数与类型特性曲线（一） 无因次系数1.通风机的相似条件比例系数：两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任
16、一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充分条件。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。（2）流量系数雷诺数和欧拉数相等。43/70河南理工大学 安全学院通风动力目录（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
