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1、煤炭科技煤矿通风机节能技术发展“十二五”规划一、煤炭科技煤矿通风机节能技术现状与需求（一）现状及存在的问题1. 煤矿主通风机现状分析煤矿地面主通风机担负着向全矿井提供新鲜空气、排出有毒、有害气体的重任，被誉为整个矿井的“肺脏”，其安全、可靠运行事关整个矿井的安全。随着世界范围内能源短缺和经济增长对能源需求的增加，迫切要求人们节约能源和保护环境。而矿井主通风机每天都必须运行，选择节电、低噪型通风机就显得非常重要。20世纪80年代后，由于采用了新技术、新工艺，通风机的效率提高了510%，扩大了调节范围，提高了变负荷条件下通风机的运行效率。随着我国经济的迅猛发展，煤炭在国民经济中的作用日益增强。20
2、05年我国煤炭产量达到21.6亿吨，占我国一次能源消费总量的约70。矿用通风机是保证煤炭安全生产的最主要设施，据统计我国目前在役的矿用主通风机约16000台，矿用局部通风机约25万台，矿用通风机总装机容量约为4000万千瓦，耗能巨大。目前国内在运行的煤矿主要通风机规格、型号如下： (1)电动机外置式单级轴流通风机(GAF单级，K40，K54，K55，K58，K61，K65)。 (2)电动机外置式双级轴流通风机(70B，2K56，2K58，2K60，GAF双级)。 (3)对旋通风机(BD40，54，56，58，60，65，66)。(4)离心通风机(电动机外置)(K472，K4273)。表1 若干
3、矿用主通风机性能参数表（钢板机翼形）通风机型号电机功率KW电机效率静压效率风量m3/min静压Pa噪声dB（A）BK54-4-10BD-8-24BD-8-25.8BD-8-24BD-8-26BD-8-281521852250225022502400869394.4909393 76.175.680.284.478.683.76996180601066528056831084425232524298329504291107 92.365.597.790 表2 国内矿用主通风机的无量纲性能参数如下表主通风机型号压力系数a流量系数比转速ns静压效率/s备注BK40BK54GAF单级2K562K60B
4、D40BD45BD50BD54BD58BD62BD65ABD66K4-72K4-2730.060.090.18760.190.400.170.190.210.250.250.360.330.420.430.430.220.170.24840.170.240.230.220.200.230.270.210.220.220.220.431720614311680148134117111122818873721038080848582807979.481.57879.180778986样本样本样本样本样本样本资料厂内测试厂内测试厂内测试厂内测试厂内测试厂内测试资料资料一般说来，BK40、54等单级通
5、风机适用于压力较低，需风量较大的低风阻矿井；2K56、2K60和BD系列适用于中、高压矿井；而离心通风机适合用高压、需风量较小的矿井。与之相对应，从表4可看出：无量纲压力系数较低的通风机适合于低风阻矿井，反之适合于高风阻矿井；比转数较低的通风机适合于风量要求较小的矿井，反之适合于风量要求较大的矿井。对旋通风机结构特点：(1)对旋通风机与二级轴流通风机相比，它无导叶，两个旋转方向相反的叶轮互为导叶；(2)两个叶轮分别直联在各自的电动机上，因此要求配备两台电动机；(3)两台电动机置于通风机内部，与叶轮直联，不需要长轴结构，因此对旋通风机结构紧凑，安装调试方便。特别适合于安装场地受到限制的矿井。另外
6、，由于电动机内置，省去了电动机房的土建，与长轴结构的轴流通风机相比，可节省大量的土建成本；(4)对旋通风机的消声器与扩压器直联，结构紧凑，一般来说，不必另外建造消声塔，节省土建成本；(5)对旋通风机由于电动机内置，维修不便。电动机散热条件差，对电动机有特殊要求。性能特点：(1)效率与二级轴流通风机相当；(2)良好的反转反风性能；(3)可单级运行，但必须配备后导叶，否则效率很低。单级运行时风压只有双级运行的一半左右。电动机外置式双级轴流通风机结构特点：(1)有两个动叶轮，分别配有导叶，两级动叶和导叶的形状可完全一样，省去叶片模具成本；(2)配备一台外置电动机。由于电动机外置，散热条件较好，对电动
7、机维修方便；(3)由于用长轴连接动叶轮和电动机，安装要求严格，结构不太紧凑，前置长轴穿过气流通道，需置S型弯道；(4)需建电动机一通风机房，土建成本较大；(5)安装场地要求较大。性能特点：(1)与对旋通风机相当；(2)由于存在导叶，反转反风性能不如对旋；(3)此类通风机在国外广泛应用，历史悠久。离心风机结构特点：(1)安装较为方便，但双面进气用双支承轴较长。有蜗壳，径向尺寸很大；(2)电动机外置，散热条件好，易维修；(3)安装调节门(前导器)后，启动时关小调节门，启动功率小，易启动，且能调节风量、风压。性能特点：风量较小，风压较高，效率也较高。表3 各类矿用主通风机的评价名称长轴双级轴流对旋离
8、心效率电动机维修安装简便结构紧凑综合成本风量安全性总体来讲，通过近几年的规范整顿，所有的矿井都基本上采用了符合要求的主通风机，并制定了以风定产的安全措施，由于主要通风机出现故障而造成的事故大为减少。衡量风机技术水平主要从产品标准化、通用化、系列化的程度和容量、转速、效率及噪声等几个方面考察。产品的标准化、通用化、系列化能够降低产品成本、缩短生产周期，扩大产品使用范围，以较少的零件品种达到较大应用范围的需要，产品质量与工艺要求都容易得到保证，同时可采用专用设备与流水线操作，提高了生产效率又降低了产品维护成本。风机采用大容量后可使一台机组替代几台机组，这样可降低设备和建造费用，节省材料，节约能源，
9、便于管理和采用自动化技术。提高了风机转速后，可节省材料，减少体积，减轻重量，同时为运输和使用带来方便。风机是一种使用量大面广的通用机械，它的高效和节能对于国民经济建设具有重要意义。据统计，风机的电能消耗约占全国发电量的810%。因此，提高风机的效率和运行效率是十分必要的。2. 煤矿主通风机存在的问题（1）风机低效率运行据中煤集团和煤科总院2004年的调查表明，我国在役的矿用主通风机运行效率低于40%的占20%，运行效率高于70%的不足10%。对于在役的局部通风机，平均运行效率低于60%，其中地方煤矿平均运行效率仅为48%。这同西方发达国家约85%的平均运行效率相差甚远，节能潜力巨大。煤矿选用的
10、主通风机大多数采用异步电动机驱动，特别是近十年来普遍选用防爆对旋轴流式，电机的调速控制几乎是一片空白。主要原因是交流异步电机调速困难。机械调速方式体积庞大，维护困难。电力调速在变频调速系统出现前系统复杂、损耗大。因此不得不放弃这种有效的性能调节方式。（2）高噪声噪声对人们的听觉、视觉、神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统都有严重危害。风机是一个较强的噪声源。如锅炉送风机的噪声可达124dB。对噪声的控制也是我国风机行业广大技术人员一直在努力的一个重要方向。利用气动声学原理来设计低噪声风机是从噪声源处着手，没有为降噪而增加质量、空间和成本，具有较大的吸引力，但难度较大；采用消声、隔声或吸声
11、等无源噪声控制措施可以取得了不错的效果，但也存在低频噪声难以消除，质量和成本增加等问题；有源噪声控制技术通过引入二次声源建立一个相消干涉模式，从而实现指定区域内声能降低或消除的目的，具有良好的解决低频噪声问题的潜力，但也存在一些缺点：其一是有源控制只对风机低频窄带比较成功，其二是实际应用中需要复杂的控制系统，这在硬软件方面都存在极大的困难，其三是有源控制系统中采用的电子设备过于昂贵。（3）加工手段落后，质量难以保证世界上较著名的通风机企业主要有德国TLT公司、英国豪登公司、丹麦诺文科公司、德国K.K.K公司及日本荏原制作所等等，这些公司技术先进，科研实力雄厚，都能设计三元叶轮并进行计算机仿真和
12、优化设计，他们加工三元叶轮的工艺方法也非常先进，如意大利新比隆公司采用开槽焊接技术，德国德马格公司采用钎焊接技术，而国内还未将这些技术应用于生产；在五座标铣制叶轮方面，国外先进厂家加工效率比国内高23倍；在叶轮焊接方面，国外采用数控自动焊，而国内还在沿用手工电弧焊的落后工艺方法。国外的小型通风机产品的外观质量相当于工艺品，涂装质量既牢固又漂亮；国内近几年虽有所提高,但仍有很大差距。我国装备制造业总体水平不高，生产矿用通风设备的制造企业加工制造工艺更显落后，无法完成精细化、规模化生产，这就导致在主通风机在关键部件及关键工艺上难以得到可靠的质量保证，为煤矿安全通风带来隐患。（4）叶片等关键部件检验
13、手段缺乏，存在故障隐患目前国内煤矿多采用轴流式通风机，其气动性能已被广大用户认可接受。但是由于风机从设计、制造到使用维护过程中，都有一些造成风机运行可靠性不足的问题，运行故障率较高，如叶片断裂、电机温度过高、主通风机运行工况不稳定、气动风机齿轮马达易损坏、轴承润滑结构不完善等，这些给煤矿生产带来一定的安全隐患，并大大增加了风机生产厂家和用户的维护费用。如何提高主通风机产品运行可靠性，降低故障率，是现阶段亟待解决的重要课题。（5）设计方法落后目前国内矿用通风机的研究和设计还基本停留在二维无粘假设的基础上，矿井通风系统的设计与计算甚至还停留在一维损失模型的水平上，矿用风机准三维和全三维数值研究与应
14、用工作，还基本上是空白。国外通风机企业为了进入中国市场，他们采取了与我国通风机企业合资、合作等方式，而英国豪登公司已在国内建立了独资企业，早已参与了国内的通风机市场竞争。3. 煤矿局部通风机现状局部通风机，向矿井下局部地点供风的通风机，主要用于掘进通风。按布置方式可分为压入式、抽出式和混合式三种。压入式局部通风机是将新鲜空气通过风管压到工作地点，电动机不需隔流。抽出式局部通风机是将污风从工作面抽走，电动机需隔流。局部通风机有JBT系列通风机、子午加速行系列通风机及对旋轴流式系列通风机3类。目前，我国煤矿用局部通风机生产企业90家，主要分布在重庆、山东、山西、河南、江苏、湖南、江西等19个省(区、市)。技术力量、设备条件、管理水平、执行标准状况和经营思路各不相同，产品质量、技术性能差异较大。产品质量、性能指标和技术水平不容乐观。（1）JBT、YBT系列单级轴流式局部通风机是我国20世纪50、60年代引进前苏联的产品，体积小、价格低，但噪音大，全压效率低，风压偏低。其全压效率约60%73%左右，噪声103111dB(A),有的甚至达到l27dB(A)。风机效率低，造成了能源的严重浪费。噪声主要集中在中、高频率范围，刺耳的尖叫声严重影响了工人的正常作业和身心健康，并且掩盖了一定距离
