矿用局部通风机实际运行性能的对比分析Comparison Analysis on Actual Operation Performance of Local Fan for Mine 摘要：通过对矿用局扇的性能试验研究和实际运行性能对比分析，进一步明确了对局扇运行性能的要求指出被淘汰的仿苏(国际水平)普通轴流式局扇是我国优良的矿用局部通风设备关键词：局部通风机 运行性能 对比 分析Abstract: Through comparison analysis on actual operation performance of local fan for mine, and the requirement of local fan performance is identified further. It points out that obsolete common axial local fan copying Soviet Union (international level) is excellent local ventilation device for mine in our country.Key words: Local fan Operation performance Comparison Analysis1 引言 高效低噪安全可靠的普通轴流式局扇，因性能试验方法问题，已被子午加速所取代而被淘汰；可高噪低效的对旋却由于被所谓的“高效率、高风压、大风量、低噪声”而取代了子午加速；从而“一统天下”，中国矿用风机形势不容乐观。
2 通风机性能试验的重要性 试验表明：新型局部通风机的本机(或本体)全压效率比老局扇有升有降，尤其是子午加速风机，其全压效率最高已达97.6% ～ 98.42%BKJ66-1两次按GB1236-76的测试结果分别为92%和85.98%，相差6.02%对旋实测为60%~70%，可是说明书标值为80%~82%，竟相差10%~20% 新型局部通风机的本机(或本体)噪声比老局扇有较大幅度的改变，一般均在10~15dB，噪声级最低的是子午加速和斜流风机，约为95dB，噪声级最高的对旋式风机高达120dB以上BKJ66-1第一次公开值LA=100dB(A)，而全国集中测评值LA=109.5dB(A)，为何竟相差9.5dB(A)原因不明 (笔者分析，是局扇长短问题，长则效率高，噪声低；短则相反另外叶片与风筒径向间隙过大，达2.25mm) 但必须指出如下几点1）目前采用的通风机性能试验方法，从基本原理上讲，是不合理的，必定会使一些局扇的测试结果偏高或偏低而且这样测定的风机全压并未扣除其出口扩散损失，也并非完全有用，即便高效率也不一定节能局扇的效率和噪声的高低，可人为地通过改变局扇总长度来予以改变。
2）近20年来，由于在设计中为了片面追求高的全压效率，致使有些局扇压力曲线和功率曲线并不适合于采掘通风的要求其实，单凭局扇全压效率的高低，并不能评价局扇运行性能的优劣和取舍，因为局扇实际运行经济性不仅与局扇本身全压效率有关，而且还取决于通风机性能（特性）曲线与管网的性能（特性）曲线的配合3）尽管新型局扇的噪声均比老局扇有较大的改观，但均远未达到《煤矿安全规程》的要求，特别是对旋，在装上庞大消声器后噪声仍很高，仍需进一步降低噪声降低噪声已是煤矿对风机的基本要求4）从BKJ66-1两次测试效率和噪声竟相差6.02%和9.5dB(A)的结果可以看出，压入式通风用的进气试验方法有问题 总之，目前局扇发展中存在和亟需解决的问题仍然是：通风机性能测试问题；局扇性能评价问题 ；局扇性能改善问题； 矿用风机统一标准和管理体制问题 关于性能测试问题早已有人指出，目前局扇性能测试存在的主要问题是：①对于不同出口结构型式的风机采用同一方法测试，将会使一些局扇的测试结果出入很大，可信度很小，甚至完全错误[1]； ②压入式通风采用进气试验方法所得的测试结果不符合实际使用需要效率和噪声与实际相差很大； ③试验研究表明：以圆面积作为出口面积并不合理。
因为出口截面上静压p2≠pa，而且速度分布也很不均匀；④GB/T1236-2000也明确规定：自由进口与管道出口应作B型试验，即出气试验因为连接到通风机出口和/或进口的管道，改变了管道通风机性能(特性曲线、效率和噪声等) 将风机出口损失计入风机本身，并考虑静压回收，得到的风机性能便是有效性能有效性能的参数与用进气试验方法测试的结果相差很大，特别是毂比d和l/d，两值较大时，相差更大我国近几年研制的新产品，其有效全压效率最高的也仅为80%左右，有的还不到70%，比老局扇还低因此，用目前的测试结果来评价局扇的性能和优劣取舍是很不合理的，目前全国矿用风机杂、乱、差也源于此而采用合理、正确的性能测试方法则是至关重要的3 局扇实际运行性能的对比分析 长期以来，我国对局扇性能的评价仅限于局扇本身的某些性能参数（特别是效率）而忽视了采掘通风的特殊要求，致使局扇的设计不符合实际需要研究分析表明：我国近年研发的新产品在实际运行性能、结构、安全可靠性、综合性能及性价比和耗能耗材上，并不比老局扇好，甚至还差 因此，从掘进通风的要求出发，正确地评价局扇的性能已是确定局扇发展方向的首要问题根据掘进通风的要求，以局扇的有效性能为基础，简单地对现有局扇的运行性能、实际运行经济性、最大通风距离、不同工况下风量的变化幅度、有效工况范围和噪声水平等进行对比分析很有必要。
3.1 掘进通风管网特性 为了研究局扇在通风系统下的实际运行性能，首先讨论掘进通风管网的特性在煤矿掘进通风中，局扇多为压入式通风，通风管道多为柔性风管，如胶皮和帆布风筒掘进通风管网包含柔性风筒的漏风特性和柔性风管的阻力特性 柔性风管的漏风情况非常复杂，但现场资料实测表明：柔性风筒的漏风发生在接头和针眼等处，而接头的严密性，风管的阻力等均与风压有关风管在通常的安装质量下，其漏风量与管长基本成正比 即Q1=Q0(1－KL) (1) 式中Q1为风管出口端的风量；Q0为风管入口端风量；K为单位长度风管漏风率；L为风管长度，即通风距离3.2 柔性风管的阻力特性 当风管长度较大，且漏风发生于接头时，可视漏风沿风管均匀如果将风管进、出口端风量的平均值作为风管的风量，那么可假定，风筒内径沿管长不变，即可不考虑风压对内径的影响，但要考虑风阻R'随风压变化的影响 实际上，对于柔性风管，当风压增大时，风管内径变大，管壁膨胀而变得光滑，从而沿程摩擦阻力减小，而接头处却相对不变，从而使接头的局部阻力增大两方面的影响综合起来，使总风阻与风压存在一定的规律。
4 局扇实际工况与最佳配合工况分析如图1所示，掘进工作面所需的风量为Q1，考虑到风管漏风，根据式（1），局扇的输出风量应为Q0=Q1/Pe(Pe为有效漏风率)，此时局扇的风压应等于管网的阻力，即H0=RQ0²，从掘进通风要求讲，（Q0,H0）即为局扇与管网的最佳配合工况当风管长度，即送风距离改变时，最佳配合工况沿a-a线移动，即由（Q0,H0）R1—>（Q0,H0）R2—>…—>（Q0,H0）Rn因此，局扇最理想的压力曲线就是与a-a线拟合但由于风机本身的固有特性，局扇的实际运行工况大都会偏离其最佳工况的且只有Qfan≥Q0, Hfan≥H0, 方能满足掘进通风的要求由于局扇实际工况与最佳配合工况的偏离，风机产生的实际风压和风量势必大于掘进通风所需的风压和风量，即 “供大于求” 图1 管网特性曲线从局扇实际运行经济性的理论分析，得出结论：实际运行经济性良好的局扇应具有与最佳配合工况线拟合较近的压力特性和较高且宽广的有效全压效率区5 我国现有局扇实际运行性能的对比分析 为了更明确以上的看法，并对我国现有局扇的性能有较全面的了解，对老局扇及近年研制的几种具有代表性的新型局扇作了如下的计算及分析。
根据计算及分析，可以明确以下几点1）局扇的最大送风距离是表征其通风能力，并为用户所关心的一个指标在保证必要的风量下，局扇送风距离愈大愈好笔者所分析的局扇功率均在同一等级内，并且使用条件也相同，因此，对最大通风距离进行比较是有意义的由表1可见，当风量要求较小时（≤1.5m3/s）,老局扇和2MKJ4.5-2/5.5×2的最大通风距离均比新型局扇大；当风量要求较大时（≥2.0m3/s)，与子午加速风机TFA430-1和TFA430-2相当，但比双级普通轴流式2MKJ4.85-2/11和2MKJ4.5-2/5.5×2风机小，而BKJ66-1子午加速风机的最大通风距离比上述几种风机要小得多因此，除BKJ66-1风机外，上述几种局扇基本上能满足掘进长度为500~700m的通风要求当最大掘进长度达到800~1000m或更大时，使用单台双级普通轴流式和对旋风机亦有可能保证必要的风量因此，老局扇这一特点是比较好的2）为了避免局扇在短距离通风时产生的风量过大，致使乏风循环，造成局扇选型困难；或者增加主通风系统的负担，使主扇功耗增加，要求局扇在不同工况下的风量变化幅度应尽可能地小普通型轴流局扇在大风量运行时的风量较其额定风量最多超出30%左右，而子午加速风机最大的竟超过60%还多，如此大的风量变化，是用户所不希望的，从这点上来看，双级普通轴流式局扇，尤其是老局扇要比子午加速风机要好。
3）局扇的实际运行经济性能与掘进通风的特性有关，每种局扇都有其经济合理的实用条件一般来说，子午加速风机的压力和功率特性曲线比较平坦（功率特性甚至随风量上升），其高效率区在较小风量的区段内，而在此区段内的压力曲线更为平坦因此，子午加速风机适用条件是阻力变化小，而风量变化要求较大的场合，如锅炉通风，但掘进通风的特性，恰好与此相反，即阻力变化大，而风量变化要求小由表2和表3可见，当风管阻力较大时，子午加速风机的运行效率较高；而当风管阻力变小时，其运行效率却降低了再由表4的比较结果来看，选择内径较大的风管，降低了管网阻力，局扇的功耗也随之下降，但子午加速风机下降幅度比普通型轴流风机要小得多，甚至还增加了功耗这说明现有的子午加速风机的适应性不如普通型轴流风机，它的性能特性倒成了一种缺陷，使其优势未能在掘进通风上得到充分的发挥表1 6种风机的风量与最大送风距离的关系风机型号Q1=1.5m³/sQ1=2.0m³/sQ1=2.5m³/sJBT52-28001000500900400600TFA430-15001000500900300600TFA430-28001000500900300600BKJ66-13006003006003005002MKJ4.85-2/11700100070010004007002MKJ4.5-2/5.5×280010007001000500600注：①ηeau为平均实际运行效率；ηpau为输出能量平均有效利用效率；ηfanau为平均有效全压效率。
② 表中左栏值表示 d= 500mm条件下的Lmax值，右栏表示d=560mm下的Lmax表2 6种风机的风量与管网阻力和运行效率的关系风机型号 Q1=2.0m³/s Q1=2.5m³/sηeauηpauηfanauηeauηpauηfana。