矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力课件

矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力1秦波涛秦波涛能源与安全工程学院能源与安全工程学院 Mine Ventilation and Safety中国矿业大学教学多媒体课件中国矿业大学教学多媒体课件矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力24.1 自然通风4.2 机械通风4.3 通风机特性曲线.4.4 通风机联合运转4.5 通风机设备选型4.6 通风机性能测定 4 通风动力矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力31002002001002002000123456矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力4通风动力的基本概念机械风压空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着存在着能量差能量差，由通风机造成的能量差，为，由通风机造成的能量差，为自然风压由矿井自然条件产生的能量差，则为机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力54.1自然通风自然通风的基本概念自然通风特性自然风压参数计算自然风压测定矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力6自然通风的基本概念 一种现象 在非机械通风的矿井常观测到：风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。 基本原因 由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回风井内的气温出现差异，回风井里面的空气密度比进风井里的空气密度较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。 自然通风 在自然风压作用下，风流不断流过矿井的现象矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力7p为井口的大气压，Pa；Z为井深，m；Y为空气密度，kg/m3，则自然风压为：)432-1210gZ(pph矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力84.1.1 自然通风特性 生产实践表明，自然通风对矿井有效通风的影响，有时表现为积极的一面，有时却表现为消极的一面。这就是事物的两面性。我们的任务就是深入认识矿井自然通风的特性，以更好地利用和控制自然通风。v影响自然风压大小和方向的因素1）地表气温的变化）地表气温的变化 对于山区平硐开拓的矿井，或深部露天转地下的矿井，或井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力9 对于竖井开拓的深矿井，地温随深度增加而增大，地面空气进入井筒与岩石发生热交换，地表气温的影响比较小，自然风压的大小随有改变，方向不变 2)矿井深度 近似认为自然风压的大小与矿并深度成正比。深1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30 3)3)地面大气压地面大气压 地面大气压变化不大，对自然风压的影响较小矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力104.1.2自然风压参数计算矿井通风设计中选样主通风机的风压，需要考虑反抗它工作的自然风压；在通风系统的管理和调整工作中，也往往需要理解自然风压。gdzhn矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力114.1.3自然风压测定对于任一矿井，还可用另一种方法测算矿井的自然风压。如在矿井中任一地点制做临时密闭，堵截风流，主要通风机停止运转后，用压差计测出密闭两侧的压差，即为该矿的hn。要求是密闭不漏风，否则测值不准。直接测定法矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力124.2 机械通风 通风用的机械称为通风机（或通风机），按服务范围分为主要通风机（简称主扇）、辅助通风机（辅扇）与局部通风机（局扇）。主要通风机是矿井的“肺脏”，必须昼夜运转，它对保证矿井安全生产有着重大意义。矿用通风机就其构造可分为离心式和轴流式两种类型。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力134.2.1 离心式通风机离心式通风机主要是由动轮(又名叶轮）1、骡旋形机壳5、吸风筒6和锥形扩散器7组成。动轮是由固定在主轴3上的轮毂4和其上的叶片2所组成。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力14轴流式通风机主要由动轮l，圆筒形机壳3、集风器4、整流器5、流线体6和环形扩散器7所组成。集风器是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是一个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。4.2.1 轴流式通风机动轮由固定在轮轴上的轮毂和等间距安装的叶片2组成。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力15 叶片的安装角可以根据需要来调整，国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调为15、25、30、35、40和45七种，使用时可以每隔2.5调一次。 叶片按等间距t安装在动轮上，当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此一压一吸便造成空气流动。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力16 一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组成一段。整流器用来整理动轮流出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提高通风机的风压，有些轴流式通风机安装两段动轮。 环形扩散器是轴流式通风机特有的部件，其作用是使环状气流过渡到柱状气流时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使静压逐渐增加。(构造图)矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力17通风机的附属装置包括反风装置、防爆门、风峒和扩散器等。 1.反风装置 反风就是使正常风流反向。当进风井筒附近和井底车场发生火灾或瓦斯煤尘爆炸时，会产生大量的一氧化碳和二氧化碳等有害气体。为了避免灾害扩大，就得利用主要通风机s的反风装置迅速将风流方向反转过来。规程规定：要求在10min内能把矿井风流方向反转过来，而且要求反风后的风量不小于正常风量的40%。 4.2.3 通风机附属装置矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力18 利用反风道反风是一种常用的可靠方法，能满足反风的时间和风量要求。下图为轴流式主扇抽出式通风时的反风示意图，图A为正常通风时反风门1和2的位置，通风机由井下吸风，然后排至大气，若将反风门1、2改变为图B中的位置，风流从大气吸入通风机内，再经反风道压入井下，使井下风流的方向改变。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力19 离 心 式 通 风机的反风情况如图4-12所示，正常通风时，反风门1和2为实线位置，反风时，反风门1提起，而将反风门2放下，风流自反风门2进入通风机，再从反风门1进入反风道3，经风井压入井下。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力20 2.防爆门 规程规定：装有主要通风机的出风井口，应安装防爆门。防爆门不得小于出风井口的断面积，并正对出风口的风流方向。当井下发生瓦斯爆炸时，爆炸气浪将防爆门掀起，从而起到保护主扇的作用。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力21 3风峒 风峒是主扇和出风井之间的一段联络巷道。由于通过风峒的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别注意降低风峒阻力和减少漏风。风峒设计时应满足： 1)风峒的断面不宜太小，其风速以10ms为宜，最大不应超过15m/s; 2) 风峒的阻力不大于100200Pa。因此，风峒不宜过长，与井筒的夹角为6090之间，转弯部分要呈圆弧形，内壁光滑，拐弯平缓，并保持无堆积物，以减少其阻力。 3) 风峒及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力224.扩散器 在通风机出风口外，联接一段断面逐渐扩大的风道称为扩散器。其作用是减少出风口的速压损失，以提高通风机的静压。轴流式通风机的扩散器由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散器。其出口还要与由混凝土砌筑成的外接扩散器相连。外扩散器是一段向上弯曲的风道，出风口为长方形断面。离心式通风机的扩散器是长方形，其敞角取810，出风口断面(S3)与入风口断面(S2)之比约为34。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力235消音装置 通风机在运转时产生噪音，特别是大直径轴流式通风机的噪音更大，以致影响工业场地和居民区的工作和休息，为了保护环境，需要采取有效措施，把噪音降低到人们感觉正常的程度。我国规定通风机的噪音不得超过90dB。 速度较大的风流在通风机内和高速旋转的动轮叶片迅猛冲击，产生空气动力噪音，同时机件振动产生机械噪音。当通风机的圆周速度大于20m/s时，空气动力噪音占主要地位。正对通风机出口方向的噪音最大，侧向逐渐减少。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力24 消音装置分为主动式与反射式，前者的作用是吸收声音的能量，后者是把声能反射回声源。通风机多采用主动式消音装置，风流通过多孔性材料装成的通道时，其噪音被吸收。对不同频率的噪音消音器，消音效果不同。为了更有效地降低高频率的噪音，消音板要有足够的厚度。也可制成空心消音板，以节省材料。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力254.3 通风机特性曲线 通风机的特性参数有流量，压力，功率和效率。用这四个参数可以描述通风机的整个特性。 1流量(风量) 单位时间内通过通风机的空气体积，称为通风机的流量，一般用Qf表示。其单位为m3/s、 m3/min或m3/h 。在矿井通风中，通过通风机的流量，也就是通风机送入井下或从井下排出的空气量。因此，通风机的流量是一个重要参数。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力262压力 通风机工作时，叶轮给予每1米3空气的全部能量，即每1米3空气通过通风机后所增加的全部能量，称为通风机全压或通风压力，一般用hft表示。其单位为Pa。 通风机全压(hft )，是指通风机出口断面上空气的绝对全压 (P2+hv2)与通风机入口断面上空气的绝对全压 (P1+hv1)之差。 hft 一般在通风机制造厂所提供的特性曲线或性能表中给出。hft(P2+hv2) (P1+hv1) 实际运转的通风机都装有扩散器，用hft表示通风机装置全压。它指通风机扩散器出口断面空气的绝对全压与通风机入口断面空气的绝对全压之差。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力27 通风机装置的全压hft与通风机的安装质量和扩散器的优劣等因素有关，因此， hft需对实际运转的通风机进行实测获得。 通风机全压(hft)和通风机装置全压(hft)，在数值上一般相差不大，所以，在通风机选型计算中，可直接应用厂家提供的性能曲线所给出的数值。 对于抽出式通风，通风机装置全压hft，主要用来克服矿井的通风阻力和排入大气时的速压损失。通风机用来克服井巷通风阻力的那部分通风压力，称为通风机静压，用hfs表示，而排入大气时的速压损失则为出口速压：hft hfshv矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力283. 通风机的输出功率 单位时间内通过通风机的流量和通风机给予每1米3空气的全部能量之乘积，称为通风机的输出功率，由于通风机压力有通风机全压hft和通风机静压hfs之分，所以通风机的输出功率也分为通风机全压输出功率Nfot和通风机静压输出功率Nfos ，即： Nfot hft.Qf/1000，kW Nfos hfs.Qf/1000，kW 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力294通风机的效率 通风机在运转过程中，由于机械损失及空气流动损失等原因，通风机轴上的功率不可能全部传递给空气，也就是说通风机的轴功率必然要大于通风机的输出功率，通风机输出功率和通风机轴功率N轴之比， 叫做通风机的效率，即： ftNft/N轴hftQf/(1000 N轴) fsNfs/ N轴hfsQf/(1000 N轴) 上式中ft 和fs 分别表示通风机的全压效率和静压效率。 通风机的效率是衡量每台通风机工作性能的重要指标之一。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力30通风机个体特性曲线通风机的个体特性曲线 对于任何一台通风机，上述各个基本参数之间都存在着一定的依存关系。例如，将通风机装在试验管道(或矿井)上运转，若不断改变管道的风阻值，则可以测得一系列与风阻值相对应的Q、h、N和值。如以Q为横坐标，h为纵坐标，将上述测得的各对应的Q、h值描在坐标纸上，并连结各点，可以获得风量风压曲线(简称风压曲线)，用同样方法可以得到风量功率曲线(简称功率曲线)和风量效率曲线(简称效率曲线)。上述诸曲线即称为通风机的个体特性曲线。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力31 离心式通风机离心式通风机的风压曲线比较平缓，当风量变化时，风压变化不大；离心式通风机的功率曲线，在其稳定工作区内，功率随风量的增加而增加，为避免启动负荷大引起的电流过大烧毁电动机，所以离心式通风机启动时，应将闸门关闭，待通风机启动正常后再逐渐打开闸门。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力32 轴流式通通风机的风压曲线比较陡，并有一个类似“马鞍形”的驼峰区，当风量变化时，风压变化较大。轴流式通风机的功率曲线，在其稳定工作区内(图中所示的GF区)，功率随着风量的增加而减少，为减少启动负荷，故轴流式通风机启动时，不能关闭闸门。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力33二.个体特性曲线的应用1对于抽出式通风矿井 通风机装置的全压(hft)是指通风机扩散器出风口断面上空气的绝对全压与通风机入口断面上空气的绝对全压之差： hftPt3Pt2(Ps3hv3)一(Ps2hv2)， Pa式中 Pt2 ，Pt3分别为，断面上的绝对全压，Pa， Ps2 ，Ps3分别为、断面上的绝对静压，Pa hv2 ，hv3分别为、断面上的速压，Pa矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力34 因为断面的绝对静压Ps3就是该断面同标高的地面大气压P，即Ps3P，故上式可写为： hft(PPs2)+hv3hv2 ， Pa hfths2hv3hv2， Pa 式中 hs2为断面上的相对静压，Pa。 上式表明，通风机装置的全压可以通过测定风峒内某断面上的相对静压hs2、平均速压hv2和扩散器出口断面上的平均速压hv3而获得。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力35 在矿山机械设备中，通常把通风机装置的全压分为静压hfs和速压hfv两部分，并且把扩散器出口的平均速压hv3作为通风机的速压hfv，即 ： hfthfshfv，Pa式中 hfs通风机装置的静压。 由于hfv hv3则： hfthfshv3，Pa与 hfths2hv3hv2对比则： hfshs2hv2，Pa矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力36对图中1,2两点应用能量方程可以得到： hr1-2hs2hv2(z1z2 )，Pa或 hr1-2 hs2hv2 hn ，Pa hr1-2 hfshn静压和矿井自然风压共同作用，克服矿井井巷通风阻力hr1-2。因此，在抽出式通风时主要应用通风机静压。 hv3只是将抽出的风流排入大气。上式表明：对抽出式通风的矿井，通风机装置的矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力372对于压入式通风矿井，通风机装置全压为通风机扩散器出风口断面与通风机入风口断面的全压之差。即： hftPt2Pt1 因 Pt1P0，Pt2Ps2hv2 此外因hv10故 hftPs2hv2P0hs2hv2 上式表明，压入式通风矿井通风机装置的全压，为通风机风峒内某断面上的相对静压hs2与平均速压hv2之和。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力38同样对图中23两点应用能量方程，可得： hr2-3hs2hv2Z(一)hv3 hs2 hv2 hnhv3，Pa与hfths2hv2对比 ，得：hft hn hr2-3 hv3，Pa 它表明，对压入式通风矿井，通风机装置全压hft和自然风压hn共同作用，克服了矿井的通风阻力以及由出风井口排入大气的速压损失。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力39通风管道或矿井的通风阻力与风流的平方成正比：h=RQ2。 风量越大，通风阻力越高。当通风机与通风管道或矿井相连时，通风机的个体风压曲线与管道或矿井的风阻特性曲线就有一交点，这个交点就叫做通风机的工况点。如图所示，a、a1和a2为管道或矿井的风阻由R变为R1和R2时，所对应的工况点。 工况点所对应的风量就是此时通过管道或矿井的实际风量，对应的风压就是用以克服管道或矿井通风阻力的通风压力。对应的功率和效率值也是通风机此时的功率和效率。4.3.3 通风机的工况点矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力40 通风机的工作状况取决于通风机工况点。工况点所在位置决定了通风机的风压和风量。在使用中，我们希望通风机能够供给稳定的风压和风量，不至于由某些因素的影响致使风压和风量产生较大的波动与变化。因此要求通风机的工况点处于通风机的合理工作范围。通风机工况点的合理范围矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力41 为了使通风机运转稳定，保证通风机的工况点处于一个合理的工作范围之内，对任何通风机都有如下规定：1.实际应用的风压不能超过最大风压的0.9倍； 2.通风机动轮的转数不能超过它的额定转数。 3.主要通风机的静压效率不应低于0.6。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力42左限：叶片安装角的最小值，对一级叶轮为10，二级叶轮为15。右限：叶片安装角的最大值，对一级叶轮为40，二级叶轮为45。轴流式通风机的合理工作范围：上限：应在“驼峰”右侧，实际应用的最大风压值 的0.9倍以下。下限：通风机的运转效率，不得低于0.6。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力43影响通风机个体特性曲线的因素有： 1.动轮叶片安装角度(指轴流式通风机)； 2.前导器叶片角度； 3.通风机的新旧程度； 4.动轮的转数； 5.动轮的直径； 6.空气的重率。 前3项只能通过试验观测确定。而后三项对个体特性曲线的影响，则可根据比例定律求出。 4.3.4 通风机定律矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力44一.同类型通风机的比例定律 同类型(又名同系列)的通风机是指符合几何相似、运动相似和动力相似的一组通风机。当转数n、叶轮直径D和空气重率发生改变时，其风量、风压、功率的改变可用以下比例定律求出： 3212121)(DDnnQQ上式表明：通风机的风量与叶轮直径的三次方成正比，和转数的一次方成正比。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力452212212121)()(DDnnhh上式表明：通风机的风压和空气重率的一次方成正比，和叶轮直径的平方成正此，和转数的平方成正比。 5213212121)()(DDnnNN上式表明：通风机的功率和空气重率的一次方成正比，和叶轮直径的五次方成正比，和转数的三次方成正比。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力461212221112211121NQhNQhNQhNQh22122121)()(DDnn32121)(DDnn51231212)()(DDnn上式表明：同类型通风机，它们对应工作点的效率相等。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力47 二、同类型通风机比例定律的应用 应用比例定律的公式，可以根据一台通风机的个体特性曲线推算、绘制转数，叶轮直径和空气重率都不相同的另一台同类型通风机的个体特性曲线。例如，已知某轴流式通风机的叶片安装角为30，转数n11500转/分时的特性曲线，如图所示。当其它条件不变时，利用比例定律可得转数为n21000转/分时的特性曲线。其方法是：先在n1特性曲线上取1、2、3、4等各点，并将各对应点的hfs1、Qf1、Nf1和1等值记录下来，根据比例定律求得各对应点的hfs2、Qf2、Nf2 、2等值，在同一坐标图上描得各点，并连接成hfs2一Qf2、Nf2一Qf2和2一Qf2曲线。即图中的n2曲线。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力48return矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力49通风机的类型特性曲线 应用上述比例定律，可以根据模型试验所得的结果，绘制同类型通风机的个体特性曲线。但是，当通风机的转数和叶轮直径都改变时，则上述个体特性曲线的数目将是两者的乘积，曲线很多，故仍感不便，同时也无法对不同类型的通风机进行比较。为了简化特性曲线，常常采用通风机的类型特性曲线。类型特性曲线与个体特性曲线的区别，在于它只用一条曲线就能代表同类型通风机的工作特性。 类型特性曲线用途：1使通风机的特性曲线简化；2可以选取最有利的通风机；3可以比较不同类型的通风机的工作性能。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力50 一、通风机类型特性曲线的参数 由比例定律得出。因通风机叶片外缘的圆周速度u为：式中 D叶轮外径，m； n叶轮转数，转/min 空气密度/g，将上式代入得：式中 通风机的压力系数，无因次。60Dnu221121nDnDuu2212212121)()(DDnnhhconstHuhuh22222111H矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力51根据式： 可得： 引入 得：式中 通风机的流量系数，无因次。3212121)(DDnnQQ32223111DnQDnQ22221211uDQuDQ60DnuconstQuDQuDQ2222121144Q矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力52由式 得： 即：或：式中 通风机的功率系数，无因次。此外通风机效率和各系数的关系为： 523222513111DnNDnN5213212121)()(DDnnNN223222213111DuNDuNconstNuDNuDN32222231121144NNQH 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力53 要绘出某一类型的风机类型特性曲线，上式中流量系数 和压力系数 可以利用同类型通风机的相似模型试验获得，即将扇机模型与试验管道相连接运转，并利用试验管道依次调节通风机的工况点，然后依次算出各工况点相对应的 、 值。如以 横坐标， 为纵坐标，将各工况点所对应 、 各值绘于同一坐标纸上，并连各点即为该通风机类型特性曲线中的 曲线。同样可得 曲线和 曲线。 同样，有了某类通风机的类型特性曲线，就可推算出此类型通风机中某种机号(即叶轮径D为已知)，以某一转数(即n为已知)运转时的个体特性曲线。2uhHuDQQ24324uDNNNQH 二、通风机类型特性曲线的应用 HHHHNQQQQQQHQ矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力54下图分别为4-72和4-62型离心式风机的类型特性曲线。 通过比较可以看出；4-72型风机的工作范围大，效率高。因此，4-62通风机被4-72型所代替而不再生产。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力55 利用类型特性曲线选择最优通风机的方法是： 首先，根据已知的矿井最大风压hmax计算动轮的圆周速度： 由： 得： ，m/s式中 风压系数，采用类型曲线中效率最高点所对应的数值，对于4-72型离心式通风机， 0.4；对于G4-73型离心式通风机， =0.44；对于70B2型轴流式通风机，二级动轮的： 0.45，一级动轮的： 0.23。 其它符号意义同前。2maxuhHHhumaxHHHHH矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力56 其次，根据已知的风量Q和圆周速度u，计算最优动轮直径。因 故有： ，m式中 流量系数，采用类型曲线中效率最高点所对应的数值，对于4-72型离心式通风机： 0.22；对于G4-73型离心式通风机， =0.23；对于70B2型轴流式通风机： 0.19。 根据计算的D值，在通风机产品目录中选择接近此值的标准动轮直径(即机号)。第三，根据动轮直径D和圆周速度u，计算所需转数n： uDQQ24uQQD4QQQQ矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力574.4 通风机联合运转两台或两台以上的通风机同时对风网进行工作，叫做通风机的联合作业或联合运转。这种作业基本分串联作业和并联作业两种。 一、通风机的串联作业 当通风网路的阻力较大，一台通风机不能满足需要时，应采用通风机串联工作。矿井主扇作串联工作的较少，一般用于长距离掘进通风。 通风机串联工作可分为集中串联和间隔串联两种，下面以集中串联为例进行分析。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力58 两台通风机的特性曲线分别为和，网路的总风阻为R1。通风机作串联工作时，通过两台通风机的风量必然相等，而风压则相加。因此，两台通风机的合成曲线可按“风量相等，风压相加”的原则，在等风量线l1，l2 上将曲线和的纵坐标相加，连接各点即为合成特性曲线，它与风阻曲线R1的交点M0，即为联合工况点。与M0所对应的Q0为通风网路的总风量，且Q0QQ；网路的总风压为h0。由M0引垂直线交曲线于M，交曲线于M，与MI、M所对应的风压为hft1和hft2，显然有： h0hft1hft2。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力59矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力60 若通风机和单独工作，则其工况点分别为M和M，这时其风压分别为h和h，风量分别为Q和Q。可见，Q0Q，Q0Q，说明串联工作效果较好，这种情况在网路风阻R越大时，越显著。所以，通风机串联工作，适合于通风阻力大的通风网路。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力61 当风阻由R1降为R2，工况点为B时，则hh而h0，说明串联后的风压与单独开动通风机时的风压相等，号通风机虽在运转，但产生的风压为零。所以B点称为串联工作时的极限点。 当风路风阻由R2降到R3时，联合工作点位于极限点B的右侧，此时的联合风压和风量均小于通风机工单独工作时的风压和风量。显然，这时通风机串联工作是不合理的。 因此，可以得出结论，通风机串联工作，只有在由于网路风阻增大而使风量不足的情况下才能运用。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力62二、主扇和自然风压串联 主扇与自然风压串联工作时，其通风机风压与自然风压的关系，如下图所示。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力63 矿井主扇的静压特性曲线为I，矿井风阻特性曲线为R，在冬季，矿井自然风压帮助机械通风，其特性曲线为，由曲线和按“风量相等，风压相加”的原则，可以得到联合工作特性曲线，它与R曲线的交点即为联合工况点M0(Q0、h0)，而通风机的实际工作点为M1(hfs，Q0)。显然，hfshnhr，表明通风机提供的风压hfs加上自然风压hn用来克服矿井通风阻力hr。若无自然风压作用时，通风机单独工作的工况点为M(h0，Q0)， Q0QN，但Q02QN。这是因为通风机并联后，使网路的总风量增加的同时，网路的总阻力也由h1增为h，因而使风量减小。这种现象在网路风阻增加时更为明显。 当风阻由R1增加为R2时，QM2QN；只有当网路风阻变为0时，通风机并联工作的总风量才能等于单独运转时风量的二倍。由此得出结论；通风机并联工作的效果与通风网路的风阻有关，风阻越小，效果越好。否则并联没有意义。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力69 2两台型号不同的通风机并联工作 如下图所示，、分别为两台通风机的静压特性曲线，矿井总风阻为R，同样根据“风压相等，风量相加”的原则，得通风机、联合工作特性曲线，它与R曲线的交点为M0，M0即是并联工作时的工况点。与M0对应的风量Q0则为矿井总风量，通风机并联工作的静压为h0，且h0hfs1hfs2。h0是用来克服矿井井巷通风阻力hr的。由M0引水平线得M和M，与M、M对应的风量Q、Q即为通风机和各自的排风量。 工况点N1和N2所对应的风量Q1和Q2为两通风机单独在矿井风阻为R的网路上运转时的风量，显然：Q0(Q1Q2)。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力70矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力71 若矿井风阻由R增加到R，并与曲线交于A点，这时A对应的号通风机的风量Q0，表明号通风机为无效运转。故A点称为并联运转的极限点或分界点。 若矿井风阻由R再增加到R“，与的交点为A，A位于A点的左侧。此时号通风机产生的风量为负值(Q”)。这说明，该通风机不仅不起作用，反而成了号通风机的进风通路，从而减少了矿井的总进风量，这是不允许存在的。但在两台型号相同的通风机并联工作时，这种情况是不会出现的。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力72 为了保证联合工作的稳定性，应遵守如下规定： 在较小通风机的静压特性曲线上，取其最大静压值的0.9倍处的B点，引平行线与联合特性曲线交于B，B点即为联合工作时工况点的上限，而其下限必须保证：较大通风机的效率大于0.6，较小通风机的效率大于0.5。 在通风机并联工作时，也应尽可能地选用两台型号相同的通风机。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力73return矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力74returnreturn矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力75return矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力76return矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力77return矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力78一、离心式通风机 国产离心式通风机类型较多，其中4-72-11型的全压效率最高达91，较为常用。其符号的意义举例如下：4-72-1 1 No.10 C 表示通风机的转动方式 表示通风机的机号，即为叶轮直径D2(m)10 表示通风机的设计顺序为第一次 表示通风机进口为单吸口 表示通风机在最高效率点时的比转数表示通风机在最高效率点时的全压系数乘10倍的化整数4.5 通风机设备选型矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力79 传动方式分为A、B、C、D四段，其中： A一表示无轴承箱装置，与电动机直接传动； B表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮在通风机轴承中间； C表示悬臂支承装置，皮带传动，皮带轮在通风机轴承外侧； D表示悬臂支承装置，用联轴节联结传动。 比转数是表示同类型通风机在效率最高时风压系数与风量系数的关系的一个常数。比转数越大，风量越高。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力80矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力8162 A 1411 No.24 表示通风机的机号，即动轮直径(m)的10倍 表示该型通风机第次设计结构 表示该型通风机为一级动轮 表示该型通风机之叶形第14次设计应用 表示该型通风机的轮叶为扭曲机翼形表示该型通风机的毂轮比的100倍取整数 这种通风机动轮的叶片是扭曲形，共16片。在不同转数、不同轮叶数以及11.76Nm3时，个体特性曲线分别如图4-32至图4-39所示。这些图的左下角是动轮反转时特性曲线。从这些曲线看出，这种通风机反转后的风量较小，较难满足反风要求。 二、轴流式通风机 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力82矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力83 另一种新型轴流式通风机是2K604型，共有N0.18、24、28、30等几个机号。其符号意义举例如下： 2K 601 No.18 通风机的机号即为动轮直径的10倍 结构设计的顺序号 轮毂比的100倍 矿井通风用 两级动轮 这种通风机有两级动轮，14片扭曲形的动轮叶片，中间和后面整流器的叶片也是扭曲形，并有改变整流器叶片角度的装置，及时改变这种叶片角度，可使动轮反转后的风量较大，能基本符合反风要求。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力84矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力85三、离心式和轴流式通风机的比较 结构方面：轴流式通风机的优点是比较紧凑，体积小，转速高。其缺点是结构比较复杂，噪音大，故障较多。离心式通风机则结构简单，造价低，维修方便，噪音小。但它的体积大。 性能方面：轴流式通风机在工作范围内，当矿井总风阻变化时，风量变化较小。离心式通风机则相反。 轴流式通风机的风量调节比较方便，反风方法较多。离心式通风机则麻烦一些，反风时必须有反风道。 轴流式通风机的起动负荷小，风量增加时功率的变化不大，不致过载。离心式通风机则相反。 轴流式通风机并联工作的稳定性较差，而离心式通风机并联工作的稳定性较好。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力86矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力87矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力88 为了合理使用通风机，必先掌握其个体特性曲线。通风机制造厂提供的特性曲线都是根据不带扩散器模型试验获得的，而实际运行的通风机都装有扩散器，加之安装质量和运转时的磨损等原因，通风机的实际运转性能往往与厂方提供的性能曲线不相符合。因此，通风机在正式运转之前，和运转几年后，必须通过试验以测定其个体特性曲线。进行通风机性能试验，除测定通风机的入口或出口断面的静压，通风机风峒内某断面的平均风速外，还应测定通风机的轴功率，通风机的转数，通风机试验时的大气条件如大气压力、温度和湿度等。4.6 通风机性能测定矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力891.通风机性能试验的布置及参数测定 通风机性能试验时的布置方案较多，如利用防爆门短路进风进行试验，或利用备用风机的风道进行试验(不停产)等。因此，可根据现场的具体条件，因地制宜地选取。但总的要求是能准确、方便地测得通过通风机的风量和通风机产生的风压。为此，必须使测压和测风地点的风流处于稳定状态，测定方法必须完善合理。矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力90 图4-34是轴流式通风机作抽出式通风的矿井，利用防爆门进风进行的通风机试验。进行试验时，须打开防爆门作为主要进风口，在风峒和风井交接处安设栏杆b，距b约2米处布置调节风量的装置c，距c约2D(D为风峒的宽度)处安置整流栅d(用1米长的木板隔成0.1米0.1米的方格)，并在弯道内安设导向板e。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力91各项数据的测定方法如下； 1)通风机静压的测定 由式hfshn hr1-2 可知，对于抽出式通风的矿井，通风机的静压与矿井的自然风压共同克服矿井通风阻力，所以，测定时只测定通风机的静压hfs。由于hfshs2hv2，通风机的静压可以通过测定通风机入口处(断面2-2)风流的相对静压hs2和该断面的平均速压hv2而计算出来。 2-2断面处风流相对静压的测定方法，如前图所示。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力92 2)风速测定 测定风速的目的是为了计算通过通风机的风量Qf和2-2断面的平均速压hv2。因此，准确地测得给定断面的平均风速，是通风机性能试验的关键之。目前一般用风表或皮托管两种方法进行风速测定，有时为了互相校核，用上述两种方法同时进行，用风表测风时，测风地点应选在风流较为稳定的直线段,11断面处；用皮托管测风时，一般在环形扩散器断面3-3处(距叶轮2.53倍叶片长度)。同时，为了准确地测得该断面的平均速压，应在环形扩散器的测风位置，预先焊接若干根钢筋，并在钢筋上对称固定一定数量的皮托管。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力93皮托管的固定位置，可按下式计算： Ri每根钢筋上第i个测点距圆筒中心的距离， i测点序号； d心筒直径，m； D外筒直径，m； n划分等面积环的个数，个。 对于No.1218，n34； No.2428， n56，mDdnidDRi, )(1 212)2(222矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力94 速压值的测定，可以用多台微压计同时读取每支皮托管的示值，也可利用12台微压计分别测定各支皮托管的示值。 环形空间内测风断面的平均风速用下式计算： 式中 hv1、hv2、hvn分别为各支皮托管的速压值，Pa。 通风机的排风量按下式计算： )(221vnvvahhhngVsmVdDQafs322,)(4矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力95 3)通风机轴功率的测定 通风机的轴功率为电动机的输入功率乘以电动机的效率和传动效率，可用电流表、电压表、功率因数表分别测得电流I(安)、电压V(伏)及功率因数(cos)等值，然后用下式计算： 式中 电电动机效率，；(查表) 传传动效率，直接传动取1.0，间接传动时取0.95。 电动机的输入功率，也可以直接用瓦特表测得。KWVIN,1000cos3传电轴矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力96 4)转数的测定 通风机与电动机的转数，可用转数表测定。测定时用手平托转数表，将顶帽压紧在通风机或电动机轴的中心孔内，借其摩擦力将风机轴的转数传递到转数表上，根据指针的指示值，直接记取转数表瞬时值。用转数表测定同步电动机带动的通风机转数，具有足够精度。 5)大气物理条件的测定 大气物理条件一般在断面1-1处测量，测定的主要参数有：大气压力(毫米水银柱)、温度和湿度，以便计算空气的重率。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力972实际操作与注意事项 通风机性能试验工作必须在统一指挥下进行，每调节一次风量，就要同时测定一次风压、风量、转数、功率和大气物理条件等参数，并记入预先制定的记录表格中。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力98 在通风机性能测定过程中应注意以下事项： 1)为了不致烧坏通风机的电动机，启动时必须控制功率，离心式通风机应在关闭闸门后启动；轴流式通风机可在闸门全开状态下启动； 2)在整个测定过程中，由于通风机工况的改变，会出现井下风量低于正常风量的情况，将不利于排除井下瓦斯和火区管理。因此，要求试验时间尽可能缩短；同时为了避免发生意外事故，应加强井上下的检查与管理，并做好安全措施； 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力99 3)必须随时检查电动机的负载和各部件的温升情况，发现异常现象，应立即报告指挥人员，以便采取措施； 4)全体人员必须思想集中，听从统一指挥，以保证测定工作协调一致，有条不紊地进行， 5)各项测定数据必须记录清楚，同时为了避免返工，应配备速算人员，迅速计算有关测定数据，随时核实各测定结果，并草绘出通风机的特性曲线。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力1003实测数据的整理与制图 1)风量计算式中 S测风断面1-1的面积，m2。 2)在试验条件下通风机静压hfs的计算： hfshs2hv2，Pa式中 hs2在风峒断面2-2测得的相对静压，Pa； S断面2-2的面积， m2 。 smVdDQafs322,)(4tfsVSQ)4 . 0(PaSQghfsv,)(222矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力101 3)在试验条件下通风机输入功率N轴和输出功率Nfos的计算： Nfos hfs.Qf/1000，kW 4)通风机静压效率计算： KWVIN,1000cos3传电轴轴NNfosfs矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力102 试验过程中所测得的各项数据，一般应换算到标准大气状态(11.8Nm3) (为便于现场应用也可换算成该矿全年平均气象条件下的数值)和固定转数条件下(不同工况点转速有所改变)的数值，然后绘制通风机的个体特性曲线。因此，先计算校正系数：1.转速校正系数： 2.空气重率校正系数：innnK均iiK8 .110矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力103校正后的通风机排风量 QfsQfsKn，m3/s校正后的通风机静压 hfshfsKn2K，Pa 校正后的通风机轴功率N轴和输出功率Nfs N轴N轴Kn3K，kW Nfs NfsKn3K hfs Qfs/1000，kW矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力104 以上计算是一个工况点所对应的数值。通风机性能试验时，为了获得比较光滑的个体特性曲线，一般要调节十个以上的工况点，有十组以上的数据。这些数据，应填入预先制好的表格中。 以Qfs为横坐标，分别以hfs、N轴、fs为纵坐标，将与 Qfs对应的hfs 、 N轴、 fs等值绘到同一图上，即可得各工况点，将各工况点用连接起来，便是通风机装置在矿井标准条件下的个体特性曲线。 矿井通风与安全（中国矿业大学矿井通风与安全（中国矿业大学 ） 通风动力通风动力105Homework自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？何谓通风机的工况点？如何用图解法求单一工作或联合运转通风机的工况点，举例说明。描述主要通风机特性的主要参数有哪些？其物理意义是什么？轴流式和离心式通风机的风压和功率特性曲线各有什么特点？在启动时应注意什么问题？