矿井通风与安全第4章矿井通风动力

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 矿井通风动力,本章重点与难点,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,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,。,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：,作用在最低水平两侧空气柱重力差,0,1,2,3,4,5,dz,1,dz,2,z,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H,N,可用下式计算：,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：,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。,二、自然风压的影响因素及变化规律,自然风压影响因素,H,N,=f (Z）=f (T,P,R,)，Z,1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响H,N,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。,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。,10,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,月份,H,N,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。,ABB,CEFA系统的自然风压为：,DBB,CED系统的自然风压为：,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）。,a,b,c,d,a,b,c,d,e,f,b,R,D,R,C,Z,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：H,S,风机静压，Pa；,Q DBBC风路风量，m,3,/S;,R,D,、R,C,分别为DB和BBC分支风阻，NS,2,/m,8,。,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R,D,；（2）增大H,S,；（3）在A点安装风机向巷道压风。,第二节 矿用通风机的类型及构造,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,和,轴流式通风机。,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W,2,的方向与圆周速度u,2,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（,2,90)、径向式（,2,=90)和后倾式（,2,90)三种。,2,不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。,w,2,c,2,u,2,c,2u,2,w,2,c,2,u,2,2,u,2,c,2,w,2,2,2、工作原理,当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。,3、常用型号,目前我国煤矿使用的离心式风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。,型号参数的含义举例说明如下：,G 4 73 1 1 25 D,代表通风机的用途，K表示 表示传动方式,矿用通风机，G代表鼓风机 通风机叶轮直径（25dm),表示通风机在最高效率点时 设计序号(1表示第一次设计）,全压系数10倍化整 表示通风机比转速(n,s,)化整 表示进风口数,1为单吸,0为双吸,二、轴流式风机的构造和工作原理,1、风机构造,主要由,进风口,、,叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒,）,器和传动部,件等部分组成。叶轮有,一级,和,二级,两种,2、工作原理,（1）,特点：,在轴流式风机中，风流流动的特点是，当动轮转动时，气流沿等半径的圆柱面旋绕流出。,（2）叶片安装角,在叶片迎风侧作一外切线称为,弦线,。弦线与动轮旋转方向（u)的夹角称为,叶片安装角,，以,表示。,可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角必需保持一致。,（3）工作原理,当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u 移动。处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。,u,3、常用型号,目前我国煤矿在用的轴流式风机有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（对旋式）等系列轴流式风机。轴流式风机型号的一般含义是：,1 K 58 4 25,表示表示叶轮级数,1表示 通风机叶轮直径（25dm),单级，2表示双级 表示设计序号,表示用途，K表示矿用，,T表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整,B D K 65 8 24,防爆型 叶轮直径（24dm),对旋结构 电机为8极（740r/min）,表示用途，K为矿用 轮毂比0.65的100倍化整,4、对旋风机的特点,一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方向也相反，两级叶片安装角一般相差3；电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管与大气相通，以达到散热目的。,第三节 通风机附属装置,一、风硐,风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风。,二、扩散器(扩散塔),作用,：是降低出口速压以提高风机静压。,扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。总的原则是,，扩散器的阻力小，出口动压小并无回流,。,三、防爆门(防爆井盖),在斜井井口安设防爆门，在立井,井口安设防爆井盖。,作用：,当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆,炸时，受高压气浪的冲击作用，自动,打开，以保护主通风机免受毁坏；在,正常情况下它是气密的，以防止风流短路。,四、反风装置和功能,作用：,使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。,反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：1）设专用反风道反风；,2）利用备用风机作反风道反风；,3）轴流式风机反转反风,4）调节动叶安装角反风。,要求：,定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的40%；每年至少进行一次反风演习。,作业,4-1,4-3,4-4,本次课的重点和难点,1、主要通风机的实际工作参数及工作特性；,2、主要通风机水柱计读数；,3、类型风机曲线与比例定律,4、风机的工况点和合理工作范围；,5、风机的联合运转,第四节 通风机实际特性曲线,一、通风机的工作参数,表示通风机性能的主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率,和转速n等。,（一）风机(实际)流量Q,风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为 m,3,/h,m,3,/min 或m,3,/s。,（二）风机(实际)全压H,f,与静压H,s,全压H,t,:是通风机对空气作功，消耗于每1m,3,空气的能量（Nm/m,3,或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。,忽略自然风压时，H,t,用以克服通风管网阻力h,k,和风机出口动能损失h,v,，即:,H,t,=h,R,+h,V,Pa,静压:,克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压H,S,（Pa）。,H,S,=h,R,=RQ,2,因此,H,t,=H,S,+h,V,(三）通风机的功率,全压功率：,通风机的输出功率以全压计算时称全压功率N,t,。计算式：N,t,=H,t,Q10,-3,KW,静压功率,：用风机静压计算输出功率，称为静压功率N,S,。计算式：N,S,=H,S,Q10,3,KW,风机的轴功率,，即通风机的输入功率N（kW）。计算式：,或,式中,t,、,S,分别为风机的全压和静压效率。,电动机的输入功率（N,m,）：,设电动机的效率为,m,传动效率为,tr,时,则,二、通风系统主要参数关系 风机房水柱计示值含义,1、抽出式通风矿井,（1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系,水柱计示值,:即为 4 断面相对静压h,4,故,h,4,（负压）=P,4,-P,04,沿风流方向，对1、4两断面,列伯努力方程:,h,R14,=(P,1,+h,v1,+,m12,gZ,12,),-(P,4,+h,v4,+,m34,gZ,34,),由风流入口边界条件：P,t1,P,01,，,即 P,1,+h,v1,=P,t1,=P,01,，,又因1与4断面同标高，所以 P,01,P,04,且：,m12,gZ,12,m34,gZ,34,=H,N,z,1,2,3,5,6,h,4,4,4,5,6,故上式可写为:,h,R14,=P,04,-P,4,-h,v4,+H,N,h,R14,=|h,4,|-h,v4,+H,N,即,|h,4,|=h,R14,+h,v4,-H,N,即：,风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。,（2）风机房水柱计示值与风机风压之间关系,类似地对4、5断面(扩散器出口）列伯努力方程，忽略两断面之间的位能差。,扩散器的阻力 h,Rd,(P,5,+h,v5,)-(P,6,+h,v6,),风流出口边界条件：P,6,P,06,P,05,P,04,故 h,Rd,(P,5,+h,v5,)-(P,04,+h,v6,)P,t5,-P,04,h,v6,即 P,t5,h,Rd,P,04,h,v6,因为 风机全压,H,t,P,t5,-P,t4,=(h,Rd,P,04,h,v6,)-(P,4,+h,v4,),H,t,=,|h,4,|h,v4,+h,Rd,+h,v6,若忽略 h,Rd,不计，则,H,t,|h,4,|h,v4,+h,v6,风机静压,H,s,|h,4,|h,v4,（3）H,t,、H,N,、h,R,之间的关系,综合上述两式：,H,t,|h,4,|-h,v4,+h,Rd,+h,v6,（h,R14,+h,v4,-H,N,）-h,v4,+h,Rd,+h,v6,h,R14,+h,Rd,+h,v6,-H,N,即,H,t,H,N,h,R14,+h,Rd,+h,v6,表明：,扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力，