矿井通风设备

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1、第六章 矿井通风设备矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器及反风装置等。 61概述一、矿井通风设备的作用 向井下输送新鲜空气，稀释和排除有毒、有害气体，调节井下所需风量、 温度和湿度，改善劳动条件，保证安全生产。二、矿井通风方法及方式1、通风方法 自然通风： 机械通风：（每个矿井必须采用（规程规定）2、主通风设备的工作方式 抽出式：（我国常采用）压入式：三、通风机的工作原理 通风机的分类 通风机按服务范围分，可分为主要通风机（它负责全 矿井或某一区域通风任务）和局部通风机（它负责掘进工作面或加强 采煤工作面通风）；按气体在叶轮内部流动方向分，可分为离心式通 风机和轴流式通风机（一）离心式通风

2、机的工作原理（二）轴流式通风机的工作原理图8-2轴流式通风机的简图1-叶轮;2叶片；3轴;4外壳；5集风器;6流线体；7整流器;8扩散器四、通风机的性能参数1、风量（流量）（Q）m3/s、 m3/min、 m3/h2、风压（ P）通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为Pa （N/F）（1）静压（Pj）指单位体积的气体流过通风机后所获得的压力能（即 压力势能）（2）动压（ Pd） 指单位体积的气体流过通风机后所获得 的动能。（3）全压（P） 指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。3、功率（1）轴功率（P） 单位KW。（2） 有效功率（Pe）指单位时间内气体从通风机获得的能量。p 二 Qp

3、e 10004、效率p Qp（1）全效率（n） 指通风机的有效功率与轴功率之比。二-p = io。(2)静效率(n j) 称为静效率。指在上式中如果用静压代替全压，则所得的效率q=Qpjj 1000 P5、转速(n)风机叶轮每分钟的转数，单位为r/min。82 通风机的特性曲线 一、离心式通风机的特性曲线(一) 理论风压方程式与个体特性曲线1、理论风压方程式二 1( ugu c )11 u米空气柱n p 二 p (u c u c ) N/ m 2T22 u11 up 二 p u ct22 upu cot P 八p = pu 2 22 QT22、理论风压特性曲线ZS 一 T 2n p = A B

4、QTT式中，A = pu2;2 S 223、影响理论风压的因素( 1 )结构尺寸( D2)( 2)运转工况( n)(3) 叶片型式(前向、径向、后向)4、实际风压特性曲线（二）离心式通风机的类型系数和类型曲线同类型风机：满足几何相似、运动相似、动力相似的风机1、类型系数（1）风压系数p = p u ct22 un p = p u c k 耳22 u Slpu cpu 2 Suk2 uslppuc k筑2 2u slpu 2uk衍2 u sl耳=n、slsl2u-2uuPu 2pPu22pPu 22Pu 22=p =常数2）流量系数. 兀b c 小=4o耳2D 2ur 4 D u 2 22 2彳

5、 兀b Q 4叫 Q 4。打亡戸r 4 D22 D 2u4 D u 2 2亠亠Du u2 22兀小 D 2u .Q = 4 2 2 矿冬D2u422 Q =QD 2u D2u 422422=Q =常数3）功率系数QpnQpp _ n pf _ QppD 2u 322npD2U322P常数pD2u322p D 2u 3222、离心式通风机的类型特性（1）类型特性曲线（2）类型特性曲线的作用1）用一个类型特性曲线代替该类型不同尺寸和转速的通风 机的所用个体特性曲线；2）用类型特性曲线比较不同类型通风机的性能；3）用类型曲线选取最有利的通风机。二、轴流式通风机的特性曲线 （一）轴流式通风机叶轮中气流

6、的运动及速度三角形 1、气流在叶轮中的流动（1）基元环（2）叶栅 将基元环展开成平面后，成为直列叶栅。栅距：叶栅中的相邻叶片间的间距，以“t”表示。 栅稠：弦长与栅距之比。栅稠在外缘处最小并向轮毂处逐渐增大。安装角：叶片弦长与栅出口边缘线的交角，以“0”表示。通常以叶根 处安装角标志叶轮叶片安装角。2、速度三角形图85(二)轴流式通风机基本方程式1、理论压头(风压)不考虑任何损失的情况下，叶栅输入的功率AP等于输出功率:AP = p AQTAP 二 AM PtAQ按照动量矩定理，在稳定流动中，单位时间内气流动量矩的变化量等于 同一时间的外力对同一轴线的外力矩。则：AM = pA Qr (c -

7、 c )2 u1up = pu (c - c )T2 u1u当 c = 0时，p = p uc1 uT2 u如叶轮加装前导叶时，产生强迫旋绕，这时（当C与u同向时取“-” ,%与u反向时取“ + ”）2、基本方程式的能量意义血=2（讶-占+耐-话）静压增量 动能増量因此，在其它条件相同的情况下，轴流式风机的静压要低于离心式通风 机。3、气流速度和压力沿叶片高度分布Ac r =常数，扭曲状u（三）轴流式通风机理论压头特性1、理论压头特性 利用出口三角形的速度关系c u c cot 02ua2p = pu（u - c cot 0 ）Ta2在Ac r =常数情况下u可以用叶轮外缘处的参数代换任意半径

8、处的参数。以下缀 “R”表示外缘参数，则有：p = pu (u 一 c cot 0 )TR R a2兀Qt = 7( D2 一 d 2)cp=pu2 cot 0c2-(D2 d2)4(N / m 2)0 90。2理论压头特性曲线是一条下斜的直线。2、静压与动压的分配p = P (c2 - c2) = P c2T .d2 2 1 2 2P1p = PUC -C2 = p(UC - C2 )T .st2u 2 2u2u2 2up1 c T.d 2up2 uTc卩 90。艮卩2u 12u 静压在全压中的比例大于动压的比例。（四）轴流式通风机实际特性1、轴流式通风机的损失 （1）气流在进入叶轮前由于进

9、风部件阻力而形成的损失； （2）气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间的缝隙而形成的损 失；（3）气流由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损失；（4）在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换的损失；（5）传动时的机械损失。2、实际特性曲线（图8-6、7） 它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。83 通风机的构造及反风装置一、离心式通风机的构造及性能（一）结构 离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器（进风口）和 外壳。叶轮组成 由前盘面、后盘面和叶片组成。叶型 用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机。过 去，它的叶轮叶型多采用圆弧形；现在，多采用机翼形叶片。（矿 用风机多采用后向叶片，安装角

10、一般1875之间，472和473 模型机安装角一致，均为45。）叶轮的叶片数目 与安装角和叶轮外径对内径的比值有关， 通过试验可以找到某一最佳值， 472和473模型机的叶轮叶片数 目均为10片。2、外壳（螺壳）风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，并输送到外壳 的出口。形状 外壳的截面呈螺旋状。其螺壳的型线与其中气流要求 有关。假定气流在所有径向截面中的流速保持常数，其螺壳的型线应是 阿基米德螺线；若假定叶轮出口绝对速度在圆周方向上的分量，即旋绕 速度C2u的分布规律为C2uR=常数，则螺売的型线为对数螺旋线。3、集流器（进风口）集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶轮得到良好的进 气

11、条件。常用的是锥弧形的，它的前半部分是圆锥形的收敛段，后部 是近似双曲线的扩散段，前后两段之间的过度段，是收敛度较大的喉 部。气流进入这种集流器后，首先是缓慢加速，在喉部形成高速气流， 而后又均匀扩散，均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形状和喉 部直径，对风机效率有较大影响。集流器与叶轮入口部分之间的间隙 形式和大小，对容积损失和流动损失有重要影响。 472和473模型 机采用径向间隙，通过这种间隙的泄漏气流方向，与主气流方向一致， 不会干扰主气流。此外，为了减少容积损失，在工艺允许的条件下， 应尽可能采用较小的间隙尺寸。（二）几种常用离心式通风机1、47211型离心式通风机（1）结构特点（

12、2）型号意义47211No.20 B 右90一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通风机；“K” 表示矿用通风机；4最高效率点的全压系数乘以10；72比转数1表示叶轮进风方式。“ 1”表示叶轮单侧进风；“ 0” 表示叶轮双 侧进风No. 20机号；叶轮直径除以100B传动方式（离心式通风机的传动方式有六种：A无轴承箱；B 支撑皮带（悬臂支撑，皮带传动，带轮在支撑点中部）；C悬臂皮 带；D悬臂联轴节；E 中间皮带；F 中间联轴节。一般47211 和G47311米用前四种；大型的K47301米用后两种。）右叶轮旋向（站在电动机一侧正视叶轮，顺时针方向旋转的称为 “右”旋，逆时针方向旋转的称为

13、“左”旋。）90出风口位置（ 3）技术性能及特性曲线2、G47311型离心式通风机3、K47301型离心式通风机二、轴流式通风机的构造及性能（一）结构 一般矿用轴流式通风机的主要气动部件有叶轮、导叶（前导叶、中导叶、 后导叶）、外壳、进风口（集流器、疏流罩）以及出口处的扩散器。1、叶轮 叶轮是风机的主要部件，决定着风机性能的主要因素是风机翼型、叶轮 外径、外径对轮毂的比值（轮毂比）和叶轮转速。适用于矿用通风机的翼型、CLARKY翼型和RAF6E翼型等。叶轮外径和风机轴转速决定圆 周速度，直接影响到风机全压。轮毂比与风机比转数有关。一般说来， 轮毂比大时，轴向速度Ca增大，叶片数目z和叶片相对宽

14、度b/l （b为弦 长，l为叶展）也相应增大，风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，多数取0.6，风压系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风机全压。通常，可在1045范围内调整。2、导叶前导叶 某些风机设有前导叶，用以控制进入叶轮的气流方向，达到调 节特性的目的。此导叶可分为两段，头部固定不动，尾部可以摆动。 这样，外界气流可以较小的冲击进入前导叶，而后改变方向进入叶轮。中导叶 在多级轴流式通风机中级间设置。它的作用是将前级叶轮的流 出气流方向，转为轴向流入后级叶轮。后导叶 作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。剩余的 旋绕速度使气流不仅沿轴向，而且是沿螺线方向在扩散

15、器中流动，有 利于改善扩散器的工作。（1）导叶的形式 以前多采用圆弧形叶片。现在多采用机翼形叶片， 中、后导叶还采用扭曲机翼形叶片。（2）导叶的数目（前导叶、中导叶、后导叶）应与叶轮叶片数互为质 数，以避免气流通过时产生同期扰动。3、进风口（集流器和整流罩）作用是使气流顺利地进入风机的环行入口信道，并在叶轮入口处，形成 均匀的速度场。目前，矿用通风机集流器型线为圆弧形，疏流罩的型面 为球面或椭球面。4、扩散器 作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风机的静效率。一 般由锥形筒芯和筒壳组成，装在风机出口侧。5、外壳 风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可 能地减小

16、。通常（s径向间隙，l叶片展长）在0.010.06之间。二）几种常用轴流式通风机1、2K60型通风机（ 1 ）结构特点（ 2）技术性能和性能曲线（ 3）型号意义2、 2K56 型轴流式通风机三、矿用通风机的反风（一）反风的意义及要求1、意义2、要求 煤矿安全规程规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10mi n内改变巷道中的风流方向。 当风流方向改变后，主要通风机的供风量，不应小于正常风量的40%。反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检查一次，每年应进行1次反风演习。当矿井通风系统有较大变化时，也应进行1次反风演习。（二）离心式通风机的反风 利用反风道（图819）（三）轴流式通风机

17、的反风1、反转反风法2、反风道反风法（ 图820）3、无反风道反风法（ 图8 21 ）4、各种反风方法的比较图8 -20两台轴流式通风机布置图1 一通风机;2电动机;3、4反风门；5反风道;6进风道;7扩散器;8水平风门正风风流反风凤流图8-21两台轴流式通风机无反风道反风布置图1风碉;2绞车I ;3分风门;4电动机;5反风入风门；6反风入风侧门；7通风机;8反风门；9一扩散器；10绞车H84 通风机在网络中的工作通风机是与一定的网络相连接而进行工作的，因此通风机本身与 相应的网络构成一个完整的系统。通风机的工作状况不仅取决于通风 机本身，同时也取决于网络的状况。一、通风机在网络上的工作分析

18、通风机或以抽出方式工作，或以压入方式工作。前者，设备位于 系统的出口端；后者，位于系统入口端。设备在系统中的位置不同， 会不会影响其工作参数呢？取某一通风系统，假设通风机位于网络中部，将网络分为两段， 对来流段以吸风方式工作，对出流段以压风方式工作。如上图所示，取四个截面：I I截面为系统入口前未受到风机工作干 扰的某一截面，因未受干扰，故V1=0, Pl二Pa； II II截面为风机入 口截面，此处全压为H2； IIIIII截面为设备出口截面，此处全压为H3； WW截面为系统出口截面，此处风压为大气压，气流速度为气流脱 离系统的速度，即P4二Pa和V4二c。就I I和II II截面，以及II

19、I III和WW截面之间写伯诺里方程式，得：利用此两式可求得风机工作的全压h - h + h1 - 23 - 4式中h网络中风压损失，P矿井空气密度；c气流脱离系统时的断面平均流速。此式说明风机在网络中工作时，产生的全压等于，等于网络中风压损失， 与气流脱离系统时带走的动压损失之和。通常，将通风机产生的风压 p称为全压；克服网络阻力的风压称为静压，用p表示，即p =h；出口 动能损失称动压，用符号p表示，即d。Pp = c 2d二、通风网络特性曲线1、网络特性方程式h =（九 +红）*2 =（九 +红）負）2 = RQ2 = pd2d2 S jH二(R +P2S24)Q2=RQ2通风网络全阻力

20、特性方程式中R通风网络全阻力系数，Ns2/m8。三、通风机工况点和工业利用区(一)工况点1、定义2、工况参数注意：网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系 (二)工业利用区1、划定原则 稳定性和经济性1、划定方法(1) 稳定工作条件(有且只有一个工作点)p o.8njmj maxn 0 . 6jm四、通风机的工况调节及运行 调节原因：在矿井开采过程中，通风网络的参数是变化的，为了适应这 种变化，通风机的工况应具有可调节性。调节途径：一是改变网络特性曲线调节法；二是改变通风机特性曲线调 节法。(一)改变网络特性曲线调节法1 、闸门调节( 1 )调节原理及方法 注意：闸门调节不节能。( 2)适用范围及

21、特点设备简单，调整容易而均匀。但有附加能量损失。只能作为一种暂时的 应急方法使用。2、串并联巷道二）改变通风机特性曲线调节法 1、改变叶轮转速调节法（1）调节原理比例定律：二(p)1/2 二(P )心:m m m（2）调节方法1）停机调节 方法：人工和机构2）动叶调节调节原理 平衡抵消闭合力矩。调节机构 油压式、机械式、电气式（3）特点及适用范围停机调节叶片安装角的机构简单，理论上可以实现无级调节，但 由于必须停机操作，实际上只能做到阶段调节，调节范围较宽，调节 中效率有所变化。动叶调节的调节机构比较复杂，可在不停机情况下完成操作并实 现无级调节。调节范围广，而且可以得到覆盖全调节范围的特性，

22、调 节时效率有所变化。采用这种机构便于实现自动化。 广泛应用于轴流式通风机的调节中。（2）调节方法1）离心式通风机的前导器2）轴流式通风机的前导器（3）特点及适用范围 前导器调节法调节的机构比较简单，可以在不停机的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目的，在网络特性不变的情况下调节时，效 率有所变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调节的补充较为 适宜。4、改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法（1）调节原理（2）调节方法 注意：改变叶片数目后，叶轮的平衡问题。（3）特点及适用范围 不需要另外附加机构，需要在停机情况下操作。只能实现阶段调 节，可调范围窄，效率也有所变化，可以作为辅助的调节

23、措施。五、通风机的联合工作 当一台通风机不能满足矿井通风要求时，可以将多台通风机同时在 网络上工作，增加系统的风量或提高风压，满足矿井通风要求。这种多 台通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合工作。联合工作的基 本方式为串联和并联。（一）通风机的串联工作1、串联工作的任务增加风压2、串联工作的特点两台风机的风量相等，风压为两台风机在该流量下的风压之和3、串联工况点（1）构造等效风机 按照“相同流量下，风压相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）串联效果二）通风机的并联工作1、并联工作的任务增加风量2、并联工作特点两台风机产生的风压相等，都等于克服网络阻力所需的风压，通

24、过网络 的风量等于两风机风量之和。3、并联工况点（1）构造等效风机按照“等风压下，流量相加”的原则。（2）求等效风机的特性曲线（3）等效工况点（4）并联效果六、通风机的运行与使用1、起动前的检查 通风机起动前要进行全面检查，从传动部分开始， 检查联轴节、皮带、螺栓连接及焊接部分是否牢固；轴承部分润滑油 量是否合适；检查各风门的关开程度是否合乎要求；各测量仪表是否 齐全；最后关闭所有检查孔，才能启动。2、起动工况的选择（1）原则1）功率最低处；2）尽量避免出现不稳定现象。（2）起动工况的选择1）离心式通风机 闸门完全关闭2）轴流式通风机闸门半开或全开3、试运转4、运转期间的维护(1)保持机房和通

25、风设备的整洁；(2)定时检查各轴承的润滑油量和轴承温度，若是滑动轴承，还应检 查油环带油情况，油质是否清洁。轴承温度一般不应超过60C,超过 此温度，超温自动信号器能及时发出信号；(3) 应经常观察电流表和测压仪表的读数，并定时记入记录本中；(4) 要注意通风机的振动和各部分螺帽的拧紧程度，如发现有异常振 动和响声要及时向矿井主管人员报告，必要时应迅速开动备用通风 机，停车检修。348、通风机按空气在叶轮内部流动方向不同可分为和两种。离心式轴流式 37.8、通风机的基本参数有、和转速。流量 压头 功率 效率 41.8、矿井通风要求通风机必须装有, 要能在分钟内改变巷道中的,反风量不应小于正常风

26、量的。 反风设施 10 风流风向 40% 4210、通风机在停风期间,必须打开和有关风门以便充分利用 。 防爆门 自然通风33. 8、(X)矿井通风采用压入式是矿山经常采用的。36. 8、(X)改变叶轮转速法调节工况点的方法只能用于轴流式风 机。40. 10 ( V)通风机测定尽可能在进出风口，因为此处风流平稳。6、(A)矿井通风机的方式有。A、抽出式 压入式B、抽出式 离心式 C、离心式 轴流式7、(B)轴流式通风机风量一风压曲线为 。A、峰状B、鞍状C、斜向下9、(C)用风速表测量风速以监视为宜。A、近距离B、中等距离C、远距离 3、通风机工况点的调整方法有哪几种？( 4分) 答：节流法、

27、改变叶轮转速调节法、改变叶片安装角度法、前导 器调节法。（每个1分） 4 、矿山通风设备的作用？（5分） 为保证井下工作人员的身体健康和安全生产，必须在井口安装通风设 备，向井下输送足够的新鲜空气以排除井下的有害气体，调节井下的 温度和湿度。 5 、为什么要反风？反风方法有哪些？（7分） 以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了配 合救护工作也需要进行反风。（3分） 设专用反风道反风、风机反转反风、利用备用通风机作反风道反风和 调节动叶安装角反风。（4分） 正确选择吸水高度。 2 、通风机性能测定位置选择的三个原则是什么？滤风器的作用是什 么？（10分） 答：尽可能靠近通风机进出风口； 测定处的风流平稳； 测定便于安装测量仪表。（每个6分） 滤风器的作用：防止空气中的杂质和灰尘进入气缸，使气阀表面、气 缸壁及活塞等处产生积垢使气阀关闭不严使活塞滞死在槽中，降低空 压机的排气量，使气缸、活塞环、活塞杆、填料箱等迅速摩擦，降低 使用寿命。（ 4分）