第三篇矿井通风设备

第三篇矿井通风设备第八章矿井通风机的工作理论一、概述1、矿山通风设备的作用：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。风机的作用：依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体，它是一种从动的流体机械。2、矿井通风方法：自然通风、机械通风自然通风：利用井下井上空气温度不同及井口压差形成的。特点：1）压差小，不稳定；2）受季节、气候、环境影响大煤矿安全规定：矿井必须采用机械通风机械通风：利用风机产生风压形成的。矿井通风方式：抽出式、压入式抽出式通风：将通风机安设在出风井井口附近，并利用风硐与出风井连接。在风机开动后，风硐中的空气被抽出产生负压，空气从进风井流入井下，经出风井排出，又称负压通风。压入式通风：将通风机安设在进风井井口附近，并利用风硐与进风井连接，通风机运转后，地面空气被压入井下，经出风井排出，又称正压通风。两种通风方式的比较：抽出式比较安全一般采用抽出式通风方式3、矿井通风系统1）中央并列式：进风井和出风井并列在井田的中央。2）中央分列式：进风井位于井田中央，出风井位于上部井田边界3）两翼对角式：进风井位于井田中央，两个出风井分别位于井田的两翼边界4）分区对角式：进风井位于井田中央，出风井位于各采区边界混合式中央式的优缺点优点：①总回风巷可以随采区开采逐步开掘，缩短建井工期；②井筒数目少，风机少，管理容易；③反风容易缺点：①通风线路长，巷道阻力逐步增加②随着巷道阻力增加，风机的工作效率难以保证；③矿井总进风和总回风风流方向相反，容易漏风。注：对角式的优缺点与中央式相反4、矿井通风设备及其要求矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器及反风装置等。矿井通风设备分主通风设备、局部通风设备、分区通风设备矿井主要风设备的要求①安装在地面，装有风机的井口必须封闭严密；②必须设有两台风机，其中一台备用，且备用风机须能在10min内启动；③设置两条专用供电线路④须有反风装置或反风能力⑤装有主通风机的出风井口必须装防爆门⑥主通风机因检修、停电等原因需停机时，必须制定停风措施，并经批准⑦噪声应控制在国家标准范围内⑧通风系统应有较高的效率⑨尽可能采用自动控制装置5、煤矿安全规程对矿井内污浊空气的有关规定①矿井内空气中氧气浓度不得低于20%②有人的井巷CO2浓度不得高于0.5%，总回风流中CO2浓度不得高于1%③按体积计算矿井内CO浓度不得高于0.0024%，按重量计算不得超过0.03mg/L。爆破后通风机连续运转条件下，CO浓度降至0.02%时才可以进入工作面；④井下空气中氮氧化物浓度不得超过0.00025%⑤井下空气中硫化氢浓度不得超过0.00066%⑥井下空气中二氧化碳浓度不得超过0.00050%⑦作业场所中空气中粉尘允许浓度：含游离二氧化矽大于10%者，不得超过2mg/m3；小于10%者，不得超过10mg/m3⑧采掘工作面的空气温度不得超过26°C⑨机电设备硐室的空气温度不得超过30°C1、风机的分类：1）按气流的流动方向分：离心式、轴流式、混流式2）按作用和安装形式分：主通风机、局部通风机3）按容积的变化方式分：往复式、回转式4）按风机的出口压力分：通风机：出口压强（表压）不大于15kPa，压缩比为1～1.15；低压风机：全压小于1000Pa中压风机：全压1000~3000Pa高压风机：全压3000~15000Pa5）按进风口数目分：单侧吸入、双侧吸入6）按叶片结构形式分：机翼型叶片、直接型叶片、弧形叶片第二节矿井通风机的工作原理2、通风机的工作原理（一）离心式通风机的工作原理1）组成：叶轮、机轴、进风口、前导器、螺线形机壳、锥形扩散器等。2）工作原理离心通风机工作时，动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。（二）轴流式通风机的工作原理1）组成：叶轮、机轴、集流器、流线体、圆筒形外壳、整流器、环形扩散器等。2）工作原理轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。（三）离心式通风机与轴流式通风机的区别离心式通风机中的空气沿轮的轴向进径向出，轴流式通风机中的空气沿轮的轴向进轴向出。（四）离心式通风和轴流式通风的比较1）结构方面①轴流式风机比旧式离心风机结构尺寸小，重量轻；与新型离心式风机相比则差不多；②轴流式风机结构复杂，维修较困难；③轴流式风机噪声大，需安装消声措施；2）效率方面离心式风机最高效率比轴流式高，但平均效率低于轴流式；3）通风机调节方面轴流式风机调节方法多，经济性好；离心式较差。4）特性方面轴流式通风机特性曲线陡斜，适用于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井；离心式则相反；5）启动方式轴流式风机启动时可关闭闸门也可不关，启动负荷变化不大；离心式风机必须关闭闸门启动，以减小启动负荷。三、通风机的主要性能参数（指标准状态下的性能）1、风量（流量）（Q）——单位时间通风机输送的空气的体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h2、风压（H）通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为Pa（N/㎡）（1）静压（Hs）——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）。也指通风机的有效压力，占全压的80%~90%。Hs=Hs2-Hs1（2）动压（Hd）——指单位体积的气体流过通风机后所获得的动能。Hd=Hd2–Hd1（3）全压（H）——指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。H=Hs+Hd=H2-H13、功率：单位KW（1）有效功率—指单位时间内气体从通风机获得的能量。全压有效功率（Px）—压力用全压表示时的有效功率。静压有效功率（Pxs）—压力用静压表示时的有效功率。1000QHPx1000sxsQHP（3）轴功率（P）—通风机的输入功率。（4）配套电机功率（Pd）Pd≥kPk——电机容量储备系数1000QHPxPQHPPx1000PQHSS10004、效率（1）全效率（η）指通风机的有效功率与轴功率之比。（2）静效率（ηj）指在上式中如果用静压代替全压，则所得的效率称为静效率。5、转速（n）指风机叶轮每分钟的转数。单位为r/min。6、比转速（ns）是反映通风机Q、P和n等之间关系的综合特性参数。相似通风机的比转数相同。第三节通风机的特性曲线（一）离心式通风机的个体特性曲线1、理论风压方程式uLuuLuuLcuHmNcucuHcucugH22211221122/)......()......(1米空气柱理论全压与理论流量特性方程TLLBQAQbDuuH)cot(222222222222cot,bDuBuA2、理论风压特性曲线（1）H-Q全压特性曲线（2）HS-Q静压特性曲线（3）P-Q功率特性曲线（4）η-Q效率特性曲线（5）ηS-Q静压效率特性曲线3、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）（二）轴流式通风机的个体特性曲线1、轴流式通风机叶轮中气流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。安装角：叶片弦长与栅出口边缘线的交角，以“θ”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2、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P等于输出功率：LLLLLLQMHMPQHP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：uLuuuLuuLLucHcccuHccrQM2112120)()(时，当如叶轮加装前导叶时，产生强迫旋绕，这时（当c1u与u同向时取“-”，c1u与u反向时取“+”）2）轴流式通风机基本方程式u——任一半径处的圆周速度条下斜的直线。理论压头特性曲线是一90)/.(..........)(4cot)(4)cot(222222222mNQdDuHcdDQcuuHLLaLaL22cotaucuc3、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）实际特性曲线它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。3、通风机的类型特性曲线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kcuHcuHuuL2222常数、且、HuHuHuuHHkkucuckucukucukcukcuHHuuuuuu22222222222222222222222（2）流量系数常数QuDQuDQuDuDQQuDucDbuDucDbQQuDucDbcbDQrrrrrrrr222222222222222222222222222222222224444444444（3）功率系数常数PuDPuDPuDuDHQQHPPQHP322232223222322244442）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。第四节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、通风机在网路中的工作分析PQHHHHvhvhhhhvpHhvpHvphvppjjdjaaaa2233221213223322322221222222222二、通风网络特性曲线和等积孔1、网络特性方程式（通风网络静阻力特性方程）式中S——通风网络过流面积，㎡；Q——通风网络的流量，m3/s；Rj——通风网络静阻力系数，N·s2/m8。R——通风网络阻力系数，N·s2/m8222322323)2()(2)1(22)(RQQSRSQdLvvdLHj2、等积孔——在假想薄壁上设一面积为S的理想孔口，通过此孔的风量等于网路风量，孔口两侧的压差等于网路阻力。左式中：µ=0.65——流量系数H——孔口两侧的压差ρ——空气密度取1.2kg/m3取µ=0.65，ρ=1.2kg/m3hSQ2hQSSRQRSQhjj19.142.142.12222三、通风机工况点和工业利用区（一）工况点1、定义（全压工况、静压工况）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2、划定方法（1）稳定工作条件（有且只有一个工作点）喘振现象（2）经济工作条件（3）工业利用区max9.0jMHH6.08.0maxMjM三、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