通风机的个体特性曲线

矿井通风实用技术空气在矿井中源源不断地流动，须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。本章将就对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。问题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？学习情境四矿井通风动力任务一自然风压的测算任务二通风机性能测定任务一自然风压的测算知识目标：1.解释自然风压产生的原因2.解释自然风压的特性能力目标：1.能测算自然风压基本概念机械风压——空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差，由通风机造成的能量差自然风压——由矿井自然条件产生的能量差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。第一讲自然通风一、自然风压的产生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。p为井口的大气压，Pa；Z为井深，m；ρ为空气密度，kg/m3，则自然风压为：二、自然风压的特性1、自然风压的变化规律自然风压的大小和方向，主要受地面空气温度变化的影响。2、自然风压影响因素两侧空气柱的温度差矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响的主要因素（地面入风气温和风流与围岩的热交换）。其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。矿井深度当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。深1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30%。主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。由于风流与围岩的热交换，冬季回风井气温高于进风井，风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时期内仍存在温差，从而仍有一定的自然风压起作用。有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风工作。地面大气压、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。三、自然风压的控制和利用自然风压作用的两面性－积极和消极措施：新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应使在全年大部分时间内自然风压方向与机械通风风压的方向一致，以便利用自然风压。例如，在山区要尽量增大进、回风井井口的高差；进风井井口布置在背阳处等。适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。例如在冬季自然风压帮助机械通风时，可采用减小叶片角度或转速方法降低机械风压。在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要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。四、自然风压的测定直接测定法：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。任务二通风机性能测定知识目标：1.解释通风机的种类、构造、原理2.解释通风机附属装置的种类及作用3.解释矿井反风的原因、方法及要求4.解释通风机的特性能力目标：1.能测定通风机性能参数2.能绘制通风机实际运转特性曲线3.能填写通风机性能参数记录表通风机类型按服务范围分：主要通风机、辅助通风机与局部通风机。按构造矿用通风机可分为离心式和轴流式通风机。第一讲机械通风主要通风机担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。一般安装在地面上，也是矿井的重要耗电设备。所以对主要通风机的选用，必须从安全、技术、经济等方面进行综合考虑。辅助通风机用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机。辅助通风机大多安装在井下，目前已很少使用。局部通风机为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等部件构成。（一）离心式通风机当叶轮转动时，靠离心力作用，空气由吸风口12进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后折转90°沿径向离开叶轮而流入机壳2中，再经扩散器3排出.空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。根据通风机的叶片角度的不同，离心式通风机可分为径向式、后倾式和前倾式三种，β2为叶片出口的构造角，即为风流沿叶片移动的切线W2与圆周速度u2的夹角。对于径向式β2为90°，后倾式β2大于90°，而前倾式的β2则小于90°。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。（二）轴流式通风机动轮由固定在轮上的轮毂和等间距安装的叶片2组成。叶片的安装角θ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。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。（三）矿井主要通风机附属装置通风机的附属装置包括：反风装置防爆门风硐扩散器消音装置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%。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。下图为轴流式主要通风机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。离心式通风机的反风情况如图所示，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。《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，从而起到保护主要通风机的作用。2.防爆门3.风硐风硐是主要通风机和出风井之间的一段联络巷道。由于通过风硐的风量很大，内外的压力差较大，因此应特别注意降低风硐阻力和减少漏风。风硐设计时应满足：风硐的断面不宜太小，其风速以10m／s为宜，最大不应超过15m/s;风硐的阻力不大于100~200Pa。因此，风硐不宜过长，与井筒的夹角为60~90°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。风硐及其闸门等装置，结构要严密，以防止漏风。4.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8～10°，出风口断面(S3)与入风口断面(S2)之比约为3～4。5.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。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。（一）通风机工作的基本参数（二）通风机的个体特性曲线及工作范围二、通风机的特性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、主要通风机的工作风量单位时间内通过通风机的空气体积，称为通风机的流量，Qf，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。（一）通风机工作的基本参数2、主要通风机的工作风压（1）主风机全压Hft通风机工作时，对每1m3空气做的功称为风机全压。它用于克服管网阻力和消耗于出口处的动能损失。其值等于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＝(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。Hft和Hft’在数值上相差不大，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。（2）主风机静压Hfs通风机全压中用来克服井巷通风阻力的部分，为通风机静压。（3）主风机动压hfv通风机全压中的出口断面动能损失部分为通风机动压，计算公式为：hfv=Qf2×ρ/2/sf2ρ—空气密度，kg/m3；sf—风机出口断面积，m2；Qf—风机风量，m3/s。故主风机全压还可表示成：Hft=Hfs＋hfv4、主要通风机的功率和效率（1）功率单位时间内通过通风机的流量和通风机给予每1m3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Ht和通风机静压Hs之分，所以通风机的输出功率也分为通风机全压输出功率Nt和通风机静压输出功率Ns，即：Nt＝Ht.Qf/1000，kWNs＝Hs.Qf/1000，kW（2）主要通风机的轴功率(或输入功率)电动机经传动部件输入给主要通风机的功率叫轴功率，用N表示，单位为kW，主要通风机的轴功率可用下式计算：U——线电压，V；I——线电流，A；cosψ——功率因数；ηd——电动机效率，％；ηc——传动功率，％。（3）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之比叫做通风机的效率，即：ηt＝Nt/N＝HtQf/(1000N)ηs＝Ns/N＝ＨsQf/(1000N)上式中ηt和ηs分别表示通风机的全压效率和静压效率。通风机