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矿井通风机的经济运行和调节

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《内燃机与配件》2018年第6期

摘要:煤矿开采过程中,煤层中的一些有毒和易燃易爆气体会大量涌出;工作面还会产生大量易燃、易爆煤尘;地热和机电设备散出的热量,使井下空气温度升高。这些有毒的气体、过高的温度以及容易引起爆炸的煤尘和瓦斯,严重影响井下工作人员的身体健康,并对矿井安全生产带来严重威胁。利用矿井通风机向井下输送新鲜空气,保证人员呼吸和调节温度、湿度,改善井下工作环境;同时降低有害气体浓度,保证煤矿安全生产。

关键词:瓦斯;矿井通风机;浓度;安全生产

0引言

矿井通风机在使用过程中,会根据现场生产情况改变通风机的风量。风量不同就会改变通风机的工况点,影响通风机高效运行,因此必须及时对通风机的工况点进行调节,既能保证安全生产又能经济运行。由于通风机的工况点是由通风机和通风网路二者的特性曲线共同确定的,所以调节方法有两种:一种是调节网路特性,另一种是调节通风机特性。

1调节网路特性

1.1出口端节流

调节通风机压出管的闸门开度,使通风管路性能曲线发生改变,以达到调节风量的目的。这种调节方法简单,应用广泛。由于它是通过改变通风阻力来改变风量的,即减小风量是通过增加额外阻力实现的,势必有能量损失。重点分析一下闸门全开和关到某一开度时这两种情况的节流损失。当闸门全部打开时,管路性能曲线为1(如图1),工作点位于D1,管路阻抗系数为S1,流量Q1处于最大位置,管路阻力损失S1Q12最小。当闸门调到某一开度时,此时管路性能曲线由1变为2,工作点从D1移动到D2,管路阻抗系数为S2,流量减小到Q2,阻力损失变为S2Q22,而风量Q2对应于原管路的阻力损失为S1Q22,增加部分(S2-S1)Q22就是节流的额外压头损失。出口端调节的方法简单可靠、容易操作,不足之处就是出口闸门关得越小,能量损失越大,消耗的功率越多。这种调节方式是不经济的,并且只能朝着减小风量的方向调节,一般用于中小功率通风机的调节。

1.2入口端节流

改变安装在进口管路上的闸门开度,使输出风量发生改变。关小通风机进口管路上的闸门时,管路性能曲线由原来的1变为2(如图2),通风机的性能曲线也发生了改变,由3变为4。当进口管路闸门关小时,通风机入口管路的气体压强也降低,气体密度ρ变小,即通风机性能曲线发生改变,节流后的工作点由原来D点移到D'点,节流后的额外压头损失Δh2相应减小,即Δh2<Δh1,所以入口端节流比出口端节流的调节效果更好。

2调节通风机特性

2.1改变通风机转速

通风机转速发生变化时,特性曲线上任意一点的工况参数是按照比例定律的规律进行改变。如图3所示,风机转速为n1,网路特性H=bQ2时,工况点在1点,对应的风量为Q1、风压为H1、功率为N1、效率为η1。当风机的转速从n1降低为n2时,通风机的工况点相应从1移动到2,此时通风机对应的风量为Q2、风压为H2、功率为N2、效率η2≈η1。由此可知通风机转速降低后,效率基本保持不变,而通风机的风量、风压和功率分别随转速的降低而减少。这种调节方法能够保证通风机高效运转,经济性最好,应用广泛,尤其是对离心式通风机的工况调节。改变通风机转速的方法有:皮带传动的通风机,可以通过更换皮带轮进行调速;联轴器与电动机轴直接连接传动的通风机,可通过更换电动机或使用多级电动机拖动,进行有级调速;现在普遍采用异步电动机可控硅串级调速和变频调速。

2.2改变叶片安装角

对于叶片安装角可以改变的轴流式通风机,改变叶片安装角的角度大小,可以使通风机的风量、风压发生变化,从而改变通风机的工作特性。轴流式通风机的特性曲线如图4所示,此时通风机叶片的安装角为45°,网路特性为R,通风机的工况点为1点,通风机风量为Q1。如将风量减到Q2,只要把叶片的安装角从45°调到35°,工况点由1移动到2,风压由H1降到H2。改变通风机叶片安装角的方法有:利用液压或机械传动的动叶调节机构,在不停机的情况下可以调节安装角度,而且调节均匀。改变叶片安装角的工况调节方法,可以在大风量范围内对通风机特性进行调节,一般叶片安装角的变化范围在15°~45°。需要注意的是,叶片位于设计安装角的位置时,通风机的效率是最高的,上调或下调安装角效率都会降低。

2.3改变前导器叶片安装角

由通风机的理论全压方程可知,通风机的理论全压与通风机入口气流切向分速度c1u有关。改变前导器叶片的安装角度,即改变通风机入口的切向分速度c1u,就可以改变通风机的特性,以达到调节通风机工况的目的。叶轮在设计时,通常а1=90°,即c1u=0,假如切向分速度c1u不为零,气流在叶轮入口处就会产生冲击,使通风机的效率降低。比如G4-73-11离心式通风机的前导器叶片角度可以在0°~60°范围内调节,用来调节通风机特性。前导器叶片安装角度增大,风量和风压变小,效率下降。前导器结构简单,叶片安装角度调节起来方便,并且可以在不停机情况下调节,一般用于大、中型通风机的工况调节。

3结论

矿井通风机是保证井下人员和矿井安全的关键设备,功率大,耗电量多,根据矿井要求的风量和风压,合理调节通风网路和通风机的转速、叶片安装角、前导器叶片安装角等通风机特性,保证了通风机能够安全高效运行。

参考文献:

[1]刘开彬.矿用轴流式通风机叶片调节技术分析[J].能源与环境,2016(1):41-44.

[2]华玉斌,李燕忠.矿井通风机节能例解[J].煤炭工程,2015(2):64-66.

[3]刘沪红.离心通风机叶轮改变叶片出口安装角的性能测试试验研究[J].风机技术,2015(3):28-30.

作者:李占胜 单位:河北能源职业技术学院

内燃机与配件杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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