中國礦業(yè)大學(xué)-礦井通風(fēng)與安全-課堂筆記第4章

礦井通風(fēng)與安全課堂筆記4章第四章通風(fēng)動(dòng)力本章重點(diǎn)與難點(diǎn)1、自然風(fēng)壓的產(chǎn)生、計(jì)算、利用與控制2、軸流式和離心式主要通風(fēng)機(jī)特性3、主要通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)4、主要通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍欲使空氣在礦井中源源不斷地流動(dòng)，就必須克服空氣沿井巷流動(dòng)時(shí)所受到的阻力。這種克服通風(fēng)阻力的能量或壓力叫通風(fēng)動(dòng)力。由第二章可知，通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和自然風(fēng)壓均是礦井通風(fēng)的動(dòng)力。本章將就。對(duì)這兩種壓力對(duì)礦井通風(fēng)的作用、影響因素、特性進(jìn)行分析研究，以便合理地使用通風(fēng)動(dòng)力，從而使礦井通風(fēng)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠。第一節(jié)自然風(fēng)壓一、自然風(fēng)壓及其形成和計(jì)算自然風(fēng)壓與自然通風(fēng)圖4-1-1為一個(gè)簡化的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，2-3為水平巷道，0-5為通過系統(tǒng)最高點(diǎn)的水平線。如果把地表大氣視為斷面無限大，風(fēng)阻為零的假想風(fēng)路，則通風(fēng)系統(tǒng)可視為一個(gè)閉合的回路。在冬季，由于空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導(dǎo)致兩空氣柱作用在2-3水平面上的重力不等。其重力之差就是該系統(tǒng)的自然風(fēng)壓。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5流出。在夏季時(shí)，若空氣柱5-4-3比0-1-2溫度低，平均密度大，則系統(tǒng)產(chǎn)生的自然風(fēng)壓方向與冬季相反。地面空氣從井口5流入，從井口1流出。這種由自然因素作用而形成的通風(fēng)叫自然通風(fēng)。圖4—1—1簡化礦井通風(fēng)系統(tǒng)由上述例子可見，在一個(gè)有高差的閉合回路中，只要兩側(cè)有高差巷道中空氣的溫度或密度不等，則該回路就會(huì)產(chǎn)生自然風(fēng)壓。根據(jù)自然風(fēng)壓定義，圖4—1—1所示系統(tǒng)的自然風(fēng)壓HN可用下式計(jì)算：4-1-1式中Z—礦井最高點(diǎn)至最低水平間的距離，m；g—重力加速度，m/s2；ρ1、ρ2—分別為0-1-2和5-4-3井巷中dZ段空氣密度，kg/m3。由于空氣密度受多種因素影響，與高度Z成復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。因此利用式4-2-1計(jì)算自然風(fēng)壓較為困難。為了簡化計(jì)算，一般采用測算出0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值ρm1和ρm2，用其分別代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，則(4-1-1)可寫為：4-1-2二、自然風(fēng)壓的影響因素及變化規(guī)律自然風(fēng)壓影響因素由式4-1-1可見，自然風(fēng)壓的影響因素可用下式表示：HN=f(ρZ）=f[ρ(T,P,R，φ)Z]4-1-3影響自然風(fēng)壓的決定性因素是兩側(cè)空氣柱的密度差，而影響空氣密度又由溫度T、大氣壓力P、氣體常數(shù)R和相對(duì)濕度φ等因素影響。1、礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響HN的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面入風(fēng)氣溫和風(fēng)流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。大陸性氣候的山區(qū)淺井，自然風(fēng)壓大小和方向受地面氣溫影響較為明顯；一年四季，甚至?xí)円怪g都有明顯變化。由于風(fēng)流與圍巖的熱交換作用使機(jī)械通風(fēng)的回風(fēng)井中一年四季中氣溫變化不大，而地面進(jìn)風(fēng)井中氣溫則隨季節(jié)變化，兩者綜合作用的結(jié)果，導(dǎo)致一年中自然風(fēng)壓發(fā)生周期性的變化。圖4-1-2曲線1所示為某機(jī)械通風(fēng)淺井自然風(fēng)壓變化規(guī)律示意圖。對(duì)于深井，其自然風(fēng)壓受圍巖熱交換影響比淺井顯著，一處四季的變化較小，有的可能不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的自然風(fēng)壓，如圖4-1-2曲線2所示。圖4—1—22、空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對(duì)自然風(fēng)壓也有一定影響，但影響較小。3、井深。由式4—1—2可見，當(dāng)兩側(cè)空氣柱溫差一定時(shí)，自然風(fēng)壓與礦井或回路最高與最低點(diǎn)（水平）間的高差Z成正比。4、主要通風(fēng)機(jī)工作對(duì)自然風(fēng)壓的大小和方向也有一定影響。因?yàn)榈V井主要通風(fēng)機(jī)工作決定了主風(fēng)流的方向，加之風(fēng)流與圍巖的熱交換，使冬季回風(fēng)井氣溫高于進(jìn)風(fēng)井，在進(jìn)風(fēng)井周圍形成了冷卻帶以后，即使風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)或通風(fēng)系統(tǒng)改變，這兩個(gè)井筒之間在一定時(shí)期內(nèi)仍有一定的氣溫差，從而仍有一定的自然風(fēng)壓起作用。有時(shí)甚至?xí)蓴_通風(fēng)系統(tǒng)改變后的正常通風(fēng)工作，這在建井時(shí)期表現(xiàn)尤其明顯。如淮南潘一礦及浙江長廣一號(hào)井在建井期間改變通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)都曾遇到這個(gè)問題。三、自然風(fēng)壓的控制和利用自然風(fēng)壓既是礦井通風(fēng)的動(dòng)力，也可能是事故的肇因。因此，研究自然風(fēng)壓的控制和利用具有重要意義。1、新設(shè)計(jì)礦井在選擇開拓方案、擬定通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮利用地形和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，使在全年大部分時(shí)間內(nèi)自然風(fēng)壓作用的方向與機(jī)械通風(fēng)風(fēng)壓的方向一致，以便利用自然風(fēng)壓。例如，在山區(qū)要盡量增大進(jìn)、回風(fēng)井井口的高差；進(jìn)風(fēng)井井口布置在背陽處等。2、根據(jù)自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，應(yīng)適時(shí)調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，使其既能滿足礦井通風(fēng)需要，又可節(jié)約電能。例如在冬季自然風(fēng)壓幫助機(jī)械通風(fēng)時(shí)，可采用減小葉片角度或轉(zhuǎn)速方法降低機(jī)械風(fēng)壓。3、在多井口通風(fēng)的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，防止因自然風(fēng)壓作用造成某些巷道無風(fēng)或反向而發(fā)生事故。圖4-1-3a是四川某礦因自然風(fēng)壓使風(fēng)流反向示意圖。該礦為抽出式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為BY-2-№28，冬季AB平硐和BD立井進(jìn)風(fēng)，QAB=2000m3/min，夏季平硐自然風(fēng)壓作用方向與主要通風(fēng)機(jī)相反，平硐風(fēng)流反向，出風(fēng)量Q‘=300m3/min，反向風(fēng)流把平硐某處涌出的瓦斯帶至硐口的給煤機(jī)附近，因電火花引起瓦斯爆炸。下面就此例分析平硐AB風(fēng)流反向的條件及其預(yù)防措施。如圖4-1-3b所示，對(duì)出風(fēng)井來說夏季存在兩個(gè)系統(tǒng)自然風(fēng)壓。圖4—1—3自然風(fēng)壓使風(fēng)流反向示意圖ABB’CEFA系統(tǒng)的自然風(fēng)壓為DBB’CED系統(tǒng)的自然風(fēng)壓為式中CB’、、AF和BE分別為CB’、AF和BE空氣柱的平均密度，kg/m3.自然風(fēng)壓與主要通風(fēng)機(jī)作用方向相反，相當(dāng)于在平硐口A和進(jìn)風(fēng)立井口D各安裝一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)（向外）。設(shè)AB風(fēng)流停滯，對(duì)回路ABDEFA和ABB’CEFA可分別列出壓力平衡方程：4-1-6式中HS—風(fēng)機(jī)靜壓，Pa；Q—DBB’C風(fēng)路風(fēng)量，m3/S;RD、RC—分別為DB和BB’C分支風(fēng)阻，N·S2/m8。方程組4-1-6中兩式相除，得4-1-7此即AB段風(fēng)流停滯條件式。當(dāng)上式變?yōu)?-1-8則AB段風(fēng)流反向。根據(jù)式4-1-8，可采用下列措施防止AB段風(fēng)流反向：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A點(diǎn)安裝風(fēng)機(jī)向巷道壓風(fēng)。為了防止風(fēng)流反向，必須做好調(diào)查研究和現(xiàn)場實(shí)測工作，掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)和各回路的自然風(fēng)壓和風(fēng)阻，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候采取相應(yīng)的措施。4、在建井時(shí)期，要注意因地制宜和因時(shí)制宜利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，如在表土施工階段可利用自然通風(fēng)；在主副井與風(fēng)井貫通之后，有時(shí)也可利用自然通風(fēng)；有條件時(shí)還可利用鉆孔構(gòu)成回路，形成自然風(fēng)壓，解決局部地區(qū)通風(fēng)問題。5、利用自然風(fēng)壓做好非常時(shí)期通風(fēng)。一旦主要通風(fēng)機(jī)因故遭受破壞時(shí)，便可利用自然風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)。這在礦井制定事故預(yù)防和處理計(jì)劃時(shí)應(yīng)予以考慮。第二節(jié)通風(fēng)機(jī)的類型及構(gòu)造礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿κ峭L(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)是礦井的“肺臟”。其日夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，加之其功率大，因此其能耗很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國部屬煤礦主要通機(jī)平均電耗約占礦井電耗的16%。所以合理地選擇和使用通風(fēng)機(jī)，不僅關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)和職工的身體健康，而且對(duì)礦井的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有一定影響。礦用通風(fēng)機(jī)按其服務(wù)范圍可分為三種：1、主要通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于全礦或礦井的某一翼（部分）；2、輔助通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（采區(qū)或工作面），幫助主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，以保證該分支風(fēng)量；3、局部通風(fēng)機(jī)，服務(wù)于獨(dú)頭掘進(jìn)井巷道等局部地區(qū)。按通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理可分為離心式通風(fēng)機(jī)和軸流式通風(fēng)機(jī)兩種。一、離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理風(fēng)機(jī)構(gòu)造。離心式通風(fēng)機(jī)一般由進(jìn)風(fēng)口、工作輪（葉輪）、螺形機(jī)殼和前導(dǎo)器等部分組成。圖4-2-1是G4-73-11型離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造。工作輪是對(duì)空氣做功的部件，由呈雙曲線型的前盤、呈平板狀的后盤和夾在兩者之間的輪轂以及固定在輪轂上的葉片組成。風(fēng)流沿葉片間流道流動(dòng)，在流道出口處，風(fēng)流相對(duì)速度W2的方向與圓周速度u2的反方向夾角稱為葉片出口構(gòu)造角，以β2表示。根據(jù)出口構(gòu)造角β2的大小，離心式通風(fēng)機(jī)可分為前傾式（β2>90o)、徑向式（β2=90o)和后傾式（β2<90o)三種，如圖4-2-2。β2不同，通風(fēng)機(jī)的性能也不同。礦用離心式通風(fēng)機(jī)多為后傾式。圖4-2-1離心式通風(fēng)機(jī)圖4-2-2葉片出口構(gòu)造角與風(fēng)流速度圖進(jìn)風(fēng)口有單吸和雙吸兩種。在相同的條件下雙吸風(fēng)機(jī)葉（動(dòng)）輪寬度是單吸風(fēng)機(jī)的兩倍。在進(jìn)風(fēng)口與葉（動(dòng)）輪之間裝有前導(dǎo)器（有些通風(fēng)機(jī)無前導(dǎo)器），使進(jìn)入葉（動(dòng)）輪的氣流發(fā)生預(yù)旋繞，以達(dá)到調(diào)節(jié)性能之目的。工作原理。當(dāng)電機(jī)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，獲得離心力。經(jīng)葉端被拋出葉輪，進(jìn)入機(jī)殼。在機(jī)殼內(nèi)速度逐漸減小，壓力升高，然后經(jīng)擴(kuò)散器排出。與此同時(shí)，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于進(jìn)風(fēng)口壓力），于是，進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)流便在此壓差的作用下流入葉道，自葉根流入，在葉端流出，如此源源不斷，形成連續(xù)的流動(dòng)。常用型號(hào)。目前我國煤礦使用的離心式通風(fēng)機(jī)主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。這些品種通風(fēng)機(jī)具有規(guī)格齊全、效率高和噪聲低等特點(diǎn)。型號(hào)參數(shù)的含義舉例說明如下：G4—73—11№25D代表通風(fēng)機(jī)的用途，K表示表示傳動(dòng)方式礦用通風(fēng)機(jī)，G代表鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)葉輪直徑（25dm)表示通風(fēng)機(jī)在最高效率點(diǎn)時(shí)全壓系數(shù)10倍化整設(shè)計(jì)序號(hào)(1表示第一次設(shè)計(jì)）表示通風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速(ns)化整表示進(jìn)風(fēng)口數(shù),1為單吸,0為雙吸說明：（1）比轉(zhuǎn)數(shù)ns是反映通風(fēng)機(jī)Q、H和n等之間關(guān)系的綜合特性參數(shù)。。式中Q、H分別表示全壓效率最高時(shí)的流量和壓力。相似通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)相同。（2）離心式通風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)方式有六種：A表示無軸承電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)；B表示懸臂支承皮帶輪在中間；C表示懸臂支承皮帶輪在軸承外側(cè)；D表示懸臂支承聯(lián)軸器傳動(dòng)；E表示雙支承皮帶輪在外側(cè)；F表示雙支承聯(lián)軸器傳動(dòng)。二、軸流式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理如圖4-2-3，軸流式通風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)風(fēng)口、葉輪、整流器、風(fēng)筒、擴(kuò)散（芯筒）器和傳動(dòng)部件等部分組成。圖4-2-3軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口是由集流器與疏流罩構(gòu)成斷面逐漸縮小的進(jìn)風(fēng)通道，使進(jìn)入葉輪的風(fēng)流均勻，以減小阻力，提高效率。葉輪是由固定在軸上的輪轂和以一定角度安裝其上的葉片組成。葉片的形狀為中空梯形，橫斷面為翼形。沿高度方向可做成扭曲形，以消除和減小徑向流動(dòng)。葉輪的作用是增加空氣的全壓。葉輪有一級(jí)和二級(jí)兩種。二級(jí)葉輪產(chǎn)生的風(fēng)壓是一級(jí)兩倍。整流器安裝在每級(jí)葉輪之后，為固定輪。其作用是整直由葉片流出的旋轉(zhuǎn)氣流，減小動(dòng)能和渦流損失。環(huán)形擴(kuò)散（芯筒）器是使從整流器流出的氣流逐漸擴(kuò)大到全斷面，部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓。工作原理。在軸流式通風(fēng)機(jī)中，風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)是，當(dāng)葉（動(dòng)）輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出。用與機(jī)軸同心、半徑為R的圓柱面切割葉（動(dòng)）輪葉片，并將此切割面展開成平面，就得到了由翼剖面排列而成的翼柵。如圖4-2-4。在葉片迎風(fēng)側(cè)作一外切線稱為弦線。弦線與葉(動(dòng))輪旋轉(zhuǎn)方向（u)的夾角稱為葉片安裝角，以θ表示。葉(動(dòng))輪上葉片的安裝角可根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整，但必需保持一致。當(dāng)葉（動(dòng)）輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，翼柵即以圓周速度u移動(dòng)。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；與此同時(shí)，葉片背的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運(yùn)動(dòng)，于是葉片迎面的高壓氣流由葉道出口流出，翼背的低壓區(qū)“吸引”葉道入口側(cè)的氣體流入，形成穿過翼柵的連續(xù)氣流。常用型號(hào)。我國煤礦在用的軸流式通風(fēng)機(jī)有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（對(duì)旋式）等系列軸流式通風(fēng)機(jī)。在用的60年代產(chǎn)品70B2。軸流式通風(fēng)機(jī)型號(hào)的一般含義是：1K—58—4№25表示表示葉輪級(jí)數(shù),1表示通風(fēng)機(jī)葉輪直徑（25dm)單級(jí)，2表示雙級(jí)表示設(shè)計(jì)序號(hào)表示用途，K表示礦用，T表示通用表示通風(fēng)機(jī)輪轂比,0.58化整BDK658№24防爆型葉輪直徑（24dm)對(duì)旋結(jié)構(gòu)電機(jī)為8極（740r/min）表示用途，K為礦用輪轂比0.65的100倍化整對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是，一級(jí)葉輪和二級(jí)葉輪直接對(duì)接，旋轉(zhuǎn)方向相反；機(jī)翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級(jí)葉片安裝角一般相差3o；電機(jī)為防爆型安裝在主風(fēng)筒中的密閉罩內(nèi)，與通風(fēng)機(jī)流道中的含瓦斯氣流隔離，密閉罩中有扁管與大氣相通，以達(dá)到散熱目的。此種通風(fēng)機(jī)可進(jìn)行反轉(zhuǎn)反風(fēng)。第三節(jié)通風(fēng)機(jī)附屬裝置礦山使用的通風(fēng)機(jī)，除了主機(jī)之外尚有一些附屬裝置。主機(jī)和附屬裝置總稱為通風(fēng)機(jī)裝置。附屬裝置的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，對(duì)通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻、外部漏風(fēng)以其工作效率均有一定影響。因此，附屬裝置的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量應(yīng)予以充分重視。一、風(fēng)硐風(fēng)硐是連接風(fēng)機(jī)和井筒的一段巷道。由于其通過風(fēng)量大、內(nèi)外壓差較大，應(yīng)盡量降低其風(fēng)阻，并減少漏風(fēng)。在風(fēng)硐的設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意下列問題：斷面適當(dāng)增大，使其風(fēng)速≤10m/s，最大不超過15m/s；轉(zhuǎn)彎平緩，應(yīng)成圓弧形；風(fēng)井與風(fēng)硐的連接處應(yīng)精心設(shè)計(jì)，風(fēng)硐的長度應(yīng)盡量縮短，并減少局部阻力；風(fēng)硐直線部分要有一定的坡度，以利流水；風(fēng)硐應(yīng)安裝測定風(fēng)流壓力的測壓管。施工時(shí)應(yīng)使其壁面光滑，各類風(fēng)門要嚴(yán)密，使漏風(fēng)量小。二、擴(kuò)散器(擴(kuò)散塔)無論是抽出式還是壓入式通風(fēng)，無論是離心式通風(fēng)機(jī)還是軸流式通風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)的出口都外接一定長度、斷面逐漸擴(kuò)大的構(gòu)筑物──擴(kuò)散器。其作用是降低出口速壓以提高風(fēng)機(jī)靜壓。小型離心式通風(fēng)機(jī)的擴(kuò)散器由金屬板焊接而成，擴(kuò)散器的擴(kuò)散角(敞角)α不宜過大，以阻止脫流，一般為8～10°；出口處斷面與入口處斷面之比約為3～4。擴(kuò)散器四面張角的大小應(yīng)視風(fēng)流從葉片出口的絕對(duì)速度方向而定。大型的離心式通風(fēng)機(jī)和大中型的軸流式通風(fēng)機(jī)的外接擴(kuò)散器，一般用磚和混凝土砌筑。其各部分尺寸應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、尺寸和空氣動(dòng)學(xué)特性等具體情況而定，總的原則是，擴(kuò)散器的阻力小，出口動(dòng)壓小并無回流。(可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。)三、防爆門(防爆井蓋)出風(fēng)井的上口，必須安裝防爆設(shè)施，在斜井井口安設(shè)防爆門，在立井井口安設(shè)防爆井蓋。其作用是，當(dāng)井下一旦發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸時(shí)，受高壓氣浪的沖擊作用，自動(dòng)打開，以保護(hù)主要通風(fēng)機(jī)免受毀壞；在正常情況下它是氣密的，以防止風(fēng)流短路。圖4-3-1所示為不提升的通風(fēng)立井井口的鐘形防爆井蓋。井蓋１用鋼板焊接而成，其下端放入凹槽２中，槽中盛油密封(不結(jié)冰地區(qū)用水封)，槽深與負(fù)壓相適應(yīng)；在其四周用四條鋼絲繩繞過滑輪３用重錘４配重；井口壁四周還應(yīng)裝設(shè)一定數(shù)量的壓腳５，在反風(fēng)時(shí)用以壓住井蓋，防止掀起造成風(fēng)流短路。裝有提升設(shè)備的井筒設(shè)井蓋門，一般為鐵木結(jié)構(gòu)。與門框接合處要加嚴(yán)密的膠皮墊層。防爆門(井蓋)應(yīng)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、維護(hù)良好、動(dòng)作可靠。圖4—3—1立井井口防爆蓋示意圖1.防爆井蓋2.密封液槽3.滑輪4.平衡重錘5.壓角6.風(fēng)硐四、反風(fēng)裝置和功能反風(fēng)裝置是用來使井下風(fēng)流反向的一種設(shè)施，以防止進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)入作業(yè)區(qū)；有時(shí)為了適應(yīng)救護(hù)工作也需要進(jìn)行反風(fēng)。反風(fēng)方法因風(fēng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)不同而異。目前的反風(fēng)方法主要有：設(shè)專用反風(fēng)道反風(fēng)；利用備用風(fēng)機(jī)作反風(fēng)道反風(fēng)；風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)和調(diào)節(jié)動(dòng)葉安裝角反風(fēng)。⒈設(shè)專用反風(fēng)道反風(fēng)圖4-3-2為軸流式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用反風(fēng)道反風(fēng)的示意圖。反風(fēng)時(shí)，風(fēng)門１、5、7打開，新鮮風(fēng)流由風(fēng)門１經(jīng)反風(fēng)門７進(jìn)入風(fēng)硐２，由通風(fēng)機(jī)３排出，然后經(jīng)反風(fēng)門５進(jìn)入反風(fēng)繞道６，再返回風(fēng)硐送入井下。正常通通風(fēng)時(shí)，風(fēng)門１、７、５均處于水平位置，井下的污濁風(fēng)流經(jīng)風(fēng)硐直接進(jìn)入通風(fēng)機(jī)，然后經(jīng)擴(kuò)散器４排到大氣中。圖4—3—2軸流式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用專用反風(fēng)道反風(fēng)示意圖圖4-3-3為離心式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用反風(fēng)道反風(fēng)的示意圖。通風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)反風(fēng)門１和２在實(shí)線位置。反風(fēng)時(shí)，風(fēng)門１提起，風(fēng)門２放下，風(fēng)流自反風(fēng)門２進(jìn)入通風(fēng)機(jī)，再從反風(fēng)門１進(jìn)入反風(fēng)道３，經(jīng)風(fēng)井流入井下。圖4—3—3離心式通風(fēng)機(jī)作抽出式通風(fēng)時(shí)利用反風(fēng)道反風(fēng)示意圖2軸流式通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)調(diào)換電動(dòng)機(jī)電源的任意兩項(xiàng)接線，使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向，從而改變通風(fēng)機(jī)葉（動(dòng)）輪的旋轉(zhuǎn)方向，使井下風(fēng)流反向。此種方法基建費(fèi)較小，反風(fēng)方便。但反風(fēng)量較小。3利用備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)道反風(fēng)(無地道反風(fēng))。如圖4-3-4所示，當(dāng)兩臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)并排布置時(shí)，工作風(fēng)機(jī)(正轉(zhuǎn))可利用另一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)道作為“反風(fēng)道”進(jìn)行反風(fēng)。圖中Ⅱ號(hào)風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)時(shí)，分風(fēng)風(fēng)門４、入風(fēng)門６、７和反風(fēng)門９處于實(shí)線位置。反風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，將分風(fēng)風(fēng)門４、反風(fēng)門９Ⅰ９Ⅱ拉到虛線位置，然后開啟入風(fēng)門６、７，壓緊入風(fēng)門６、７，再妄動(dòng)啟動(dòng)Ⅱ號(hào)風(fēng)機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。圖4—3—4軸流式風(fēng)機(jī)無地道反風(fēng)⒋調(diào)整動(dòng)葉安裝角進(jìn)行反風(fēng)。對(duì)于動(dòng)葉可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸流式通風(fēng)機(jī)，只要把所有葉片同時(shí)偏轉(zhuǎn)一定角度(大約120o)，不必改變?nèi)~（動(dòng)）輪轉(zhuǎn)向就可以實(shí)現(xiàn)礦井風(fēng)流反向，如圖4-3-5。我國上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)GAF型風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)上具有這種性能。國外此種風(fēng)機(jī)較多。圖4—3—5調(diào)整動(dòng)葉安裝角反風(fēng)反風(fēng)裝置應(yīng)滿足下列要求：定期進(jìn)行檢修，確保反風(fēng)裝置處于良好狀態(tài)；動(dòng)作靈敏可靠，能在10min內(nèi)改變巷道中風(fēng)流方向；結(jié)構(gòu)要嚴(yán)密，漏風(fēng)少；反風(fēng)量不應(yīng)小于正常風(fēng)量的40%；每年至少進(jìn)行一次反風(fēng)演習(xí)。第四節(jié)通風(fēng)機(jī)的實(shí)際特性曲線一、通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、風(fēng)機(jī)軸功率N、效率和轉(zhuǎn)速n等。（一）風(fēng)機(jī)(實(shí)際)流量Q風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量一般是指實(shí)際時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量（無特殊說明時(shí)均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為,或。（二）風(fēng)機(jī)(實(shí)際)全壓Hf與靜壓Hs通風(fēng)機(jī)的全壓Ht是通風(fēng)機(jī)對(duì)空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（N·m/m3或Pa），其值為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。在忽略自然風(fēng)壓時(shí)，Ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失hv，即Ht=hR+hV,4—4—1克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機(jī)的靜壓HS，PaHS=hR=RQ24-4-2因此Ht=HS+hV4-4-3(三）通風(fēng)機(jī)的功率通風(fēng)機(jī)的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計(jì)算時(shí)稱全壓功率Nt，用下式計(jì)算：Nt=HtQ×10-34—5—4用風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算輸出功率，稱為靜壓功率NS，即NS=HSQ×10—34-4-5因此，風(fēng)機(jī)的軸功率，即通風(fēng)機(jī)的輸入功率N（kW）,4—5—6或4-4-7式中t、S分別為風(fēng)機(jī)折全壓和靜壓效率。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為m,傳動(dòng)效率為tr時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率為Nm,則4-4-8二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)（壓差計(jì)）示值含義掌握礦井主要通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，對(duì)于礦井通風(fēng)的科學(xué)管理至關(guān)重要。為了指示主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的狀況，在風(fēng)硐中靠近風(fēng)機(jī)入口、風(fēng)流穩(wěn)定斷面上安裝測靜壓探頭，通過膠管與風(fēng)機(jī)房中水柱計(jì)或壓差計(jì)（儀）相連接，測得所在斷面上風(fēng)流的相對(duì)靜壓h。在離心式通風(fēng)機(jī)測壓探頭應(yīng)安裝在立閘門的外側(cè)。水柱計(jì)或壓差計(jì)的示值與通風(fēng)機(jī)壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對(duì)于通風(fēng)管理有什么實(shí)際意義？下面就此進(jìn)行討論。1、抽出式通風(fēng)1）水柱（壓差）計(jì)示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)靜壓之間關(guān)系如圖4-4-1，水柱計(jì)示值為4斷面相對(duì)靜壓h4，h4（負(fù)壓）=P4-P04(P4為4斷面絕對(duì)壓力，P04為與4斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。圖4—4—1沿風(fēng)流方向，對(duì)1、4兩斷面列伯努力方程hR14=(P1+hv1+ρm12gZ12)-(P4+hv4+ρm34gZ34)式中hR14—1至4斷面通風(fēng)阻力，Pa;P1、P4—分別為1、4斷面壓力，Pa；hv1、hv4—分別為1、4斷面動(dòng)壓，Pa；Z12、Z34—分別為12、34段高差，m；ρm12、ρm34—分別為12、34段空氣柱空氣密度平均值，kg/m3；因風(fēng)流入口斷面全壓Pt1等于大氣壓力P01，即P1+hv1=Pt1=P01，又因1與4斷面同標(biāo)高，故1斷面的同標(biāo)高大氣壓P01’與4斷面外大氣壓P04相等。又ρm12gZ12’—ρm34gZ34=HN故上式可寫為hR14=P04-P4-hv4+HNhR14=|h4|-hv4+HN即|h4|=hR14+hv4-HN4-4-9根據(jù)通風(fēng)機(jī)靜壓與礦井阻力之間的關(guān)系可得HS+HN=|h4|—hv4=ht44-4-10式4-4-9和式4—4—10，反映了風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)測值h4與礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力、通風(fēng)機(jī)靜壓及自然風(fēng)壓之間的關(guān)系。通常hv4數(shù)值不大，某一段時(shí)間內(nèi)變化較小，HN隨季節(jié)變化，一般礦井，其值不大，因此，|h4|基本上反映了礦井通風(fēng)阻力大小和通風(fēng)機(jī)靜壓大小。如果礦井的主要進(jìn)回風(fēng)道發(fā)生冒頂堵塞，則水柱計(jì)讀數(shù)增大；如果控制通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)門開啟。風(fēng)流短路，則水柱計(jì)讀數(shù)減小，因此，它是通風(fēng)管理的重要監(jiān)測手段。2）風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)示值與全壓Ht之間關(guān)系。與上述類似地對(duì)4、5斷面(擴(kuò)散器出口）列伯努力方程，便可得水柱計(jì)示值與全壓之間關(guān)系Ht=|h4|—hv4+hRd+hv5即|h4|=Ht+hv4-hRd-hv54—4—11式中hRd——擴(kuò)散器阻力，Pa;hv5——擴(kuò)散器出口動(dòng)壓，Pa；根據(jù)式4—4—11可得Ht=hR12+hRd+hv4Ht+HN=hR14+hRd+hv54—4—122、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)如圖4-4-2，對(duì)1、2兩斷面列伯努力方程得：hR12=(P1+hv1+ρm1gZ1)-(P2+hv2+ρm2gZ2)因風(fēng)井出口風(fēng)流靜壓等于大氣壓，即P2=P02；1、2斷面同標(biāo)高，其同標(biāo)高的大氣壓相等，即P01-P02，故P1-P2=P1-P01=h1又ρm1gZ1-ρm2gZ2=HN故上式可寫為hR12=h1+hV1-hv2+HN所以風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)值h1=hR12+hv2-hV1-HN又Ht=Pt1-Pt1’=Pt1-P0=P1+hv1-P0=h1+hv1Ht+HN=hR12+hv24—4—13由式4—4—12和式4—4—13可見，無論何種通風(fēng)方式，通風(fēng)動(dòng)力都是克服風(fēng)道的阻力和出口動(dòng)能損失，不過抽出式通風(fēng)的動(dòng)能損失在擴(kuò)散器出口，而壓入式通風(fēng)時(shí)出口動(dòng)能損失在出風(fēng)井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。圖4—4—2三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻Ｒ的管網(wǎng)上工作時(shí)、可測算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓Ｈ、風(fēng)量Ｑ、功率Ｎ、和效率η，這就是該風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)風(fēng)阻為Ｒ時(shí)的工況點(diǎn)。改變管網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工作參數(shù)，通過多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對(duì)應(yīng)描繪在以Ｑ為橫坐標(biāo)，以Ｈ、Ｎ和η為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點(diǎn)連結(jié)起來，即得Ｈ─Ｑ、Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線，這組曲線稱為通風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線。有時(shí)為了使用方便，僅采用風(fēng)機(jī)靜壓特性曲線(ＨS─Ｑ)。為了減少風(fēng)機(jī)的出口動(dòng)壓損失，抽出式通風(fēng)時(shí)主要通機(jī)的出口均外接擴(kuò)散器。通常把外接擴(kuò)散器看作通風(fēng)機(jī)的組成部分，總稱之為通風(fēng)機(jī)裝置。通風(fēng)機(jī)裝置的全壓Ｈt為擴(kuò)散器出口與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機(jī)的全壓Ｈt之關(guān)系為4-4-14式中hd━━擴(kuò)散器阻力。通風(fēng)機(jī)裝置靜壓Ｈsd因擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴(yán)格地說4-4-15式中hVd━─擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。比較式４－4－10與式４－4－15可見，只有當(dāng)hd+hVd<hV時(shí)，才有Ｈsd>Ｈs，即通風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動(dòng)能損失之和小于通風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失時(shí)，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會(huì)因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收動(dòng)能的作用。圖4－4－3表示了Ｈt、Ｈtd、Ｈs和Ｈsd之間的相互關(guān)系，由圖可見，安裝了設(shè)計(jì)合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使Ｈtd─Ｑ曲線低于Ｈt─Ｑ曲線，但由于hd+hVd<hV，故Ｈsd─Ｑ曲線高于Ｈs─Ｑ曲線（工況點(diǎn)由Ａ變至Ａ’）。若hd+hVd>hV，則說明了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)不合理。圖4-4-3Ｈt、Ｈtd、Ｈs和Ｈsd之間的相互關(guān)系圖安裝擴(kuò)散器后回收的動(dòng)壓相對(duì)于風(fēng)機(jī)全壓來說很小，所以通常并不把通風(fēng)機(jī)特性和通風(fēng)機(jī)裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。通風(fēng)機(jī)廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗(yàn)資料換算繪制的，一般是未考慮外接擴(kuò)散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應(yīng)能根據(jù)具體條件掌握它們的換算關(guān)系。圖4－4－4和圖4－4－5分別為軸流式和離心式通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線示例。軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺(tái)通風(fēng)機(jī)的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點(diǎn)Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點(diǎn)Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng)機(jī)在該段工作，有時(shí)會(huì)引起風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率的急劇波動(dòng)，甚至機(jī)體發(fā)生震動(dòng)，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動(dòng)）現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞風(fēng)機(jī)。離心式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式通風(fēng)機(jī)平緩；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時(shí)，其風(fēng)量變化比軸流式通風(fēng)機(jī)要大。離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ又隨Ｑ增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時(shí)功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)負(fù)荷過大而燒壞電機(jī)，離心式通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時(shí)，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時(shí)，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小時(shí)啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)負(fù)荷。圖5-4-4軸流式個(gè)體特性曲線圖5-4-5離心式通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風(fēng)機(jī)給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通風(fēng)機(jī)大多是全壓特性曲線。對(duì)于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線，通常以圖4－7－2的形式給出，Ｈ─Ｑ曲線只畫出最大風(fēng)壓點(diǎn)右邊單調(diào)下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標(biāo)上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。四、無因次系數(shù)與類型特性曲線目前風(fēng)機(jī)種類較多，同一系列的產(chǎn)品有許多不同的葉輪直徑，同一直徑的產(chǎn)品又有不同的轉(zhuǎn)速。如果僅僅用個(gè)體特性曲線表示各種通風(fēng)機(jī)性能，就顯得過于復(fù)雜。還有，在設(shè)計(jì)大型風(fēng)機(jī)時(shí)，首先必須進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)。那么模型和實(shí)物之間應(yīng)保持什么關(guān)系？如何把模型的性能參數(shù)換算成實(shí)物的性能參數(shù)？這些問題都要進(jìn)行討論。（一）無因次系數(shù)⒈通風(fēng)機(jī)的相似條件兩個(gè)通風(fēng)機(jī)相似是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)過程相似，或者說它們之間在任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。同一系列風(fēng)機(jī)在相應(yīng)工況點(diǎn)的流動(dòng)是彼此相似的，幾何相似是風(fēng)機(jī)相似的必要條件，動(dòng)力相似則是相似風(fēng)機(jī)的充要條件，滿足動(dòng)力相似的條件是雷諾數(shù)Ｒe（=）和歐拉數(shù)Eu=（）分別相等。同系列風(fēng)機(jī)在相似的工況點(diǎn)符合動(dòng)力相似的充要條件。2、無因次系數(shù)無因次系數(shù)主要有：（1）壓力系數(shù)同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)?？捎孟率奖硎荆海?-4-16或4-4-17式中和叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。為壓力系數(shù)，u為圓周速度。（2）流量系數(shù)由幾何相似和運(yùn)動(dòng)相似可以推得4-4-18式中D、u、—分別表示兩臺(tái)相似風(fēng)機(jī)的葉論外緣直徑、圓周速度，同系列風(fēng)機(jī)的流量系數(shù)相等。（3）功率系數(shù)風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式中的H和Q分別用式4-4-17和式4-4-18代入得4-4-19同系列風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。、、三個(gè)參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線、、和η可用相似風(fēng)機(jī)的模型試驗(yàn)獲得，根據(jù)風(fēng)機(jī)模型的幾何尺寸、實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)時(shí)所得的工況參數(shù)Q、H、N和η。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計(jì)算出該系列風(fēng)機(jī)的、、和η。然后以為橫坐標(biāo)，以、和η為縱坐標(biāo)，繪出-、-和η-曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機(jī)的類型特性曲線，亦叫通風(fēng)機(jī)的無因次特性曲線和抽象特性曲線。圖4-4-6和力圖4-4-7分別為4-72-11和G4-73-11型離心式通風(fēng)機(jī)的類型曲線，2K60型類型風(fēng)機(jī)的類型曲線如圖4-7-2（a)、(b)所示?？筛鶕?jù)類型曲線和風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個(gè)體特性曲線。需要指出的是，對(duì)于同一系列風(fēng)機(jī)，當(dāng)幾何尺寸（D）相差較大時(shí)，在加工和制造過程中很難保證流道表面相對(duì)粗糙度、葉片厚度以及機(jī)殼間隙等參數(shù)完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差，所以有些風(fēng)機(jī)（4-72-11系列）的類型曲線有多條，可按不同直徑尺寸而選用。圖4—4—6圖4—4—7五、比例定律與通用特性曲線1、比例定律由式4-4-17、4-4-18和4-4-19可見，同類型風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的無因次系數(shù)、、和η是相等的。它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉(zhuǎn)速n、尺寸D和空氣密度ρ成一定比例關(guān)系，這種比例關(guān)系叫比例定律。將轉(zhuǎn)速u=πDn/60代入式4-4-17、4-4-18和4-4-19得對(duì)于1、2兩個(gè)相似風(fēng)機(jī)而言，、、，所以其壓力、風(fēng)量和功率之間關(guān)系為：4-4-204-4-214-4-22各種情況下相似風(fēng)機(jī)的換算公式如表4—4—1所示。由比例定律知，同類型同直徑風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其相似工況點(diǎn)在等風(fēng)阻曲線上變化。表4-4—1兩臺(tái)相似風(fēng)機(jī)H、Q、和N的換算壓力換算風(fēng)量換算功率換算效率換算η1=η2例題某礦使用主要通風(fēng)機(jī)為4-72-11№20B離心式通風(fēng)機(jī)，其特性曲線如圖4-4-7所示，圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的Ht--Q曲線，四條等效率曲線。轉(zhuǎn)速為n1=630r/min,風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻R=0.0547×9.81=0.53657N．s2/m8，工況點(diǎn)為M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后來，風(fēng)阻變?yōu)镽’=0.7932N．s2/m8，礦風(fēng)量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量Q=58m3/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解因管網(wǎng)風(fēng)阻已變，故應(yīng)先將新風(fēng)阻R’=0.7932N．s2/m8的曲線繪制在圖中，得其與n1=630r/min曲線的交點(diǎn)為M1，其風(fēng)量Q1=51.5m3/s。在此風(fēng)阻下風(fēng)量增至Q2=58m3/s的轉(zhuǎn)速n2，可按下式求得：n2=n1Q2/Q1=630×58/51.5=710r/min即轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)至n2=710r/min，可滿足供風(fēng)要求。圖4-4-84-72=11№20B離心式通風(fēng)機(jī)特性曲線2、通用特性曲線為了便于使用，根據(jù)比例定律，把一個(gè)系列產(chǎn)品的性能參數(shù)，如壓力H、風(fēng)量Q、和轉(zhuǎn)速n、直徑D、功率N和效率η等相互關(guān)系同畫在一個(gè)坐標(biāo)圖上，這種曲線叫通用特性曲線。圖4-7-3為G4--73系列離心式通風(fēng)機(jī)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，風(fēng)阻R曲線為直線，與Q軸夾角為63.°,與機(jī)號(hào)線平行，大大簡化了作風(fēng)阻曲線的步驟。第五節(jié)通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行一、工況點(diǎn)的確定方法所謂工況點(diǎn)，即是風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù)，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和Ｑ兩參數(shù)。已知通風(fēng)機(jī)的特性曲線，設(shè)礦井自然風(fēng)壓忽略不計(jì)，則可用下列方法求風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)。⒈圖解法當(dāng)管網(wǎng)上只有一臺(tái)通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，只要在風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性（Ｈ─Ｑ）曲線的坐標(biāo)上，按相同比例作出工作管網(wǎng)的風(fēng)阻曲線，與風(fēng)壓曲線的交點(diǎn)之坐標(biāo)值，即為通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓和風(fēng)量。通過交點(diǎn)作Ｑ軸垂線，與Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ和效率η。圖解法的理論依據(jù)是：風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線的函數(shù)式為Ｈ＝f(Ｑ)，管網(wǎng)風(fēng)阻特性（或稱阻力特性)曲線函數(shù)式是h=ＲＱ2，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓Ｈ是用以克服阻力h，所以Ｈ＝h，因此兩曲線的交點(diǎn)，即兩方程的聯(lián)立解?？梢妶D解法的前提是風(fēng)壓與其所克服的阻力相對(duì)應(yīng)。以抽出式通風(fēng)礦井（安有外接擴(kuò)散器）為例，如已知通風(fēng)機(jī)裝置靜壓特性曲線ＨS─Ｑ，則對(duì)應(yīng)地要用礦井系統(tǒng)總風(fēng)阻ＲS（包括風(fēng)硐風(fēng)阻）作風(fēng)阻特性曲線，求工況點(diǎn)。若使用廠家提供的不加外接擴(kuò)散器的靜壓特性曲線Ｈs─Ｑ，則要考慮安裝擴(kuò)散器所回收的風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能的影響，此時(shí)所用的風(fēng)阻ＲS應(yīng)小于Ｒm，即4-5-1式中Ｒv──相當(dāng)于風(fēng)機(jī)出口動(dòng)能損失的風(fēng)阻，ＳV──風(fēng)機(jī)出口斷面，即外接擴(kuò)散器入口斷面；Ｒd──擴(kuò)散器風(fēng)阻；ＲVd──相當(dāng)于擴(kuò)散器出口動(dòng)能損失的風(fēng)阻，ＳVd──為擴(kuò)散器出口斷面。若使用通風(fēng)機(jī)全壓特性曲線Ｈt─Ｑ，則需用全壓風(fēng)阻Ｒt作曲線，且4-5-2若使用通風(fēng)機(jī)裝置全壓特性曲線Ｈtd─Ｑ，則裝置全壓風(fēng)阻應(yīng)為Ｒtd，且4-5-3應(yīng)當(dāng)指出，在一定條件下運(yùn)行時(shí)，不論是否安裝外接擴(kuò)散器，通風(fēng)機(jī)全壓特性曲線是唯一的，而通風(fēng)機(jī)裝置的全壓和靜壓特性曲線則因所安擴(kuò)散器的規(guī)格、質(zhì)量而有所變化。⒉解方程法隨著電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算已成為可能。風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓曲線可用下面多項(xiàng)式擬合4-5-4式中a1、a2、a3──曲線擬合系數(shù)。曲線的多項(xiàng)式次數(shù)根據(jù)計(jì)算精度要求確定，一般取3，精度要求較高時(shí)也可取5。在風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線的工作段上選取i個(gè)有代表性的工況點(diǎn)（Ｈi、Ｑi），一般取i＝６。通常用最小二乘法求方程中各項(xiàng)系數(shù)，也可將已知的Ｈi、Ｑi值代入上式，即得含i個(gè)未知數(shù)的線性方程，解此聯(lián)立線性方程組，即得風(fēng)壓特性曲線方程中的各項(xiàng)擬合系數(shù)。對(duì)于某一特定礦井，可列出通風(fēng)阻力方程4-5-5式中Ｒ為通風(fēng)機(jī)工作管網(wǎng)風(fēng)阻，可根據(jù)上述方法確定。解式4－5－4、4－5－5兩聯(lián)立方程，即可得到風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)。如果礦井自然風(fēng)壓不能忽略，用圖解法求工況點(diǎn)的方法見本章第六節(jié)中通風(fēng)機(jī)的自然風(fēng)壓串聯(lián)工作。若井口漏風(fēng)較大，通風(fēng)系統(tǒng)因外部漏風(fēng)通道并聯(lián)而風(fēng)阻減小，此時(shí)應(yīng)算出考慮外部漏風(fēng)后的礦井系統(tǒng)總風(fēng)阻，然后按上述方法求工況點(diǎn)。二、通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的合理工作范圍為使通風(fēng)機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)，它在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)的工況點(diǎn)必須在合理的范圍之內(nèi)。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不應(yīng)低于６０％；從安全方面來考慮，其工況點(diǎn)必須位于駝峰點(diǎn)的右下側(cè)、單調(diào)下降的直線段上。由于軸流式通風(fēng)機(jī)的性能曲線存在馬鞍形區(qū)段，為了防止礦井風(fēng)阻偶爾增加等原因，使工況點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，一般限定實(shí)際工作風(fēng)壓不得超過最高風(fēng)壓的９０％，即ＨS＜０.９ＨSmax。軸流式通風(fēng)機(jī)的工作范圍如圖４－5－１的陰影部分所示。上限為最大風(fēng)壓０.９倍的連線，下限為η＝０.６的等效曲線圖4-5-1軸流式通風(fēng)機(jī)的合理工作范圍通風(fēng)機(jī)葉（動(dòng)）輪的轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過額定轉(zhuǎn)速。分析主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)合理與否，應(yīng)使用實(shí)測的風(fēng)機(jī)裝置特性曲線。因廠方提供之曲線一般與實(shí)際不符，應(yīng)用時(shí)會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。三、主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)調(diào)節(jié)在煤礦中，通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)常因采掘工作面的增減和轉(zhuǎn)移、瓦斯涌出量等自然條件變化和風(fēng)機(jī)本身性能變化（如磨損）而改變。為了保證礦井的按需供風(fēng)和風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要適時(shí)地進(jìn)行工況點(diǎn)調(diào)節(jié)。實(shí)質(zhì)上，工況點(diǎn)調(diào)節(jié)就是供風(fēng)量的調(diào)節(jié)。由于風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)是由風(fēng)機(jī)和風(fēng)阻兩者的特性曲線決定的，所以，欲調(diào)節(jié)工況點(diǎn)只需改變兩者之一或同時(shí)改變即可。據(jù)此，工點(diǎn)調(diào)節(jié)方法主要有：⒈改變風(fēng)阻特性曲線當(dāng)風(fēng)機(jī)特性曲線不變時(shí)，改變其工作風(fēng)阻，工況點(diǎn)沿風(fēng)機(jī)特性曲線移動(dòng)。１）增風(fēng)調(diào)節(jié)。為了增加礦井的供風(fēng)量，可以采取下列措施：（１）減少礦井總風(fēng)阻。在礦井（或系統(tǒng)）的主要進(jìn)、回風(fēng)道采取增加并聯(lián)巷道、縮短風(fēng)路、擴(kuò)刷巷道斷面、更換摩擦阻力系數(shù)小的支架（護(hù)）、減小局部阻力等措施，均可收到一定效果。這種調(diào)節(jié)措施的優(yōu)點(diǎn)是，主要通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，但有時(shí)工程費(fèi)用較大。（２）當(dāng)?shù)孛嫱獠柯╋L(fēng)較大時(shí)，可以采取堵塞地面的外部漏風(fēng)措施。這樣做，通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量雖然因其工作風(fēng)阻增大而減小，但礦井風(fēng)量卻會(huì)因有效風(fēng)量率的提高而增大。這種方法實(shí)施簡單，經(jīng)濟(jì)效益較好，但調(diào)節(jié)幅度不大。２）減風(fēng)調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)V井風(fēng)量過大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行減風(fēng)調(diào)節(jié)。其方法有：（１）增阻調(diào)節(jié)。對(duì)于離心式通風(fēng)機(jī)可利用風(fēng)硐中閘門增阻（減小其開度）。這種方法實(shí)施較簡單，但因無故增阻而增加附加能量損耗。調(diào)節(jié)時(shí)間不宜過長，只能作為權(quán)宜之計(jì)。（２）對(duì)于軸流式通風(fēng)機(jī)，當(dāng)其Ｎ─Ｑ曲線在工作段具有單調(diào)下降特點(diǎn)時(shí)，因種種原因不能實(shí)施低轉(zhuǎn)速和減少葉片安裝角度θ時(shí)，可以用增大外部漏風(fēng)的方法，來減小礦井風(fēng)量。這種方法比增阻調(diào)節(jié)要經(jīng)濟(jì)，但調(diào)節(jié)幅度較小。⒉改變風(fēng)機(jī)特性曲線這種調(diào)節(jié)方法的特點(diǎn)是礦井總風(fēng)阻不變，改變風(fēng)機(jī)特性，工況點(diǎn)沿風(fēng)阻特性曲線移動(dòng)。調(diào)節(jié)方法有：１）軸流風(fēng)機(jī)可采用改變?nèi)~安裝角度達(dá)到增減風(fēng)量的目的。但要注意的是，防止因增大葉片安裝角度而導(dǎo)致進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行。對(duì)于有些軸流式通風(fēng)機(jī)還可以改變?nèi)~片數(shù)改變風(fēng)機(jī)的特性。圖4-7-2a和圖4-7-2b分別為２Ｋ６０型風(fēng)機(jī)不同葉片數(shù)的特性曲線。改變?nèi)~片數(shù)時(shí)，應(yīng)按說明書規(guī)定進(jìn)行。對(duì)于能力過大的雙級(jí)葉（動(dòng)）輪風(fēng)機(jī)，還可以減少葉（動(dòng)）輪級(jí)數(shù)，減少供風(fēng)。目前，有些從國外進(jìn)口的風(fēng)機(jī)能夠在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)葉片安裝角。如淮南礦務(wù)局潘一礦和謝橋礦從德國進(jìn)口的GVI軸流式通風(fēng)機(jī)，自帶狀態(tài)監(jiān)測和控制計(jì)算機(jī)。只需向計(jì)算機(jī)輸入要求的風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量，計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)選擇并調(diào)節(jié)到合適的葉片安裝角。２）裝有前導(dǎo)器的離心式通風(fēng)機(jī)，可以改變前導(dǎo)器葉片轉(zhuǎn)角進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。風(fēng)流經(jīng)過前導(dǎo)器葉片后發(fā)生一定預(yù)旋，能在很小或沒有沖角的情況下進(jìn)入風(fēng)機(jī)。前導(dǎo)葉片角由０°變到９０°時(shí)，風(fēng)壓曲線降低，風(fēng)機(jī)效率也有所降低。但調(diào)節(jié)幅度不大（７０％以上）時(shí)，比增阻調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)。圖4-4-7是Ｇ４－７３風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍在０～６０°時(shí)的類型特性曲線。３）改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。無論是軸流式通風(fēng)機(jī)還是離心式通風(fēng)機(jī)都可采用。調(diào)節(jié)的理論依據(jù)是相似定律，即4-5-6（１）改變電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刹捎每煽毓璐?jí)調(diào)速；更換合適轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)和采用變速電機(jī)（此種電機(jī)價(jià)格貴）等方法。（２）利用傳動(dòng)裝置調(diào)速。如，利用液壓聯(lián)軸器調(diào)速。其原理是，改變聯(lián)軸器工作室內(nèi)的液體量來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；利用皮帶輪傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)可以更換不同直徑的皮帶輪，改變傳動(dòng)比。這種方法只適用于小型離心式通風(fēng)機(jī)。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?zèng)]有額外的能量損耗，對(duì)風(fēng)機(jī)的效率影響不大，因此是一種較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)調(diào)節(jié)期長，調(diào)節(jié)幅度較大時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。但要注意，增大轉(zhuǎn)速時(shí)可能會(huì)使風(fēng)機(jī)震動(dòng)增加，噪音增大、軸承溫度升高和發(fā)生電動(dòng)機(jī)超載等問題。調(diào)節(jié)方法的選擇，取決于調(diào)節(jié)期長短、調(diào)節(jié)幅度、投資大小和實(shí)施的難易程度。調(diào)節(jié)之前應(yīng)擬定多種方案，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)選用。選用時(shí)，還要考慮實(shí)施的可能性。有時(shí)，可以考慮采用綜合措施。第六節(jié)通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)時(shí)期，通風(fēng)系統(tǒng)的阻力是經(jīng)常變化的。當(dāng)管網(wǎng)的阻力變大到使一臺(tái)風(fēng)機(jī)不能保證按需供風(fēng)時(shí)，就有必要利用二臺(tái)或二臺(tái)以上風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)合工作，以達(dá)到增加風(fēng)量的目的。兩臺(tái)或兩臺(tái)以上風(fēng)機(jī)同在一個(gè)管網(wǎng)上工作叫通風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作與一臺(tái)風(fēng)機(jī)單獨(dú)工作有所不同。如果不能掌握風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作的特點(diǎn)和技術(shù)，將會(huì)事與愿違，后果不良，甚至可能損壞風(fēng)機(jī)。因此，分析通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)、效果、穩(wěn)定性和合理性是十分必要的。風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩大類。下面就兩種聯(lián)合工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析。一、風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作一臺(tái)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口直接或通過一段巷道（或管道）聯(lián)結(jié)到另一臺(tái)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口上同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作的特點(diǎn)是，通過管網(wǎng)的總風(fēng)量等于每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（沒有漏風(fēng)）。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓之和等于所克服管網(wǎng)的阻力。即h=Hs1+Hs2Q=Q1=Q2式中h為管網(wǎng)的總阻力，HS1、HS2分別為1、2兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作靜壓；Q為管網(wǎng)的總風(fēng)量，Q1、Q2分別為1、2兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。1、風(fēng)壓特性曲線不同風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作分析串聯(lián)風(fēng)機(jī)的等效特性曲線。如圖4-6-1所示，兩臺(tái)不同型號(hào)風(fēng)機(jī)F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)的等效合成曲線Ⅰ+Ⅱ按風(fēng)量相等風(fēng)壓相加原理求得。即在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量范圍內(nèi)，作若干條風(fēng)量坐標(biāo)的垂線（等風(fēng)量線），在等風(fēng)量線上將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的的風(fēng)壓相加，得該風(fēng)量下串聯(lián)等效風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓（點(diǎn)），將各等效風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓點(diǎn)聯(lián)起來，即可得到風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作時(shí)等效合成特性曲線Ⅰ+Ⅱ。圖4—6—1風(fēng)機(jī)的實(shí)際工點(diǎn)。在風(fēng)阻為R的管網(wǎng)上風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作時(shí)，各風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)按下述方法求得：在等效風(fēng)機(jī)特性曲線Ⅰ+Ⅱ上作管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線R，兩者交點(diǎn)為M0，過M0作橫坐標(biāo)垂線，分別與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此兩點(diǎn)即是兩風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。為了衡量串聯(lián)工作的效果，可用等效風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量Q與能力較大風(fēng)機(jī)的F2單獨(dú)工作產(chǎn)生風(fēng)量QⅡ之差表示。由圖4-6-1可見，當(dāng)工況點(diǎn)位于合成特性曲線與能力較風(fēng)機(jī)F2性能曲線Ⅱ交點(diǎn)A（通常稱為臨界工況點(diǎn)）的左上方（如M0）時(shí)，ΔQ=Q-QⅡ>0，則表示串聯(lián)有效；當(dāng)工況點(diǎn)M’與A點(diǎn)重合（即管網(wǎng)風(fēng)阻R’通過A點(diǎn)）時(shí)，ΔQ=Q’-QⅡ=0，則串聯(lián)無增風(fēng)；當(dāng)工況點(diǎn)M”位于A點(diǎn)右下方（即管網(wǎng)風(fēng)阻為R”）時(shí)，ΔQ=Q’-QⅡ<0，則串聯(lián)不但不能增風(fēng)，反而有害，即小風(fēng)機(jī)成為大風(fēng)機(jī)的阻力。這種情況下串聯(lián)顯然是不合理的。通過A點(diǎn)的風(fēng)阻為臨界風(fēng)阻，其值大小取決于兩風(fēng)機(jī)的特性曲線。欲將兩臺(tái)風(fēng)壓曲線不同的風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作時(shí)，事先應(yīng)將兩風(fēng)機(jī)所決定的臨界風(fēng)阻R’與管網(wǎng)風(fēng)阻R進(jìn)行比較，當(dāng)R’<R方可應(yīng)用。還應(yīng)該指出的是，對(duì)于某一形狀的合成特性曲線，串聯(lián)增風(fēng)量取決于管網(wǎng)風(fēng)阻。2、風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作圖4-6-2所示的兩臺(tái)特性曲線相同（性能曲線Ⅰ和Ⅱ重合）的風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。由圖可見，臨界點(diǎn)A位于Q軸上。這就意味著在整個(gè)合成曲線范圍內(nèi)串聯(lián)工作都是有效的，不過工作風(fēng)阻不同增風(fēng)效果不同而已。圖4—6—2根據(jù)上述分析可得出如下結(jié)論：風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作適用于因風(fēng)阻大而風(fēng)量不足的管網(wǎng)；風(fēng)壓特性曲線相同的風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作較好；串聯(lián)合成特性曲線與工作風(fēng)阻曲線相匹配，才會(huì)有較好的增風(fēng)效果。串聯(lián)工作的任務(wù)是增加風(fēng)壓，用于克服管網(wǎng)過大阻力，保證按需供風(fēng)。3、風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓串聯(lián)工作1）、自然風(fēng)壓特性自然風(fēng)壓特性是指自然風(fēng)壓與風(fēng)量之間的關(guān)系。在機(jī)械通風(fēng)礦井中，冬季自然風(fēng)壓隨風(fēng)量增大略有增大；夏季，若自然風(fēng)壓為負(fù)時(shí)，其絕對(duì)值亦將隨風(fēng)量增大而增大。風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)自然風(fēng)壓依然存在。故一般用平等Q軸的直線表示自然風(fēng)壓的特性。如圖4-6—3中Ⅱ和Ⅱ’分別表示正和負(fù)的自然風(fēng)壓特性。2）、自然風(fēng)壓對(duì)風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)影響在機(jī)械通風(fēng)礦井中自然風(fēng)壓對(duì)機(jī)械風(fēng)壓的影響，類似于兩臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。如圖4-6-3，礦井風(fēng)阻曲線為R，風(fēng)機(jī)特性曲線為Ⅰ，自然風(fēng)壓特性曲線為Ⅱ，按風(fēng)量相等風(fēng)壓相加原則，可得到正負(fù)自然風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的合成特性曲線Ⅰ+Ⅱ和Ⅰ+Ⅱ’。風(fēng)阻R與其交點(diǎn)分別為MⅠ和MⅠ’，據(jù)此可得通風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)為M和M’。由此可見，當(dāng)自然風(fēng)壓為正時(shí)，機(jī)械風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用克服礦井通風(fēng)阻力，使風(fēng)量增加；當(dāng)自然風(fēng)壓為負(fù)時(shí)，成為礦井通風(fēng)阻力。圖4—6—3二、通風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作如圖4-6—4，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口直接或通過一段巷道連結(jié)在一起工作叫通風(fēng)機(jī)并聯(lián)。風(fēng)機(jī)并聯(lián)有集中并聯(lián)和對(duì)角并聯(lián)之分。圖a為集中并聯(lián)，圖b叫對(duì)角并聯(lián)。圖4—6—4圖4—6—5（一）集中并聯(lián)理論上，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口（或出風(fēng)口）可視為連接在同一點(diǎn)。所以兩風(fēng)機(jī)的裝置靜壓相等，等于管網(wǎng)阻力；兩風(fēng)機(jī)的風(fēng)量流過同一條巷道，故通過巷道的風(fēng)量等于兩臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量之和。即h=Hs1=Hs2Q=Q1+Q2式中符號(hào)同前。1、風(fēng)壓特性曲線不同風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作1）風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作的特點(diǎn)和工況分析如圖4-6-5所示，兩臺(tái)不同型號(hào)風(fēng)機(jī)F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)后的等效合成曲線Ⅲ可按風(fēng)壓相等風(fēng)量相加原理求得。即在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓范圍內(nèi)，作若干條等風(fēng)壓線（壓力坐標(biāo)軸的垂線），在等風(fēng)壓線上把兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量相加，得該風(fēng)壓下并聯(lián)等效風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（點(diǎn)），將等效風(fēng)機(jī)的各個(gè)風(fēng)量點(diǎn)連起來，即可得到風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)等效合成特性曲線Ⅲ。風(fēng)機(jī)并聯(lián)后在風(fēng)阻為R的管網(wǎng)上工作，R與等效風(fēng)機(jī)的特性曲線Ⅲ的交點(diǎn)M，過M作縱坐標(biāo)軸垂線，分別與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于m1和m2，此兩點(diǎn)即是F1和F2兩風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。并聯(lián)工作的效果，也可用并聯(lián)等效風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量Q與能力較大風(fēng)機(jī)的F1單獨(dú)工作產(chǎn)生風(fēng)量Q1之差來分析。由圖4-6-5可見，當(dāng)ΔQ=Q-Q1>0，即工況點(diǎn)M位于合成特性曲線與大風(fēng)機(jī)曲線的交點(diǎn)A右側(cè)時(shí)，則并聯(lián)有效；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻R’（稱為臨界風(fēng)阻）通過A點(diǎn)時(shí)，ΔQ=0，則并聯(lián)增風(fēng)無效；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻R”>R’時(shí)，工況點(diǎn)M”位于A點(diǎn)左側(cè)時(shí)，ΔQ<0，即小風(fēng)機(jī)反向進(jìn)風(fēng)，則并聯(lián)不但不能增風(fēng)，反而有害。此外，由于軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線存在馬鞍形區(qū)段，因而合成特性曲線在小風(fēng)量時(shí)比較復(fù)雜，當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻R較大時(shí)，風(fēng)機(jī)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工作。2、風(fēng)壓特性曲線相同風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作圖4-6-6所示的兩臺(tái)特性曲線Ⅰ（Ⅱ）相同的風(fēng)機(jī)F1和F2并聯(lián)工作。Ⅲ為其合成特性曲線，R為管網(wǎng)風(fēng)阻。M和M’為并聯(lián)的工況點(diǎn)和單獨(dú)工作的工況點(diǎn)。由M作等風(fēng)壓線與曲線Ⅰ（Ⅱ）相交于m1，此即風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。由圖可見，總有ΔQ=Q-Q1>0，且R越小，ΔQ越大。應(yīng)該指出，兩臺(tái)特性相同風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)，同樣存在不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)情況。圖4—6—6（二）對(duì)角并聯(lián)工況分析如圖4-6-4b所示的對(duì)角并聯(lián)通風(fēng)系統(tǒng)中，兩臺(tái)不同型號(hào)風(fēng)機(jī)F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ，各自單獨(dú)工作的管網(wǎng)分別為OA（風(fēng)阻為R1）和OB（風(fēng)阻為R2），公共風(fēng)路OC（風(fēng)阻為R0），如圖4-6-7。為了分析對(duì)角并聯(lián)系統(tǒng)的工況點(diǎn)，先將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)移至O點(diǎn)。方法是，按等風(fēng)量條件下把風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)壓與風(fēng)路OA的的阻力相減的原則，求風(fēng)機(jī)F1為風(fēng)路OA服務(wù)后的剩余特性曲線Ⅰ’，即作若干條等風(fēng)量線，在等風(fēng)量線上將風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)壓減去風(fēng)路OA的的阻力，得風(fēng)機(jī)F1服務(wù)風(fēng)路OA后的剩余風(fēng)壓點(diǎn)，將各剩余風(fēng)壓點(diǎn)連起來即得剩余特性曲線Ⅰ’。按相同方法，在等風(fēng)量條件下，把風(fēng)機(jī)F2的風(fēng)壓與風(fēng)路OB的阻力相減得到風(fēng)機(jī)F2為風(fēng)路OB服務(wù)后的剩余特性曲線Ⅱ’。這樣就變成了等效風(fēng)機(jī)F1’和F2’集中并聯(lián)于O點(diǎn)，為公共風(fēng)路OC服務(wù)（如圖4-6-7b)。按風(fēng)壓相等風(fēng)量相加原理求得等效風(fēng)機(jī)F1’和F2’集中并聯(lián)的特性曲線Ⅲ，它與風(fēng)路OC的風(fēng)阻R0曲線交點(diǎn)M0，由此可得OC風(fēng)路的風(fēng)量Q0。過M0作Q軸平行線與特性曲線Ⅰ’和Ⅱ’分別相交于MⅠ’和MⅡ’點(diǎn)。再過MⅠ’和MⅡ’點(diǎn)作Q軸垂線與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此即在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)，其風(fēng)量分別為Q1和Q2。顯然Q0=Q1+Q2。圖4—6—7由圖可見，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)MⅠ和MⅡ，既取決于各自風(fēng)路的風(fēng)阻，又取決于公共風(fēng)路的風(fēng)阻。當(dāng)各分支風(fēng)路的風(fēng)阻一定時(shí)，公共段風(fēng)阻增大，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)上移；當(dāng)公共段風(fēng)阻一定時(shí)，某一分支的風(fēng)阻增大，則該系統(tǒng)的工況點(diǎn)上移，另一系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)下移；反之亦然。這說明兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)是相互影響的。因此，采用軸流式通風(fēng)機(jī)作并聯(lián)通風(fēng)的礦井，要注意防止因一個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)阻減小引起另一系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)壓增加，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)工作。三、并聯(lián)與串聯(lián)工作的比較圖4-6-8的中兩臺(tái)型號(hào)相同離心式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線為Ⅰ，兩者串聯(lián)和并聯(lián)工作的特性曲線分別為Ⅱ和Ⅲ，N--Q為其功率特性曲線，R1、R2和R3為大小不同的三條管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線。當(dāng)風(fēng)阻為R2時(shí)，正好通過Ⅱ、Ⅲ兩曲線的交點(diǎn)B。若并聯(lián)則風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)為M1，而串聯(lián)則實(shí)際工況點(diǎn)為M2。顯然在這種情況下，串聯(lián)和并聯(lián)工作增風(fēng)效果相同。但從消耗能量（功率）的角度來看，并聯(lián)的功率為NP，而串聯(lián)的功率為NS，顯然N2>N1，故采用并聯(lián)是合理的。當(dāng)風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻為R1，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)A的風(fēng)量比串聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)F時(shí)大，而每臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)際功率反而小，故采用并聯(lián)較合理。當(dāng)風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻為R3，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)E，串聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)為C，則串聯(lián)比并聯(lián)增風(fēng)效果好。對(duì)于軸流式通風(fēng)機(jī)則可根據(jù)其壓力和功率特性曲線進(jìn)行作類似分析。圖4—6—8應(yīng)該指出的是，選擇聯(lián)合運(yùn)行方案時(shí)，不僅要考慮管網(wǎng)風(fēng)阻對(duì)工況點(diǎn)影響，還要考慮運(yùn)轉(zhuǎn)效率和軸功率大小。在保證增風(fēng)或按需供風(fēng)后應(yīng)選擇能耗較小的方案。綜上所述，可得如下結(jié)論：（1）并聯(lián)適用于管網(wǎng)風(fēng)阻較小，但因風(fēng)機(jī)能力小導(dǎo)致風(fēng)量不足的情況；（2）風(fēng)壓相同的風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行較好；（3）軸流式通風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)時(shí)，若風(fēng)阻過大則可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行。所以，使用軸流式通風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，除要考慮并聯(lián)效果外，還要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。第七節(jié)礦井通風(fēng)設(shè)備選型*礦井通風(fēng)設(shè)備選型的主要任務(wù)是，根據(jù)通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)在已有的風(fēng)機(jī)系列產(chǎn)品中，選擇適合風(fēng)機(jī)型號(hào)、轉(zhuǎn)速和與之相匹配的電機(jī)。所選的風(fēng)機(jī)必需具有安全可靠，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)“煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范”等技術(shù)文件的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行通風(fēng)機(jī)設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)符合下列要求：1、風(fēng)機(jī)的服務(wù)年限盡量滿足第一水平通風(fēng)要求，并適當(dāng)照顧二水平通風(fēng)；在風(fēng)機(jī)的服務(wù)年限內(nèi)其工況點(diǎn)應(yīng)在合理的工作范圍之內(nèi)。2、當(dāng)風(fēng)機(jī)服務(wù)年限內(nèi)通風(fēng)阻力變化較大時(shí)，可考慮分期選擇電機(jī)，但初裝電機(jī)的使用年限不小于5年。3、風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力應(yīng)留有一定富余量。在最大設(shè)計(jì)風(fēng)量時(shí)，軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角一般比允許使用最大值小5；風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不大于額定值90%。4、考慮風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)盡量避免使用風(fēng)硐閘門調(diào)節(jié)。5、正常情況下，主要通風(fēng)機(jī)不采用聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)。選型必備的基礎(chǔ)資料有：通風(fēng)機(jī)的工作方式（是抽出式還是壓入式）；礦井瓦斯等級(jí)；礦井不同時(shí)期的風(fēng)量；通風(fēng)機(jī)服務(wù)年限內(nèi)的最大阻力和最小阻力以及風(fēng)井是否作為提升用等。通風(fēng)機(jī)選型按下列步驟進(jìn)行：一、計(jì)算風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qf、最大和最小靜壓（抽流式）HSmax、Hsmin-或全壓（離心式）Htmax、Htmin；二、初選風(fēng)機(jī)根據(jù)Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin）在新型高效風(fēng)機(jī)特性曲線上用直觀法篩選出滿足風(fēng)量和風(fēng)壓要求的若干個(gè)通風(fēng)機(jī)。三、求風(fēng)機(jī)的實(shí)際工點(diǎn)因?yàn)楦鶕?jù)Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin）確定的工況點(diǎn)即設(shè)計(jì)工況點(diǎn)不一定恰好在所選擇風(fēng)機(jī)的特性曲線上，所以風(fēng)機(jī)選擇后必須確定實(shí)際工況點(diǎn)。1、計(jì)算風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻用靜壓特性曲線時(shí)，最大靜壓工作風(fēng)阻按下式計(jì)算4—7—42、同理可算出最小工作靜風(fēng)阻Rsmin.。用全壓特性曲線時(shí)，根據(jù)風(fēng)機(jī)的最大和最小工作全壓計(jì)算出最大和最小全壓工作風(fēng)阻Rtmax和Rtmin。在風(fēng)機(jī)特性曲線上作工作風(fēng)阻曲線，與風(fēng)壓特性曲線的交點(diǎn)即為實(shí)際工況點(diǎn)。四、確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)和轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際工況點(diǎn)所確定的各個(gè)風(fēng)機(jī)的軸功率大小，并考慮對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)性能的要求，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，最后確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)和轉(zhuǎn)速。五、電機(jī)選擇1、根據(jù)最后選擇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)（H、Q、和）按下式計(jì)算所匹配電機(jī)的功率：4—7—5式中Nmmax(Nmmin)--通風(fēng)阻力最大（最?。r(shí)期所配電機(jī)功率，kW；Qfmax(Qfmin)--通風(fēng)阻力最大（最?。r(shí)期風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量，m3/s；Hmax(Hmin)--風(fēng)機(jī)實(shí)際最大（最?。┕ぷ黠L(fēng)壓，Pa；--通風(fēng)機(jī)工作效率（用全壓時(shí)為t，用靜壓時(shí)為s），%；tr--傳動(dòng)效率，直聯(lián)傳動(dòng)時(shí)t=1，皮帶傳動(dòng)時(shí)tr=0.95～0.9，聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)tr=0.98;Km--電機(jī)容量備用系數(shù)，Km=1.1～1.2。2、電機(jī)種類及臺(tái)數(shù)選擇當(dāng)電機(jī)功率Nmmax>500kW時(shí)，宜選用同步電機(jī)，其功率為Nmmax，其優(yōu)點(diǎn)是在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可用來改善電網(wǎng)功率因數(shù)，缺點(diǎn)是初期投資大，采用異步電機(jī)時(shí)，當(dāng)可選一臺(tái)電機(jī)，功率為Nmmax；當(dāng)時(shí)選兩臺(tái)電機(jī)，后期電機(jī)功率為Nmmax，初期電機(jī)功率可按下式計(jì)算：4—7—6根據(jù)計(jì)算的Nmmax和Nm和通風(fēng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)數(shù)，在電機(jī)設(shè)備手冊(cè)上選用合適的電機(jī)。例題某礦為抽出式通風(fēng)，高瓦斯礦井，礦井需風(fēng)量為Qm=400m3/s，礦井投產(chǎn)后20年內(nèi)最大和最小通風(fēng)阻力分別為hmax=2551Pa和hmin=1668Pa，阻力最大和最小時(shí)自然風(fēng)壓分別為Hnop=49Pa和Hmin=147Pa，風(fēng)井不作提升用，試選礦井主要通風(fēng)機(jī)和主要電機(jī)。解1、計(jì)算主要通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量Qf=KQm=40×1.15=46m3/s=16.56×104m3/h；2、計(jì)算風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓取通風(fēng)機(jī)裝置各部分阻力h=196Pa，風(fēng)機(jī)裝置動(dòng)壓hvd=49PaHSmax=hmax+h+HNOP=2551+196+49=2796PaHSmin=hmin+h+HNAS=1668+196-147+49=1717Pa；3、通風(fēng)機(jī)的全壓Htmax=hmax+h+hvd+HNOP=2551+196+49+49=2845PaHtmai=hmin+h+hvd+HNAS=1668+96+49-147=1766Pa4、根據(jù)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)初選風(fēng)機(jī)1）在4-72-11型離心式通風(fēng)機(jī)性能曲線（圖4-7-1）風(fēng)量坐標(biāo)Q=46m3/s點(diǎn)，作Q軸垂線，在風(fēng)壓坐標(biāo)Ht=1766Pa和Ht=2845Pa