淺談主通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)方式及特性分析

陳銘

摘 要：礦井主要通風(fēng)機(jī)存在耗能大、“大馬拉小車”等能耗問題，在確保礦井正常通風(fēng)需求的前提下，節(jié)能調(diào)節(jié)對(duì)礦井主要通風(fēng)機(jī)降低能耗與提升礦井經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。立足于節(jié)能調(diào)節(jié)，文章闡述了礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)葉調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式及其特性。

關(guān)鍵詞：礦井主要通風(fēng)機(jī)；節(jié)能調(diào)節(jié)；方式；特性

中圖分類號(hào)：TD441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）29-0168-02

1 通風(fēng)機(jī)風(fēng)葉調(diào)節(jié)方式及特性

礦用軸流式通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方法有很多種，如調(diào)節(jié)閘門、采用導(dǎo)流器、改變轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)葉片等方式。相較于其他調(diào)節(jié)方法，葉片調(diào)節(jié)技術(shù)能夠確保通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在確保礦井通風(fēng)需求基礎(chǔ)上能夠大幅度降低通風(fēng)機(jī)能耗。葉片調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)整葉片安裝角度、葉片級(jí)數(shù)和數(shù)量等形式來達(dá)到改變通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的目的。

1.1 改變?nèi)~片安裝角度

在忽略通風(fēng)機(jī)工作中各種損失的條件下，軸流式通風(fēng)機(jī)流量、軸線流速、流通面積三者之間的關(guān)系可用下式表達(dá)：

Qt=V？琢SO（1）

其中：Qt為計(jì)算得到的理論流量，單位：m3/s；V？琢為軸向流速，單位：m/s；So為流通面積，單位：m2。

對(duì)于一臺(tái)給定的礦用軸流式通風(fēng)機(jī)而言，其流通面積值是一定得，因此，通風(fēng)機(jī)的流量主要取決于軸向流速。葉片安裝角度？夼與通風(fēng)機(jī)軸線流速V？琢之間的關(guān)系，如圖1所示。

分析上圖可以得到，通風(fēng)機(jī)軸向流速V？琢與圓周速度u的比值大小呈固定值，此值大小由通風(fēng)機(jī)氣流角β決定。當(dāng)軸流式通風(fēng)機(jī)圓周轉(zhuǎn)速確定時(shí)，通風(fēng)機(jī)軸向轉(zhuǎn)速主要由氣流角大小決定。而通風(fēng)機(jī)氣流角β與葉片的安裝角度θ值大小非常接近，并且氣流角隨著軸流式通風(fēng)機(jī)葉片安裝角度的變化而變化，所以，改變通風(fēng)機(jī)安裝角度就可以調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的軸線流速，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。礦井可依據(jù)正常開采所需風(fēng)量推算出靜壓值，并根據(jù)礦井選用的通風(fēng)機(jī)性能曲線找到對(duì)應(yīng)的葉片安裝角度。此種調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)為設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要太多的維護(hù)工作量與資金投入，可通過調(diào)整葉片角度或電機(jī)反轉(zhuǎn)就能實(shí)現(xiàn)反風(fēng)操作。

1.2 改變?nèi)~片級(jí)數(shù)

礦用軸流式通風(fēng)機(jī)工作通常有2種工作級(jí)別，即I級(jí)和II級(jí)。兩種通風(fēng)機(jī)工作級(jí)別提供的風(fēng)量基本上相同，區(qū)別之處在于兩種通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)所產(chǎn)生的通風(fēng)機(jī)靜壓的差別。如礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，礦井通風(fēng)阻力必然產(chǎn)生影響，可能會(huì)出現(xiàn)大幅增加或減小的情況，此時(shí)如仍然按照原有的通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)造成通風(fēng)機(jī)供風(fēng)不足或能耗增加的現(xiàn)象；為確保通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可是據(jù)情況調(diào)整通風(fēng)機(jī)葉片級(jí)數(shù)。葉片級(jí)數(shù)變更時(shí)，通風(fēng)機(jī)工作效率會(huì)有小幅度的降低。

1.3 調(diào)整葉片數(shù)量

軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算公式為：

pt=？棕wCyZ？籽/4？仔（2）

其中：pt為軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，單位：Pa； w為通過軸流式通風(fēng)式氣流的相對(duì)速度，單位：m/s；？棕為通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，單位：rad/s；？籽為氣流密度，單位：kg/m3；Cy為氣流的上升系數(shù)；Z為軸流式通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量；B為葉片弦長(zhǎng)，單位：m。

由上式可知，通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與葉片數(shù)量呈一定比例關(guān)系，調(diào)整通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量可改變通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，進(jìn)而調(diào)整通風(fēng)機(jī)功率與工況點(diǎn)。減少通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量就可降低通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，反之即可增加風(fēng)壓。然而，礦用軸流式通風(fēng)機(jī)輪轂比與葉片弦長(zhǎng)一般是固定的，通風(fēng)機(jī)工作效率與葉片數(shù)量有一最佳取值區(qū)域。在葉片數(shù)量的最佳取值區(qū)域，通風(fēng)機(jī)工作特性可通過改變通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。

2 通風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式及特性

速度調(diào)節(jié)有電氣調(diào)節(jié)與機(jī)械調(diào)節(jié)之分，通過調(diào)整通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改變通風(fēng)工作效率。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)速改變之后，通風(fēng)機(jī)的工況效率改變幅度非常小，并不會(huì)對(duì)通風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行造成較大的影響；除此之外，變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，能夠在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)速改變后不會(huì)造成壓力損失與風(fēng)機(jī)葉輪的過度磨損，節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性良好。礦用離心式通風(fēng)機(jī)的變速調(diào)節(jié)裝置有很多種，常見的有變頻調(diào)節(jié)裝置、液力耦合器調(diào)速裝置、晶閘管串級(jí)調(diào)速、皮帶輪、雙速電機(jī)等，下面對(duì)幾種常見的變速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行介紹：

2.1 變頻調(diào)速

變頻調(diào)速的方法主要是通過改變交流電動(dòng)機(jī)的電源頻率來達(dá)到調(diào)整通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，其工作原理為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速會(huì)隨著頻率而發(fā)生改變。變頻調(diào)速具有精度高、調(diào)速范圍廣、運(yùn)行可靠、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)成為礦用交流電機(jī)的主要調(diào)速方式。

2.2 液力耦合器調(diào)速

液力耦合器調(diào)速是一種效率較低的調(diào)速方式，其適合與大型礦井通風(fēng)機(jī)調(diào)速。此調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，不會(huì)造成諧波污染，具有較高的功率因數(shù)。但這種調(diào)速方式在使用中會(huì)出現(xiàn)滑差損失，造成較大的能量損耗，不利于通風(fēng)機(jī)節(jié)能。

2.3 晶閘管串級(jí)調(diào)速

相較于液力耦合器調(diào)速方式，晶閘管串級(jí)調(diào)速并不會(huì)出現(xiàn)滑差能量損耗，產(chǎn)生的滑差能量會(huì)以電能的形式再次回到電網(wǎng)之中。但是此法的缺點(diǎn)功率因數(shù)低、并且會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，系統(tǒng)中需要另設(shè)其他設(shè)備消除諧波。晶閘管串級(jí)調(diào)速是離心式通風(fēng)機(jī)主要的調(diào)速方式，在一定調(diào)速范圍內(nèi)效率較高。

3 礦井主要通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)

3.1 離心風(fēng)機(jī)節(jié)能措施

礦井離心式通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)措施主要有兩種，即調(diào)節(jié)風(fēng)門與轉(zhuǎn)速。而風(fēng)門的改變雖能夠改變通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量與風(fēng)壓，但此過程中會(huì)消耗大量的能量，不利于通風(fēng)機(jī)節(jié)能。調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)可通過調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式，具體轉(zhuǎn)速的確定需通過詳細(xì)的技術(shù)論證。

3.2 軸流風(fēng)機(jī)節(jié)能措施

葉片調(diào)節(jié)技術(shù)是礦用軸流式通風(fēng)機(jī)常用的節(jié)能調(diào)節(jié)措施。在煤礦開采階段，在一定時(shí)期內(nèi)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力并不會(huì)出現(xiàn)大的變化，因此，礦井可依據(jù)正常開采所需風(fēng)量推算出靜壓值，并根據(jù)礦井選用的通風(fēng)機(jī)性能曲線找到對(duì)應(yīng)的葉片調(diào)節(jié)參數(shù)。

4 結(jié) 語

隨著煤礦開采活動(dòng)的進(jìn)行，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在不斷變化，如工作面推進(jìn)、巷道長(zhǎng)度及斷面積變化，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的改變會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)阻力、風(fēng)量發(fā)生改變。礦井主要是通風(fēng)機(jī)需要根據(jù)開采各個(gè)時(shí)期的通風(fēng)需求變化進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)節(jié)，以確保礦井正常的通風(fēng)需求以及降低通風(fēng)機(jī)能耗。礦井通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方法有很多種，如進(jìn)口導(dǎo)葉或擋板調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)閘門、采用導(dǎo)流器、改變轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)葉片等方式，生產(chǎn)實(shí)際中可根據(jù)需求選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)方法。相較于其他調(diào)節(jié)方法，葉片調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在節(jié)能方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能確保通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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