延光生 吳奉亮 李龍清
摘 要:為解決檸條塔煤礦北翼采區(qū)供風(fēng)量不足,通過(guò)風(fēng)機(jī)相似理論研究了以調(diào)節(jié)兩翼風(fēng)機(jī)頻率與葉片安裝角為措施的增風(fēng)技術(shù)。分析了風(fēng)機(jī)相似理論,介紹了風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線與風(fēng)機(jī)類型曲線相互轉(zhuǎn)換的原理。分析了檸條塔煤礦風(fēng)量不足的現(xiàn)狀,計(jì)算了兩翼主要通風(fēng)機(jī)的類型曲線,通過(guò)類型曲線分別生成了風(fēng)機(jī)在多個(gè)頻率下的性能曲線。最終確定了以增加兩翼電機(jī)頻率與北翼風(fēng)機(jī)葉片安裝角為措施的增風(fēng)方案。方案實(shí)施后取得了預(yù)期效果,為礦井增風(fēng)提供了技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞:流體相似;主要通風(fēng)機(jī);變頻;礦井通風(fēng)
中圖分類號(hào):TD722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
主要通風(fēng)機(jī)是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分,其作用舉足輕重。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)變化的,因此主要通風(fēng)機(jī)存在兩個(gè)極端運(yùn)行情況,即礦井通風(fēng)容易與通風(fēng)困難時(shí)期。我國(guó)煤礦廣泛使用軸流式主要通風(fēng)機(jī),早期軸流式風(fēng)機(jī)多是通過(guò)改變?nèi)~片安裝角來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的能力,通風(fēng)容易時(shí)期位于低角度,困難時(shí)期往往位于中間檔位角度。由于變頻調(diào)速具備良好的節(jié)電性能,目前礦井主要通風(fēng)機(jī)則更多地采用變頻的方式來(lái)調(diào)節(jié)主要通風(fēng)機(jī)的性能。
檸條塔煤礦主采煤層分南北兩翼開(kāi)采,形成分區(qū)對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng),兩翼主要通風(fēng)機(jī)均裝有變頻裝置,目前北翼通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量不足,但其葉片安裝角與電機(jī)頻率均未到最大。風(fēng)機(jī)性能曲線是進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)參數(shù),因此本文通過(guò)風(fēng)機(jī)相似理論分析礦井不同轉(zhuǎn)速下的性能,為礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)提供技術(shù)支撐
1 風(fēng)機(jī)相似理論及風(fēng)機(jī)類型曲線
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(guò)程相似,或者說(shuō)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)和歐拉數(shù)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。風(fēng)機(jī)的類型曲線是描述相似風(fēng)機(jī)共同特性的參數(shù),類型曲線包括壓力系數(shù)、風(fēng)量系數(shù)和功率系數(shù),三個(gè)參數(shù)都是無(wú)因次的,根據(jù)個(gè)體特性曲線計(jì)算類型系數(shù)的公式如下:
(1)
(2)
(3)
式中:D表示風(fēng)機(jī)葉論外緣直徑,m;u圓周速度,m/s,計(jì)算公式為u=3.14nD/60,n表示風(fēng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù);ρ表示風(fēng)流密度,kg/m3;H表示風(fēng)機(jī)風(fēng)壓,Pa;Q是風(fēng)機(jī)風(fēng)量,m3/s;N是風(fēng)機(jī)軸功率,kW;η是風(fēng)機(jī)效率,%。
根據(jù)風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線中的Q、H、N、D,利用式(1)、(2)和(3)就可以計(jì)算出該系列風(fēng)機(jī)的、、。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。本文主要用到風(fēng)量風(fēng)壓性能曲線。
2 檸條塔礦主要通風(fēng)機(jī)性能分析
檸條塔礦南北兩翼主要通風(fēng)機(jī)型號(hào)分別為BD-II-8-No28、FBCDZ-8-No28,其在額定轉(zhuǎn)速、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(空氣密度為1.2kg/m3)下的個(gè)體特性曲線如圖1所示。
目前北翼主要通風(fēng)機(jī)葉片角為0°、電機(jī)頻率為39Hz;南翼葉片角為31°,電機(jī)頻率為32Hz。為得到當(dāng)前頻率下風(fēng)機(jī)性能曲線,在圖1曲線中對(duì)每個(gè)葉片安裝角曲線取10個(gè)樣點(diǎn),并分別代入式(1)、式(2),得到風(fēng)機(jī)類型曲線如圖2,其中兩翼當(dāng)前在用葉片安裝角的類型系數(shù)見(jiàn)表1。
3 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方案
3.1 檸條塔礦通風(fēng)現(xiàn)狀
檸條塔煤礦分南北兩翼分區(qū)開(kāi)采,主采煤層1-2煤、2-2煤,各煤層均布置兩進(jìn)一回三條大巷,形成兩翼分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng),目前礦井北翼最遠(yuǎn)通風(fēng)路線約16680m。南、北翼主要通風(fēng)機(jī)葉片安裝角分別為31°和0°,電機(jī)頻率分別為32Hz、39Hz。根據(jù)式(1)、式(2)可以求得兩翼風(fēng)機(jī)在當(dāng)前頻率下的性能曲線如圖3所示,圖中工況點(diǎn)是采用網(wǎng)絡(luò)解算軟件模擬得到的,分別是(143.4m3/s,529.5Pa)、(169.0m3/s,1129.2Pa),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工況點(diǎn)與實(shí)際數(shù)據(jù)吻合。
3.2 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方案
根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)情況,礦井將在北翼布置3個(gè)采煤工作面,3個(gè)備用工作面,8個(gè)掘進(jìn)工作面,加上其它用風(fēng)點(diǎn),礦井北翼總需風(fēng)量為268m3/s,目前總風(fēng)量169m3/s,風(fēng)量明顯不足。
為增加北翼風(fēng)量,將北風(fēng)機(jī)調(diào)至可用的最大葉片角2.5度、頻率50Hz,南翼風(fēng)機(jī)保持現(xiàn)狀,此時(shí)兩翼工況如圖4所示,可見(jiàn)北翼風(fēng)量有較大增加,但南翼風(fēng)量下降。
為使南翼風(fēng)量不變,將其頻率調(diào)到35Hz,此時(shí)兩翼工況如圖5所示。可見(jiàn)北翼風(fēng)量達(dá)到248.5m3/s,有效增加了風(fēng)量,同時(shí)南翼風(fēng)機(jī)通風(fēng)阻力增加,但保證了其風(fēng)量不受北翼調(diào)節(jié)影響。因此最終確定按此方案調(diào)節(jié)兩翼風(fēng)機(jī)來(lái)增加北翼風(fēng)量。
結(jié)論
通過(guò)風(fēng)機(jī)相似理論,得到了檸條塔礦井主要通風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的性能曲線,制定了以調(diào)節(jié)兩翼主要通風(fēng)機(jī)為措施的增風(fēng)方案,方案實(shí)施后,達(dá)到了預(yù)期效果,主要結(jié)論包括:(1)通風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的風(fēng)機(jī)性能符合風(fēng)機(jī)相似理論,礦井通風(fēng)管理中可以由額定轉(zhuǎn)速下的性能曲線生成風(fēng)機(jī)的無(wú)因次類型曲線,再通過(guò)類型曲線可以求得風(fēng)機(jī)在任意轉(zhuǎn)速、任意風(fēng)流密度下的性能曲線。(2)多風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中,當(dāng)增加一翼風(fēng)機(jī)的動(dòng)力時(shí),本翼風(fēng)機(jī)風(fēng)量增加,但同時(shí)也會(huì)增加另一翼風(fēng)機(jī)的阻力,會(huì)減小其風(fēng)量。(3)通過(guò)將檸條塔煤礦北翼風(fēng)機(jī)葉片安裝角與轉(zhuǎn)速調(diào)至最大,同時(shí)將南翼風(fēng)機(jī)頻率由32Hz增加至35Hz,實(shí)現(xiàn)了保持南翼風(fēng)量不變的情況下,北翼風(fēng)機(jī)增風(fēng)79.5m3/s。
參考文獻(xiàn)
[1]張國(guó)樞,劉澤功,等.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000.
[2]苗仲霞.礦用軸流式主要通風(fēng)機(jī)的使用與維護(hù)[J].技術(shù)與市場(chǎng),2015,22(08):192-192
[3]胡紅雨,曹品偉,李凱.10kV高壓變頻技術(shù)在主要通風(fēng)機(jī)上的研究與應(yīng)用[J].煤礦安全,2013,44(02):119-121.
[4]孔祥惠,王學(xué)勤,徐紅波,等.變頻調(diào)速在煤礦主要通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭,2002,28(01):39-41.
[5]徐海,劉波.同步電機(jī)高壓變頻裝置在礦井主要通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].煤礦安全,2011,42(12):96-98.
[6]王新環(huán),余盈瑩.礦井主要通風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)改造[J].中州煤炭,2012(05):58-62.
[7]吳奉亮.礦井主要通風(fēng)機(jī)性能曲線的最優(yōu)多項(xiàng)式擬合[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(01):14-18.
[8]吳奉亮.對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)封閉型網(wǎng)絡(luò)降阻分析[J].煤礦安全,2011,42(07):135-138.
[9]樊小利,張鈞祥,邢偉.煤礦主要通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定誤差分析[J].煤礦安全,2015,46(09):184-187.
[10]吳奉亮,周澎,李暉,等.基于智能對(duì)象的通風(fēng)CAD模型研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009,37(05):54-57.
[11]李龍清,吳奉亮.基于ObjectARX的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)組織方法研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2005,29(05):577-580.