煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)設(shè)計(jì)

趙鵬

摘 要：煤炭是我國(guó)主要的能源之一，在煤炭井下開采過(guò)程中需要注意做好煤礦井下通風(fēng)以避免煤礦井下瓦斯等有害氣體的濃度超標(biāo)，從而危害煤礦的作業(yè)安全。煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)對(duì)于安全性、可靠性的要求較高。針對(duì)以往所采用的礦井井下通風(fēng)機(jī)用高壓電機(jī)在應(yīng)用中頻繁出現(xiàn)問(wèn)題的現(xiàn)狀提出了新的煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，并通過(guò)開發(fā)新型高壓隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)以滿足使用要求，保障煤礦的正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)；能效；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

煤礦井下通風(fēng)機(jī)是煤礦井下重要的通風(fēng)設(shè)備，通過(guò)煤礦井下通風(fēng)機(jī)的作用能夠有效地降低井下瓦斯等有害氣體的濃度，并向井下輸送大量的新鮮空氣以保障煤礦的安全開采。在現(xiàn)今的煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)中軸流風(fēng)機(jī)由于其造價(jià)低廉、安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)在整個(gè)煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)市場(chǎng)中占比高達(dá)66%左右，且局部煤礦井下通風(fēng)機(jī)主要采用的是對(duì)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。煤礦井下通風(fēng)機(jī)由于需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行工作從而加劇了煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的工作負(fù)荷導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的使用后出現(xiàn)故障的機(jī)率急劇升高，嚴(yán)重影響了煤礦井下通風(fēng)機(jī)的正常使用。為解決這一難題，通過(guò)研制新型煤礦井下通風(fēng)用高壓隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)以滿足煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的需求，保障井下的正常通風(fēng)。

1. 煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)所面臨的惡劣工況及新型電機(jī)的設(shè)計(jì)要求

某煤礦井下通風(fēng)機(jī)在井下安裝后由于隔流腔和主風(fēng)道之間存在正負(fù)壓的問(wèn)題導(dǎo)致其所采用的二級(jí)風(fēng)機(jī)無(wú)法完全將瓦斯進(jìn)行隔離，從而導(dǎo)致二級(jí)風(fēng)機(jī)的Ⅱ級(jí)電動(dòng)機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯含量超標(biāo)，從而影響煤礦井下正常作業(yè)。此外，煤礦井下通風(fēng)機(jī)為了提高工作效率采用的是完全封閉的空腔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)在工作時(shí)散熱效果大打折扣，導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)在工作時(shí)燒毀的機(jī)率提高了30%。同時(shí)煤礦井下粉塵濃度較高，通風(fēng)機(jī)在工作中粉塵容易降落并堆積在風(fēng)扇葉片表面，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡受到破壞，煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生較大的震動(dòng)，這一現(xiàn)象的長(zhǎng)期存在將會(huì)嚴(yán)重壞煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的軸承，進(jìn)而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的損毀。此外，隨著我國(guó)煤礦井下作業(yè)面軸走向越來(lái)越長(zhǎng)，所要求的井下送風(fēng)量也越來(lái)越大，因此對(duì)于煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)提出了更高也更嚴(yán)苛的要求。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足井下風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載的啟動(dòng)要求，用以避免煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)啟動(dòng)電流過(guò)大而造成煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的燒毀。煤礦井下通風(fēng)機(jī)采用的是煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)與風(fēng)葉直連的傳動(dòng)方式，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的軸承將承受除電機(jī)轉(zhuǎn)子之外的額外附加載荷，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)軸承的使用壽命受到極大的影響，從而影響煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的正常使用。對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)在煤礦井下通風(fēng)機(jī)用量占比較高的主要原因是由于其第一級(jí)葉輪可以用作煤礦井下通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的保證，而對(duì)旋的二級(jí)葉輪將能夠有效地提高煤礦井下通風(fēng)的風(fēng)壓，從而實(shí)現(xiàn)高風(fēng)壓、大風(fēng)量的向煤礦井下通風(fēng)，但是對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致Ⅱ級(jí)電機(jī)的負(fù)載很快超過(guò)煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的額定功率，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)燒毀，影響煤礦井下的通風(fēng)作業(yè)。煤礦井下通風(fēng)機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致其能耗較高，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)研究表明，煤礦井下通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間大功率運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電量將占到煤礦開采用電量的約24%±6%。此外，在煤礦開采的過(guò)程中煤礦開采所需要的風(fēng)壓和風(fēng)量是有所變化的，通過(guò)在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的控制中采用變頻控制技術(shù)能夠有效地根據(jù)煤礦井下的用風(fēng)需求來(lái)調(diào)節(jié)煤礦井下通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在新型煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)中還需要注意的是煤礦井下通風(fēng)機(jī)對(duì)于礦井反風(fēng)的要求。礦井反風(fēng)是用于礦井發(fā)生火災(zāi)時(shí)的非常重要而有效的風(fēng)流調(diào)度的救災(zāi)措施，尤其是當(dāng)?shù)V井的入風(fēng)筒、入風(fēng)大巷等位置發(fā)生火災(zāi)時(shí)，采用反風(fēng)措施有助于使得高溫?zé)熈骱陀泻怏w所擴(kuò)展的區(qū)域得到進(jìn)一步的限制，從而避免火災(zāi)時(shí)所產(chǎn)生的濃煙能對(duì)井下作業(yè)人員造成影響，從而提高井下作業(yè)人員的逃生機(jī)率。

2. 煤礦井下通風(fēng)用高壓電設(shè)計(jì)方案的確定

針對(duì)上述所討論的煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)應(yīng)用時(shí)所面臨的惡劣工況及使用要求，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)為了更好地提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的使用壽命可以采用以下幾種措施：

（1）為增強(qiáng)煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的散熱能力，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的散熱結(jié)構(gòu)上可以選用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的管夾片式IC411型冷卻結(jié)構(gòu)，從而使得煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的功率密度得到有效地增強(qiáng)，同時(shí)采用此種冷卻結(jié)構(gòu)還能夠有效的縮小煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的體積。通過(guò)這種設(shè)計(jì)方式在滿足電機(jī)安裝要求的同時(shí)可以在保證原有風(fēng)機(jī)筒徑的基礎(chǔ)上提高煤礦井下通風(fēng)機(jī)的過(guò)風(fēng)量，是現(xiàn)今煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)重要的發(fā)展方向。

（2）在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)為縮短煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，減少煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的發(fā)熱量，可以通過(guò)采用提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)并縮小煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)啟動(dòng)電流的倍數(shù)的方式。

（3）在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)中，電機(jī)軸承是其中極為重要的一環(huán)。由于煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)所處的工況條件較為復(fù)雜，致使煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的軸承受力相較于普通電機(jī)的受力有著極大的不同，通過(guò)研究計(jì)算由于煤礦井下通風(fēng)機(jī)所使用的大葉輪使得煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)軸承端所承受的徑向力和軸向力要遠(yuǎn)高于普通軸承。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)軸承選型時(shí)要結(jié)合煤礦井下通風(fēng)機(jī)的實(shí)際使用工況進(jìn)行合理選型，并在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的使用過(guò)程中注意做好電機(jī)軸承的維護(hù)保養(yǎng)，以提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的使用壽命。

（4）適當(dāng)?shù)奶岣呙旱V井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的使用系數(shù)。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)適當(dāng)?shù)奶岣呙旱V井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的使用系數(shù)，既可以對(duì)煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)二級(jí)配套電動(dòng)機(jī)過(guò)載進(jìn)行優(yōu)化，從而降低電機(jī)燒毀的機(jī)率。此外，通過(guò)對(duì)電機(jī)使用系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化還能夠有效的改善煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的散熱能力。

（5）在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)中還需要注意做好變頻技術(shù)的應(yīng)用。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要求電機(jī)能夠滿足常規(guī)電源和變頻電源的使用需求。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用變頻電磁線用以滿足變頻器脈沖電源的使用要求。煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)多采用的是多極數(shù)電機(jī)，因此在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇合適的槽配合、控制氣隙磁密等的設(shè)計(jì)方案來(lái)降低煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的電磁噪聲。此外，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)中為滿足礦井反風(fēng)的要求，在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于電機(jī)的內(nèi)外側(cè)風(fēng)扇都需要采用雙向風(fēng)路結(jié)構(gòu)，此外，為了進(jìn)一步提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的散熱能力，保障其使用壽命，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要適當(dāng)增大內(nèi)外風(fēng)扇的外徑，以提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的冷卻能力。

結(jié)語(yǔ)

煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)是井下風(fēng)機(jī)的重要設(shè)備，其安全性與可靠性對(duì)于煤礦的生產(chǎn)有著極為重要的影響，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要采用IC411結(jié)構(gòu)以推動(dòng)煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而使得煤礦井下通風(fēng)用高壓電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都得到了極大的提升。

參考文獻(xiàn)

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