礦井主扇風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造與選型研究

康英杰

1 通風(fēng)系統(tǒng)改擴(kuò)建前的選型與優(yōu)化

在確定風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)性能參數(shù)前，必須先進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的可行性論證，依據(jù)優(yōu)化結(jié)果來(lái)科學(xué)、合理地確定風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)。若布設(shè)的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓過(guò)高，會(huì)造成礦井漏風(fēng)量增大，造成一些不必要的浪費(fèi)，若礦井風(fēng)壓過(guò)低，會(huì)造成礦井有效通風(fēng)量小，不易驅(qū)散礦井瓦斯，會(huì)增大礦井防滅火難度；另外若風(fēng)量過(guò)小，風(fēng)機(jī)易發(fā)生喘振，出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定。若風(fēng)量過(guò)大，易影響并聯(lián)的風(fēng)機(jī)，尤其是對(duì)四周的風(fēng)機(jī)影響最大，易降低通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，同時(shí)過(guò)大的抽力會(huì)使脫風(fēng)危險(xiǎn)大幅增加。

筆者所在礦之前裝設(shè)的通風(fēng)機(jī)，因其選擇的參數(shù)不科學(xué)、不合理，稍微關(guān)小一定角度，實(shí)際產(chǎn)生的風(fēng)量就會(huì)大幅下降，要想確保整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)能正常工作，必須配合增阻才能實(shí)現(xiàn)。因此在確定通風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)時(shí)，必須從現(xiàn)場(chǎng)條件出發(fā)，并充分考慮環(huán)境因素，使其所布設(shè)的通風(fēng)機(jī)必須能滿足礦井各時(shí)段的負(fù)壓變化，確保整個(gè)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行[1]。

2 葉片的選用與進(jìn)行整體設(shè)計(jì)優(yōu)化

為進(jìn)一步提高通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率與質(zhì)量，選用了鑄鋁合金來(lái)充當(dāng)葉片材料，這種材料不僅強(qiáng)度高、韌性好，而且比原來(lái)選用的鑄鋼件具有更好的防腐性能，通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵零部件更牢固，葉尖的線速度遠(yuǎn)高于舊式風(fēng)機(jī)葉尖線速度，運(yùn)行性能得到了大幅提升[2]。

3 風(fēng)道的選擇

在實(shí)際生產(chǎn)中，因風(fēng)道的選擇會(huì)對(duì)傳動(dòng)方式與單雙級(jí)選用等產(chǎn)生直接影響，因此在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)時(shí)也必須重視風(fēng)道的選擇。

3.1 傳動(dòng)方式的選擇

隨風(fēng)道的不同，選用的傳動(dòng)方式也應(yīng)有所不同。通常60°S彎道進(jìn)氣，90°蝸殼進(jìn)氣以及平直進(jìn)氣是常見(jiàn)的三種進(jìn)氣方式。當(dāng)風(fēng)道為60°S彎道進(jìn)氣與90°蝸殼進(jìn)氣時(shí)，應(yīng)采用前傳動(dòng)的傳動(dòng)方式，可把60°S彎道狀的風(fēng)道閥門設(shè)計(jì)為翻板門狀，把90°蝸殼狀的風(fēng)道閥門設(shè)計(jì)為百葉窗狀，排氣塔應(yīng)較高；當(dāng)風(fēng)道采用的是平直進(jìn)氣時(shí)，應(yīng)采用后傳動(dòng)方式傳動(dòng)，可選用平推拉門式的進(jìn)口閘門，排氣塔也應(yīng)較高，同時(shí)應(yīng)加長(zhǎng)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)軸。

因進(jìn)口流場(chǎng)的均勻度受風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式的影響，而進(jìn)口流場(chǎng)情況又會(huì)直接影響到風(fēng)機(jī)整體性能。對(duì)于施工60°S彎道進(jìn)口流場(chǎng)時(shí)，一般會(huì)采用混凝土灌制，這樣時(shí)常很難保障其能達(dá)到理想的型面與坡度，加之還有一高速旋轉(zhuǎn)的軸在里面，其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一很不均勻的流場(chǎng)在S彎道出口處，裝設(shè)一加速集風(fēng)器會(huì)明顯改善通風(fēng)效果，但也無(wú)法跟平直方-圓進(jìn)氣條件相比。對(duì)于進(jìn)口流場(chǎng)來(lái)說(shuō)后傳動(dòng)所占優(yōu)勢(shì)較明顯。而對(duì)于一些風(fēng)量較大，尺寸較大的大型風(fēng)機(jī)而言，若選用90°蝸殼進(jìn)氣方式通風(fēng)，加工、運(yùn)輸這么巨大的殼體都較難，加之又有很大的進(jìn)口損失，若沒(méi)有遇到特殊情況最好不要嘗試[3]。

對(duì)于離居民區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，功率為中等功率的采區(qū)較適合采用60°S彎道式通風(fēng)，此時(shí)電機(jī)的載荷通常不會(huì)增加太大負(fù)擔(dān)給60°S彎道，且無(wú)需停產(chǎn)就可進(jìn)行短路測(cè)試。除高塔長(zhǎng)軸傳動(dòng)方案外，其他幾項(xiàng)指標(biāo)所占優(yōu)勢(shì)都相對(duì)較明顯。

就通風(fēng)系統(tǒng)改造而言，通常無(wú)需改動(dòng)進(jìn)出口流道，若需把風(fēng)量與負(fù)壓均增大，通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)一般都能實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)在調(diào)整作業(yè)過(guò)程中，還應(yīng)重視相關(guān)風(fēng)速要求。

3.2 風(fēng)機(jī)單、雙級(jí)的選定

當(dāng)風(fēng)壓小于等于3 500 Pa時(shí)，最好選用單級(jí)風(fēng)機(jī)，而當(dāng)風(fēng)壓要求在4 000 Pa與5 000 Pa之間時(shí)，只能選用雙級(jí)風(fēng)機(jī)。雙級(jí)風(fēng)機(jī)具有三高一低的優(yōu)勢(shì)，其中三高主要指其產(chǎn)生的負(fù)壓高、風(fēng)量高、效率高，一低主要為轉(zhuǎn)速低。在負(fù)荷相同的情況下，使用雙級(jí)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)比使用單級(jí)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓高一倍，而各級(jí)的具體負(fù)荷只為單級(jí)的1/2，轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)較低，這樣雙級(jí)風(fēng)機(jī)可產(chǎn)生很多優(yōu)勢(shì)，如：強(qiáng)度儲(chǔ)備高、產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲與渦流噪聲小、軸承壽命高、流場(chǎng)好、且能適應(yīng)更寬的礦阻變化。通過(guò)科學(xué)、合理地改造多臺(tái)風(fēng)機(jī)，引入雙級(jí)風(fēng)機(jī)后，提高了風(fēng)機(jī)的靜壓效率、實(shí)際反風(fēng)率、并有效降低了風(fēng)機(jī)噪聲[4]。

4 新結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)的性能及特點(diǎn)

（1）葉片：選用高強(qiáng)度鑄鋁合金來(lái)做葉片，采用焊接式的葉輪。

（2）轉(zhuǎn)子：可用兩個(gè)裝有動(dòng)頁(yè)的輪盤與軸承箱來(lái)組成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分，軸承箱采用整體式結(jié)構(gòu)，易調(diào)整，且振動(dòng)小?？砂谚T鋼結(jié)構(gòu)的輪轂換為鍛鋁合金板焊結(jié)構(gòu)，這樣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量會(huì)變小，重量輕后運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性會(huì)變小，同時(shí)也會(huì)更易啟動(dòng)，更易制動(dòng)。

（3）采用蝸輪蝸桿與錐齒輪副機(jī)構(gòu)來(lái)做葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，這種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在2 min內(nèi)就可調(diào)整好整級(jí)葉片角度，具有精確省時(shí)省力，顯著節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，這樣會(huì)大幅降低風(fēng)機(jī)日常運(yùn)行成本。

（4）可采用油浴方式來(lái)潤(rùn)滑軸承箱，這種潤(rùn)滑方式結(jié)構(gòu)緊湊，且?guī)缀鯚o(wú)需日常維修。

（5）可采用具有剛擾性結(jié)構(gòu)式的聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器傳遞的是剛性的扭矩，同時(shí)在角向、軸向以及徑向都具有撓性特點(diǎn)。此外該聯(lián)軸器具有易安裝、易維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)[5]。

5 電氣控制系統(tǒng)的改造選型

高壓電抗器啟動(dòng)是同煤集團(tuán)很多舊式風(fēng)機(jī)主要采用的啟動(dòng)方式，這種方式運(yùn)行中的電機(jī)參數(shù)大多為固定，無(wú)法依據(jù)負(fù)載的實(shí)際變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，達(dá)到理想的啟動(dòng)效果較難，且這種啟動(dòng)方式升溫較快，若維護(hù)不及時(shí)，還易燒壞電機(jī)。在這次改造過(guò)程中，也改造了電控系統(tǒng)，采用了有水電阻軟起動(dòng)與晶閘管高壓軟起動(dòng)兩種方式，經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐檢驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)這兩種起動(dòng)方式均能很好地匹配于主機(jī)。

應(yīng)用水電阻軟起動(dòng)方式來(lái)起動(dòng)可使電動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷情況下平穩(wěn)啟動(dòng)，這樣產(chǎn)生的啟動(dòng)沖擊電流較小，且具有很好的可調(diào)性，在實(shí)際生產(chǎn)中，通常不會(huì)由于頻繁的啟動(dòng)而把電機(jī)燒壞，可有效降低日常運(yùn)行維護(hù)成本。

采用晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流可從零平滑升至設(shè)定值，沒(méi)有電流沖擊，同時(shí)機(jī)械負(fù)載沖擊轉(zhuǎn)矩也會(huì)變小，這樣可有效防止發(fā)生過(guò)壓效應(yīng)與水錘效應(yīng)，且可靠性更好，安全性更高[6-7]。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，礦井主扇風(fēng)機(jī)作為礦井的主要耗能設(shè)備，通過(guò)對(duì)礦井主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)、合理地改造，選用適合本礦井實(shí)際生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)，不僅可有效提高礦井主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，而且還能顯著降低礦井主扇風(fēng)機(jī)能耗，使礦井主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行更高效、更可靠，有助于更好地保障礦井安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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