變頻調(diào)速技術(shù)及其在礦用對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

梁文鋒

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦， 山西 忻州 034114）

1 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的簡(jiǎn)介

1.1 技術(shù)發(fā)展歷程

20世紀(jì)30年代初出現(xiàn)了該類(lèi)通風(fēng)機(jī)理論,當(dāng)時(shí)他安裝在法國(guó)莫丹的大型風(fēng)洞，使用兩臺(tái)沖擊式水輪機(jī)當(dāng)做是其動(dòng)力的來(lái)源，并進(jìn)行了一次風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，獲得了100～240 r/min轉(zhuǎn)速的綜合特性曲線(xiàn)。與此同時(shí)，還得出了葉輪在不同轉(zhuǎn)速的情況下，所產(chǎn)生的相對(duì)功率消耗曲線(xiàn)及特性曲線(xiàn)。20世紀(jì)末期，國(guó)內(nèi)對(duì)這種類(lèi)型通風(fēng)機(jī)的研究已經(jīng)逐漸普及開(kāi)來(lái)，關(guān)于其研究的重點(diǎn)，主要是經(jīng)過(guò)風(fēng)流流場(chǎng)運(yùn)算分析,解決葉片葉型在這種類(lèi)型通風(fēng)機(jī)上的使用,進(jìn)而提高通風(fēng)機(jī)的效率，減輕其所產(chǎn)生的噪音。隨著通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷深入，對(duì)該種類(lèi)型的通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)又作出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其整體性能又發(fā)生了極大的改觀[1]。

1.2 特性介紹

該種類(lèi)型的透明風(fēng)機(jī)，通過(guò)結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化，他的特性也發(fā)生了相應(yīng)的變化，使其各方面的耗損情況得到了有效緩解。第一，在通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)上，將靜葉取消也就不會(huì)出現(xiàn)靜葉損失的問(wèn)題，所以這類(lèi)通風(fēng)機(jī)的工作效率有了極大提升，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的通風(fēng)機(jī)；第二，他的反向送風(fēng)能力較強(qiáng)；第三，依據(jù)差異化的風(fēng)量、風(fēng)壓需求，這種類(lèi)型的通風(fēng)機(jī)能夠使用三種不同的運(yùn)行方式，包括Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)葉輪一并運(yùn)行、Ⅰ級(jí)葉輪靜止,Ⅱ級(jí)葉輪運(yùn)行、Ⅰ級(jí)葉輪運(yùn)行,Ⅱ級(jí)葉輪靜止。這三種運(yùn)行方式極大地拓寬了其應(yīng)用范圍；第四，兩級(jí)葉輪分別由2臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)的方式,便于依據(jù)礦井的風(fēng)壓、風(fēng)量變化，進(jìn)而對(duì)通風(fēng)機(jī)的特性，進(jìn)行隨時(shí)隨地的變換。因?yàn)樵擃?lèi)型的通風(fēng)機(jī)具備上述特點(diǎn)，當(dāng)使用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)該類(lèi)型通風(fēng)機(jī)的Ⅰ、Ⅱ級(jí)葉輪進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)行時(shí)，能夠極大地改善該類(lèi)型通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓-風(fēng)量的綜合氣動(dòng)特性等，進(jìn)而達(dá)到高效合理、經(jīng)濟(jì)適用的運(yùn)行狀況，使其各方面性能趨于完善[2]。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理

對(duì)通風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)速進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)與控制，是通過(guò)減少空氣動(dòng)力，進(jìn)而完成節(jié)能目的的一種方式，他與通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行控制的方式相比較節(jié)約能源效果顯著。依據(jù)電機(jī)學(xué)的相關(guān)原理，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度公式為：

上述公式表明，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n和的電源頻率f呈現(xiàn)出一種線(xiàn)性關(guān)系，如果電機(jī)定子磁極的對(duì)數(shù)p、轉(zhuǎn)速差率s保持不變，只要改變電源頻率f，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n就能夠，發(fā)生相應(yīng)的變化[3]。

如圖1所示，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況在A點(diǎn)時(shí)，代表風(fēng)量的Q1、負(fù)壓的H1，這時(shí)軸功率的N1是Q1H1相乘的面積，也就是AH1OQ1；當(dāng)風(fēng)量變化從Q1→Q2時(shí)、負(fù)壓從H1→H2時(shí)，若應(yīng)用常規(guī)的風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)法，那么通風(fēng)機(jī)的特性曲線(xiàn)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，由（3）→（4），通風(fēng)機(jī)則由A點(diǎn)→B點(diǎn)工作運(yùn)行，軸功率也會(huì)變成N2是BH2OQ2形成的面積。從上圖可以發(fā)現(xiàn)，H2H3CB形成的面積，就是風(fēng)門(mén)所得損耗的多余功率，這種損耗對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，是一種嚴(yán)重的浪費(fèi)。

圖1 通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)原理示意圖

所以根據(jù)通風(fēng)機(jī)的比例定律，其在速度調(diào)節(jié)之后，特性曲線(xiàn)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是n時(shí)，代表風(fēng)量的Q會(huì)同比例的下降，負(fù)壓H代表平方關(guān)系的下降等。當(dāng)應(yīng)用變頻裝置時(shí)，其各方面變化如表1所示。

表1 頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)速度、風(fēng)壓及軸功率之間的關(guān)系

由表1可知，當(dāng)?shù)V井的實(shí)際風(fēng)量需求發(fā)生變化時(shí)，對(duì)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其他的數(shù)據(jù)參數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這時(shí)軸功率就會(huì)降低或是上升，而輸出功率的降低，也就意味著節(jié)約能源的目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在旋軸流式通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

某礦井為了可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，選用了型號(hào)為FBCDZ-6-№18的對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，該通風(fēng)機(jī)配備了2×110 kW、380 V的電動(dòng)機(jī)，在實(shí)際的應(yīng)用中獲得了不錯(cuò)的效果，詳見(jiàn)表2。

由表2可知，在正常的工作狀態(tài)下，Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)動(dòng)葉變速調(diào)頻同步運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的能源節(jié)約效果非常明顯；按照礦井的實(shí)際需求，以及通風(fēng)機(jī)的特性，經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)的使用，可以產(chǎn)生很好的能源節(jié)約效果，節(jié)能的幅度在12%～51%左右；在實(shí)際作業(yè)中，受到礦井管道分布的影響，會(huì)使該類(lèi)型通風(fēng)機(jī)的使用出現(xiàn)一定的誤差，為了防止這種誤差的出現(xiàn)，可以使用調(diào)節(jié)葉輪特性的方式，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的完美運(yùn)行，通過(guò)對(duì)比表中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)葉輪的變化有著明顯的差異性。

表2 通風(fēng)機(jī)變頻數(shù)據(jù)（實(shí)際測(cè)量）

4 結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)，為礦產(chǎn)開(kāi)采事業(yè)的發(fā)展提供了極大的助力，特別是礦用對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用，極大地改善了礦井內(nèi)部的環(huán)境，使礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益獲得了極大的提高，為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展提供了一定的技術(shù)支持。

[1] 王濤.煤礦對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)的研究[J].科技視界，2014（9）：276；313.

[2] 陳一兵.煤礦對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)高壓變頻拖動(dòng)方案的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2013（6）：24-27；31.

[3] 袁國(guó)忠.變頻調(diào)速技術(shù)在礦用對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用與分析[J].煤礦開(kāi)采，2009，14（4）：67-69.