變頻調(diào)速在煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用探析

梁勇 徐帥

摘 要：煤礦礦井通風(fēng)技術(shù)是保證礦井安全、平穩(wěn)運(yùn)作的重要組成部分。本文簡(jiǎn)要介紹了礦井通風(fēng)的運(yùn)行特點(diǎn)以及通風(fēng)量調(diào)節(jié)的方法，主要敘述了變頻調(diào)速的發(fā)展、應(yīng)用于煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上所體現(xiàn)的節(jié)能技術(shù)以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速；應(yīng)用探析

在煤礦生產(chǎn)運(yùn)行中，通風(fēng)機(jī)的主要作用是對(duì)井下輸送新鮮空氣提高井下作業(yè)含氧氣的濃度，并且在一定程度上排出有害氣體。可以說(shuō)，礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況如何直接關(guān)系到煤礦上的生產(chǎn)作業(yè)安全。通常情況下技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)時(shí)所需要的風(fēng)速、風(fēng)量、壓力、溫度等指標(biāo)通過(guò)調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度大小、風(fēng)門(mén)等的控制手段來(lái)適應(yīng)工藝運(yùn)行需求。實(shí)際上，這樣的調(diào)節(jié)方式不僅造成大量能源浪費(fèi)及設(shè)備上的損耗同時(shí)也使得系統(tǒng)控制精確度上受到一定的限制[1]。

1.礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及通風(fēng)量調(diào)節(jié)方法

通常，在礦井的設(shè)計(jì)階段就會(huì)選定此礦井的通風(fēng)機(jī)以及傳動(dòng)電機(jī)。礦井通風(fēng)量的設(shè)置上通常是由井下人員量、礦井中瓦斯的涌出量以及通風(fēng)巷道德阻力等等因素所決定的。在通風(fēng)機(jī)滿速度運(yùn)行的時(shí)候其特性的曲線與礦井通風(fēng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)阻力特性的曲線的交點(diǎn)，是通風(fēng)機(jī)確定自然隕石時(shí)的工況點(diǎn)。但是，實(shí)際上這并不是煤礦礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行要求的工況點(diǎn)，造成這種狀況的原因主要分為以下幾點(diǎn)：一是，煤礦礦井中實(shí)際上的瓦斯涌出量通常要小于所預(yù)測(cè)的煤礦礦井瓦斯涌出量；二是，實(shí)際阻力特性曲線與預(yù)計(jì)上的煤礦礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力特性曲線不相同；三是，特性曲線會(huì)隨著采掘工作的進(jìn)行、推移而發(fā)生變化；四是，煤礦礦井的通風(fēng)需求量會(huì)隨著工人生產(chǎn)率、采煤方法以及產(chǎn)量的增減變化而可能會(huì)發(fā)生變化。五是，在節(jié)假日或是休息日亦或是在檢修期間，井下瓦斯涌出的量和工作工人的數(shù)量都會(huì)減少，從而實(shí)際上井下需要的通風(fēng)量也會(huì)減少。實(shí)際上，煤礦礦井通風(fēng)機(jī)的使用年限在十幾年，有的甚至是幾十年的時(shí)間。那么在設(shè)計(jì)使用的過(guò)程中，也是為了安全起見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)以及通風(fēng)機(jī)的規(guī)格都一定程度上留有余量，用以適用風(fēng)量、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力的變化及要求[2]。也正因?yàn)榇送L(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)及正常運(yùn)行都要求對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

那么，對(duì)于通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)，實(shí)際分為兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。一是對(duì)外部管網(wǎng)的特性進(jìn)行改變；二是改變通風(fēng)機(jī)本身特性曲線。將其分為風(fēng)機(jī)恒速、變速時(shí)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。

2.我國(guó)煤礦礦井通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)狀及變頻器的發(fā)展

煤礦礦井的通風(fēng)設(shè)備的選擇是保障井下安全作業(yè)的重要組成部分，其安全性、可靠性的要求是要放于首要位置的。在過(guò)去的礦井通風(fēng)設(shè)備技術(shù)選用中，直流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)存在著操作比較復(fù)雜且成本價(jià)格也較昂貴，而交流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)又存在一定缺陷與局限性。那么，綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的雙重考慮，在我國(guó)，煤礦礦井通風(fēng)機(jī)大多數(shù)采用交流電動(dòng)機(jī)的不調(diào)速拖動(dòng)，采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)與風(fēng)量調(diào)整的工作方式。而隨著變頻調(diào)速技術(shù)的逐漸成熟，具有著可靠性高、節(jié)能高效、調(diào)節(jié)操作靈活的新的交流變頻調(diào)速通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)將會(huì)成為這一領(lǐng)域的發(fā)展方向。

自20世紀(jì)80年代通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，共更新了五代產(chǎn)品，由最初的模擬式、數(shù)字式逐漸成熟到智能式、多功能型，最后到現(xiàn)代的集中型[3]。在更新?lián)Q代的過(guò)程中，通用變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，遍及多個(gè)工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，甚至應(yīng)用于家庭生活中。

3.通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外，對(duì)于軸流通風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面的調(diào)節(jié)方式，主要是通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)的葉輪葉片安裝角度、轉(zhuǎn)速、級(jí)數(shù)以及葉片片數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。將通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式又再次分為直流更換電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)化變頻調(diào)速等。那么，相比于其他的風(fēng)機(jī)調(diào)速方式，自動(dòng)化變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是，自動(dòng)化變頻調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無(wú)極調(diào)速，頻率（轉(zhuǎn)速）分辨率高并且調(diào)速的精度高；二是，變頻調(diào)速本身的特點(diǎn)就是在頻率發(fā)生變化之后，電機(jī)仍然可以處在這一頻率的同步轉(zhuǎn)速的附近運(yùn)行，這在基本程度上保持了額定的轉(zhuǎn)差率，使之不會(huì)增加轉(zhuǎn)差的損失。三是，功率因數(shù)高，在運(yùn)行的過(guò)程中可以降低輸電線路與變壓器的容量，節(jié)省投資。四是，在變頻裝置出現(xiàn)故障的時(shí)候可以退出運(yùn)行，而改為由電網(wǎng)進(jìn)行直接供電，這樣對(duì)于風(fēng)機(jī)的安全性、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行是很有利處的。五是，可以通過(guò)變頻器將電動(dòng)機(jī)由零速啟動(dòng)時(shí)連續(xù)的平滑加速直到電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行，即變頻裝置也可同時(shí)作為軟啟動(dòng)的設(shè)備[4]。

4.變頻調(diào)速的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)所具備的電動(dòng)機(jī)通常是交流異步電機(jī)，雖因其尺寸較小而且成本較低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用，但實(shí)際上也存在著調(diào)速?gòu)?fù)雜這一不可忽視的缺點(diǎn)。應(yīng)用交流變頻調(diào)速，通過(guò)提供給電動(dòng)機(jī)可變頻的電源來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上的控制。然而，在目前的理論研究中以表明若僅是依靠通過(guò)改變電源的頻率來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)控制是存在弊端的，這樣易造成電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)性能及穩(wěn)定性下降。因此，在利用交流變頻技術(shù)的時(shí)候通常會(huì)于恒功率等技術(shù)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。在煤礦礦井選用風(fēng)機(jī)時(shí)，通常是按照礦井的最大需風(fēng)量來(lái)進(jìn)行選擇的，這種情況其實(shí)比較容易形成通風(fēng)機(jī)實(shí)際是長(zhǎng)期處在低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下的，若不采用相應(yīng)解決措施，一定會(huì)造成電能的大量浪費(fèi)[5]。通過(guò)變頻調(diào)速的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)時(shí)的需風(fēng)量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流從而確保電能的節(jié)約，在保護(hù)供電網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)使通風(fēng)機(jī)能夠較大程度上保證有效的運(yùn)行、也延長(zhǎng)了其使用的壽命。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的分析敘述，可了解到通過(guò)變頻調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制的同時(shí)達(dá)到通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速，對(duì)提高其使用壽命及性能有著重要積極的意義的同時(shí)更加符合著我國(guó)節(jié)約能源的基本國(guó)策，可見(jiàn)將變頻調(diào)速應(yīng)用于煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的技術(shù)也是應(yīng)在設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的。

參考文獻(xiàn)

[1]李文濤.礦井主通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[D].青島科技大學(xué)，2013.

[2]孫曉章.淺析煤炭機(jī)電領(lǐng)域變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2013，32（02）：32-34.

[3]聶丹鳳.煤礦通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改造與設(shè)計(jì)[D].成都理工大學(xué)，2009.

[4]商坤，王建軍.變頻調(diào)速在煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].煤礦安全，2006（07）：18-20.

（作者單位：山東能源集團(tuán)、棗莊礦業(yè)集團(tuán)、田陳煤礦通風(fēng)工區(qū)）