彭莊煤礦主通風(fēng)機選型設(shè)計

張銀學(xué) 李加強 劉占羽

(1.臨沂礦業(yè)集團菏澤煤電有限公司彭莊煤礦，山東 菏澤 274700；2.臨沂礦業(yè)集團菏澤煤電有限公司，山東 菏澤 274700）

1 概述

彭莊煤礦采用中央并列抽出通風(fēng)方式，副井進風(fēng)，主井回風(fēng)，井下各采掘工作面、大型機電硐室具有獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。地面通風(fēng)機房安裝BD-Ⅱ-8-№24/2×220kW 型防爆抽出式對旋軸流通風(fēng)機兩臺，互為備用。隨著礦井的開拓延伸，需求風(fēng)量不斷增加，現(xiàn)有主通風(fēng)機不能滿足礦井安全生產(chǎn)的需要，現(xiàn)對礦井主通風(fēng)機進行選型設(shè)計，保證安全生產(chǎn)用風(fēng)量需求的同時，給下一步的礦井開拓延伸留有余量。

2 設(shè)計選型

困難期需求風(fēng)量：風(fēng)量Q=170.89m3/s，負(fù)壓H=2931Pa。根據(jù)以上參數(shù)，結(jié)合FBCDZ 系列（原BDK 系列）高效節(jié)能礦用防爆對旋式主通風(fēng)機特點及實測性能曲線，選型為FBCDZ N0.28 高效節(jié)能礦用防爆對旋軸流式主通風(fēng)機，額定轉(zhuǎn)速：740r/min。

配用電動機功率計算公式：

N=K×Q×H/(1000×η)

式中：

η-風(fēng)機效率，按0.75 計算；

K-功率儲備系數(shù)，一般取1.1～1.25。

按困難期配電機，則

N=1.25×170.89×2931/(1000×0.75)=835kW

為了保證風(fēng)機安全可靠運行， 選配YBF630M2-8 500kW×2 風(fēng)機專用隔爆型三相異步電動機，電壓為10kV， 額定頻率50Hz。

反風(fēng)時電機功率核算（按困難期反風(fēng)時核算）：

N=1.25×170.89×0.7×2931×0.72/(1000×0.3)=716kW ＜1000kW

從以上可以看出，風(fēng)機配套電機的功率滿足給定參數(shù)條件下，風(fēng)機正反風(fēng)時所需功率要求，保證風(fēng)機的安全運行。困難期，風(fēng)機葉片安裝角度0°，效率85%，且風(fēng)機調(diào)節(jié)余量較大（＞5°），既能經(jīng)濟運行，又有一定的安全裕度，選型合理，符合設(shè)計規(guī)范。以上風(fēng)量、負(fù)壓參數(shù)范圍為該風(fēng)機所能達到的氣動能力，而配套電機功率的選擇是根據(jù)用戶具體工況點參數(shù)確定，并按照國家有關(guān)設(shè)備選型規(guī)范留有合理的功率余量。

3 對旋風(fēng)機配套電機設(shè)計

過去的對旋風(fēng)機電機存在的缺點如：電機溫升高，軸承易損壞，輥壓抱軸，軸向防爆曲路抱軸等，充分發(fā)揮電機、風(fēng)機一體化組合優(yōu)勢，特殊設(shè)計對旋風(fēng)機配套電機，采取了如下優(yōu)良改進措施：

（1）調(diào)整電磁參數(shù)，降低電磁負(fù)荷，有效地降低溫升。

（2）選用優(yōu)質(zhì)進口材料，減少不必要的損耗。

（3）通過外吸風(fēng)口，冷空氣自然流入密封隔流腔內(nèi)的導(dǎo)流傘形罩，使電機的冷卻空氣一部分流過軸承表面，避免了此處的通風(fēng)死區(qū)，改善了電機軸承的自然散熱條件。

（4）電機軸承結(jié)構(gòu)選用三軸承配合結(jié)構(gòu)，能承受轉(zhuǎn)子自重和正、反轉(zhuǎn)運行時風(fēng)壓產(chǎn)生的軸向力。對軸承裝置進行優(yōu)化設(shè)計，在準(zhǔn)確計算電機受力的情況下，合理選擇滾動軸承，不但價格降低，還使其使用壽命大于20 萬小時。可從風(fēng)機機外注油孔對軸承進行加油。

（5）電機優(yōu)選雙軸伸結(jié)構(gòu)，且軸伸加粗，以配合葉輪的大徑向力。配套電機軸伸采用錐形軸伸，電機與輪轂采用錐形配合，利于葉輪的安裝、拆卸、維修。葉輪在電機軸上采用雙螺母雙止動墊圈固定。

（6）主機軸承選用SKF 進口軸承，嚴(yán)格入廠篩選，軸承的保持架裝置具有良好的油封性、防塵性和防水性。

（7）改進風(fēng)路元件，改善通風(fēng)效果，降低電機溫升。

4 提高風(fēng)機氣動性能和方便使用維護的設(shè)計措施

（1）通風(fēng)機采用葉格柵實驗資料進行空氣流動設(shè)計，使風(fēng)機具有氣動性能優(yōu)良、振動小、效率高、噪聲較低、高效區(qū)域廣的特點。該風(fēng)機最高靜壓效率達85%以上，效率比同類產(chǎn)品提高5%～15%以上，具有明顯的節(jié)能效果。

（2）對于風(fēng)機涉及的異型件，集流器、整流器、魚形管全部采用模具冷磙一次成型，確保風(fēng)機流道均勻光滑，有效地降低流道阻力，提高風(fēng)機流動性能。

（3）通風(fēng)機采用防爆軸流臥式安裝形式，可根據(jù)用戶要求，設(shè)計為側(cè)移式或軸移式。

（4）風(fēng)機整體采用分段組合式結(jié)構(gòu)，機殼為分半式，各部件下部設(shè)有滾輪。滾輪內(nèi)設(shè)滑動軸承，確保運轉(zhuǎn)輕快，使用維護方便?！皩πL(fēng)機用可調(diào)式腳輪”獲得國家實用新型專利技術(shù)證書。各部件之間用螺栓連接，螺栓采用4.8 級鍍鋅鈍化，并保證接縫連接處不漏風(fēng)。在通風(fēng)機進、出風(fēng)側(cè)配置檢修孔，并在風(fēng)機外殼上設(shè)有排液孔。

（5）葉片調(diào)節(jié)固定裝置。葉片在輪轂上固定，風(fēng)機輪轂上刻有明顯的葉片安裝角刻度，可根據(jù)生產(chǎn)用風(fēng)的需要在不用拉開主機情況下，在機外通過觀察窗用專用調(diào)節(jié)扳手任意調(diào)節(jié)葉片安裝角，也可拉開風(fēng)機，在機內(nèi)完成角度調(diào)節(jié)。如圖1 所示。

圖1 風(fēng)機調(diào)節(jié)示意圖

（6）電機設(shè)主電源接線盒、加熱器接線盒及定子繞組測溫和軸承測溫接線盒，方便接線。接線盒符合防爆防潮標(biāo)準(zhǔn)要求。風(fēng)機隨機安裝有測壓環(huán)，用來測量風(fēng)機負(fù)壓和流量。在風(fēng)機進、出氣側(cè)分別設(shè)有檢修人孔，方便現(xiàn)場檢修。風(fēng)機出線、檢修孔方向按一左一右布置。

（7）風(fēng)機采取低噪音設(shè)計。擴壓筒、天圓地方均帶有不銹鋼消音層，并配套消聲器，從空氣動力性噪聲、電機電磁噪聲、機械性噪聲三方面采取有效措施降低風(fēng)機運行噪聲。在周邊測量噪音在70分貝以下，符合職業(yè)病危害要求。風(fēng)機獲得“低噪聲礦用防爆對旋式主通風(fēng)機”國家實用新型專利技術(shù)證書。

（8）風(fēng)機配帶蝶閥及其配套的蝶閥控制箱，蝶閥能夠?qū)崿F(xiàn)電動與手動功能，可遠距離操作；配套聯(lián)接風(fēng)筒，保證蝶閥順利啟閉；帶加熱措施，防止冬季冷凝結(jié)冰。

5 風(fēng)機葉片設(shè)計

（1）計算葉片、葉柄危險斷面強度，設(shè)計保留有13 倍以上的安全系數(shù)，對葉片進行時效處理，并試驗振頻測試和模態(tài)分析，使其避開一、二級葉輪的激振頻率，避免出現(xiàn)共振。風(fēng)機葉片采用高強度鑄造鋁合金材質(zhì)，采用金屬模壓力鑄造，可有效避免普通砂型鑄造缺陷，使葉片強度、表面質(zhì)量更高，可確保在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性，提高葉片的防腐和耐磨性能。

（2）針對各個時期工況，應(yīng)用CFD 流場分析軟件，可對風(fēng)機運行工況進行流場仿真模擬，保證各個時期工況運行穩(wěn)定。如圖2 所示。

圖2 風(fēng)機整機流道壓力及速度流線圖

（3）葉輪采用優(yōu)質(zhì)鋼板制作而成，對葉輪、輪轂分別進行動平衡測試合格后，再對包括電機轉(zhuǎn)子和葉輪裝在一起的整機轉(zhuǎn)子做動平衡加載試驗，使風(fēng)機具有優(yōu)良的靜特性和動特性，確?？煽窟\行。試驗現(xiàn)場配套專用于風(fēng)機葉輪動靜平衡的10t 平衡機，可對直徑Φ4600mm 以下葉輪進行動靜平衡試驗，完全滿足2800mm 風(fēng)機試驗要求。

6 風(fēng)機長期運行的防腐措施

（1）風(fēng)機每一部分焊接成形后進行噴砂處理，要求噴砂處理后表面粗糙度達到Sa2.5，鋼材表面無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附加物，提高底漆和面漆的附著力。底漆噴涂兩次，漆膜厚度為60 ～80μm。風(fēng)機出廠時，再涂覆防腐聚氨酯面漆一次，漆膜厚度為20 ～30μm。

（2）對風(fēng)機的主要旋轉(zhuǎn)件葉輪，經(jīng)過加工成形、噴砂后，再采取特殊防腐處理，避免因流道內(nèi)腐蝕性氣體和潮濕引起的氧化腐蝕和銹蝕。

（3）風(fēng)機葉片采用鑄造高強度鋁合金材質(zhì)，表面采用磷化處理，確保在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐氣蝕、腐蝕性，提高葉片的防腐和耐磨性能。

（4）消聲器穿孔板采用鍍鋅碳素鋼板，吸聲材料采用高效防水材料。

7 結(jié) 語

彭莊煤礦主通風(fēng)機設(shè)計選型為具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的礦用風(fēng)機產(chǎn)品。風(fēng)機采用機、電、控一體化設(shè)計開發(fā)，特殊研制風(fēng)機配套電機、風(fēng)機配套電控和風(fēng)機配套實時在線監(jiān)測保護系統(tǒng)，確保風(fēng)機高效、節(jié)能、安全可靠運行。