靜壓差法在抽出式通風(fēng)機(jī)安全管理中的應(yīng)用

曹艷軍

(1.山西省節(jié)能中心有限公司， 山西 太原 030045； 2.太原理工大學(xué)， 山西 太原 030045)

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局在〔2012〕99號文件中對煤礦在用通風(fēng)機(jī)提出檢測要求，依據(jù)AQ1011-2005《煤礦在用主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)安全檢測檢驗(yàn)規(guī)范》每年對高瓦斯礦井、突出礦井直徑1.8 m以下的風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢測檢驗(yàn)；其他的為3年一次檢測檢驗(yàn)[1]. 風(fēng)量是測試的主要參數(shù)之一，也是煤礦選擇通風(fēng)機(jī)的主要依據(jù)。目前測試通風(fēng)機(jī)風(fēng)量主要使用風(fēng)速法或皮托管法。風(fēng)速法主要利用智能多路風(fēng)速測試儀或人工利用風(fēng)表測試風(fēng)速，再計(jì)算風(fēng)量。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)智能多路風(fēng)速測試儀需要在通風(fēng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)下安裝，工作量大，影響煤礦企業(yè)正常生產(chǎn)，并且很容易損壞。人工利用風(fēng)表測試風(fēng)速對測試人員的技術(shù)要求比較高，需要測試人員有極高責(zé)任心；尤其在通風(fēng)機(jī)性能測試時(shí)，多次人工測試風(fēng)速會出現(xiàn)明顯的疲憊感，人為誤差增大；接近喘振區(qū)需要快速測取通風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況，以免對風(fēng)機(jī)造成損傷，人工測風(fēng)會略慢些。皮托管法安裝要求較高，在AQ1011-2005中要求皮托管在流速均勻的測定斷面安裝支撐架和皮托管，皮托管測頭應(yīng)超前支撐架100 mm，其余壓孔應(yīng)迎風(fēng)正對氣流，允許偏差不大于5°. 皮托管法存在定點(diǎn)不準(zhǔn)，測壓端在風(fēng)流沖擊下擺動(dòng)大，讀數(shù)不穩(wěn)定，現(xiàn)場有無測孔等問題[2].

1 靜壓差法測定風(fēng)量原理

靜壓差法測試風(fēng)量是在風(fēng)機(jī)入口處選擇兩個(gè)不同斷面(圖1)，通過測定1-1、2-2斷面面積和靜壓值計(jì)算出風(fēng)量[2-4]. 由于斷面1-1、2-2距離很近，所以1-1、2-2斷面間的阻力忽略不計(jì)，可以列出理想的流體力學(xué)方程：

(1)

P1、P2—1-1、2-2斷面的靜壓，Pa；

V1、V2—1-1、2-2斷面的風(fēng)速，m/s；

ρ—風(fēng)流空氣密度，kg/m3.

由流體流動(dòng)連續(xù)性方程得出：

Q=V1S1=V2S2

(2)

式中：

S1、S2—1-1、2-2斷面的面積，m2；

Q—風(fēng)量，m3/s.

聯(lián)合方程(1)、(2)可得：

民國 《潼關(guān)縣新志》。該志成書于民國二十年（1931），是趙鵬超于民國二十年回故鄉(xiāng)避暑時(shí)主持編寫的。是志記事始于上古，迄于民國十九年。全書分兩卷，正文分八門（《地理志》《建置志》《田賦志》《官師志》《人物志》《選舉志》《兵事志》 和 《藝文志》），約七萬字。據(jù)《凡例》記載：“篇內(nèi)資料，多取舊志”[3]，但趙鵬超在采用舊志史料的同時(shí)簡要地補(bǔ)入了嘉慶二十二年（1817）至民國十九年間（1930）的人事史料。其體例無創(chuàng)新之處，內(nèi)容太簡。如人物、官師等門，對舊志刪十之七、八，新增亦常以“無事可記”省略。

(3)

圖1 通風(fēng)機(jī)布置示意圖

用該方法測試風(fēng)機(jī)風(fēng)量理論上是成熟的。但當(dāng)兩斷面間的阻力不可忽略而將其忽略時(shí)，會導(dǎo)致所測試風(fēng)量偏大；可將兩斷面間的風(fēng)阻值R，根據(jù)具體情況進(jìn)行標(biāo)定以進(jìn)一步提高測量精確度，此時(shí)：

(4)

此公式利用檢定風(fēng)表裝置(標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)硐)，通過給定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量，取兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)斷面測取靜壓值，利用靜壓差法計(jì)算出風(fēng)量，與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量進(jìn)行比較調(diào)整風(fēng)阻值R；R值給定后不再調(diào)整，通過調(diào)節(jié)風(fēng)硐給定高速、中速、低速多個(gè)風(fēng)量值和靜壓差法測試風(fēng)量值進(jìn)行比較，接近標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量。并且風(fēng)量測試值相對穩(wěn)定，同一風(fēng)量值時(shí)，通過3次測取風(fēng)量值計(jì)算其算術(shù)平均值，與最大值、最小值的相對差值均不大于2.5%(檢測檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)AQ1011-2005規(guī)定值)。在實(shí)際運(yùn)用中需要測取風(fēng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)工況運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)下風(fēng)量和斷面1-1、2-2的靜壓值來修訂R值。在風(fēng)機(jī)性能測試時(shí)，現(xiàn)場條件滿足的情況下也可以人工用風(fēng)表測取最大、最小和中間風(fēng)量來比對風(fēng)量的準(zhǔn)確性。

2 在通風(fēng)性能測試中的應(yīng)用

測試前需要對通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場進(jìn)行勘測，根據(jù)現(xiàn)場條件制定出可行的測試方案。在制定測試方案時(shí)需要考慮因素有：

1) 人工改變阻力位置，與測點(diǎn)保持足夠的距離，確定在改變阻力時(shí)不影響測點(diǎn)的風(fēng)流穩(wěn)定，一般測點(diǎn)距離改變阻力位置最好控制在風(fēng)機(jī)直徑的5～10倍，這樣既可以保證數(shù)據(jù)的快速反應(yīng)也不影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2) 在給變阻力位置到壓力測試點(diǎn)之間的風(fēng)道無影響風(fēng)流穩(wěn)定的東西，并且無明顯的內(nèi)外漏風(fēng)現(xiàn)象。通風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口之間不得存在氣體循環(huán)。

3) 由于靜壓差法是通過靜壓差(ΔP)計(jì)算風(fēng)量的，因此ΔP愈大愈容易測試，得到的結(jié)果也就越準(zhǔn)確。在風(fēng)量一定的情況下，S2/S1越小ΔP愈大。選擇測試斷面S1、S2應(yīng)有明顯的面積差，一般情況應(yīng)S2/S1<0.75.

4) 布置靜壓測點(diǎn)位置，為了避免靜壓測量時(shí)出現(xiàn)誤差偏大，通常需要在通風(fēng)機(jī)正上方和左下、右下(120°夾角)處取直徑約為10 mm的圓孔(圖2)，測取通風(fēng)機(jī)的靜壓。

圖2 靜壓測點(diǎn)布置示意圖

通風(fēng)機(jī)測試前需要準(zhǔn)備的主要工作有：分別將斷面1-1、2-2上的3個(gè)靜壓孔用軟管串聯(lián)在一起，連接于通風(fēng)參數(shù)儀(氣壓表)上，測取斷面1-1、2-2的靜壓值。保證在連接中沒有漏氣現(xiàn)象，軟管在測試過程中不能出現(xiàn)被擠壓現(xiàn)象。同時(shí)用電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行測試儀分別測取一級、二級電機(jī)功率。

測試時(shí)需要人為從通風(fēng)機(jī)最小阻力一直測試到風(fēng)機(jī)可以運(yùn)行的最大阻力(俗稱喘振)。在測試過程中斷面1-1、2-2的靜壓會隨著阻力的增大而增大，而風(fēng)量逐漸減?。粩嗝?-1、2-2的靜壓差值是隨著風(fēng)量的減小逐漸縮小的。測試過程中需要一直關(guān)注靜壓及靜壓差的變化，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)找出原因并排除后繼續(xù)測試。測試前期人為增加阻力時(shí)可幅度大一些，當(dāng)出現(xiàn)一級、二級功率接近時(shí)說明風(fēng)機(jī)進(jìn)入高效率區(qū)域，之后再增加阻力時(shí)會出現(xiàn)二級功率逐步超越一級功率，這時(shí)增加阻力的幅度需要逐步降低。此時(shí)特別關(guān)注斷面1-1、2-2的靜壓變化，當(dāng)小端面2-2的靜壓幾乎不增加時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行接近最高靜壓值，這時(shí)增加阻力時(shí)進(jìn)入微調(diào)，在增加阻力出現(xiàn)靜壓、功率回落時(shí)風(fēng)機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)，風(fēng)機(jī)的聲音也會發(fā)生變化，風(fēng)機(jī)測試完畢停機(jī)。

案例1：引用某煤礦新安裝通風(fēng)機(jī)測試報(bào)告部分?jǐn)?shù)據(jù)(表1,2)詳細(xì)解析。

表1 某礦通風(fēng)概況表

根據(jù)表2數(shù)據(jù)顯示,在第5測點(diǎn)時(shí)一級、二級功率接近，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行靜壓效率為70%. AQ1011-2005中要求主通風(fēng)機(jī)裝置運(yùn)行效率應(yīng)不小于最高效率的70%，即80%×70%=56%. 因此當(dāng)一級、二級功率接近時(shí)在高效率區(qū)域運(yùn)行。在第8測點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)一級、二級功率回落，斷面2-2靜壓增幅明顯低于斷面1-1靜壓增幅，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此時(shí)接近通風(fēng)機(jī)運(yùn)行最高靜壓。如果再繼續(xù)增加阻力時(shí)，人為減小進(jìn)風(fēng)面積不好控制，有可能直接進(jìn)去喘振區(qū)，對風(fēng)機(jī)造成損傷或出現(xiàn)事故?？紤]到安全，在第8測點(diǎn)測試完成結(jié)束此次檢測。

表2 某煤礦新安裝通風(fēng)機(jī)測試相關(guān)數(shù)據(jù)表

3 在通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行的過程中，礦井通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生改變，通風(fēng)阻力增加并長期運(yùn)行。為了保證通風(fēng)機(jī)在有效區(qū)域運(yùn)行，可以通過人為繼續(xù)短暫增加井下阻力，觀察大小斷面的靜壓和功率變化來判斷是否接近喘振區(qū)運(yùn)行。記錄風(fēng)機(jī)大斷面1-1的最大靜壓值(P大)，用P大×90%與通風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況的靜壓值(P工)做比較；P大×90%

4 結(jié) 論

靜壓差法測試風(fēng)量相對于其他方法比較容易實(shí)現(xiàn)，在實(shí)踐操作中比較簡單，配套工具只需要連接接頭、軟管和氣壓表就可以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場準(zhǔn)備工作量小，一般在通風(fēng)機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)安裝測試(利用風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒作為大斷面測試面，利用集流器處的環(huán)形斷面作為小斷面測試面)，并且測試過程數(shù)據(jù)穩(wěn)定、數(shù)據(jù)變化反應(yīng)靈敏，適合大部分礦井通風(fēng)機(jī)性能檢測檢驗(yàn)和通風(fēng)機(jī)日常監(jiān)控使用。建議將靜壓差法測試寫進(jìn)通風(fēng)機(jī)性能檢測標(biāo)準(zhǔn)中，作為標(biāo)準(zhǔn)測試方法之一，并在通風(fēng)機(jī)監(jiān)控使用中推廣應(yīng)用。