淺談主通風機節(jié)能調(diào)節(jié)方式及特性分析

陳銘

摘 要：礦井主要通風機存在耗能大、“大馬拉小車”等能耗問題，在確保礦井正常通風需求的前提下，節(jié)能調(diào)節(jié)對礦井主要通風機降低能耗與提升礦井經(jīng)濟效益有重要意義。立足于節(jié)能調(diào)節(jié)，文章闡述了礦井主要通風機風葉調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式及其特性。

關鍵詞：礦井主要通風機；節(jié)能調(diào)節(jié)；方式；特性

中圖分類號：TD441 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0168-02

1 通風機風葉調(diào)節(jié)方式及特性

礦用軸流式通風機調(diào)節(jié)方法有很多種，如調(diào)節(jié)閘門、采用導流器、改變轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)通風機葉片等方式。相較于其他調(diào)節(jié)方法，葉片調(diào)節(jié)技術能夠確保通風機的經(jīng)濟運行，在確保礦井通風需求基礎上能夠大幅度降低通風機能耗。葉片調(diào)節(jié)主要是通過調(diào)整葉片安裝角度、葉片級數(shù)和數(shù)量等形式來達到改變通風機運行工況的目的。

1.1 改變?nèi)~片安裝角度

在忽略通風機工作中各種損失的條件下，軸流式通風機流量、軸線流速、流通面積三者之間的關系可用下式表達：

Qt=V？琢SO（1）

其中：Qt為計算得到的理論流量，單位：m3/s；V？琢為軸向流速，單位：m/s；So為流通面積，單位：m2。

對于一臺給定的礦用軸流式通風機而言，其流通面積值是一定得，因此，通風機的流量主要取決于軸向流速。葉片安裝角度？夼與通風機軸線流速V？琢之間的關系，如圖1所示。

分析上圖可以得到，通風機軸向流速V？琢與圓周速度u的比值大小呈固定值，此值大小由通風機氣流角β決定。當軸流式通風機圓周轉(zhuǎn)速確定時，通風機軸向轉(zhuǎn)速主要由氣流角大小決定。而通風機氣流角β與葉片的安裝角度θ值大小非常接近，并且氣流角隨著軸流式通風機葉片安裝角度的變化而變化，所以，改變通風機安裝角度就可以調(diào)節(jié)通風機的軸線流速，繼而實現(xiàn)對通風機風量的調(diào)節(jié)。礦井可依據(jù)正常開采所需風量推算出靜壓值，并根據(jù)礦井選用的通風機性能曲線找到對應的葉片安裝角度。此種調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點為設備簡單，不需要太多的維護工作量與資金投入，可通過調(diào)整葉片角度或電機反轉(zhuǎn)就能實現(xiàn)反風操作。

1.2 改變?nèi)~片級數(shù)

礦用軸流式通風機工作通常有2種工作級別，即I級和II級。兩種通風機工作級別提供的風量基本上相同，區(qū)別之處在于兩種通風機工作狀態(tài)所產(chǎn)生的通風機靜壓的差別。如礦井通風網(wǎng)絡發(fā)生變化，礦井通風阻力必然產(chǎn)生影響，可能會出現(xiàn)大幅增加或減小的情況，此時如仍然按照原有的通風機工作狀態(tài)運行，勢必會造成通風機供風不足或能耗增加的現(xiàn)象；為確保通風機的經(jīng)濟運行，可是據(jù)情況調(diào)整通風機葉片級數(shù)。葉片級數(shù)變更時，通風機工作效率會有小幅度的降低。

1.3 調(diào)整葉片數(shù)量

軸流式通風機風壓計算公式為：

pt=？棕wCyZ？籽/4？仔（2）

其中：pt為軸流式通風機風壓，單位：Pa； w為通過軸流式通風式氣流的相對速度，單位：m/s；？棕為通風機轉(zhuǎn)動角速度，單位：rad/s；？籽為氣流密度，單位：kg/m3；Cy為氣流的上升系數(shù)；Z為軸流式通風機葉片數(shù)量；B為葉片弦長，單位：m。

由上式可知，通風機風壓與葉片數(shù)量呈一定比例關系，調(diào)整通風機葉片數(shù)量可改變通風機風壓，進而調(diào)整通風機功率與工況點。減少通風機葉片數(shù)量就可降低通風機風壓，反之即可增加風壓。然而，礦用軸流式通風機輪轂比與葉片弦長一般是固定的，通風機工作效率與葉片數(shù)量有一最佳取值區(qū)域。在葉片數(shù)量的最佳取值區(qū)域，通風機工作特性可通過改變通風機葉片數(shù)量來實現(xiàn)。

2 通風機變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式及特性

速度調(diào)節(jié)有電氣調(diào)節(jié)與機械調(diào)節(jié)之分，通過調(diào)整通風機轉(zhuǎn)速來改變通風工作效率。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的優(yōu)點在于轉(zhuǎn)速改變之后，通風機的工況效率改變幅度非常小，并不會對通風機的高效運行造成較大的影響；除此之外，變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)能力較強，能夠在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)通風機轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)速改變后不會造成壓力損失與風機葉輪的過度磨損，節(jié)能、經(jīng)濟性良好。礦用離心式通風機的變速調(diào)節(jié)裝置有很多種，常見的有變頻調(diào)節(jié)裝置、液力耦合器調(diào)速裝置、晶閘管串級調(diào)速、皮帶輪、雙速電機等，下面對幾種常見的變速調(diào)節(jié)方式進行介紹：

2.1 變頻調(diào)速

變頻調(diào)速的方法主要是通過改變交流電動機的電源頻率來達到調(diào)整通風機轉(zhuǎn)速的目的，其工作原理為異步電動機的同步轉(zhuǎn)速會隨著頻率而發(fā)生改變。變頻調(diào)速具有精度高、調(diào)速范圍廣、運行可靠、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，現(xiàn)已經(jīng)成為礦用交流電機的主要調(diào)速方式。

2.2 液力耦合器調(diào)速

液力耦合器調(diào)速是一種效率較低的調(diào)速方式，其適合與大型礦井通風機調(diào)速。此調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構較為簡單，不會造成諧波污染，具有較高的功率因數(shù)。但這種調(diào)速方式在使用中會出現(xiàn)滑差損失，造成較大的能量損耗，不利于通風機節(jié)能。

2.3 晶閘管串級調(diào)速

相較于液力耦合器調(diào)速方式，晶閘管串級調(diào)速并不會出現(xiàn)滑差能量損耗，產(chǎn)生的滑差能量會以電能的形式再次回到電網(wǎng)之中。但是此法的缺點功率因數(shù)低、并且會對電網(wǎng)造成諧波污染，系統(tǒng)中需要另設其他設備消除諧波。晶閘管串級調(diào)速是離心式通風機主要的調(diào)速方式，在一定調(diào)速范圍內(nèi)效率較高。

3 礦井主要通風機節(jié)能調(diào)節(jié)

3.1 離心風機節(jié)能措施

礦井離心式通風機的調(diào)節(jié)措施主要有兩種，即調(diào)節(jié)風門與轉(zhuǎn)速。而風門的改變雖能夠改變通風系統(tǒng)的風量與風壓，但此過程中會消耗大量的能量，不利于通風機節(jié)能。調(diào)節(jié)通風機風量時可通過調(diào)整風機轉(zhuǎn)速的方式，具體轉(zhuǎn)速的確定需通過詳細的技術論證。

3.2 軸流風機節(jié)能措施

葉片調(diào)節(jié)技術是礦用軸流式通風機常用的節(jié)能調(diào)節(jié)措施。在煤礦開采階段，在一定時期內(nèi)通風網(wǎng)絡阻力并不會出現(xiàn)大的變化，因此，礦井可依據(jù)正常開采所需風量推算出靜壓值，并根據(jù)礦井選用的通風機性能曲線找到對應的葉片調(diào)節(jié)參數(shù)。

4 結(jié) 語

隨著煤礦開采活動的進行，礦井通風網(wǎng)絡系統(tǒng)在不斷變化，如工作面推進、巷道長度及斷面積變化，礦井通風網(wǎng)絡的改變會導致通風系統(tǒng)阻力、風量發(fā)生改變。礦井主要是通風機需要根據(jù)開采各個時期的通風需求變化進行相應地調(diào)節(jié)，以確保礦井正常的通風需求以及降低通風機能耗。礦井通風機調(diào)節(jié)方法有很多種，如進口導葉或擋板調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)閘門、采用導流器、改變轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)通風機葉片等方式，生產(chǎn)實際中可根據(jù)需求選擇適當?shù)恼{(diào)節(jié)方法。相較于其他調(diào)節(jié)方法，葉片調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在節(jié)能方面有獨特的優(yōu)勢，能確保通風機的經(jīng)濟運行。

參考文獻：

[1] 巨廣剛.我國煤礦用通風機節(jié)能現(xiàn)狀分析[J].礦井安全與環(huán)保，2010，（6）.

[2] 于勵民，仵自連.礦山固定設備選型使用手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出 版社，2007.

[3] 姜筱瀛.礦井主通風機節(jié)能調(diào)節(jié)方式探討[J].煤炭工程，2012，（5）.