國內礦用通風機研究綜述

李浩達 胡雪原

(中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院 北京 100083)

一、礦用通風機介紹

通風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。對于礦用通風機，從用途來分，它有兩種：一種是主通風機(又稱主扇)，用來向井下輸送新鮮空氣，其流量較大，采用軸流式較合適，也有用離心式的；另一種是局部通風機(又稱局扇)，用于礦井工作面的通風，其流量、壓力均小，多采用防爆軸流式通風機。

按進出口的相對位置分類，主要有軸流式和離心式兩種，我國礦井使用的通風機主要采用軸流式，而且全國絕大多數礦井采用抽出式軸流通風機。20 世紀 90 年代以來不斷涌現出低損耗、高效率的新型通風機，如BDK、GAF等。[1]

圖1 對旋式通風機結構組成圖

二、國內研究現狀

(一)葉片參數

周峰[2]建立了通風機幾何模型和仿真模型，開展了不同葉片安裝角條件下對旋式通風機的仿真分析研究，得到了不同葉片前級安裝角和后級安裝角對通風機工作效率和壓力的影響規律。

對于葉片數量對軸流通風機性能的影響，金永平[3]等人應用計算流體力學軟件 Fluent仿真得出：存在一個前后兩級葉輪葉片數的最佳組合，此時通風機的氣動性能最佳(即：第一級葉輪葉片數為 13，第二級葉輪葉片數為 11)。在前后兩級葉輪最佳葉片數組合下，兩級葉輪軸向間隙的增大會增加通風機流道內氣流的摩擦損失，從而降低通風機的全壓和效率；減小兩級葉輪的軸向間隙可提高通風機的全壓和效率，但葉片的振動和通風機的噪聲會有所增大。而唐軍[4]等人以某礦用局部通風機為基礎，針對某種葉型，研究不同葉片數對其出口全壓的影響。得出局部通風機出口全壓隨葉片數增加先增大后減少，呈駝峰型，確定最佳葉片數為14。

基于葉片輪廓的研究，賀秋冬[5]等人研制了某FBD型礦用大型防爆對旋軸流局部通風機，并通過有限元分析采用局部加大葉片根部厚度的辦法，解決了高速、大機號通風機圓弧板葉片易斷裂的問題；謝遠輝[6]通過優化葉片前部底部輪廓線，改善了風機性能。

其余類型的研究主要涉及葉片設計方法、弦長比以及輪轂比等。如：李立本[7]基于渦流葉素理論，創新性地用航空翼型數據進行風機葉片設計，在沒有風機實驗條件的情況下，可酌情考慮采用此方法。劉紅蕊[8]通過改變第二級葉輪葉片弦長沿葉高的分布規律，初步優選的到了高壓比、高效率対旋式軸流風機的設計方案為弦長比0.8、輪轂比0.60。

(二)集流器相關研究

從集流器形式來看，劉洋[9]等人證明了總壓效率上圓弧形的集流器最高，圓錐形其次，圓筒形最差。王文才[10]應用Fluent軟件進行數值模擬并通過數值擬合放大的出集流器主要結構參數rD與局部阻力系數ζ的相關關系，得出合理結構參數r/D范圍在[0.24,0.32]內。劉俊[11]的研究結果顯示：0.22D以內的四種不同半徑的圓弧形集流器對進口流場及出口靜壓升并無明顯改善；電機前置加長了風機進口長度，對進口流場起到明顯的整流作用。

三、未來研究方向

隨著研究的深入，我們國家的通風機技術也得到了長足的發展，新型的通風機也得到了普遍的認可和廣泛的使用。即便如此，目前通風機仍然存在著提升空間，所以，還需要加強通風機在理論和技術方面的研究，制定出適合我國通風機的發展方向，而且應當在理論的基礎上加強技術操作，追求安裝便易、效率提升、安全運行、噪音降低，最終實現通風機的持續穩定發展。

同時，為了適應礦井通風的高效化，通風機要適時地推進智能化，即：研究通風機與通風網絡的匹配關系，以及風機個性化定制。