對(duì)旋通風(fēng)機(jī)性能及電機(jī)功率匹配試驗(yàn) *

趙聰敏

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦供電科,山西 大同 037003)

0 引 言

對(duì)旋通風(fēng)機(jī)是廣泛應(yīng)用在煤礦井下通風(fēng)換氣的設(shè)備，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的作用。對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，適用于井下巷道內(nèi)的布置，壓力系數(shù)高，能提供大流量的通風(fēng)量，采用多級(jí)氣動(dòng)力作用，具有較高的效率，對(duì)礦山、隧道等行業(yè)提供通風(fēng)的保證。在對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的使用中，由于礦山、隧道等對(duì)送風(fēng)距離的要求較高，使得對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的功率逐漸增加，性能逐漸提高，但同樣存在著兩級(jí)葉輪的功率分配不合理，造成葉片的損壞或者電機(jī)的燒毀，引起安全事故[1]。由于對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)理論較為欠缺，采用試驗(yàn)分析的方式對(duì)對(duì)選通風(fēng)機(jī)的性能和功率匹配進(jìn)行分析，為對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的使用及優(yōu)化提供參考。

1 對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的性能試驗(yàn)分析

對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括集流器、兩級(jí)葉輪和擴(kuò)散器等，對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)如圖1所示，氣流由入口進(jìn)入后經(jīng)兩級(jí)葉輪的作用后由出口排出[2]，采用某型號(hào)的對(duì)旋通風(fēng)機(jī)，對(duì)在不同葉片安裝角度下的通風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。

圖1 對(duì)旋通風(fēng)機(jī)流場(chǎng)示意

對(duì)旋通風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)管試驗(yàn)，在風(fēng)管中測(cè)壓，在不同的葉片安裝角度下得到的靜壓-流量的變化曲線如圖2所示。從圖2中可以看出，在曲線2中，隨著流量的減小，則對(duì)旋通風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓逐漸增加，這是由于對(duì)旋通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，隨著通風(fēng)距離的加長(zhǎng)，通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)阻會(huì)隨之增加造成的[3]；曲線3為改變?nèi)~片的安裝角度下的靜壓特性曲線，曲線3呈馬鞍形的分布，在最高點(diǎn)的左側(cè)時(shí)，壓力與通風(fēng)量失去對(duì)應(yīng)趨勢(shì)，這時(shí)風(fēng)機(jī)存在著喘振現(xiàn)象，通風(fēng)機(jī)失穩(wěn)，對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的安全性降低。在實(shí)際使用過程中，由于電壓的波動(dòng)容易造成對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，因此，對(duì)于實(shí)際使用工況的風(fēng)壓值要控制在最高壓力值的90%以內(nèi)，保證通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行[4]。同時(shí)，從圖2可以看出，在不同的葉片安裝角度下，對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工況是不同的，隨著葉片安裝角度的增加，則壓力-流量曲線逐漸向右移動(dòng)，說明對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工況的流量值有增加的趨勢(shì)，這對(duì)于對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的功率分配具有重要的影響[5]。

圖2 不同葉片安裝角度下的對(duì)旋通風(fēng)機(jī)壓力-流量曲線

2 對(duì)旋通風(fēng)機(jī)電機(jī)功率匹配分析

對(duì)旋通風(fēng)機(jī)在使用過程中，電機(jī)的燒毀主要發(fā)生在二級(jí)電機(jī)上，這是由于一級(jí)葉輪主要作為風(fēng)量的保證，二級(jí)電機(jī)則做功提高通風(fēng)的壓力，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的通風(fēng)。圖3中為在兩級(jí)葉片的安裝角度為44°和29°時(shí)不同工況下的兩級(jí)電機(jī)的功率匹配圖。從圖3中的兩級(jí)電機(jī)功率變化結(jié)合圖2中的曲線可以看出，當(dāng)送風(fēng)距離較短時(shí)，送風(fēng)量較大，此時(shí)的風(fēng)壓值小，第一級(jí)電機(jī)的輸出功率較高，而第二級(jí)電機(jī)的輸出功率值低，此時(shí)即表現(xiàn)為“大馬拉小車”現(xiàn)象；當(dāng)送風(fēng)距離增加時(shí)，系統(tǒng)受到的阻力系數(shù)增加，一級(jí)葉輪的負(fù)載首先達(dá)到最大值，然后送風(fēng)量逐漸減小，風(fēng)壓值增加，此時(shí)二級(jí)葉輪的功率增加，發(fā)揮增壓的作用，但這種增加幅度不能太大，否則容易造成二級(jí)葉輪的過載[6]。

由于對(duì)旋通風(fēng)機(jī)在使用過程中固定在風(fēng)道內(nèi)的固定位置，通過氣流的作用來進(jìn)行電機(jī)的冷卻。在長(zhǎng)距離通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)量減小，而造成兩級(jí)電機(jī)特別是二級(jí)電機(jī)的冷卻效率降低，使得電機(jī)的溫度升高，容易引起電機(jī)的燒毀。因此，在進(jìn)行長(zhǎng)距離的通風(fēng)使用時(shí)，對(duì)于對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的冷卻要特別注意，避免電機(jī)的燒毀。

圖3 安裝角度為44°和29°時(shí)兩級(jí)電機(jī)功率匹配圖

葉片的安裝角度對(duì)于通風(fēng)機(jī)的性能具有直接的影響，改變通風(fēng)機(jī)的葉片安裝角度，其送風(fēng)距離會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，不同工況下的最佳的安裝角也是不同的。圖4中所示為在葉片的安裝角度為55°和41°時(shí)的兩級(jí)電機(jī)的功率匹配圖。從圖中可以看出，在葉片的安裝角增加時(shí)，兩級(jí)電機(jī)的功率匹配度越高，同時(shí)兩級(jí)電機(jī)的輸出功率也較高，對(duì)于能源的消耗也比較大。從節(jié)能減排的角度看，應(yīng)該綜合考慮送風(fēng)距離的要求，確定最佳的葉片安裝角度，綜合考慮兩級(jí)電機(jī)的功率匹配。從電機(jī)的功率匹配圖中還可以看出，在不同的流量下可能出現(xiàn)的功率不匹配的現(xiàn)象，在實(shí)際進(jìn)行對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)使用中，可以據(jù)此對(duì)提高電機(jī)和通風(fēng)機(jī)的效率提供參考，并避免可能出現(xiàn)的過載情況，在實(shí)際的使用中，避免電機(jī)的過載燒毀，提高對(duì)旋通風(fēng)機(jī)使用的安全性。

圖4 安裝角度為55°和41°時(shí)兩級(jí)電機(jī)功率匹配圖

3 總 結(jié)

對(duì)旋通風(fēng)機(jī)是廣泛應(yīng)用在煤礦等行業(yè)的通風(fēng)設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊且壓力系數(shù)較高，能夠滿足長(zhǎng)距離的通風(fēng)需求。由于通風(fēng)距離的增加，對(duì)于對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的性能具有較高的要求，在使用中存在著電機(jī)燒毀的現(xiàn)象。針對(duì)對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的性能和兩級(jí)電機(jī)功率匹配進(jìn)行試驗(yàn)分析，改變?nèi)~片的安裝角度，對(duì)于通風(fēng)機(jī)的壓力-流量具有重要的影響，不同的葉片安裝角度下對(duì)應(yīng)的最佳工況的功率匹配不同。在實(shí)際進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)使用過程中，對(duì)于兩級(jí)電機(jī)功率的匹配，要依據(jù)特定的工況，確定最佳的送風(fēng)距離及葉片安裝角度，并綜合對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的能耗，合理的進(jìn)行兩級(jí)電機(jī)的功率匹配，避免出現(xiàn)電機(jī)燒毀的現(xiàn)象。合理匹配對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的兩級(jí)電機(jī)功率，提高對(duì)旋通風(fēng)機(jī)的綜合性能，為煤礦等行業(yè)的發(fā)展提供安全保障。