靜壓差法在抽出式通風機安全管理中的應用

曹艷軍

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

國家安全生產監督管理總局、國家煤礦安全監察局在〔2012〕99號文件中對煤礦在用通風機提出檢測要求，依據AQ1011-2005《煤礦在用主通風機系統安全檢測檢驗規范》每年對高瓦斯礦井、突出礦井直徑1.8 m以下的風機進行檢測檢驗；其他的為3年一次檢測檢驗[1]. 風量是測試的主要參數之一，也是煤礦選擇通風機的主要依據。目前測試通風機風量主要使用風速法或皮托管法。風速法主要利用智能多路風速測試儀或人工利用風表測試風速，再計算風量。實踐發現智能多路風速測試儀需要在通風機停止狀態下安裝，工作量大，影響煤礦企業正常生產，并且很容易損壞。人工利用風表測試風速對測試人員的技術要求比較高，需要測試人員有極高責任心；尤其在通風機性能測試時，多次人工測試風速會出現明顯的疲憊感，人為誤差增大；接近喘振區需要快速測取通風機的實際情況，以免對風機造成損傷，人工測風會略慢些。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，皮托管測頭應超前支撐架100 mm，其余壓孔應迎風正對氣流，允許偏差不大于5°. 皮托管法存在定點不準，測壓端在風流沖擊下擺動大，讀數不穩定，現場有無測孔等問題[2].

1 靜壓差法測定風量原理

靜壓差法測試風量是在風機入口處選擇兩個不同斷面(圖1)，通過測定1-1、2-2斷面面積和靜壓值計算出風量[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，可以列出理想的流體力學方程：

(1)

P1、P2—1-1、2-2斷面的靜壓，Pa；

V1、V2—1-1、2-2斷面的風速，m/s；

ρ—風流空氣密度，kg/m3.

由流體流動連續性方程得出：

Q=V1S1=V2S2

(2)

式中：

S1、S2—1-1、2-2斷面的面積，m2；

Q—風量，m3/s.

聯合方程(1)、(2)可得：

民國 《潼關縣新志》。該志成書于民國二十年（1931），是趙鵬超于民國二十年回故鄉避暑時主持編寫的。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《凡例》記載：“篇內資料，多取舊志”[3]，但趙鵬超在采用舊志史料的同時簡要地補入了嘉慶二十二年（1817）至民國十九年間（1930）的人事史料。其體例無創新之處，內容太簡。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 通風機布置示意圖

用該方法測試風機風量理論上是成熟的。但當兩斷面間的阻力不可忽略而將其忽略時，會導致所測試風量偏大；可將兩斷面間的風阻值R，根據具體情況進行標定以進一步提高測量精確度，此時：

(4)

此公式利用檢定風表裝置(標準風硐)，通過給定標準風量，取兩個不同的標準斷面測取靜壓值，利用靜壓差法計算出風量，與標準風量進行比較調整風阻值R；R值給定后不再調整，通過調節風硐給定高速、中速、低速多個風量值和靜壓差法測試風量值進行比較，接近標準風量。并且風量測試值相對穩定，同一風量值時，通過3次測取風量值計算其算術平均值，與最大值、最小值的相對差值均不大于2.5%(檢測檢驗標準AQ1011-2005規定值)。在實際運用中需要測取風機網絡工況運行穩定狀態下風量和斷面1-1、2-2的靜壓值來修訂R值。在風機性能測試時，現場條件滿足的情況下也可以人工用風表測取最大、最小和中間風量來比對風量的準確性。

2 在通風性能測試中的應用

測試前需要對通風機現場進行勘測，根據現場條件制定出可行的測試方案。在制定測試方案時需要考慮因素有：

1) 人工改變阻力位置，與測點保持足夠的距離，確定在改變阻力時不影響測點的風流穩定，一般測點距離改變阻力位置最好控制在風機直徑的5～10倍，這樣既可以保證數據的快速反應也不影響數據的準確性。

2) 在給變阻力位置到壓力測試點之間的風道無影響風流穩定的東西，并且無明顯的內外漏風現象。通風機進、出口之間不得存在氣體循環。

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

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

圖2 靜壓測點布置示意圖

通風機測試前需要準備的主要工作有：分別將斷面1-1、2-2上的3個靜壓孔用軟管串聯在一起，連接于通風參數儀(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象，軟管在測試過程中不能出現被擠壓現象。同時用電動機經濟運行測試儀分別測取一級、二級電機功率。

測試時需要人為從通風機最小阻力一直測試到風機可以運行的最大阻力(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，而風量逐漸減小；斷面1-1、2-2的靜壓差值是隨著風量的減小逐漸縮小的。測試過程中需要一直關注靜壓及靜壓差的變化，發現異常時及時找出原因并排除后繼續測試。測試前期人為增加阻力時可幅度大一些，當出現一級、二級功率接近時說明風機進入高效率區域，之后再增加阻力時會出現二級功率逐步超越一級功率，這時增加阻力的幅度需要逐步降低。此時特別關注斷面1-1、2-2的靜壓變化，當小端面2-2的靜壓幾乎不增加時風機運行接近最高靜壓值，這時增加阻力時進入微調，在增加阻力出現靜壓、功率回落時風機進入喘振區，風機的聲音也會發生變化，風機測試完畢停機。

案例1：引用某煤礦新安裝通風機測試報告部分數據(表1,2)詳細解析。

表1 某礦通風概況表

根據表2數據顯示,在第5測點時一級、二級功率接近，通風機運行靜壓效率為70%. AQ1011-2005中要求主通風機裝置運行效率應不小于最高效率的70%，即80%×70%=56%. 因此當一級、二級功率接近時在高效率區域運行。在第8測點時出現一級、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，根據經驗此時接近通風機運行最高靜壓。如果再繼續增加阻力時，人為減小進風面積不好控制，有可能直接進去喘振區，對風機造成損傷或出現事故。考慮到安全，在第8測點測試完成結束此次檢測。

表2 某煤礦新安裝通風機測試相關數據表

3 在通風機正常運行時的應用

通風機在正常運行的過程中，礦井通風系統發生改變，通風阻力增加并長期運行。為了保證通風機在有效區域運行，可以通過人為繼續短暫增加井下阻力，觀察大小斷面的靜壓和功率變化來判斷是否接近喘振區運行。記錄風機大斷面1-1的最大靜壓值(P大)，用P大×90%與通風機實際運行工況的靜壓值(P工)做比較；P大×90%

4 結 論

靜壓差法測試風量相對于其他方法比較容易實現，在實踐操作中比較簡單，配套工具只需要連接接頭、軟管和氣壓表就可以實現。現場準備工作量小，一般在通風機上就可以實現安裝測試(利用風機的風筒作為大斷面測試面，利用集流器處的環形斷面作為小斷面測試面)，并且測試過程數據穩定、數據變化反應靈敏，適合大部分礦井通風機性能檢測檢驗和通風機日常監控使用。建議將靜壓差法測試寫進通風機性能檢測標準中，作為標準測試方法之一，并在通風機監控使用中推廣應用。