變頻裝置在煤礦主通風機上的應用

趙 勵

（晉城乾泰安全技術有限責任公司，山西 晉城 048006）

引言

主通風機作為煤礦重要通風設備，在新建礦井中為滿足生產需要，通常按生產所需最大風量進行風機選型，但是由于國家對煤礦統籌管理，礦井在基建到達二期后停工，礦井執行一停四不停政策，致使在實際運行中存在耗能大、效率低的問題。在對主通風機投入使用變頻控制以后，能夠解決“大馬拉小車”的問題，但是變頻運行中也存在一些風險。

1 煤礦主通風機結構

晉城地區某礦井于2014 年初安裝了型號為FBCDZ №38的對旋軸流通風機2 臺，每臺風機配用型號為YBF 800M1-10 額定功率1 000 kW 電機2臺，風量為13 860～26 820 m3/min，風壓為1 442～4 821 Pa，轉速580 r/min。

2 煤礦主通風機性能測定

通風機安裝試運轉正常后，該礦委托晉城乾泰安全技術有限責任公司對其通風機進行了性能測定，具體數據如表1 和圖1 所示。

圖1 換算后的主扇風機性能曲線圖

表1 在用主通風機系統氣動性能測定數據匯總表

結合通風機測定數據匯總表和性能曲線圖分析可以得出：

1）通風機運行第3～6 個工況點，為風機運行的合理利用區。

2）超過第6 個工況點靜壓時，風機會發生“喘振”現象，從而影響礦井的正常生產。

因此，建議礦方針對風機“喘振”極限點進行報警設置，即在通風機監測監控系統中加入“喘振”示警功能，當風機運行靜壓超過4 700 Pa 時，會發出報警，提示風機即將“喘振”，必須采取降阻措施，防止“喘振”現象發生，礦方聽從建議，在監測監控系統中添加了上訴保護，在之后運行的兩年內，風機運行一切正常。

3 煤礦主通風機故障及原因分析

兩年后，由于國家對煤礦統籌管理，礦井在基建到達二期后停工，礦井執行一停四不停政策，礦井用風量減小，礦方為降低能耗，采取通風機變頻運行的方式減少風量，從而達到降低能耗的目的，具體的實施方法是將通風機頻率降至19 Hz 運行，具體運行參數如下：

風量為109.07 m3/s；靜壓為761 Pa；主扇輸入功率為103 kW；風機效率為80.6%；振動為4.3 mm/s。

這樣運行半年后，礦井恢復正常生產，因而將風機運行頻率恢復到工頻狀態，剛恢復到工頻狀態運行后，就發生了風葉斷裂“掃膛”掃膛事故。

這次事故給礦方造成10 萬元的直接經濟損失，影響正常生產3 d 以上，間接經濟損失更是巨大，事故發生后，礦方邀請公司和風機制造廠家進行事故分析，通過嚴密科學的分析，得出事故的主要原因為過低的運行頻率，通風機檢修工對通風機每月一次的維護保養流于形式，未能及時發現風葉運行不正常為次要原因。理由如下：

根據通風機比例定律：

式中：Q1、H1、N1、n1、ρ1分別代表風機工頻的流量、靜壓、功率、轉速、密度，Q2、H2、N2、n2、ρ2分別代表風機變頻后的流量、靜壓、功率、轉速、密度。

通過計算，將通風機19 Hz 運行時的工況：風量為109.07 m3/s；靜壓為761 Pa；主扇輸入功率為103 kW；風機效率為80.6%；

換算到工頻運行下的工況：風量為279 m3/s；靜壓為4 525 Pa；主扇輸入功率為1 558 kW；風機效率為81.0%；

結合表1 和圖1 可以發現，換算后的數據在性能曲線圖中所處的位置在第6 到第7 個工況點之間，為風機的“喘振”運行區域，因此該通風機低頻運行時，實際上就是在該風機“喘振”運行區域運行，也正因為是低頻運行，典型風機“喘振”的表現，如：振動超標，噪聲過大，氣流、功率周期性變化等表現不明顯，現場值班人員和檢修工未能及時發現，導致該風機長期在“喘振”狀態下運行，風葉處于受傷狀態，當風機由低頻到工頻轉換時，風壓變化非常大，風葉受傷部位發生斷裂，造成了事故的發生[1-2]。

4 結論

1）煤礦用主通風機采取變頻運行時，不宜采取過低的頻率運行，一般最低不得低于30 Hz 運行，因為通過實驗得出，當風機低于30 Hz 運行時，典型風機“喘振”的表現，如：振動超標，噪聲過大，氣流、功率周期性變化等表現不明顯，對風機安全運行造成隱患。

2）當通風機使用變頻控制系統時，通風機的監測監控系統應加設通風機比例定律計算，將通風機實際低頻運行工況換算到工頻運行的工況，能夠保證所設置的“喘振”示警保護起到相應的作用。

3）通風機檢修工除了日常維護工作外，應每月進入風機，對每一片風葉進行檢查，排除隱患。