煤礦對旋軸流式通風機的改進設計探析

李春潮

（晉能控股煤業集團晉城煤炭事業部寺河煤礦， 山西 晉城 048205）

引言

對旋軸流式通風機主要是由送風筒、進風口處集流器、擴散系統、功能主機等構成，為了預防通風機在運行時葉輪逆向旋轉速度加快，摩擦產生火花，因此把銅環裝置設置在其回輪處，而且風機中的電動機安裝的防爆電機是專屬的[1-2]。這種通風機的優點是具有較高的風壓、較大的風量、較高的工效，并在我國煤礦行業中普遍使用，可是由于煤礦行業持續上升的機械化生產，持續提高了井下工作面對風壓與風量方面的要求。

1 煤層概述

沁水煤田的東南側為寺河礦所處的位置，并且寺河礦是高瓦斯礦井，瓦斯在每噸煤中的占有量西井區與東井區對應的分別是21.8 m3、13.76 m3，并且礦西井區瓦斯的絕對與相對的涌出量分別是694.5 m3/min、101.85 m3/min。當對瓦斯進行治理時，按照“監測監控、以風定產、先抽后采”的方針。斜井開采使用的通風方法是中間并列式，而且此方法具有輔助性，在開采時產生煤塵，采用機械抽出法。當進行通風時，寺河礦使用的通風機主要有兩種，分別是BDK-10-NO40、BDK-8-NO32，對應的功率分別是1120 kW×2、560 kW×2，二者都是一個使用一個備用。對旋軸流式通風機的2 個葉輪的葉片都是機翼型鑄鋼的，并把通風板安裝在了葉輪的前側與后側，用螺絲對電機進行固定，法蘭盤與機殼的連接是使用具有螺旋的螺釘實現的，用鋼板把機殼和輪翼焊接在一起。寺河礦是經過對風道節流板與風機中風片的角度進行調節來實現對風量的控制。有1 臺風機的鉚釘連接著機殼與銅襯，可是由于其鉚釘發生墜落，擊壞了風機的葉片，造成風機不能供風，更換擊壞的葉片之后，還有性能不符、喘振裕度不足等狀況出現。本著方案設計的適用性以及可安全高效施工的原則，重新改進與設計了礦用對旋軸流式通風機的葉輪，用來把其采用過程中發生的問題進行解決，使葉輪的質量下降，工效提高，電能的節約。

2 礦用對旋軸流式通風機性能的具體要求

與煤礦的通風條件相結合，基于電機的功率不發生改變，以表1 中的各項性能參數為依據，來對風機性能重新改進與設計。對出現在寺河礦對旋軸流式通風機中的問題（如喘振裕度不足）進行解決，所以對通風機進行了檢查，經過檢查得知，在出現喘振的是當負壓是2.2～2.6 kPa 的進口范圍，由于要把喘振裕度增強，就要把進口位置的真實負壓，調大到2.7 kPa，并且還有優化通風機的扇葉的設計，而且使用的葉片為鑄鋁，有利于葉片在優化之后進行角度的調整。

表1 本煤層通風所使用對旋軸流式通風機性能參數取值

3 對旋軸流式通風機改進設計

3.1 氣動的設計

由于要在功率相同的情況下符合性能與設計質量等方面的條件，必須要和航空發動機壓氣機系統相關設計原理相結合。來對礦用對旋軸流式通風機進行氣動的設計。

3.1.1 總體結構

氣動的設計的總體結構會選取準三維流面通流程序來實現。設計結果具有合理性與準確性是該程序的優點，并普遍使用于航空發動機壓氣機有關的氣動設計中。設計的流動方程依據的是與其有關的理論，流場氣動結構的得出按照的是氣動方程。由于在改進之后的葉輪段連接著通風機與之前的葉輪，所以，目前先小面積的對通風機里面的流場結構進行改進。由于流道的不對稱性，所以一定要把抽氣和吸氣等流程考慮進來，而且對流道的設計使用的是平直型。

3.1.2 葉片的設計

在對通風機的葉片進行設計時，選取的技術主要是擴散葉型，該技術不但能使葉片質量更薄，還可以把葉片的稠度與裕度保持在一個較高的值，由于葉片質量更薄，所以輪盤的負荷有所下降。并把航空發動機壓氣機葉片設計原理作為參考，對于設計葉片的主要方法為徑向扭轉、彎曲堆積、局部前掠。

3.2 改進工藝與結構

對葉片與輪毅的材質進行改進。對葉片與輪毅進行制作所使用的材料是ZL-105 A 鑄鋁，此材質不但在功能方面能夠達到條件，還可以把葉輪組件的質量減小，把葉輪軸與電機負荷之間由于摩擦而導致的損壞下降，使電機、葉片與輪毅的使用期限延長。輪毅把前、后盤連接的方法由焊接變成螺栓，把輪毅可靠運行水平得到提高，預防風機由于焊接緊密性差而造成故障發生。銅襯與機殼的連接使用的鉚釘，把機殼和鉚釘釘帽焊接在一起，達到兩層保護的作用，使其牢固性增強，預防了由于鉚釘墜落而導致葉片損壞，并把銅襯在機殼里面進行固定。調節葉片角度的方法要進行改變，之前的方法是按照輪毅表面的刻度來實施的，現在要在葉片的其他位置分別安裝限位塊，控制和調整葉片的角度可以經過限位塊來實現；當制作葉片與輪毅時，使用的方法是機加成型、金屬澆筑，并對其進行安裝與校正，在結束安裝與校正后就能進行噴漆。把葉輪與支撐板之間的距離增大，能夠預防支撐板對葉輪氣流所帶來的影響，經過對葉輪的平衡性的保持，可以使風機平穩運行得到提升。

3.3 變頻調速

目前，寺河礦礦井只保存了風道節流板控制的風量與風機葉片的角度的調節，此方法的缺點是會損失不小的功率、運行效率比較低。被用于通風的機械的作用主要是保障煤巷在采煤時的效率與安全性，由于要實現這個目標，當煤礦開采時，不能把通風機關閉，所以，通風機是煤礦最耗電的設備之一。并且保存的這兩種控制方法更加浪費了能源，所以，對旋軸流式通風機使用的節能原理應該是將變頻調速，來實現節能的目的。經過分析發現，在改進對旋軸流式通風機的變頻調速之后，當煤巷進行掘進時，若不需要太大的送風量，就可以進行適當的調節和把風機的轉速對應著也下降，按照其詳細介紹，若實際供風量占額定供風量的70%，那么就風機而言，其實際的轉速占額定轉速的70%，并且實際轉速是被控制而下降，其軸功率一定要下降到其額定軸率的34.3%。在改進對旋軸流式通風機變頻調速之后，提高了風機的運轉效率與節能運轉成效非常明顯。

4 結語

旋軸流式通風機被寺河礦應用時，有葉片受損的情況發生，進而導致工率偏低、喘振裕度不足等情況發生，在學習借鑒航空發動機壓氣機系統相關設計原理的基礎上，把對旋軸流式通風機設計成平直型流道。實際使用結果表明，避免出現喘振負壓為2.2～2.6 kPa 的進口范圍內，此措施消除了該礦通風機現存的喘振問題；風機在改進之后，其運轉效率為93.4%，而且在風壓相同時，能大幅度提高通風機的供風量。