礦井主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量測試方法與研究

張璟

（山西焦煤集團(tuán) 臨汾宏大礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

主通風(fēng)機(jī)作為井下生產(chǎn)的重要安全設(shè)備，為了準(zhǔn)確掌握主通風(fēng)機(jī)的運行狀況，確保生產(chǎn)安全，需要對主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行監(jiān)測，通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量參數(shù)是決定通風(fēng)機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)，通過監(jiān)測出的數(shù)據(jù)，為井下主通風(fēng)機(jī)的管理和風(fēng)量配置提供重要依據(jù)[1]。

1 靜壓差法測定風(fēng)量

1.1 測量原理

根據(jù)流體力學(xué)理論[2]，以軸流風(fēng)機(jī)為研究對象，當(dāng)流體在變徑管道中流通時，流體的流量和變徑管的幾何尺寸會被轉(zhuǎn)換成各種能量，根據(jù)伯努利方程可以表述為，當(dāng)流體從一個大斷面流向一個小斷面時，其靜壓能會逐漸減小，而動壓能會逐漸增大。為了方便研究，對通風(fēng)機(jī)內(nèi)流通的氣體，統(tǒng)一當(dāng)作不可壓縮的粘性流體，將兩路靜壓管從通風(fēng)機(jī)整流環(huán)的兩端引出，一直延伸到差壓傳感器的輸入端，通過測量斷面的靜壓差和斷面尺寸，求出通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。靜壓差法測量風(fēng)量示意如圖1 所示。

圖1 軸流風(fēng)機(jī)靜壓差法測風(fēng)量Fig.1 Measuring air volume by static pressure difference method of axial fan

在通風(fēng)機(jī)上選擇面積不同的2 個斷面1-1 和2-2，斷面2-2 位于軸流風(fēng)機(jī)的一級電動機(jī)前，且在此斷面的機(jī)殼上布置多個靜壓孔和全壓孔，斷面1-1 位于一級電動機(jī)前，且在此斷面的機(jī)殼上布置多個靜壓孔。由于軸流風(fēng)機(jī)的流通界面在不斷變化，風(fēng)流從斷面1-1 向斷面2-2 流動的過程中，會出現(xiàn)能量損失，包括摩擦阻力和局部阻力，但由于流動過程中氣壓場和速度場是定常分布，因而將其近似看做準(zhǔn)定常流動[3]，且斷面1-1 和斷面2-2的水平高度一樣，忽略重力勢能對它的影響，根據(jù)連續(xù)性方程可知，風(fēng)流在流經(jīng)2 個斷面時的質(zhì)量相等，但由于流動過程中，能量損失的大小不能直接被測量出，因此，采用能量損失系數(shù)對其進(jìn)行修正，得到主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量計算公式如下：

主通風(fēng)機(jī)的靜壓計算公式如下：

式中：k 是能量損失系數(shù)，一般取0.96 ～0.99；S1、S2是斷面1-1 和2-2 的面積，m2；ρ1、ρ2是斷面1-1 和2-2 的空氣密度，k/m3；P1、P2是斷面1-1和2-2 的靜壓，Pa。

1.2 注意事項

（1） 在選擇斷面的過程中，優(yōu)先選擇在引風(fēng)管道處，且選擇的2 個斷面盡可能距離較近，以保證2 個截面有穩(wěn)定的風(fēng)流；2 個斷面的面積差要盡可能大一些，在截面位置容易引出靜壓管，使測量更加容易，測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（2） 在測試前，首先要清楚通風(fēng)機(jī)的最大流量和最大靜壓，可以進(jìn)行初次測量得到結(jié)果，在測試時，性能曲線上遠(yuǎn)離高效點的地方盡量少分布測點，靠近高效點的地方盡量多布置測點，讓測量的通風(fēng)機(jī)最高效率盡量靠近實際最高效率。

（3） 在測量靜壓時，如果測壓位置不容易引出靜壓管，可通過安裝畢托管進(jìn)行靜壓值的測量[4]，在安裝畢托管時，要確保畢托管的安裝方位，防止因速壓流入而影響測量結(jié)果。

（4） 在啟動主通風(fēng)機(jī)前，首先對風(fēng)道內(nèi)部進(jìn)行檢查和清理，防止在通風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)時，因吸入大量的異物而造成通風(fēng)機(jī)的葉輪損壞，在測量時，要確保通風(fēng)管道不漏氣、不堵塞，同時要注意2 個斷面之間不能出現(xiàn)漏風(fēng)。

2 應(yīng)用實例

宏大礦業(yè)有限責(zé)任公司的礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為300 萬t/a，礦井的通風(fēng)方式為中央并列式，進(jìn)風(fēng)口為主斜井和副斜井，回風(fēng)口為東翼風(fēng)井和中央風(fēng)井，在東翼風(fēng)井處安裝2 臺FBCDZ 型對旋軸流通風(fēng)機(jī)，每臺通風(fēng)機(jī)上再配套2 臺功率為280 kW 的防爆電動機(jī)，具體的布置示意如圖2 所示。

圖2 主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量測試布置示意Fig.2 Air volume test layout of main fan

在通風(fēng)機(jī)正常運轉(zhuǎn)時，井下的風(fēng)流是通過水平天窗進(jìn)入到地面風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中，在岔口處進(jìn)入運行的一號風(fēng)機(jī)中，經(jīng)過一級電動機(jī)和二級電動機(jī)后，在擴(kuò)散器和擴(kuò)散塔的作用下，將風(fēng)流排到大氣中。對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能測試時，通過立閘門將二號測試風(fēng)機(jī)和一號運行風(fēng)機(jī)隔離開，確保礦井能正常通風(fēng)。

對FBCDZ 型通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量采用人工風(fēng)速法和靜壓差法進(jìn)行測量，得到測量數(shù)據(jù)對比結(jié)果見表1。

表1 FBCDZ 型通風(fēng)機(jī)測量數(shù)據(jù)Table 1 Measurement data of FBCDZ ventilator

從表1 可以看出，采用人工風(fēng)速法測量的風(fēng)量值最大為5.43 m3/s，采用靜壓差法測量的風(fēng)量值最大為5.58 m3/s，相對誤差最大為2.8%，符合要求的5%以內(nèi)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值，以風(fēng)量為橫軸，風(fēng)壓為縱軸，繪制標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下主通風(fēng)機(jī)的實際測量特性曲線，如圖3 所示。

從圖3 可以看出，F(xiàn)BCDZ 型通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量在4～6 m3/s，風(fēng)壓在800 ～2800 Pa。可見，采用靜壓差法測量主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量，能達(dá)到相關(guān)測量要求，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)性能，具有很強(qiáng)的實用性。

3 結(jié) 論

（1） 基于準(zhǔn)定常流動理論，采用靜壓差法對主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行測量。

（2） 靜壓差法測量的主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量在4 ～6 m3/s，風(fēng)壓在800 ～2800 Pa，最大相對誤差為2.8%，能達(dá)到相關(guān)測量要求，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)性能，具有很強(qiáng)的實用性。