礦井主通風機風量測試方法與研究

張璟

（山西焦煤集團 臨汾宏大礦業有限責任公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

主通風機作為井下生產的重要安全設備，為了準確掌握主通風機的運行狀況，確保生產安全，需要對主通風機的風量和風壓進行監測，通風機的風量參數是決定通風機性能的關鍵參數，通過監測出的數據，為井下主通風機的管理和風量配置提供重要依據[1]。

1 靜壓差法測定風量

1.1 測量原理

根據流體力學理論[2]，以軸流風機為研究對象，當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換成各種能量，根據伯努利方程可以表述為，當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，對通風機內流通的氣體，統一當作不可壓縮的粘性流體，將兩路靜壓管從通風機整流環的兩端引出，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，求出通風機的風量。靜壓差法測量風量示意如圖1 所示。

圖1 軸流風機靜壓差法測風量Fig.1 Measuring air volume by static pressure difference method of axial fan

在通風機上選擇面積不同的2 個斷面1-1 和2-2，斷面2-2 位于軸流風機的一級電動機前，且在此斷面的機殼上布置多個靜壓孔和全壓孔，斷面1-1 位于一級電動機前，且在此斷面的機殼上布置多個靜壓孔。由于軸流風機的流通界面在不斷變化，風流從斷面1-1 向斷面2-2 流動的過程中，會出現能量損失，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，根據連續性方程可知，風流在流經2 個斷面時的質量相等，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，采用能量損失系數對其進行修正，得到主通風機的風量計算公式如下：

主通風機的靜壓計算公式如下：

式中：k 是能量損失系數，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，優先選擇在引風管道處，且選擇的2 個斷面盡可能距離較近，以保證2 個截面有穩定的風流；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，測量結果更加準確。

（2） 在測試前，首先要清楚通風機的最大流量和最大靜壓，可以進行初次測量得到結果，在測試時，性能曲線上遠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，讓測量的通風機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果。

（4） 在啟動主通風機前，首先對風道內部進行檢查和清理，防止在通風機運轉時，因吸入大量的異物而造成通風機的葉輪損壞，在測量時，要確保通風管道不漏氣、不堵塞，同時要注意2 個斷面之間不能出現漏風。

2 應用實例

宏大礦業有限責任公司的礦井設計生產能力為300 萬t/a，礦井的通風方式為中央并列式，進風口為主斜井和副斜井，回風口為東翼風井和中央風井，在東翼風井處安裝2 臺FBCDZ 型對旋軸流通風機，每臺通風機上再配套2 臺功率為280 kW 的防爆電動機，具體的布置示意如圖2 所示。

圖2 主通風機風量測試布置示意Fig.2 Air volume test layout of main fan

在通風機正常運轉時，井下的風流是通過水平天窗進入到地面風機風硐中，在岔口處進入運行的一號風機中，經過一級電動機和二級電動機后，在擴散器和擴散塔的作用下，將風流排到大氣中。對通風機進行性能測試時，通過立閘門將二號測試風機和一號運行風機隔離開，確保礦井能正常通風。

對FBCDZ 型通風機的風量采用人工風速法和靜壓差法進行測量，得到測量數據對比結果見表1。

表1 FBCDZ 型通風機測量數據Table 1 Measurement data of FBCDZ ventilator

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

根據標準狀態值，以風量為橫軸，風壓為縱軸，繪制標準狀態下主通風機的實際測量特性曲線，如圖3 所示。

從圖3 可以看出，FBCDZ 型通風機的風量在4～6 m3/s，風壓在800 ～2800 Pa?？梢?，采用靜壓差法測量主通風機風量，能達到相關測量要求，滿足相關標準性能，具有很強的實用性。

3 結 論

（1） 基于準定常流動理論，采用靜壓差法對主通風機的風量和風壓進行測量。

（2） 靜壓差法測量的主通風機的風量在4 ～6 m3/s，風壓在800 ～2800 Pa，最大相對誤差為2.8%，能達到相關測量要求，滿足相關標準性能，具有很強的實用性。