第十三章 矿井通风设备 第一节 概 述一、矿井通风设备的作用 矿井通风设备：包括通风机组、电气设备、通风网路及辅助装置。 矿井通风设备的作用: 向井下输送新鲜空气，供人员呼吸，并使有害化学气体的浓度降低到对人体和安全无害的程度；同时，调节温度和湿度，改善井下工作环境，保证煤矿生产安全。 二、矿井通风方式和通风系统 通风方式：抽出式和压入式两种。 矿井通风系统：连接在一起的所有通风巷道及通风机构。 按通风机和巷道布置方式的不同，有三种通风系统 ：（a）中央并列式；（b）对角式；（c）中央边界式 （a）抽出式 （b）压入式 （a）中央并列式（b）对角式（c）中央边界式 三、矿井通风机的分类 主要通风机：负责全矿井或某一区域通风任务。 局部通风机：负责掘进工作面或加强采煤工作面通风用。 离心式通风机：气体沿轴向流入叶轮，在叶轮内转为径向流出； 轴流式通风机：气体沿轴向进入叶轮，经叶轮后仍沿轴向流出。 第二节 矿井通风机工作理论一、通风机的工作原理 图13-3 离心式通风机示意图 图13-4 叶轮结构示意图 叶轮 电动机绝缘等级 根据不同在允许电压下不导电的材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。它们的允许工作时候的温度分别为：90、105、120、130、155、180和180℃以上。 图13-5 轴流式通风机示意图 矿井主轴流式通风机 二、通风机的特性参数 通风机特性参数主要有流量、风压、转速、功率、效率等，其含义与水泵对应的特性参数基本相同 。 （一）风压 风压表征介质通过风机所获得的能量大小，单位为Pa。风机风压又可分为全压（H）、静压（ ）和动压（ ），分别指单位体积气体从风机获得的全部能量、势能和动能。三者的关系为 （二）风量风量指单位时间内通风机输送气体的体积，一般用 表示（单位为 ）。 （三）功率 功率又分为有效功率和轴功率。 （四）效率效率是有效功率与轴功率之比，分为全压效率 和静压效率 ，表达式分别为 三、离心式通风机的工作理论 与水泵的工作原理相似，工作理论的分析方法及结论也基本相同，其区别仅在于前者的工作介质是空气，后者是水。水的压缩性很小，可视为不可压缩的流体；而气体虽是可压缩的，但因通风机所产生的风压很小，气体流经通风机时密度变化不大，压缩性的影响也可忽略。因此，离心式通风机的速度图及计算公式与离心式水泵基本相同，可以直接将离心式水泵工作理论的有关公式作相应变动（扬程改为风压）而运用在离心式通风机工作理论的讨论中。 图13-6 离心式通风机的实际特性曲线 四、轴流式通风机的工作理论（一）轴流式通风机的基本理论方程 气流在叶轮中的运动是一个复杂的空间运动，为分析简便，采用圆柱层无关性假设，即当叶轮在机壳内以一定的角速度旋转时，气流沿叶轮轴线为中心的圆柱面作轴向流动，且各相邻圆柱面上流体质点的运动互不相关。也就是说，在叶轮的流动区域内，流体质点无径向速度。 图13-7 轴流式通风机叶轮图 相邻叶栅的间距称为栅距，叶片的弦线与叶栅出口边缘线的交角称为叶片安装角（通常以叶片与轮毂交接处的安装角标志叶轮叶片的安装角）  图13-8 平面直列叶栅速度图  （二）轴流式通风机的实际特性曲线 在风压特性曲线上有一段风机压力和功率跌落的鞍形凹谷段。在这一区段内，风机压力及功率变化剧烈，当风机工况落在该区段内，将可能会产生不稳定的情况，机体振动，噪声增大，即产生喘振现象，甚至损毁通风机，这是轴流式通风机的典型特点，因此，轴流式风机的有效工作范围是在额定工作点（最高效率点）的右侧 。 全压曲线全压效率曲线静压曲线静压效率曲线 第三节 通风机结构一、离心式通风机的结构（一）离心式通风机的组成及主要部件的作用 叶轮：将原动机的能量传送给气体，它由前盘、后盘、叶片和轮毂等零件焊接或铆接而成。叶片有前弯、径向、后弯三种，煤矿风机大多采用后弯叶片。叶片的形状一般可分为平板、圆弧和机翼型，目前多采用机翼型叶片来提高通风机的效率。 机壳：由一个截面逐渐扩大的螺旋流道和一个扩压器组成，用来收集叶轮来的气流，并导至风机出口，同时将气流部分动压转变为静压。 前导器：改变前导器中叶片的开启度，可控制进气大小或叶轮入口气流方向，以扩大离心式通风机的应用限制范围和改善调节性能。 集流器：引导气流均匀地充满叶轮入口，并减少流动损失和降低入口涡流噪声。 （二）典型离心式通风机的结构 1. 4-72-11型离心式通风机 4-72-11型离心式通风机是单侧进风的中、低压通风机。主要特征是效率高（最高效率达91％以上）、运转平稳、噪声较低、风量范围为1710～204000 m ／h，风压范围为290～2550 Pa，适用于小型矿井通风。 图13-11 4-72-1l型离心式通风机结构图 G4-73-ll型离心式通风机G4-73-11型离心式通风机是单侧进风的中、低压通风机。它的风压及风量较4-72-11型通风机大，效率高达93％，适用于中型矿井通风。该机与4-72-1l型的最大区别是装有前导器，其导流叶片的角度可在0 ～60 范围内调节，以调节通风机的特性。 图13-12 G4-73-11型离心式通风机结构图 二、轴流式通风机的结构（一）轴流式通风机的组成及主要部件的作用 叶轮：由若干扭曲的机翼型叶片和轮毂组成，叶片以一定的安装角度安装在轮毂上。导叶：固定在机壳上，其最大的作用是确保气流按所需的方向流动，减少流动损失。各种导叶的数目与叶片数互为质数，以避免气流通过时产生共振现象。集流器和疏流罩：使进入风机的气流成流线形，减少入口流动损失，提高风机效率。扩散器：使气流中的一部分动压转变为静压，以提高风机的静压和静压效率。 （二）典型轴流式通风机的结构 三、离心式与轴流式通风机的比较 （一）结构 轴流式风机：结构紧密相连，体积较小，重量较轻，可采用高转速电动机直接拖动，传动方式简单，但结构较为复杂，维修困难； 离心式风机：结构相对比较简单，维修方便，但结构尺寸较大，安装占地大，转速低，传动方式较轴流式复杂。目前新型的离心式风机由于采用机翼形叶片，提高了转速，使体积与轴流式接近。 （二）性能 轴流式风机：风压低，流量大，反风方法多；离心式风机则相反。在联合运行时，由于轴流式风机的特性曲线呈马鞍型，因此有极大几率会出现不稳定的工况点，联合工作稳定性较差；噪声大，所以应采取消声措施；平均效率高。 离心式风机：风压高，流量小，反风方法少；联合运行比较可靠；噪声小；最高效率比轴流式风机要高一些； （三）启动、运转 离心式风机启动时，闸门一定要关闭，以减小起动负荷；轴流式通风机启动时，闸门可半开或全开。在运转过程中，当风量突然增大时，轴流式风机的功率增加不大，不易过载，而离心式风机则相反。 （四）工况调节 轴流式风机：可通过改变叶轮叶片或静导叶片的安装角度，改变叶轮的级数、叶片片数、前导器等多种方法调节风机工况，特别是叶轮叶片安装角的调节，既经济、又方便可靠； 离心式：一般都会采用闸门调节、尾翼调节、前导器调节或改变风机转速等调节风机工况，其总的调节性能不如轴流式风机。 （五）适合使用的范围 离心式风机适应于流量小、风压大、转速较低的情况，轴流式风机则相反。通常当风压在（3～3.2）kPa以下时，应尽量选用轴流式通风机。另外，由于轴流式风机的特性曲线有效部分陡斜，适用于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井；而离心式风机的特性曲线较平缓，适用风量变化大而矿井阻力变化不大的矿井。 大、中型矿井：轴流式通风机； 中、小型矿井：叶片前弯式叶轮的离心式风机，因为这种风机的风压大，但效率低； 特大型矿井：大型的叶片后弯式叶轮的离心式风机，主要因为这种风机的效率高。 矿用隔爆型压入式 对旋轴流局部通风机1.主要用途和适合使用的范围??? 大多数都用在具有甲烷气体爆炸性危险的煤矿井下，供煤矿采掘工作面中、长距离通风。??? 通风机具有结构符合常理、效率高、节约能源的效果明显、噪音低、送风距离远等特点。是煤矿井下局部通风的理想设备。其结构特征为隔爆型、对旋、消声、轴流式。 2.结构特征??(1)该系列通风机由进风筒、主风筒、隔爆型电动机、第一级叶轮、第二级叶轮、扩压器六部分所组成。外筒及结构件均用钢板焊接而成，内筒用多孔板焊接而成，内外筒之间充填消声材料，各段风筒由法兰盘螺栓连接，采用叶轮与电机直联方式。该机结构紧密相连，坚固耐用，使用安全，维护方便。 (2)通风叶轮采用了对旋结构，通风机叶轮与机壳之间的径向间隙应为叶轮直径的1.5‰～3.5‰，两级叶轮等速对旋，互为反向，无定式导叶片，降低了风机内部阻力，提高了风机的效率。??? (3)该系列风机可一机多用，在巷道掘进过程中，根据通风机要求不同，第一级风机和第二级风机既可单独使用，也可两级同时运行。 (4)扩散消声筒出风口的凸缘法兰钻有均匀分布的小孔，用于连接变径短节或直接连接风机与胶质风筒时，其变径短节的形式可制成收敛或扩散式??? (5)两台电动机均可用于380/660V电压等级，由叶轮所输送的气流进行冷却。电动机的接线盒位于风机壳体外侧，以便于接线。接线盒内有六个接线端子和一个接地端子，用户根据电源电压选择接线V时，选用Δ接法；当电源电压为660V时，选用Y接法。风机出厂时电动机按Δ接线)该系列通风机的工作原理是第一级叶轮与第二级叶轮相距很近，分别由容量及型号相同或不相同的隔爆专用电动机驱动，第一级叶轮与第二级叶轮，旋转方向相反，即第一级叶轮顺时针方向旋转，第二级叶轮则逆时针方向旋转，叶片采用扭曲叶片，当空气流入第一叶轮获得能量后并经第二级叶轮升压排出，两级叶轮互为导叶，进而达到普通轴流式风机不易达到的高风压。 3.主要规格及技术参数 * 3 o o *

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