第4章通风动力.ppt

1,安全工程学院 仲晓星,矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety,中国矿业大学多媒体教学课件,2,第4章 通风动力,3,本章将就对通风动力（来自于自然风压和机械风压）对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠4,4.1 自然风压 4.2 矿用通风机类型及构造 4.3 通风机工作参数及个体特性曲线 4.4 比例定律与通风机类型特性曲线 4.5 矿井主要通风机附属装置 4.6 矿井主要通风机联合运转 4.7 矿井主要通风机性能测定,主 要 内 容,5,问 题,自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？ 描述主要通风机特性的主要参数有哪些？其物理意义是什么？ 轴流式和离心式通风机的风压和功率特性曲线各有什么特点？在启动时应注意什么问题？ 何谓通风机的工况点？如何用图解法求单一工作或联合运转通风机的工况点？,6,基 本 概 念,空气在矿井中源源不断地流动，须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力 机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动。

机械风压——空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差，由通风机造成的能量差 自然风压——由矿井自然条件产生的能量差,7,4.1 自然风压,4.1.1自然风压及其形成和计算 4.1.2自然风压的变化规律及其影响因素 4.1.3自然风压的控制和利用 4.1.4自然风压测定,□,8,4.1.1自然风压及其形成和计算,一种现象：在非机械通风的矿井常观测到：风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒1、自然通风 由自然因素作用而形成的通风叫自然通风 冬季：空气柱0-1-2比5-4-3的 平均温度较低，平均 空气密 度较大，导致两空气柱作用 在2-3水平面上的重力不等 它使 空气源源不断地从井 口1流入，从井口5流出 夏季：相反 自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力差进、出风井空气柱由于密度不同引起的能量之差值，称为自然通风的压差或自然压差9,如图所示的井巷系统，1-4为水平线，2-3为水平巷道平硐及竖井开拓),p为井口的大气压，Pa；Z为井深，m；ρ为空气密度，kg/m3，则自然风压为：,10,4.1.1自然风压及其形成和计算,2、自然风压的计算 根据自然风压定义，右图所示系统的自然风压HN可用下式计算： 为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替上式的ρ1和ρ2，则上式可写为：,注意： 1）自然风压的计算必须取一闭合系统。

2）进风系统和回风系统必须取相同的标高 3）一般选取最低点作为基准面11,4.1.2自然风压的变化规律及其影响因素,1、自然风压的变化规律 自然风压的大小和方向，主要受地面空气温度变化的影响如右图，冬季地面气温低，空气柱0-1-2比5-4-3重，风流由1流向2，经出井口5排出；冬季地面气温高于井筒内的平均气温，风流由2-1排出；春秋，地面气温和井筒内空气柱的平均气温相差不大，自然风压很小，造成井下风流的停滞现象在一些山区，地面气温在一昼夜之内也有较大变化，所以自然风压也会随之发生变化，夜晚，1－2段进风；午间，2－1段出风12,4.1.2自然风压的变化规律及其影响因素,1、自然风压的变化规律,对于浅井，夏季自然风压出现负值； 对于我国北部的深井，全年自然风压均为正值13,2、自然风压影响因素 Hn=f(ρ,Z)=f [ρ(T,P,R,φ), Z]，即自然风压受温度、压力、气体常数、相对湿度及位置的影响 两侧空气柱的温度差 矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响自然风压的主要因素（地面入风气温和风流与围岩的热交换）其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同 矿井深度 当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。

深1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30%14,主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响由于风流与围岩的热交换，冬季回风井气温高于进风井，风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时期内仍存在温差，从而仍有一定的自然风压起作用，有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风工作 地面大气压、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小15,4.1.3 自然风压的控制和利用,自然风压作用的两面性－积极和消极措施： 新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应使在全年大部分时间内自然风压方向与机械通风风压的方向一致，以便利用自然风压例如，在山区要尽量增大进、回风井井口的高差；进风井井口布置在背阳处等16,适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能例如在冬季自然风压帮助机械通风时，可采用减小叶片角度或转速方法降低机械风压自然风压和通风机的联合作业） 在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路 利用自然风压做好非常时期通风。

一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风17,在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故四川某矿因自然风压使风流反向示意图,ABB’CEFA系统的自然风压为： DBB’CED系统的自然风压为： 自然风压与主要通风机作用方向相反相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台抽风机（向外）18,设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程： 式中： HS— 风机静压，Pa； Q — DBB’C风路风量，m3/S; RD、RC—分别为DB和BB’C分支风阻，N·S2/m8 两式相除： 此即AB段风流停滞条件式 当上式变为 则AB段风流反向 由此可知防止AB风路风流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A点安装风机向巷道压风19,19,临时风墙隔断法 主要通风机停止运转后，在总风流通过的巷道中的任何适当地点建立临时风墙隔断风流后，立即用压差计测出风墙两侧的风压差，即是自然风压 风硐闸门隔断法 首先停止通风机运转，立即将风硐内的调节闸门全部关闭，隔断自然风流，这时接入风硐闸门前的压差计的读数就是全矿的自然风压。

4.1.4 自然风压的测定,20,4.2.1离心式通风机 4.2.2轴流式通风机 4.2.3对旋式通风机,4.2 矿用通风机类型及构造,21,通风机类型 按服务范围分：主要通风机、辅助通风机与局部通风机 按构造矿用通风机可分为离心式和轴流式通风机□,22,主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机 必须昼夜运转，它对矿井安全生产和井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大 一般安装在地面上，也是矿井的重要耗电设备所以对主要通风机的选用，必须从安全、技术、经济等方面进行综合考虑23,辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机辅助通风机大多安装在井下，目前已很少使用 局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机局部通风机主要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论24,1、风机构造 离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图离心式通风机主要由动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等部件构成4.2.1 离心式通风机,25,根据通风机的叶片角度的不同，离心式通风机可分为径向式、后倾式和前倾式三种，β2为叶片出口的构造角，即为风流沿叶片移动的切线W2与圆周速度u2的夹角。

对于径向式β2为90°，后倾式β2大于90°，而前倾式的β2则小于90°β2不同，通风机的性能也不同 矿用离心式风机多为后倾式（效率高）26,2、工作原理 风机叶轮转动时，靠离心力作用（离心式通风机的命名由此而来），空气由吸风口进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后折转90°沿径向离开叶轮而流入机壳中，再经扩散器排出，空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通风阻力促使空气流动，达到了通风的目的4.2.1 离心式通风机,27,3 常用型号 目前我国矿山使用的离心式风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点 型号参数的含义举例说明如下： G 4 — 73 — 1 1 № 25 D 代表通风机的用途 表示传动方式 K 表示矿用通风机 通风机叶轮直径（25dm) G 代表鼓风机 设计序号(1表示第一次设计） 表示通风机在最高效率点时 表示进风口数,1为单吸,0为双吸 全压系数10倍化整 表示通风机比转速(ns)化整,4.2.1 离心式通风机,28,由动轮l，圆筒形机壳3、集风器4、整流器5、流线体6和环形扩散器7所组成。

集风器是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒流线体是一个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力4.2.2 轴流式通风机,动轮由固定在轮上的轮毂和等间距安装的叶片2组成,1、 风机构造,29,一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组成一段整流器用来整理动轮流出的旋转气流，以减少涡流损失为了提高通风机的风压，有些轴流式通风机安装两段动轮 环形扩散器是轴流式通风机特有的部件，其作用是使环状气流过渡到柱状气流时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使静压逐渐增加4.2.2 轴流式通风机,30,2 、 工作原理 （1）特点：当动轮转动时，气流沿等半径的圆柱面旋绕流出 （2）叶片安装角：在叶片迎风侧作一外切线称为弦线弦线与动轮旋转方向（u）的夹角称为叶片安装角，以θ表示可根据需要在规定范围内调整但每个动轮上的叶片安装角θ必需保持一致 通风机的风压、风量的大小与θ角有关，所以工作时可根据所需要的风量、风压调节θ的角度 国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调 为15°、25°、30°、35°、40°和45°七种， 使用时可以每隔2.5°调一次3）工作原理 当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u 移动。

处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流31,31,目前我国矿山常用的轴流式风机有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（对旋式）等系列轴流式风机型号的一般含义是： 1 K — 58 — 4 №25 通风机叶轮直径（25dm) 表示叶轮级数,1表示 单级，2表示双级 表示设计序号 表示用途，K表示矿用， T表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整 B D K 65 8 №24 防爆型 叶轮直径（24dm) 对旋结构 电机为8极（740r/min） 表示用途，K为矿用 轮毂比0.65的100倍化整,3 、常用型号,4.2.2 轴流式通风机,32,在构造上属于轴流式近年来，BD（K）系列对旋式通风机发展迅速，特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机 由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点,4.2.3 对旋式通。