矿井通风4矿井通风动力.ppt
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1、第四章 矿井通风动力,本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围,第四章 矿井通风动力,第一节 自然风压 一、自然风压及其形成和计算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,2、自然风压的计算 根据自然风压定义,上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
2、测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2,用其分别代替上式的1和2,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。二、自然风压的影响因素及变化规律 自然风压影响因素 HN=f(Z)=f(T,P,R,),Z 1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。2、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。,3、井深。HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。三、自然风压的控制和利用1、新设计矿井在选择开拓方案
3、、拟定通风系统时,应充分考虑利用地形和当地气候特点。2、根据自然风压的变化规律,应适时调整主通风机的工况点,使其既能满足矿井通风需要,又可节约电能。3、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。4、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。,5、在多井口通风的山区,尤其在高瓦斯矿井,要掌握自然风压的变化规律,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。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。ABBCEFA系统的自然风压为:
4、DBBCED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)。,设AB风流停滞,对回路ABDEFA和ABBCEFA可分别列出压力平衡方程:式中:HS 风机静压,Pa;Q DBBC风路风量,m3/S;RD、RC分别为DB和BBC分支风阻,NS2/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。,第二节 矿用通风机的类型及构造矿用通风机按其服务范围可分为三种:1、主要通风机,服务于全矿或矿井的某一翼(部分);2、辅助
5、通风机,服务于矿井网络的某一分支(采区或工作面),帮助主通风机通风,以保证该分支风量;3、局部通风机,服务于独头掘进井巷道等局部地区。按构造和工作原理可分为:离心式通风机和轴流式通风机。一、离心式通风机的构造和工作原理1、风机构造。离心式通风机一般由:进风口、工作轮(叶轮)、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。吸风口有:单吸和双吸两种。,叶片出口构造角:风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角,以2表示。离心式风机可分为:前倾式(290)、径向式(2=90)和后倾式(290)三种。2不同,通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。,2、
6、工作原理 当电机通过传动装置带动叶轮旋转时,叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转,获得离心力。经叶端被抛出叶轮,进入机壳。在机壳内速度逐渐减小,压力升高,然后经扩散器排出。与此同时,在叶片入口(叶根)形成较低的压力(低于吸风口压力),于是,吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道,自叶根流入,在叶端流出,如此源源不断,形成连续的流动。3、常用型号 目前我国煤矿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,K表示 表示传动方式矿用通风机,G代表鼓风机 通风机叶轮
7、直径(25dm)表示通风机在最高效率点时 设计序号(1表示第一次设计)全压系数10倍化整 表示通风机比转速(ns)化整 表示进风口数,1为单吸,0为双吸,二、轴流式风机的构造和工作原理1、风机构造 主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散(芯筒)器和传动部件等部分组成。叶轮有一级和二级两种2、工作原理(1)特点:在轴流式风机中,风流流动的特点是,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必需保持一致。(3)工作原理 当动轮旋转时,翼栅即以
8、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。,u,3、常用型号 目前我国煤矿在用的轴流式风机有1K58、2K58、GAF和BD或BDK(对旋式)等系列轴流式风机。轴流式风机型号的一般含义是:1 K 58 4 25 表示表示叶轮级数,1表示 通风机叶轮直径(25dm)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(
9、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4、对旋风机的特点 一级叶轮和二级叶轮直接对接,旋转方向相反;机翼形叶片的扭曲方向也相反,两级叶片安装角一般相差3;电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内,与通风机流道中的含瓦斯气流隔离,密闭罩中有扁管与大气相通,以达到散热目的。,第三节 通风机附属装置一、风硐 风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大,应尽量降低其风阻,并减少漏风。二、扩散器(扩散塔)作用:是降低出口速压以提高风机静压。扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。总的原则是,扩散器的阻力小,出口动压小
10、并无回流。三、防爆门(防爆井盖)在斜井井口安设防爆门,在立井 井口安设防爆井盖。作用:当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆 炸时,受高压气浪的冲击作用,自动 打开,以保护主通风机免受毁坏;在 正常情况下它是气密的,以防止风流短路。,四、反风装置和功能 作用:使井下风流反向的一种设施,以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区;有时为了适应救护工作也需要进行反风。反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有:1)设专用反风道反风;2)利用备用风机作反风道反风;3)轴流式风机反转反风 4)调节动叶安装角反风。要求:定期进行检修,确保反风装置处于良好状态;动作灵敏可靠,能在10min内改变巷
11、道中风流方向;结构要严密,漏风少;反风量不应小于正常风量的40%;每年至少进行一次反风演习。,作业,4-1,4-3,4-4,本次课的重点和难点,1、主要通风机的实际工作参数及工作特性;2、主要通风机水柱计读数;3、类型风机曲线与比例定律4、风机的工况点和合理工作范围;5、风机的联合运转,第四节 通风机实际特性曲线一、通风机的工作参数 表示通风机性能的主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率和转速n等。(一)风机(实际)流量Q 风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积,亦称体积流量。单位为 m3/h,m3/min 或m3/s。(二)风机(实际)全压Hf与静压Hs 全压Ht:是通
12、风机对空气作功,消耗于每1m3 空气的能量(Nm/m3 或Pa),其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。忽略自然风压时,Ht用以克服通风管网阻力hk 和风机出口动能损失hv,即:Ht=hR+hV,Pa 静压:克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS(Pa)。HS=hR=RQ2 因此 Ht=HS+hV,(三)通风机的功率 全压功率:通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt。计算式:Nt=HtQ10-3 KW 静压功率:用风机静压计算输出功率,称为静压功率NS。计算式:NS=HSQ103 KW 风机的轴功率,即通风机的输入功率N(kW)。计算式:或 式中 t、S分别为风机的全压和静压效率
13、。电动机的输入功率(Nm):设电动机的效率为m,传动效率为tr时,则,二、通风系统主要参数关系 风机房水柱计示值含义1、抽出式通风矿井(1)水柱(压差)计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系 水柱计示值:即为 4 断面相对静压h4 故 h4(负压)=P4-P04 沿风流方向,对1、4两断面 列伯努力方程:hR14=(P1+hv1+m12 gZ12)-(P4+hv4+m34 gZ34)由风流入口边界条件:Pt1P01,即 P1+hv1=Pt1=P01,又因1与4断面同标高,所以 P01P04且:m12gZ12m34gZ34=HN,4,5,6,故上式可写为:hR14=P04-P4-hv4+HN h
14、R14=|h4|-hv4+HN 即|h4|=hR14+hv4-HN 即:风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。(2)风机房水柱计示值与风机风压之间关系 类似地对4、5断面(扩散器出口)列伯努力方程,忽略两断面之间的位能差。扩散器的阻力 hRd(P5+hv5)-(P6+hv6)风流出口边界条件:P6 P06 P05P04 故 hRd(P5+hv5)-(P04+hv6)Pt5-P04 hv6 即 Pt5 hRd P04hv6 因为 风机全压 HtPt5-Pt4=(hRdP04hv6)-(P4+hv4)Ht=|h4|hv4+hRd+hv6,若忽略 hRd 不计,则 Ht|h4|h
15、v4+hv6 风机静压 Hs|h4|hv4(3)Ht、HN、hR 之间的关系 综合上述两式:Ht|h4|-hv4+hRd+hv6(hR14+hv4-HN)-hv4+hRd+hv6 hR14+hRd+hv6-HN 即 Ht HN hR14+hRd+hv6 表明:扇风机风压和自然风压联合作用,克服矿井和扩散器的阻力,以及扩器出口动能损失。,2、压入式通风的系统 对1、2两断面列伯努力方程得:hR12=(P1+hv1+m1gZ1)-(P2+hv2+m2gZ2)边界条件及1、2同标高:P2=P02 P01 故有:P1-P2=P1-P01=h1 m1gZ1-m2gZ2=HN 故上式可写为 hR12=h1
16、+hV1-hv2+HN 即 h1=hR12+hv2-hV1-HN 又 Ht=Pt1-Pt1=Pt1-P01=P1+hv1-P01=h1+hv1 同理可得:Ht+HN=hR12+hv2,1,三、通风机的个体特性曲线 1、工况点:当风机以某一转速、在风阻的管网上工作时、可测算出一组工作参数(风压、风量、功率、和效率),这就是该风机在管网风阻为时的工况点。2、个体特性曲线:不断改变R,得到许多的Q、H、N、。以Q为横坐标,分别以H、N、为纵坐标,将同名的点用光滑的曲线相连,即得到个体特性曲线。3、通风机装置:把外接扩散器看作通风机的组成部分,总称之为通风机装置。4、通风机装置的全压td:扩散器出口与
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